包歆瑩 曾燕 邱新法 施國萍 徐震宇

(1 南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院，南京 210044;2 中國氣象局交通氣象重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，南京 210041;3 江蘇省氣象科學(xué)研究所，南京 210041;4 南京氣象科技創(chuàng)新研究院，南京 210041;5 南京信息工程大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，南京 210044;6 浙江省氣象安全技術(shù)中心，杭州310008)

引 言

氣候條件與人類的居住、遷徙息息相關(guān)， 氣候是人居環(huán)境評價的基礎(chǔ)指標(biāo)之一，影響著人們對居住環(huán)境的選擇。探討宜居性是城市發(fā)展進(jìn)入到高級階段的必然性過程[1]。與國外學(xué)者將城市宜居性的研究重點(diǎn)放在城市內(nèi)部人居環(huán)境方面，并強(qiáng)調(diào)居住適宜的主觀感受不同，國內(nèi)的研究則是更偏重于自然環(huán)境與社會發(fā)展相結(jié)合，服務(wù)于未來的城市規(guī)劃發(fā)展方向[2]。宜居，率先指生態(tài)環(huán)境的適宜[3]。目前大部分的生態(tài)宜居性研究在方法上分為主觀調(diào)查和客觀數(shù)據(jù)兩類。通過發(fā)放問卷的主觀調(diào)查法，效率低、精度差，帶有較強(qiáng)的主觀性。而大數(shù)據(jù)環(huán)境下的客觀數(shù)據(jù)法則基于GIS對DEM及其衍生的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[4]，對城市的地形、環(huán)境、人文進(jìn)行綜合評價，其評價方法更具可信度，評價結(jié)果也更加準(zhǔn)確。

伴隨著城市大規(guī)模加速發(fā)展，全球氣候變暖不斷加劇，極端天氣事件頻發(fā)[5-7]，城市不斷遭受到氣象災(zāi)害的侵?jǐn)_[8]，威脅著城市居民的生命健康和出行生產(chǎn)安全。全球氣候變化已成為未來百年內(nèi)影響人類生存發(fā)展的主要因素之一[9]。在氣候變化的大背景下，人們將生態(tài)環(huán)境宜居性的關(guān)注重點(diǎn)放在了氣候宜居性上[10]。現(xiàn)有的氣候宜居性評價方法多采用選取指標(biāo)后專家打分[11]或利用現(xiàn)有的氣候宜居性綜合模型進(jìn)行評估[12]。這些方法都考慮了氣候因子對環(huán)境的影響，但氣候宜居性作為生態(tài)宜居性的一部分，氣候因子對社會經(jīng)濟(jì)的影響也不可忽視。

因此，為了綜合考慮氣候宜居性評價的多面性，本文利用氣象數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣候適宜性評價和災(zāi)害風(fēng)險評價來綜合評價浙江省氣候宜居性。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

浙江省位于長江中下游以南地區(qū)，東南部分沿海[13]，地處長三角經(jīng)濟(jì)帶核心部分，擁有著極為強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)影響能力[14]。地勢由西南向東北傾斜，兼具著平原、丘陵、盆地、山地、海島和海洋等復(fù)雜地形[15]，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候[16]，生態(tài)系統(tǒng)豐富，氣候資源多樣[17]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn)的1981—2016年日值氣象數(shù)據(jù)集。地形數(shù)據(jù)來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺免費(fèi)網(wǎng)站(http://www.cnic.cas.cn/zcfw/sjfw/gjkxsjjx/)。2015年社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和2015年土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(http://www.resdc.cn/)。

1.3 氣候舒適度評價研究方法

氣候條件是人類活動和人居環(huán)境的重要影響因子[18]。從氣象角度評價人類在不同氣候條件舒適程度的生物氣象指標(biāo)，是氣候舒適度研究的主要內(nèi)容[19]。不同的氣候要素進(jìn)行組合會直接或間接影響人體生理，使人體產(chǎn)生不同的身體舒適感受[20]。氣象要素對人的影響是復(fù)雜的，不宜用氣溫或其他任何單一的氣象要素來對人的體感進(jìn)行評價[21]。文中根據(jù)浙江地理區(qū)域及氣候特征考慮了3個氣象要素：氣溫、相對濕度和風(fēng)速作為人體舒適度指標(biāo)[22-26]，并采用改進(jìn)的人體舒適度指數(shù)(KSSD)公式[27]：

(1)

式中：ICHB為人體舒適度指數(shù);t為氣溫(單位: ℃)；RH為相對濕度(單位: %)；v為風(fēng)速(單位: m·s-1)。

按照中國氣象局統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)[28]，人體舒適度可劃分為9個等級(表1),并認(rèn)為1～3級為冷不舒適；4～6級為舒適；7～9級為熱不舒適。

表1 中國氣象局人體舒適度指數(shù)等級標(biāo)準(zhǔn)[29]Table 1 Human comfort index of China Meteorological Administration[29]

浙江多山，地勢復(fù)雜[30]，為充分考慮地形因素，特別是山區(qū)對氣象要素的影響，文中的氣溫、相對濕度數(shù)據(jù)是利用GridMet系列模型中的月平均氣溫模型GMCT和月相對濕度模型GMCH，在充分考慮了海拔、太陽輻射和長波輻射對氣溫的顯著影響后，利用數(shù)據(jù)集群建立區(qū)域優(yōu)化的分站分月模型，計算精細(xì)化的氣溫和相對濕度結(jié)果[31]。同時訂正不同下墊面的近地層風(fēng)速[32]，最終得到起伏地形下的人體舒適度指數(shù)作為氣候舒適度評價結(jié)果。

1.4 多災(zāi)種自然災(zāi)害綜合風(fēng)險評價研究方法

多災(zāi)種綜合風(fēng)險評價是以單災(zāi)種風(fēng)險評價為基礎(chǔ)，兩種風(fēng)險評估的方法基本相同，區(qū)別主要在于：多災(zāi)種綜合風(fēng)險評價是將動力來源不同、特征各異的多種自然災(zāi)害綜合到一個評價體系中進(jìn)行評估，反映一定區(qū)域內(nèi)不同類型的多種致災(zāi)因子引起的環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)損失總和，從而對綜合危險程度進(jìn)行劃分[33]。

表2 氣象災(zāi)害指標(biāo)Table 2 Meteorological disaster indicators

1.4.1 評價方法

災(zāi)害風(fēng)險度的大小由致災(zāi)因子危險性、承災(zāi)體暴露度和承災(zāi)體脆弱性決定?；贕IS技術(shù)建立評價指標(biāo)體系，采用政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change， IPCC)提出的最新的風(fēng)險表達(dá)，即公式(2)，將歸一化后的致災(zāi)因子危險性、承災(zāi)體暴露度和承災(zāi)體脆弱性加權(quán)后綜合評價，得到多災(zāi)種自然災(zāi)害綜合風(fēng)險評價。

Risk=Wh×H+We×E+Wv×V，

(2)

式中：Risk為多災(zāi)種自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)；H、E、V分別表示致災(zāi)因子危險性、承災(zāi)體暴露度和承災(zāi)體脆弱性因子；Wh、We、Wv則分別為致災(zāi)因子危險性、承災(zāi)體暴露度、承災(zāi)體脆弱性指標(biāo)的權(quán)重。

1.4.2 評價指標(biāo)

通過查閱已有的同地區(qū)災(zāi)害文獻(xiàn)和浙江省歷年氣象災(zāi)害年鑒，對所選用的災(zāi)害發(fā)生數(shù)量和影響情況進(jìn)行統(tǒng)計選出對人們?nèi)粘３鲂?、生產(chǎn)生活和生理心情產(chǎn)生較大影響的3種氣象災(zāi)害，分別是高溫[34]、連陰雨和臺風(fēng)，并利用層次分析法(Analytic Hierarchy Process， AHP)賦予各指標(biāo)權(quán)重，如表2所示。

1.5 氣候宜居性評價研究方法

本文嘗試將氣候舒適度評價和多災(zāi)種綜合風(fēng)險評價兩種評價結(jié)果進(jìn)行處理后疊加，作為氣候宜居性評價方法。鑒于研究的3種氣象災(zāi)害并不是在每個月都會發(fā)生，因此將各月的人體舒適度評價結(jié)果歸一化后，以每個月發(fā)生災(zāi)害的概率為權(quán)重進(jìn)行疊加得到總?cè)梭w舒適度評價結(jié)果后(公式(3))，再與多災(zāi)種自然災(zāi)害風(fēng)險評價的結(jié)果相加，最終得出氣候宜居性(公式(4))。

ICHB總=α1×I1+α2×I2+α3×I3+…+
α11×I11+α12×I12，

(3)

C=ICHB總+Risk，

(4)

式中：ICHB總為總?cè)梭w舒適度；α1…α12為每個月發(fā)生災(zāi)害的概率；I1…I12為每個月的人體舒適度；C為氣候宜居性；Risk為多災(zāi)種綜合風(fēng)險評價。

2 結(jié)果

2.1 氣候舒適度評價

將所需的氣象要素站點(diǎn)資料進(jìn)行多年平均處理后，選取4月、7月、10月和1月作為代表月份，分別代表春、夏、秋和冬的人體舒適度指數(shù)評價結(jié)果，如圖1所示。由圖可見，浙江省人體舒適度有8個等級，舒適度等級主要集中在2～7級，無酷熱等級(9級)出現(xiàn)。

圖1 人體舒適度評價空間分布: (a) 4月; (b) 7月; (c) 10月;(d) 1月Fig.1 Spatial distribution diagram of human comfort evaluation: (a) April;(b) July;(c) October;(d) January

春季體感主要以涼爽和舒適為主，涼爽區(qū)域主要分布在西北邊界、東南沿海和西南地區(qū)，舒適區(qū)域大部分分布在東北部、中部和東南部，體感為涼的區(qū)域主要集中在西北邊界和西南邊界處。夏季體感以暖和為主，體感為熱的地區(qū)主要分布在北部、東北部和中部偏西地區(qū)，還有小部分位于東南沿海下部地區(qū)。體感舒適的區(qū)域較少，主要集中在浙江南部。秋季體感大部分地區(qū)為舒適，涼爽和涼的區(qū)域主要分布在西北邊界處及中南部地區(qū)。冬季體感主要是冷、涼，體感涼爽的地區(qū)稀少，零散分布在南部靠東的區(qū)域。

為了更好地了解人體舒適度指數(shù)的年變化趨勢，分析了每個月人體舒適度指數(shù)的平均值，如圖2所示。浙江省大部分月份的平均人體舒適度指數(shù)都處于舒適級別，總體而言，宜居性較好。

圖2 浙江省人體舒適度年變化Fig.2 The annual trend of human comfort in Zhejiang

由此可見，浙江春季舒適涼爽，除極少區(qū)域較冷以外，其余地區(qū)在該季節(jié)均有較好的氣候舒適度；夏季氣候悶熱舒適度較差，處于平原的北部、東北部和中部偏西地區(qū)尤其明顯，需要避暑，減少戶外活動，全省范圍內(nèi)只有少數(shù)南部山區(qū)處于舒適范圍；秋季大部分地區(qū)都處于體感舒適的區(qū)域，因此該季節(jié)氣候舒適度很高；冬季整個浙江省體感都是冷、涼，部分地區(qū)體感甚至達(dá)到寒冷，生活出行需要注意保暖。

2.2 多災(zāi)種自然災(zāi)害綜合風(fēng)險評價

將氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)插值處理后按不同權(quán)重疊加，得到多災(zāi)種綜合風(fēng)險評價空間分布(圖3)。由圖3a可知，浙江省災(zāi)害的高危區(qū)域主要集中在東南沿海和內(nèi)陸中部偏南地區(qū)。這是因?yàn)闁|南沿海是臺風(fēng)高發(fā)地區(qū)，雨量充沛，相對濕度大，加上地勢較為平坦，容易吸收太陽輻射造成高溫災(zāi)害。浙江省南部與福建省接壤，福建也是高溫和臺風(fēng)發(fā)生的高頻地區(qū)，致災(zāi)因子危險性高。由圖3b可知，浙江省大部分地區(qū)暴露度較低，暴露度較高的區(qū)域主要集中在內(nèi)陸西南部和中南部地區(qū)，其余高暴露度地區(qū)較均勻地分散在省內(nèi)。復(fù)雜的山地地形和密集的人口使得這些地區(qū)災(zāi)害暴露度高。承災(zāi)體脆弱性等級較高的區(qū)域主要集中在北部、東北部、中部偏西區(qū)域和一小塊東部區(qū)域(圖3c)，這由于這些區(qū)域地勢平坦，城市集中，且經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人均GDP高，在災(zāi)害發(fā)生時受到的經(jīng)濟(jì)損失會遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。浙江較高和高風(fēng)險區(qū)大部分分布在東南部和南部地區(qū)，部分分布在東北部沿海，還有一小部分分布在北部靠近中部地區(qū)(圖3d)。這些地區(qū)自然災(zāi)害風(fēng)險高的原因并不相同。東南部地區(qū)是由于臨海，受到高溫、臺風(fēng)等極端氣象災(zāi)害影響嚴(yán)重；南部地區(qū)是因?yàn)榈匦推鸱^大，地理環(huán)境復(fù)雜且人口稠密，人為生產(chǎn)活動會對氣候環(huán)境造成很大影響。東北部和北部靠近中部地區(qū)則是由于人均GDP高一旦發(fā)生氣象災(zāi)害，其造成的經(jīng)濟(jì)損失會很高。整體來看，浙江省大部分區(qū)域都處于中低風(fēng)險區(qū)，且風(fēng)險等級呈由西北向東南逐漸升高的趨勢。

2.3 氣候宜居性評價

氣候宜居性是氣候舒適度評價和災(zāi)害綜合風(fēng)險評價共同作用下的結(jié)果，將兩者疊加后，浙江省的氣候宜居性結(jié)果，如圖4所示。由圖4可知，氣候宜居性高和較高的地區(qū)主要分布在浙江的北部和中部偏西地區(qū)。在災(zāi)害評價中，這些地區(qū)災(zāi)害風(fēng)險等級都較低，只有北部一塊地區(qū)屬于災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)域，分析成因可發(fā)現(xiàn)是由其脆弱性較高造成的。這塊地區(qū)地處杭嘉湖平原，城市密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，雖有較好的抗風(fēng)險能力但是發(fā)生災(zāi)害后造成的經(jīng)濟(jì)損失也會高于其他地區(qū)，如處于北部偏西的湖州市。在氣候舒適度評價中，這些氣候宜居性高的地區(qū)在春、秋兩季體感都非常舒適。冬季整個浙江省體感舒適度都偏冷，到了夏季氣候宜居性高的地區(qū)大部分體感偏熱，這是由于這些地區(qū)地形平坦，地面吸收輻射多且城市的熱島效應(yīng)也會對體感有一定影響。

氣候宜居性一般的地區(qū)主要集中在東南沿海地區(qū)和北部偏西的小部分區(qū)域。從災(zāi)害風(fēng)險評價分析，這些地區(qū)災(zāi)害風(fēng)險基本都屬于中等級別；從氣候舒適度分析，這些地區(qū)除冬季偏冷以外，春季體感涼爽、夏季體感暖和、秋季體感舒適。兩者疊加，使得氣候宜居性尚可。

圖3 多災(zāi)種綜合風(fēng)險評價空間分布: (a) 致災(zāi)因子危險性;(b) 承災(zāi)體暴露度;(c) 承災(zāi)體脆弱性;(d) 多災(zāi)種綜合風(fēng)險Fig.3 Spatial distributions of multi-hazard comprehensive risk assessment: (a) hazard distribution of hazards;(b) exposure of hazard-bearing body;(c) vulnerability of hazard-bearing body;(d) comprehensive risk distribution of multiple hazards

氣候宜居性低和較低的地方集中在浙江的西南部，以及西北部和東南、東北部的小部分地區(qū)。首先，從災(zāi)害風(fēng)險評價的角度來分析：西南部氣候宜居性低是由于地形起伏較大、西北部部分地區(qū)則是由于人口密集，復(fù)雜的地理環(huán)境和頻繁的人為活動極大地影響了這里的氣候環(huán)境，以省內(nèi)行政區(qū)域面積第二大的麗水市為例，由于地形起伏較大，山地分布集中使其氣候宜居性低的區(qū)域要多于其他地區(qū)；而東南、東北部小部分地區(qū)氣候宜居性低的主要原因是其臨海的地理位置導(dǎo)致災(zāi)害臺風(fēng)等極端災(zāi)害發(fā)生頻繁，次要原因是沿海地區(qū)人口密度較大、災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失大，例如嘉興市、寧波市和臺州市部分地區(qū)。其次，從氣候舒適度角度來分析：西南部和西北部氣候宜居性低的地方在春季、秋季和冬季的體感皆為冷、涼，氣候舒適度差；東南、東北部氣候宜居性低的地區(qū)則在春、秋兩季氣候舒適。由此可知：西南、西北部地區(qū)氣候宜居性低是由舒適度和災(zāi)害兩者共同作用形成的，而東南、東北部氣候宜居性低的地區(qū)則是受災(zāi)害影響更多，需要防范災(zāi)害性天氣的發(fā)生，以免造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖4 浙江省氣候宜居性空間分布Fig.4 Spatial distribution of climate livability in Zhejiang

為了定量分析浙江省的氣候宜居性，統(tǒng)計了整個浙江省氣候宜居性的各等級占比(圖5)，氣候宜居性處于較高等級的占比最多為40.40%，一般等級的次之，接下來是高等級、較低等級，其中低等級最少只有6.62%。將高、較高和一般這3個等級所屬區(qū)域劃分為氣候宜居性適宜區(qū)，較低和低兩個等級的區(qū)域稱為氣候宜居性不適宜區(qū)，則適宜區(qū)數(shù)量占比達(dá)到了80.99%，不適宜區(qū)占比只有19.01%。其中，不適宜區(qū)以地形和人口等災(zāi)害評價為決定因素的占大多數(shù)，舒適度評價為決定因素的區(qū)域較少。

圖5 浙江省5個等級氣候宜居性占比Fig.5 The five levels proportion of climate livability in Zhejiang

由圖4和圖5可知，浙江省大部分區(qū)域都處于氣候宜居性適宜區(qū)，為氣候宜居省份，適宜區(qū)分布由西南向東北逐漸增多。

作為氣候宜居省份本文統(tǒng)計了浙江省直轄的11個市適宜區(qū)和不適宜區(qū)的數(shù)量并計算了各市的氣候宜居性適宜率，結(jié)果如圖6所示。

選取5個浙江省內(nèi)公認(rèn)的，同時兼具代表性的宜居城市：“魚米之鄉(xiāng)”——嘉興市、“東方威尼斯”——紹興市、“水云之鄉(xiāng)”——湖州市、“人間天堂”——杭州市和“神奇山水”——衢州市。再基于《GN中國宜居城市評價指標(biāo)體系》，對中國289個城市進(jìn)行調(diào)查、研究、評價，產(chǎn)生的中國十佳宜居城市排行榜里上榜9次的“江南鄒魯”——金華市，來比較氣候宜居性適宜率。這6個城市氣候宜居性適宜率(圖6)分別為：嘉興市98.73%、紹興市88.72%、湖州市87.75%、金華市82.46%、杭州市80.28%和衢州市79.14%，適宜區(qū)面積均占城市總面積的八成以上。

圖6 浙江省各市氣候宜居性適宜率所占比例Fig.6 Proportion of suitable rate of climate livability in various cities in Zhejiang

結(jié)合圖7，從地理位置上看，這6個城市都集中在浙江的北部和中部偏西這些氣候宜居性等級高和較高的區(qū)域，災(zāi)害風(fēng)險等級低、氣候舒適度高；6個城市氣候宜居性皆以較高等級為主導(dǎo)，非常適宜居住。

氣候條件是宜居城市評選的基礎(chǔ)，雖然決定了宜居城市的地理分布，但城市的最終確定仍需要通過其他指標(biāo)條件的篩選。目前，我國宜居城市評選的所采用的《GN中國宜居城市評價指標(biāo)體系》，選取包括生態(tài)環(huán)境健康指數(shù)、城市安全指數(shù)、生活便利指數(shù)、生活舒適指數(shù)、經(jīng)濟(jì)富裕度、社會文明指數(shù)、城市美譽(yù)度在內(nèi)的一級指標(biāo)(7項)和二級指標(biāo)(48項)，來對參選城市現(xiàn)階段發(fā)展規(guī)模和未來上升潛力進(jìn)行多方位綜合評估。即氣候宜居性是確定宜居城市分布的先決條件，但宜居城市的最終評定需要綜合其他指標(biāo)的考量。

氣候宜居性研究的必要性除了體現(xiàn)在它作為評價城市宜居與否的一項重要參考指標(biāo)，更可以為城市的旅游發(fā)展、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整分配以及城市的規(guī)劃建設(shè)、災(zāi)害預(yù)警以及防災(zāi)減災(zāi)提供全局性思維，讓宜居城市的未來前進(jìn)方向更加明確、人民群眾的生活更加美好。

3 結(jié)論

通過氣候舒適度評價、多災(zāi)種自然災(zāi)害風(fēng)險評價以及綜合前兩者的氣候宜居性評價，得出以下結(jié)論：

(1)浙江省氣候舒適度在春季和秋季較好，體感多為涼爽和舒適；夏季大部分地區(qū)偏熱，只有少部分地區(qū)舒適；冬季氣溫偏低，舒適度較差。

圖7 宜居城市氣候宜居性空間分布: (a) 嘉興;(b) 紹興;(c) 湖州;(d) 衢州;(e) 杭州; (f) 金華Fig.7 Spatial distributions of livable city climate livability: (a) Jiaxing;(b) Shaoxing;(c) Huzhou;(d) Quzhou;(e) Hangzhou; (f) Jinhua

(2)浙江省氣象災(zāi)害風(fēng)險高的地區(qū)主要分布在東北部、東南沿海和南部山地地區(qū)。東北部是由于承災(zāi)體脆弱性低，一旦發(fā)生災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失高；東南沿海是由于其地理位置極易遭受極端氣象災(zāi)害的影響；南部山區(qū)則是由于其復(fù)雜的地形環(huán)境和較為稠密的人口。

(3)浙江省整體的氣候宜居性較高，大部分區(qū)域氣候宜居性處于較高和高的等級，尤其是在北部和中部偏西的平原地區(qū)分布較為集中。東海沿海地區(qū)宜居性尚可但易受臺風(fēng)災(zāi)害的影響，須注意防范災(zāi)害發(fā)生。

目前，本文只是針對城市宜居性的氣候方面進(jìn)行了多方位分析，但城市宜居性并不只是氣候宜居，未來如果要對宜居性的其他方面進(jìn)行深入討論，就需要融合城市建筑群、醫(yī)療保障水平和發(fā)展?jié)摿Φ绕渌麛?shù)據(jù)進(jìn)行討論。而受資料所限，這些分析尚存在一定的難度，如果數(shù)據(jù)詳盡，宜居性分析結(jié)果將更加全面、精細(xì)。