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        1960-2018年四川宜賓氣候舒適度變化特征研究

        2022-12-28 02:01:18俞喬山吳利華
        關(guān)鍵詞:宜賓年際天數(shù)

        王 耕,俞喬山,吳利華

        (1.遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,遼寧 大連 116029;2.西南林業(yè)大學(xué) 地理與生態(tài)旅游學(xué)院,云南 昆明 650224)

        氣候作為自然環(huán)境的重要條件之一,其舒適性是評價和分析區(qū)域人居環(huán)境的關(guān)鍵氣候指標(biāo)[1].氣候舒適度在一定程度上可以調(diào)節(jié)人的生理活動并產(chǎn)生部分影響,是生物氣象指標(biāo)[2].作為人居環(huán)境氣候評估的內(nèi)容之一,氣候舒適度評價占據(jù)重要地位[1].國外氣候舒適度研究起步早,加拿大學(xué)者Houghton于1923年建立了舒適指數(shù)測評的標(biāo)準(zhǔn)模型[3-4]即經(jīng)典有效溫度指(ET)公式,Li等[5]又將風(fēng)速考慮進(jìn)來, 根據(jù)香港的情況修正了其公式.1966年Terjung提出了舒適指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)概念[6].1973 年 Oliver 提出風(fēng)寒指數(shù)、溫濕指數(shù),評價氣候?qū)θ梭w舒適感覺的影響[7].我國氣候舒適度研究始于20世紀(jì)80年代,多數(shù)學(xué)者使用舒適度模型,采用風(fēng)效指數(shù)、溫濕指數(shù)等方法開展研究較為頻繁[8].崔喬等[9]依據(jù)西藏地區(qū)溫濕指數(shù)及風(fēng)效指數(shù)時間與空間變化特征,計算和影響因子權(quán)重分析.基于人體熱平衡原理,馮定原等[10]著重于感熱溫度理論,展開了一系列的定量計算.隨著地理信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展,王勝等[11]以安徽省為例,結(jié)合GIS空間插值技術(shù),進(jìn)行氣候舒適度的制圖研究.張馨藝、趙詣、王曉美等[12]對遼寧省大部分地區(qū)人居環(huán)境氣候舒適度進(jìn)行分析,利用 ArcGIS進(jìn)行空間分析.張狄等[13]注重于不同地形情況下,運(yùn)用數(shù)字高程模型進(jìn)行了具體分析.諸多研究表明:針對和側(cè)重于區(qū)域氣候舒適度的時空研究,可以了解區(qū)域環(huán)境的宜居程度,對于研究區(qū)域內(nèi)的居民日常生活質(zhì)量、提高可持續(xù)發(fā)展水平、提供氣象服務(wù)指導(dǎo)、改善人居環(huán)境等具有重要的意義價值.

        宜賓市位于四川省東南部,處于四川盆地內(nèi)部,與云南省和貴州省相接,地理位置特殊.亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,四季變化分明.本文基于宜賓氣象資料,對氣候舒適度指數(shù)59 a的變化特征進(jìn)行了分析,得出宜賓市一年內(nèi)氣候舒適度均處于舒適狀態(tài)的月份,氣候舒適度不同季節(jié)的變化,各項指數(shù)的舒適期及起止日期的變化,對氣候舒適性進(jìn)行一系列評價,為宜賓市提供氣象服務(wù)指導(dǎo)居民日常生活,為相關(guān)研究提供基礎(chǔ)性參考.

        1 數(shù)據(jù)及方法

        1.1 數(shù)據(jù)來源

        本文采用中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)http://data.cma.cn/的相關(guān)觀測資料,主要為四川省宜賓氣象站1960—2018年的地面國際交換站氣候資料日值數(shù)據(jù)值.宜賓氣象站是該地區(qū)的國家基準(zhǔn)氣候,站臺站信息如表1所示.由于1951—1960年的數(shù)據(jù)監(jiān)測不完整,故采用1960—2018年的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)通過Excel表格處理,并檢測和提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,具有數(shù)據(jù)處理和研究的合理性.

        表1 宜賓基準(zhǔn)站臺站信息

        1.2 研究方法

        1.2.1 溫濕指數(shù)(ITH)計算公式

        溫濕指數(shù)(ITH),通過溫度和濕度的組合反映人體與周圍環(huán)境的熱量交換,為氣候舒適度首要指標(biāo)[14],計算式如下:

        ITH=(1.8×T+32)-0.55×(1-RH)×(1.8×T-26).

        (1)

        其中,RH即相對濕度,T即溫度(℃).

        1.2.2 風(fēng)效指數(shù)(IWE)計算公式

        風(fēng)效指數(shù)(IWE),即風(fēng)速和氣溫對裸露人體熱量散失的影響,計算公式如下:

        (2)

        其中,V為風(fēng)速(m/s),T為溫度(℃),S為日照時數(shù)(h/d).

        1.2.3 著衣指數(shù)(ICL)計算公式

        著衣指數(shù)(ICL)由澳大利亞學(xué)者Freitas 提出,綜合了溫度、太陽輻射、人體代謝和風(fēng)速等多種因素,人們可以根據(jù)著衣指數(shù)的大小來選擇不同的衣服而改變氣候的不舒適性[14-16],計算公式如下:

        (3)

        其中,T為攝氏氣溫(℃),H代表人體代謝率的 75%,H=87 W/m2[17-19].A表示人體對太陽輻射的吸收情況,取0.06,R表示垂直陽光的單位面積土地所接收的太陽輻射(W/m2),取太陽常數(shù)R=1 367 W/m2,α是太陽高度角,V為風(fēng)速(m/s)[20-21].

        1.2.4 舒適度綜合指數(shù)計算公式

        根據(jù)人居戶外感受相對程度,采用3個指數(shù)進(jìn)行分級及賦值,環(huán)境氣候舒適度受極端天氣影響大,所以將其級別分為7類,分別進(jìn)行賦值,其數(shù)值越高,氣候舒適程度就越高[1,14],其結(jié)果如表2所示.

        表2 溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)及賦值

        綜合舒適指數(shù)(ICC)是以溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)為基礎(chǔ),采用專家打分和層次分析法確定各指數(shù)的權(quán)重,建立氣候舒適性綜合評價模型[22],計算公式如下:

        ICC=0.6×XTHI+0.3×XWEI+0.1×XICL.

        (4)

        其中,XTHI為溫濕指數(shù)分級賦值,XWEI即風(fēng)效指數(shù)分級賦值,XICL為著衣指數(shù)的分級賦值,各指數(shù)權(quán)重系數(shù)為0.6、0.3、0.1.1≤ICC<3 即不舒適等級范圍;3≤ICC<5即較不舒適等級范圍;5≤ICC<7即較舒適等級范圍;7≤ICC≤9即舒適等級范圍[23].

        2 結(jié)果分析

        2.1 1960—2018年宜賓溫濕指數(shù)年際、年內(nèi)變化特征分析

        從溫濕指數(shù)的年際變化特征來看(圖1),年際間變化幅度大,總體上為上升趨勢,上升趨勢比較明顯.

        圖1 1960—2018年宜賓溫濕指數(shù)年際變化特征

        年際變化特征表明:宜賓59 a來均處于A舒適等級范圍中,人體感覺涼爽.但有從A舒適到B較舒適等級,涼爽向溫暖轉(zhuǎn)變的趨勢.

        從59 a平均月變化來看(圖2),宜賓的溫濕指數(shù)(ITH)為明顯的單峰型,隨著溫度和濕度的變化而不斷變化.1月ITH最低47,人體感覺偏冷.在7月時達(dá)到最高值76.69,人體感覺悶熱.

        從不同舒適等級的年內(nèi)月份分布來看(圖2),在4月、10月,ITH在60~65之間,人體感覺涼爽,屬于A 舒適等級.5月份ITH在65~70范圍之間,人體感覺溫暖,為B 較舒適等級.在6月、9月時,ITH在70~75之間,人體感覺偏熱,為C 較不舒適等級.7月和8月,ITH高達(dá)75~80,人體感覺悶熱,屬于D等級不舒適等級.

        圖2 溫濕指數(shù)和不同舒適等級持續(xù)天數(shù)的59 a平均月變化

        從近59 a的舒適期變化特征的統(tǒng)計分析來看(表3),不同舒適等級的初始日期有所不同,較舒適b等級的初始日期隨著年代變化而發(fā)生變化,初始日期都在2月份開始.較舒適B等級的初始日期的,大致開始于3月中后旬.舒適A等級的初始日期,基本上開始于2月末和3月中上旬.

        表3 1960—2018年溫濕指數(shù)舒適期的起止日期及持續(xù)天數(shù)

        2.2 1960—2018年宜賓風(fēng)效指數(shù)年際、年內(nèi)變化特征分析

        從年際變化特征來看(圖3),風(fēng)效指數(shù)(IWE)年際間變化幅度較小,總體上為上升趨勢,上升趨勢顯著.風(fēng)效指數(shù)的年際變化特征表明,宜賓59 a來處于較舒適到不舒適等級范圍中,人體感覺偏涼、偏冷.IWE總體上向涼風(fēng)等級的方向發(fā)展.

        圖3 1960—2018年宜賓風(fēng)效指數(shù)年際變化特征

        從不同舒適等級的年內(nèi)月份分布來看(圖4),在6月,IWE在-300~-200之間,人體感覺為舒適風(fēng),屬于舒適A等級.在7—8月,IWE在-200~50范圍之間,人體感覺為暖風(fēng),為B 較舒適等級.在4—5月、9月,IWE在-600~-300之間,人體感覺為涼風(fēng),屬于b 較舒適等級.在1—2月、11—12月,IWE在-800~-600之間,為稍冷風(fēng),屬于較不舒適c等級.

        從各月舒適等級的天數(shù)來看(圖4),舒適期大致6月到達(dá)峰值,舒適期主要在4—10月.6月份的較舒適和舒適等級的天數(shù)最多,59 a月平均有28 d.從各舒適等級持續(xù)天數(shù)來看(圖 2~圖4),舒適A等級天數(shù)6月最多,平均8 d.較舒適B等級(暖風(fēng))天數(shù)7月最多,平均13 d;較舒適 b 等級(涼風(fēng))天數(shù)10月最多,平均17 d.

        圖4 風(fēng)效指數(shù)和不同舒適等級持續(xù)天數(shù)的59 a平均月變化

        從舒適期的近59 a變化來看(表4),不同舒適等級的初始日期變化明顯,隨著年代變化,舒適b 等級在不同年際的初始日期開始于1月中下旬和2月初,舒適A等級基本在1月開始,也有部分開始于2月和3月.舒適B 等級集中于3月,也有少部分在2—5月.

        表4 1960—2018年風(fēng)效指數(shù)舒適期變化狀況

        舒適b 等級在不同年際的終止日期均在12月.舒適A等級大部分結(jié)束在12月,一部分在11月和10月.舒適B等級基本上結(jié)束于11月份,一部分在9月、10月和12月.

        2.3 1960—2018年宜賓著衣指數(shù)年際、年內(nèi)變化特征分析

        從年際變化特征來看(圖5),著衣指數(shù)(ICL)年際間的變化幅度較小,總體上趨勢平緩.著衣指數(shù)(ICL)59 a來的最高值在2018年的1.111,1986年為最低值0.294.兩者相差0.817.

        圖5 1960—2018年宜賓著衣指數(shù)年際變化特征

        從59 a平均月變化來看(圖6),宜賓的著衣指數(shù)(ICL)為明顯的低谷型,隨著日照和風(fēng)速的變化而變化.1月ICL最高1.338,宜穿襯衫和便服.之后ICL不斷下滑,在7月時最低0.2,宜穿熱帶單衣.自8月之后,ICL呈現(xiàn)出上升趨勢,于12月增至1.15,也宜穿襯衫和便服.

        從不同舒適等級的年內(nèi)月份分布來看(圖6),在1-4月和10-12月,ICL在0.7~1.3之間,屬于A 舒適等級.在5月,ICL在0.5~0.7之間,屬于B較舒適等級.在6月、9月,ICL在0.3~0.5之間,屬于C 較不舒適等級.在7月、8月,ICL在0.1~0.3范圍之間,為D不舒適等級.

        從各月舒適等級的天數(shù)來看(圖6),舒適期10月到峰值,為3—5月和9—10月.在10月,較舒適、舒適等級范圍持續(xù)天數(shù)最多,近59 a月平均有27 d.

        圖6 著衣指數(shù)和不同舒適等級持續(xù)天數(shù)的59 a平均月變化

        從著衣指數(shù)舒適期的59 a變化來看(表5),舒適b 等級在不同年際的初始日期開始于1月末和2月初.舒適A等級基本開始于2月末和3月初.舒適B等級均在4月份開始.舒適b 等級終止日期大多數(shù)在12月,但在1996—2000年間開始于11月下旬.舒適A等級均在12月結(jié)束.舒適B等級結(jié)束于9月,在1971—1975年間結(jié)束于10月下旬.

        表5 1960—2018年著衣指數(shù)舒適期變化狀況

        2.4 1960-2018年宜賓舒適度綜合指數(shù)年際、年內(nèi)變化特征分析

        從年際變化特征來看(圖7),舒適度綜合指數(shù)(ICC)年際間的變化幅度較小,除個別年份波動較大,總體上趨勢平緩.

        圖7 1960—2018年宜賓舒適度綜合指數(shù)變化趨勢

        舒適度綜合指數(shù)的年際變化特征表明:宜賓59 a來為較舒適等級,表現(xiàn)為較舒適向舒適等級范圍變化趨勢.

        從59 a平均月變化來看(圖8),宜賓的舒適度綜合指數(shù)(ICC)為明顯的雙峰型,受到各種氣候要素和人體體感的影響,體現(xiàn)了區(qū)域氣候舒適度的變化特征.1月ICC為最低的4.25.在10月份到達(dá)峰值,為7.31.

        從不同舒適等級的年內(nèi)月份分布來看(圖8),在1月、2月、7月、8月、12月,ICC在3≤ICC<5 間,為較不舒適等級之間.在3—6月、9月、11月,ICC在5≤ICC<7 時為較舒適等級之間.在10月,ICC在7≤ICC≤9之間,為舒適等級.

        從各月舒適等級的天數(shù)來看(圖8),舒適期大致在10月到達(dá)峰值,舒適期分布在3—6月和9—11月.3月平均25 d,4月平均29 d,5月平均28 d,6月份平均22 d,9月份平均有25 d,11月份平均有26 d.10月份的舒適等級和較舒適的天數(shù)最多,59 a月平均有30 d.

        從各舒適等級持續(xù)天數(shù)來看(圖8),舒適等級天數(shù)10月最多,平均23 d;6月平均有18 d,較舒適等級天數(shù)最多;較不舒適等級天數(shù)1、4、7月最多,平均4 d.

        圖8 舒適度綜合指數(shù)和不同舒適等級持續(xù)天數(shù)的59 a平均月變化

        從綜合指數(shù)舒適期的59 a變化來看(表6),不同舒適等級的初始日期變化明顯,隨著年代變化,舒適等級在不同年際的初始日期開始于2月和3月初.較舒適等級基本開始于1月,在1960—1965年,開始于2月初.

        表6 1960—2018年舒適度綜合指數(shù)舒適期變化狀況

        舒適等級在不同年際的終止日期大多數(shù)在12月結(jié)束,但在1971—1975年和2006—2015年開始于12月初.較舒適等級基本在12月結(jié)束,1971—1975年在11月下旬結(jié)束.

        3 結(jié) 論

        (1)從氣候舒適性年際變化特征來說,溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)的年際變化呈現(xiàn)上升趨勢,著衣指數(shù)、綜合指數(shù)年際變化不大;溫濕指數(shù)年際變化幅度較大,其余指數(shù)較?。?9 a來,除了風(fēng)效指數(shù)外,各項指數(shù)均處于舒適等級范圍中,并朝著這個方向發(fā)展.

        (2)氣候舒適度年內(nèi)變化表現(xiàn)為:各項指數(shù)均呈現(xiàn)季節(jié)性波動變化.溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)均在1月和7月分別達(dá)到最低值和最高值,著衣指數(shù)正好相反.綜合指數(shù)在1月有最低值,4月、10月有峰值.

        (3)不難看出,宜賓地區(qū)年內(nèi)溫濕指數(shù)、著衣指數(shù)、綜合指數(shù)的舒適期基本上在春季和秋季.風(fēng)效指數(shù)比較特殊,舒適期大部分在夏季.綜合、溫濕、著衣指數(shù)都在10月份持續(xù)天數(shù)最多,為較舒適等級和舒適等級,風(fēng)效指數(shù)則在6月持續(xù)天數(shù)最多.在最多的月份里,舒適期至少有27 d.

        (4)宜賓59年各項指數(shù)不同舒適等級的初始日期、終止日期、持續(xù)天數(shù)的變化特征各有差異.氣候舒適度綜合指數(shù)較舒適和舒適等級的初始日期在1—3月,終止日期在11月下旬和12月.

        (5)宜賓地區(qū)舒適度綜合指數(shù)舒適期的持續(xù)天數(shù)穩(wěn)定在116 d左右.并且初始日期和終止日期分別在春季和冬季,這說明宜賓市一年中近1/3的時間處于舒適期當(dāng)中,尤其是春季和秋季舒適等級持續(xù)天數(shù)多,人體體感舒適,人居環(huán)境較好,宜居宜業(yè).但在夏季氣候偏熱,不舒適天數(shù)較多,并不是能夠進(jìn)行避暑的好去處.不適宜劇烈運(yùn)動,戶外運(yùn)動應(yīng)該減少.

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