徐立強(qiáng)

內(nèi)蒙古自治區(qū)寧城縣氣象局，內(nèi)蒙古赤峰 024200

基于GIS的人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)，需要針對(duì)GIS技術(shù)中的勘測(cè)、分析、存儲(chǔ)等功能，來增加評(píng)價(jià)的專業(yè)性，分別從氣溫、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速、不舒適指數(shù)等方面來評(píng)價(jià)氣候舒適度的綜合，使評(píng)價(jià)更加的完整和具體，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性。我國(guó)地域比較遼闊，要了解某一地區(qū)的人居環(huán)境氣候舒適度，還要針對(duì)具體地區(qū)具體分析，GIS技術(shù)的輔助能夠減少評(píng)價(jià)人員的一定工作量，也是保障人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度的重點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。

1 基于GIS的人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的意義

人類居住環(huán)境是人類賴以生存的土地，是與人類各種生活、活動(dòng)密切相關(guān)的地表空間。人類居住環(huán)境是人類在自然中生存的基礎(chǔ)，是人類利用和改造自然的主要場(chǎng)所。從人類居住環(huán)境的內(nèi)容上看，人居環(huán)境包括五大系統(tǒng)，分別是：自然系統(tǒng)、人類系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、居住系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。

從居住環(huán)境五大系統(tǒng)角度出發(fā)，居住環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)要考慮氣候、植被、地形、土地利用、水文、人口密度和人均收入、文化水平、公共服務(wù)、資源配置、社會(huì)穩(wěn)定、社會(huì)福利和居住條件、建筑質(zhì)量、交通系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)等。顯然，人居環(huán)境研究的內(nèi)容非常廣泛，涉及政治、社會(huì)、文化、技術(shù)等方面。其中，氣候是最活躍的因素，也是最基本的因素之一，只要一個(gè)城市或地區(qū)的氣候不適合人類居住，無(wú)論其他居住環(huán)境指標(biāo)再完善，都不是一個(gè)適合居住的城市或地區(qū)。

氣候的舒適程度決定了居住環(huán)境的舒適與否，也是人們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)城市或地區(qū)宜居性的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。氣候舒適度評(píng)價(jià)利用GIS的空間分析功能，除了傳統(tǒng)方法從城市中最小單元向外整體評(píng)價(jià)外，還能顯著細(xì)化價(jià)值評(píng)價(jià)單元，即傳統(tǒng)格點(diǎn)法可以將城市劃分為幾個(gè)單元，使之平面化，即將格點(diǎn)法氣候舒適度評(píng)價(jià)擴(kuò)展到平面。因此，應(yīng)用GIS空間分析功能可以更全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)氣候舒適度，基于GIS的人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)，有利于提高人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的效率、有利于增加人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，同時(shí)，也有利于我國(guó)人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的發(fā)展。

2 國(guó)內(nèi)外舒適度研究的現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外舒適度研究的現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)舒適度的研究可分為2個(gè)階段：早期研究的重要特點(diǎn)是采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行定性描述或定量討論。Cai 等[1]認(rèn)為，大氣濕度變化對(duì)人體舒適度的影響很小，只有在溫度較高或較低的情況下，濕度的變化才會(huì)對(duì)人體熱感覺產(chǎn)生影響。后期對(duì)舒適度的研究進(jìn)入定量階段，主要從人體熱平衡的角度研究人體對(duì)冷、熱的具體程度。后來，Ali等[2]提出了不適指數(shù)，我國(guó)國(guó)家氣象局利用溫濕度指數(shù)對(duì)夏季舒適度進(jìn)行預(yù)測(cè)，提出了舒適度指數(shù)和風(fēng)效率指數(shù)。

2.2 國(guó)內(nèi)舒適度研究的現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)舒適的研究起步較晚，直到1980年之后才開始出現(xiàn)相關(guān)的研究，人居環(huán)境氣候舒適度還只是一種定性描述，并在1991年之后才有更多的學(xué)者進(jìn)行研究與分析，基于舒適潔凈的原理提出了“宜人氣候度評(píng)價(jià)模型”，并提出了人體感覺溫度模型[3]。還有相關(guān)人員研究參考國(guó)外相關(guān)的不適、溫濕度指數(shù)等，結(jié)合我國(guó)的氣候特點(diǎn)建立了我國(guó)天氣舒適與人體的計(jì)算公式，用環(huán)境健康相關(guān)信息的方法，考慮溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速對(duì)人體舒適度的影響，提出了綜合舒適度指標(biāo)[4]。

3 國(guó)內(nèi)外舒適度的表示方法

影響氣候舒適度的主要因素有溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、氣壓、太陽(yáng)輻射等，其中，溫度對(duì)舒適度起主導(dǎo)作用，過高或過低的溫度引起的不適是明顯的。但是，僅通過空氣溫度來描述人體對(duì)周圍環(huán)境的冷熱感覺是不完全準(zhǔn)確的，因?yàn)榭諝庀鄬?duì)濕度、風(fēng)速、氣壓、太陽(yáng)輻射等氣象因素都會(huì)影響人體的熱平衡。

濕度變化對(duì)人體的健康有著一定的影響，人體本身存在的散熱性和排汗性會(huì)調(diào)節(jié)人體的濕度，從而達(dá)到一定的平衡，一旦某一地區(qū)的濕度較重，人體無(wú)法進(jìn)行自主的排濕，就會(huì)給人體造成壓力，減輕人體居住的舒適度。一些地區(qū)的氣溫較高，這些氣溫較高的地區(qū)就加速人體中水分的流失，造成人體的不適，這樣的地區(qū)居住舒適度也比較低。一些早晚溫差和季節(jié)溫差比較大的地區(qū)，早晨和夜間的溫度比較低，但是中午的溫度比較高，人體在這種地區(qū)的溫度變化下，容易忽冷忽熱，形成感冒等疾病，引起人體的不適。

風(fēng)在人皮膚的接觸過程中，微風(fēng)可以增加人體的舒適度，讓人產(chǎn)生一種比較涼爽的感覺，大風(fēng)會(huì)吹起地面的一些物質(zhì)，這些物質(zhì)來人體表面會(huì)由于風(fēng)的帶動(dòng)增加人體的痛感，因此，一些地區(qū)的風(fēng)比較小，微風(fēng)的狀態(tài)下比較適合人類的居住，居住舒適度也會(huì)增加；而那些植被較少的地區(qū)，由于其本身的空曠和風(fēng)力的增加，會(huì)造成人體的不適，不適合人類進(jìn)行居住，居住的舒適度也會(huì)大大降低。

氣壓對(duì)居住舒適度有著一定的影響，一些氣壓比較強(qiáng)的地區(qū)，如高山和高原，對(duì)部分人群的影響較大，有些人在這些地方進(jìn)行居住容易呼吸急促，甚至?xí)粑щy，因此，這些地區(qū)只適合一部分人進(jìn)行居住，居住的適合度會(huì)低于正常氣壓的地區(qū)[5]。

4 實(shí)例分析

4.1 研究?jī)?nèi)容

以寧城縣為例，對(duì)寧城縣2021年度的氣候變化進(jìn)行分析，包括氣溫變化、濕度變化、風(fēng)速變化等，并收集相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，利用GIS技術(shù)綜合分析寧城縣的居住舒適度，對(duì)人居環(huán)境氣候舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.2 基于GIS的研究方法

人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)需要依靠GIS技術(shù)來進(jìn)行分析，以往我國(guó)對(duì)某一地區(qū)的人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)，都是以一個(gè)城市為單位，在該城市中記錄一段時(shí)間之內(nèi)的人居環(huán)境氣候變化，這樣的方式只適合分析和評(píng)價(jià)一個(gè)小地區(qū)的人居環(huán)境氣候舒適度，不能夠?qū)φ麄€(gè)地區(qū)乃至其周邊地區(qū)進(jìn)行人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)，這樣的評(píng)價(jià)方式過于單一，也會(huì)增加人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的難度，影響人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性[6]。

GIS技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用解決了以往人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的問題，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)以及周邊的人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)，并對(duì)寧城縣的氣溫、濕度、風(fēng)速、舒適度進(jìn)行數(shù)據(jù)化和專業(yè)化的分析，提高人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，也能增加人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的效率，達(dá)到人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的最終目的。

4.2.1 氣溫?cái)?shù)據(jù)的分析 對(duì)寧城縣氣溫?cái)?shù)據(jù)的分析需以寧城縣轄區(qū)內(nèi)的氣象站為主，根據(jù)寧城縣氣象站CIMISS系統(tǒng)來查找氣溫?cái)?shù)據(jù)變化，并以月為單位制定寧城縣各地區(qū)的氣溫變化，根據(jù)氣溫變化的范圍和強(qiáng)度來制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖。氣制定溫?cái)?shù)據(jù)圖可以很好地觀察寧城縣各地區(qū)在某一月份的氣溫變化，也能根據(jù)其氣溫的變化來進(jìn)行人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)，這樣的人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)是比較合理且準(zhǔn)確的，寧城縣西部大部地區(qū)氣溫較低，中部及東部分氣溫較高（圖1）。

圖1 2021年寧城縣平均氣溫分布圖

4.2.2 空氣相對(duì)濕度的分析 寧城縣的各地區(qū)空氣相對(duì)濕度的分析，需要綜合考慮其海拔和降水概率，把已知的空氣相關(guān)濕度數(shù)據(jù)添加在GIS技術(shù)平臺(tái)中，由平臺(tái)來提取出其中有用的信息來建立空氣相關(guān)濕度的數(shù)據(jù)模型[7]。從整體上看，寧城縣西部相對(duì)濕度較高，向東方向遞減，但從局部看，并不完全符合這個(gè)規(guī)律。中部海拔較高的一些地區(qū)，對(duì)于寧城縣空氣相關(guān)濕度的變化沒有太大的影響，其空氣相關(guān)濕度的變化較小（圖2）。根據(jù)空氣相對(duì)濕度進(jìn)行人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)，可提高人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的可行性。

圖2 2021年寧城縣平均相對(duì)濕度分布圖

4.2.3 風(fēng)速數(shù)據(jù)的分析風(fēng)速數(shù)據(jù)需要針對(duì)其站點(diǎn)的高度和不同天氣的風(fēng)向來進(jìn)行綜合性的分析，通過GIS技術(shù)來對(duì)寧城縣的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)。寧城縣的平均風(fēng)速規(guī)律：西部偏小，東部偏大，局部風(fēng)速特征不明顯，風(fēng)向的變化特征不明顯。

4.2.4 不舒適指數(shù)的計(jì)算人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)中，對(duì)于不舒適度的計(jì)算需要根據(jù)各個(gè)月份的數(shù)據(jù)變化來進(jìn)行，溫度較低的地區(qū)不舒適指數(shù)較高，溫度較高的地區(qū)不舒適指數(shù)也比較高[8]。由此可見，寧城縣西部地區(qū)的氣溫偏低，不舒適的指數(shù)比較高；而東部地區(qū)溫度稍高于舒適溫度，而中部一些地區(qū)由于海拔比東部較高，這樣的地區(qū)比較適合人類進(jìn)行居住，所以不舒適的指數(shù)就比較低。總體來看，寧城縣的不舒適指數(shù)比較低，大部分地區(qū)都比較適合居住。

4.2.5 氣候舒適度的綜合評(píng)價(jià)采用GIS技術(shù)，對(duì)寧城縣進(jìn)行人居環(huán)境氣候舒適度的評(píng)價(jià)，其大部分地區(qū)氣候的舒適度比較高，比較適合人類進(jìn)行居住。只有一小部分地區(qū)的氣候舒適度較低，通過人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的綜合分析表明，寧城縣的氣候舒適度比較高。

5 結(jié)束語(yǔ)

氣溫?cái)?shù)據(jù)分析、空氣相對(duì)濕度分析、風(fēng)速數(shù)據(jù)分析、不舒適指數(shù)的計(jì)算、氣候舒適度綜合評(píng)價(jià)等都是基于GIS的人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的重要組成部分，通過對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行分析，可以更好地了解一個(gè)地區(qū)人居環(huán)境氣候的舒適度，提高了人居環(huán)境氣候舒適度的評(píng)價(jià)效率和準(zhǔn)確度。另外，利用GIS技術(shù)也能在一定程度上減少人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)的問題，緩解了評(píng)價(jià)人員的工作壓力。