貴州省冬季人體舒適度對溫濕環境的響應

白 慧，張東海，帥士章

(1. 貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002;2. 貴州省山地氣候與資源重點實驗室，貴州 貴陽 550002)

1 引言

貴州省每年冬季都會有一段低溫濕冷的天氣維持，尤其在相對海拔較高的地區，這是其特殊的地理位置決定的。貴州省地處云貴高原東側、青藏高原東南坡，是我國地勢第二級階梯東部邊緣的一部分，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，省之北部邊緣因有高原作屏障，冬季受北方冷空氣的直接影響較小，平均氣溫在3.0～12.0℃之間，但由于整個冬季80%以上的時段全省相對濕度都維持在70%上下，其中海拔較高的省之北部和西部地區相對濕度較省之中部和東部地區高，尤其是省之西北地區達90%以上。在貴州省冬季高相對濕度的氣候背景下，雖然氣溫都維持在0℃以上，但人們通常感覺濕冷，并且體感溫度較實際氣溫低，這是因為空氣導熱率是濕度的函數，隨著濕度的增大而增大，當人體皮膚溫度比環境氣溫高時，人體散熱量在濕空氣中比干空氣中快且多［1］。因此，人體對環境冷熱的感覺舒適與否，是受多種氣象要素的綜合影響，一般而言，氣溫、相對濕度、風速這3個氣象要素對人體感覺影響最大，其中氣溫是判斷人體舒適度的主要指標，相對濕度和風速是輔助指標，通過影響人體熱散失來影響人體舒適感［2］。因此，對于大眾生活需要建立一種具有主觀和客觀雙重特性和標準的人體舒適度指標，可以提示公眾根據氣象因素的變化來及時調節生理、適應環境以及采取一些有效防范措施，并盡可能為城市氣象預報提供一些參考。

普查1981—2010年貴州省9個市州代表站及其平均狀態下冬季逐日風力等級頻率分布和逐日相對濕度等級頻率分布，發現貴州省冬季相對濕度較大，出現70%以上量級的頻率達82%，其中海拔較高的省之北部和西部地區(遵義、七星關、水城、安順和興義等站)相對濕度較省之中部和東部地區高(貴陽、都勻、凱里和碧江等站)，尤其是七星關站達93%。同時，全省的風速較小，主要集中在輕風及以下等級，出現頻率達94%，其中遵義站、七星關站、水城站、都勻站、凱里站和碧江站輕風以下等級占90%以上，貴陽站、安順站和興義站輕風以下等級占80%以上。因此，在貴州冬季相對濕度大風速小的氣候背景特征下，綜合考慮氣溫和相對濕度對人體舒適度的影響，選用目前運用較為廣泛的人體舒適度指數IHC［2－3］，并討論指數IHC在貴州省冬季濕冷環境中對氣溫和相對濕度的響應［4－6］。

2 資料和方法

選取貴州省9個市州代表站(貴陽、遵義、七星關、水城、安順、興義、都勻、凱里和碧江)作為討論分析貴州省冬季(12月—次年2月)人體舒適度的研究對象，選取1981—2010年時段內日平均氣溫和日平均相對濕度作為構建人體舒適度IHC指數的主要氣象要素。

人體舒適度IHC指數計算公式如下:

式中:IHC為人體舒適度指數;T 為氣溫(單位，℉)，其中T(℉)= T(℃)×9/5+32;RH 為相對濕度(單位:%)，IHC指數對應的范圍如表1。

表1 人體舒適度指數(IHC)

3 貴州省IHC指數對溫濕環境的響應

3.1 IHC指數的頻率分布

如圖1，1981—2010年貴州省9個市州代表站的冬季IHC指數主要集中在39～50 指數段(－2級)，理論頻率占整個冬季時段的60%，同時隨著IHC指數的增大或減小，相應的理論頻率均減小，呈單峰分布，并通過計算偏度系數g1 為9.48 和峰度系數g2為－4.75，得到IHC指數頻率分布的頂峰偏左，坡度較平緩，即IHC指數呈近似正態分布。

圖1 1981—2010年貴州省9個市州冬季IHC指數的頻率分布圖

統計1981—2010年貴州省9個市州代表站冬季IHC指數的頻率等級(表2)，發現9個代表站IHC指數的頻率分布均呈近似正態分布，不過西部、北部和東南部地區(遵義、七星關、水城、安順和凱里等站)頂峰偏左，而中東部和南部地區(貴陽、興義、都勻和碧江等站)頂峰偏右，即總體上貴州省西部和北部地區冬季由于平均氣溫較低、加之平均相對濕度較大，使人體舒適感降低尤為明顯。

表2 1981—2010年貴州省9個市州代表站冬季IHC指數的頻率等級統計

3.2 IHC指數對影響因子的響應

計算1981—2010年貴州省9個市州冬季逐日IHC與平均氣溫、平均相對濕度的相關系數分別為0.99、－0.51，均通過0.05 信度檢驗，表明低溫、高濕對IHC指數具有負貢獻，其中氣溫的高低對IHC指數影響尤為明顯。由于貴州省冬季平均相對濕度總體達80%，基于這種高濕環境下對逐日平均氣溫和IHC指數進行線性擬合，發現二者擬合度為0.979 6，通過0.05 信度檢驗(圖2)。具體從貴州省9個市州代表站冬季逐日平均氣溫和IHC指數的擬合度分析，發現省之中西部地區(貴陽站、七星關站、水城站、安順站和興義站)的擬合度較高，且該地區對應的相對濕度也較高。即表明在貴州省冬季相對濕度越高的環境下，IHC指數對平均氣溫的變化就具有越高的敏感性，且相對濕度的增加，會使人體舒適感降低。

圖2 1981—2010年貴州省9個市州冬季逐日平均氣溫—IHC指數散點圖

為了進一步定量評價影響因子對IHC指數的影響，假設公式(1)中平均氣溫或平均相對濕度為常值時，分別討論分析IHC指數對平均相對濕度或平均氣溫的響應:

由公式(2)知，當RH=0 時，△T 的變化不引起△IHC變化;當RH＞0 時，△IHC對△T 響應關系為正相關。由公式(3)知，當T＞14.4℃時，△IHC對△RH響應關系為正相關;當T=14.4℃時，△RH 的變化不引起△IHC變化;當T＜14.4℃時，△IHC對△RH 響應關系為負相關。為了比較分析貴州省9個市州代表站冬季△IHC對△T 或△RH 變化的響應，將1981—2010年各站的逐日IHC指數、T 和RH 進行標準化處理，消除同一地區不同要素間單位的影響以及不同地區間的同一要素單位量級的影響，從回歸方程出發，得到△IHC對△T=1σ 或△RH=1σ 變化的響應(表3)。發現西部地區(水城、安順和興義站)△IHC對△T 變化的響應較強，△T 的變化為1σ 時，引起△IHC的變化在0.99σ 以上;中西部地區(七星關、水城、安順和興義站)△IHC對△RH 變化的響應較強，△RH 的變化為1σ 時，引起△IHC的變化在0.50σ 以上。另外，需要指出的是9個代表站都是△IHC對△T 的響應較△RH 強，表明影響IHC指數變化的平均氣溫和平均相對濕度兩個要素中平均氣溫是主要指標，而相對濕度的變化作為輔助指標對IHC指數有著增大或減小的作用。

表3 貴州省9個市州IHC指數對影響因子的響應

4 貴州省冬季IHC指數與低溫過程的持續性對比分析

由于貴州冬季的低溫陰雨天氣主要受穩定、少動的滇黔靜止鋒影響，冬季低溫過程具有很強的持續性，并伴隨高濕特征［9－11］，那么貴州省冬季由于平均相對濕度的調節作用會增加人體不舒適的持續性嗎?綜合考慮貴州省冬季80%以上時段平均相對濕度達70%，并且60%以上時段IHC指數范圍處于39～50(－2級)之間，利用公式(1)，假設RH=70%，IHC=50，計算得到T = 9.0℃，對比分析貴州省9個市州累年(1981—2010年)11月—次年3月逐日IHC指數穩定(5 d 滑動平均)低于或等于50 和平均氣溫穩定(5 d滑動平均)低于或等于9.0℃的持續天數(圖3)。

總體上西部和北部地區的累年逐日IHC指數穩定低于或等于50 持續時段和平均氣溫穩定低于或等于9.0℃的持續天數均較長，其中西北部七星關站的持續日數最長，分別達123 d(11月18日—次年3月20日)和115 d(11月19日—次年3月13日);西南部興義站的持續時間最短，分別為64 d(12月11日—次年2月12日)和53 d(12月18日—次年2月8日)。另外，全省9個市州累年逐日IHC指數穩定低于或等于50 持續時段均較平均氣溫穩定低于或等于9.0℃的持續天數長。表明氣候態下IHC指數能有效客觀的刻畫出貴州省低溫的持續性特征，與實際相符，并且能反映出在平均相對濕度較高的環境下，人體感覺的不舒適持續日數增加，即加大了人體的不舒適感。

圖3 貴州省9個市州累年11月至次年3月逐日IHC指數分布圖(a)和平均氣溫分布圖(b)

表4 貴州省9個市州累年11月—次年3月逐日IHC指數≤50 和平均氣溫≤9.0℃的持續天數

5 結論

①1981—2010年貴州省冬季IHC指數主要集中在39～50 指數段(－2級)，理論頻率占整個冬季時段的60%，呈近似正態分布。總體上西部和北部地區冬季由于平均氣溫較低、加之平均相對濕度較大，使人體舒適感降低尤為明顯。

②1981—2010年貴州省冬季低溫、高濕對IHC指數具有負貢獻，其中氣溫的高低對IHC指數影響尤為明顯。通過對貴州省9個市州代表站冬季逐日平均氣溫和IHC指數的擬合度分析，發現省之中西部地區的擬合度較高，且該地區對應的相對濕度也較高。即表明在貴州省冬季相對濕度越高的環境下，IHC指數對平均氣溫的變化就具有越高的敏感性，且相對濕度的增加，會使人體舒適感降低。

③討論貴州省冬季△IHC對△T=1σ 或△RH=1σ 變化的響應。發現西部地區△IHC對△T 變化的響應較強，中西部地區△IHC對△RH 變化的響應較強。同時，需要指出的是貴州省冬季△IHC對△T 的響應較△RH 強，表明影響IHC指數變化的平均氣溫和平均相對濕度兩個要素中平均氣溫是主要指標，而相對濕度的變化作為輔助指標對IHC指數有著增大或減小的作用。

④氣候態下IHC指數能有效客觀的刻畫出貴州省低溫的持續性特征，與實際相符，并且能反映出在平均相對濕度較高的環境下，人體感覺的不舒適持續日數增加，即加大了人體的不舒適感。

［1］吳兌，鄧雪嬌. 環境氣象學與特種氣象預報［M］. 北京:氣象出版社，2001.

［2］胡毅，李萍，楊建功，等. 應用氣象學［M］. 北京:氣象出版社，2007.

［3］閔俊杰，張金池，張增信，等. 近60年來南京市人體舒適度指數變化及其對溫度的響應［J］. 南京林業大學學報.2012，36(1):54－58.

［4］劉玉蘭，劉 娟，馬篩艷，等. 寧夏人體舒適度對氣候變化的響應研究［J］. 陜西氣象，2012(1):27－29.

［5］賈海源，陸登榮. 甘肅省人體舒適度地域分布特征研究［J］. 干旱氣象，2010，28(4):449－454.

［6］趙群劍，朱德貴，劉杰. 六盤水市中心區與729個臺站夏季人體舒適度及氣溫比較［J］. 貴州氣象，2009，33(增刊):21－22.

［7］邸瑞琦. 從人體舒適度看內蒙古地區夏季高溫天氣［J］.內蒙古氣象，2000(1):42－44.

［8］王遠飛，沈愈. 上海市夏季溫濕效應與人體舒適度［J］.華東師范大學學報，1998，(3):60－66.

［9］羅忠紅，黃嘉佑，江航東. 我國冬季持續極端低溫分布特征［J］. 安徽農業科學，2011，39(24):14 945－14 947.

［10］杜小玲，藍偉. 兩次滇黔準靜止鋒鋒區結構的對比分析［J］. 高原氣象，2010，29(5):1183－1194.

［11］楊貴名，毛冬艷，孔期.“低溫雨雪冰凍”天氣過程鋒區特征分析［J］. 氣象學報，2009，67(4):652－665.