游宇琦 林子倫

(1.福建省惠安縣氣象局，福建 泉州 362100; 2.福建省泉州市氣象局，福建 泉州 362000)

1 概述

泉州市惠安縣年平均氣溫為16～21℃，年平均降水量為1038mm，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，具有氣溫高、光熱豐富、降水充沛等顯著氣候特征?；莅部h瀕臨臺(tái)灣海峽，其海岸線全長(zhǎng)192km，占福建省的6%，素有“黃金海岸”之稱。崇武港、半月灣、青山灣、惠女灣等都是惠安著名的濱海旅游勝地，崇武海岸更是被《國(guó)家地理》雜志評(píng)選為“中國(guó)最美的八大海岸”之一。作為“濱海休閑度假福地”，惠安沿海自然環(huán)境優(yōu)越，旅游氣象資源十分豐富。因此，開展濱海旅游氣象指數(shù)預(yù)報(bào)研究不僅能為游客提供濱海旅游的指數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，豐富惠安縣的特色服務(wù)，也為生態(tài)文明建設(shè)和鄉(xiāng)村振興貢獻(xiàn)氣象力量。

近年來，沿海地區(qū)旅游業(yè)迅速發(fā)展，濱海度假旅游愈發(fā)受到游客的關(guān)注和青睞。各個(gè)氣象要素決定了旅游地氣候舒適度的高低和舒適期的長(zhǎng)短，是濱海旅游業(yè)發(fā)展的重要因素，也是游客出行和旅游目的地選擇的重要參考。關(guān)于氣象指數(shù)，許多學(xué)者進(jìn)行了不少研究。黃歸蘭等[1]、郭曉寧等[2]、陳志泉等[3]選取了重要影響因子對(duì)景區(qū)的旅游氣象指數(shù)預(yù)報(bào)進(jìn)行研究； 林藝妹等[4]開展了石獅市濱海旅游氣象指數(shù)預(yù)報(bào)研究；潘星海等[5]根據(jù)影響程度對(duì)游泳指數(shù)、紫外線指數(shù)、空氣質(zhì)量指數(shù)賦予不同的權(quán)重，綜合評(píng)價(jià)普陀區(qū)海灘旅游氣象指數(shù)。本文擬從日出日落指數(shù)、濱海日光浴指數(shù)和海風(fēng)舒適指數(shù)三個(gè)方面綜合討論適宜惠安濱海旅游的氣候。

2 資料與方法

2.1 資料

本文所使用的氣象資料取自1980—2020年福建省惠安縣崇武國(guó)家基準(zhǔn)氣候站整編的氣象觀測(cè)資料，包括云量、相對(duì)濕度、能見度、溫度、日照、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。

本文的季節(jié)月份定義為：春季3—6月，夏季7—9月，秋季10—11月，冬季12月至次年2月。

2.2 研究方法

本文利用箱形圖法和熵值法計(jì)算濱海旅游氣象指數(shù)。

2.2.1 箱形圖法

箱形圖是一種用作顯示一組數(shù)據(jù)分散情況資料的統(tǒng)計(jì)圖，能夠反映原始數(shù)據(jù)分布的特征，還可以進(jìn)行多組數(shù)據(jù)分布特征比較。箱形圖的繪制方法是先找出一組數(shù)據(jù)的上邊緣、下邊緣、中位數(shù)和兩個(gè)四分位數(shù)，連接兩個(gè)四分位數(shù)畫出箱體，再將上邊緣和下邊緣與箱體相連接，中位數(shù)在箱體中間。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的大樣本，只有 0.7%的值是異常值，中位數(shù)位于上下四分位數(shù)的中央，箱形圖的方盒關(guān)于中位線對(duì)稱。選取不同自由度的t分布的大樣本，代表對(duì)稱重尾分布，t分布的自由度越小，尾部就越重，觀察到異常值的概率就越大。因此，可將其用于氣象濱海旅游指數(shù)的等級(jí)劃分。

2.2.2 熵值法

在信息論中，熵是對(duì)不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越小，反之亦然。根據(jù)熵的特性，我們可以通過計(jì)算熵值來判斷一個(gè)事件的隨機(jī)性及無序程度，也可以用熵值來判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響越大。熵值法是一種客觀賦權(quán)法，可根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值的變異程度來確定指標(biāo)權(quán)數(shù)，可避免人為因素帶來的偏差。因此，可根據(jù)熵值法定義由多項(xiàng)影響因素構(gòu)成的濱海旅游指數(shù)，具體算法如下。

①數(shù)據(jù)矩陣

其中，Xij為第i個(gè)方案第j個(gè)指標(biāo)的數(shù)值。

②數(shù)據(jù)非負(fù)數(shù)化處理

由于熵值法計(jì)算采用的是各個(gè)方案某一指標(biāo)占同一指標(biāo)值總和的比值，因此不存在量的影響，不需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。若數(shù)據(jù)中有負(fù)數(shù)，就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非負(fù)數(shù)化處理。此外，為了避免求熵值時(shí)對(duì)數(shù)的無意義，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)平移。

對(duì)于越大越好的指標(biāo)：

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

對(duì)于越小越好的指標(biāo)：

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

③計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)方案占該指標(biāo)的比重

④計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值

⑤計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的差異系數(shù)gj

對(duì)于第j項(xiàng)指標(biāo)，指標(biāo)值Xij的差異越大，對(duì)方案評(píng)價(jià)的作用越大，熵值就越小。gj=1-ej，gj越大，表示指標(biāo)越重要。

⑥求權(quán)重Wj

⑦計(jì)算各方案的綜合得分Sj

3 惠安濱海旅游氣象指數(shù)模型

3.1 日出日落指數(shù)

從惠安縣沿海地區(qū)(崇武)1980—2010年月平均低云量變化特征(見圖1)可以看出，冬季、春季的低云量明顯高于夏季、秋季。在6月中下旬，低云量突變減少，這種晴空或者少云的天氣可能是長(zhǎng)期受副熱帶高壓系統(tǒng)控制導(dǎo)致。因此，夏秋兩季有利于海濱地區(qū)觀賞日出日落。

圖1 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年月平均低云量

利用箱形圖對(duì)樣本進(jìn)行歸類分析，以夏季為例，其低云量分布下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)分別為5%、25%、53%，表明在1980—2010年的夏季樣本中，低云量高于5%但小于53%的天數(shù)占總數(shù)的1/2，低于5%和高于53%的天數(shù)則各占1/4(圖2)。對(duì)于濱海地區(qū)觀賞日出日落而言，天空云量越少，遮擋性越低，則觀賞性越強(qiáng)。因此，可利用箱形圖的閾值設(shè)定夏季的日出日落指數(shù)。當(dāng)?shù)驮屏緾≤5%時(shí)，定義為“優(yōu)”，當(dāng)5%53%時(shí)，定義為“差”。以此標(biāo)準(zhǔn)反算2010—2020年的920個(gè)樣本，“優(yōu)”占29.89%，“良”占20.11%，“一般”占22.28%，“差”占27.72%，指數(shù)分布基本符合正態(tài)分布，說明該指數(shù)具有一定的指示意義。

圖2 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年四季及全年低云量分布

3.2 濱海日光浴指數(shù)

日光浴是一種利用日光進(jìn)行鍛煉或防治慢性病的方法，通過日光照射到人體皮膚上，引起一系列理化反應(yīng)，以達(dá)到健身治病目的。在氣象上，影響日光浴體驗(yàn)的要素有日照時(shí)數(shù)和體感溫度等。日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)表示天氣狀況越好，可供選擇日光浴的時(shí)間更充足；而體感溫度是人體所感受到的冷暖程度，其更能直接反應(yīng)人體感知的環(huán)境舒適性。因此，可利用日照時(shí)數(shù)和體感溫度組合為一個(gè)表征濱海日光浴的指數(shù)，即在滿足最優(yōu)體感溫度的情況下，日照條件越好就越適合濱海日光浴，可利用熵值法計(jì)算自變量(日照時(shí)數(shù)和體感溫度)的權(quán)重。

已知體感溫度的計(jì)算公式如下：

體感溫度=1.07×T+0.2×e-0.65×V-2.7

(1)

式(1)中，T為氣溫，℃；e為水汽壓，hPa；V為風(fēng)速，m/s；RH為相對(duì)濕度，%。

由于體感溫度的舒適性定義呈現(xiàn)類似正態(tài)分布，即最舒適的區(qū)間位于中間，兩端一般為不舒適區(qū)間。因此，在利用熵值法構(gòu)造指數(shù)時(shí)，需將體感溫度因子項(xiàng)進(jìn)行變形，如式(2)：

(2)

其中，Tb為體感溫度，T0為中性溫度(23℃)。變形后的因子項(xiàng)滿足其數(shù)值越大，表征舒適性越強(qiáng)的定義。

最終，利用熵值法分別求得體感溫度項(xiàng)和日照時(shí)數(shù)項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)，如式(3)：

(3)

其中，yindex為濱海日光浴指數(shù)，St為日照時(shí)數(shù)，a和b為權(quán)數(shù)(a=0.1970，b=0.8030)。代入各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)可得1980—2010年濱海日光浴指數(shù)的分布特征(圖3)，同理根據(jù)其25%、75%分布及中位數(shù)定義濱海日光浴指數(shù)，當(dāng)計(jì)算所得指數(shù)越大，越有利于進(jìn)行濱海日光浴(圖3)：yindex≥12.74為“優(yōu)”，5.16≤yindex<12.74為“良”，yindex<5.16為“差”。以此標(biāo)準(zhǔn)反算2010—2020年的3650個(gè)樣本，“優(yōu)”占23.40%，“良”占49.20%，“差”占27.40%，表明指數(shù)分布基本符合正態(tài)分布，該指數(shù)具有一定的指示意義。

圖3 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年濱海日光浴指數(shù)分布

3.3 海風(fēng)舒適指數(shù)

海陸性質(zhì)不同會(huì)形成海風(fēng)。白天在太陽(yáng)照射下，陸地升溫快，陸上氣溫比海洋高，空氣受熱膨脹而上升，使低層氣壓降低，高層氣壓升高，海洋則正好相反。海陸交界的小范圍內(nèi)，在不考慮其他因素影響下，受氣壓梯度力影響空氣總是從氣壓高處流向氣壓低處，也就是從洋面上吹向陸地，形成海風(fēng)。除這種海陸交界的小系統(tǒng)影響沿海地區(qū)風(fēng)力外，冬春季的海上冷高壓等大尺度系統(tǒng)引起的海上東北大風(fēng)亦會(huì)產(chǎn)生重要影響，而沿海的大風(fēng)不利于濱海旅游，甚至?xí)硪欢ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)。

由惠安縣沿海地區(qū)(崇武)1980—2010年海風(fēng)風(fēng)速分布可以看出(圖4)，冬季、春季的風(fēng)力明顯高于夏季和秋季。這是由于冬春兩季的冷空氣活動(dòng)明顯多于夏季和秋季，而后者風(fēng)力主要受海陸邊界的海陸風(fēng)小系統(tǒng)影響的。因此，與構(gòu)建濱海日出日落指數(shù)方法相似，也對(duì)惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年風(fēng)速樣本進(jìn)行歸類分析，夏季的平均風(fēng)速分布下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)分別為3.2m/s，4.3m/s，5.5m/s。以此為閾值可定義出夏季的海風(fēng)舒適指數(shù)，平均風(fēng)V≤3.2m/s為“優(yōu)”，3.2m/s<平均風(fēng)V≤5.5m/s為“良”，平均風(fēng)V>5.5m/s為“差”。以此標(biāo)準(zhǔn)反算2010—2020年夏季920個(gè)樣本，“優(yōu)”占35.55%，“良”占48.80%，“差”占15.65%，指數(shù)分布基本符合正態(tài)分布，該指數(shù)具有一定的指示意義。

圖4 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年海風(fēng)風(fēng)速分布

4 結(jié)論

①日出日落指數(shù)和海風(fēng)舒適指數(shù)受季節(jié)的影響較為明顯，因游客更喜愛在夏季到濱海游玩，對(duì)夏季的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行著重分析，計(jì)算惠安濱海旅游氣象指數(shù)，更貼合實(shí)際。

②統(tǒng)計(jì)分析后得出，日出日落指數(shù)低云量C≤5%為“優(yōu)”，5%53%為“差”；濱海日光浴指數(shù)yindex≥12.74為“優(yōu)”，5.16≤yindex<12.74為“良”，yindex<5.16為“差”；海風(fēng)舒適指數(shù)平均風(fēng)V≤3.2m/s為“優(yōu)”；3.2m/s<平均風(fēng)V≤5.5m/s為“良”，平均風(fēng)V>5.5m/s為“差”。

③總體來看,惠安縣是理想的濱海旅游勝地，冬天不會(huì)過于寒冷，夏天不會(huì)過于炎熱。通過建立惠安縣濱海旅游指數(shù)分析表明，惠安縣濱海旅游最適宜的季節(jié)是夏季，其次是春季和秋季。