長江中下游地區十大湖泊氣候舒適度時空分布特征

任宇杰+唐曉嵐

摘要：以長江中下游地區15個氣象站1981-2010年的氣象數據為基礎資料，采用綜合氣候舒適度評價模型對長江中下游地區具有代表性的十大湖泊的氣候舒適度進行評價，并對氣候舒適度在不同時間和空間的分布特征進行研究。結果表明，長江中下游地區十大湖泊氣候舒適度普遍較高，舒適期一般分布在4-5月和9-10月，不舒適期分布在7-8月；春、秋兩季氣候舒適度明顯高于冬、夏兩季；全年氣候舒適度指數變化趨勢呈M形。長江中下游地區十大湖泊氣候舒適度隨經度降低而呈下降趨勢；隨緯度降低呈上升趨勢；隨海拔升高呈上升趨勢。長江流域下游湖泊的氣候舒適度略高于中游湖泊。

關鍵詞：長江中下游；湖泊；氣候舒適度；時空分布

中圖分類號：P49 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）01-0041-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.01.011

Abstract： Taking the 15 meteorological stations during 1981 to 2010 meteorological data in the Yangtze River area as the basic data， climate comfort degree of ten big lakes that are representative the middle and lower reaches of Yangtze River in China was evaluated using a comprehensive climate comfort evaluation model， and the distribution characteristics of climate comfort in different time and space were also studied. The results show that， the comfort degree of the ten lakes in the middle and lower reaches of Yangtze River is generally higher， and the comfort period is generally distributed in April to May and September to October， and the discomfort period is distributed in July to August. The climate comfort degree of spring and autumn is obviously higher than that of winter and summer. The variation trend of climate comfort index present "M" in the whole year. The climate comfort degree of the ten lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River decrease with longitude， and increase with the decrease of latitude， and increased with the elevation. The climate comfort of the lakes in the lower reaches of the Yangtze River is slightly higher than that in the middle reaches.

Key words： the middle and lower reaches of Yangtze river； lakes； climate comfort degree； spatio-temporal distribution

近些年，中國的氣候環境受快速城市化和經濟發展影響日趨惡化，極端天氣事件頻發，嚴重阻礙中國社會進步和居民生活質量提高。長江中下游地區作為中國經濟發達地區，近年來也頻繁遭遇暴雨的侵襲，其周邊湖泊水系的氣候環境也受到了相應的影響。因此，在監控大氣環境質量的同時，研究長江中下游地區湖泊的氣候舒適度，衡量人體體感健康程度，具有重要意義[1，2]。國外學者對氣候舒適度研究已經有超過百年的歷史，提出了很多針對氣候舒適度評價的經驗評價模型和計算機肌理模型[3]，如有效溫度、溫濕指數、風寒指數、著衣指數等[4-6]。國內學者對于氣候舒適度領域的研究始于20世紀80年代，研究成果主要是利用國外成熟的評價模型[7-9]對國內各個城市、地區的氣候狀況進行評價[10，11]。本研究利用中國長江中下游地區十大湖泊（鄱陽湖、洞庭湖、太湖、西湖、東湖、南湖、瘦西湖、淀山湖、玄武湖和千島湖）的氣象數據資料，采用溫濕指數、風效指數和著衣指數構建綜合評價模型，對十大湖泊的氣候舒適度進行綜合評價，并分析十大湖泊氣候舒適度的時空分布特征。

1 資料來源與方法

1.1 氣象數據來源與處理

在長江中下游地區十大湖泊所在地及周圍選取了15個氣象站（圖1、表1），收集各個氣象站1981-2010年逐日平均氣溫、平均相對濕度、平均降水、平均風速和平均日照時間數據，部分缺失的數據由周邊站臺觀測數據代替。資料由中國氣象局數據中心（http：//data.cma.cn/site/index.html）提供。由于氣象站空間分布均勻兼顧了地形情況因素，所以數據具有較好的科學性和代表性，能滿足研究需要。

1.2 氣候舒適度評價模型的建立endprint

選取由溫濕指數、風效指數、著衣指數構成的綜合氣候舒適度指數對長江中下游十大湖泊型風景區的氣候舒適度進行分析研究。

1.2.1 溫濕指數 溫濕指數（Temperature humidity index，THI）是1959年美國國家氣象局提出的一個反映夏季不同溫度和濕度條件下，氣候環境對人體舒適度的影響的氣候舒適度指數。起初是用來評價夏季美國旅游景點的舒適度，并預測夏季居民每周工作時間的，其計算公式：

式中，THI為溫濕指數，t為攝氏氣溫（℃），f為空氣相對濕度（%）。

1.2.2 風效指數 風效指數（Wind effect index，WEI）是生物學家特吉旺針對風寒指數中缺少對太陽輻射要素的考慮，對風寒指數的計算公式進行修改，在收集計算大量試驗數據的基礎上將太陽輻射引入其中，提出了風效指數這一改進指標，其計算公式：

WEI=-（10+10.45-V）×（33-t）+8.55S （2）

式中，WEI為風效指數，V為風速（m/s），t為攝氏氣溫（℃），s為日照時間（h/d）。

1.2.3 著衣指數 著衣指數（Clothing index，CI）是澳大利亞學者弗雷塔斯提出的，他認為當氣溫低于25 ℃時，人的體表溫度就會降到32 ℃以下，人體體感就有了涼的感覺，需要通過著衣來改變體感舒適度。著衣指數就是用來反映衣服厚度的指標，其計算公式：

式中，CI為著衣指數；t為攝氏氣溫（℃）；H代表人體代謝率的75%（W/m2），一般取輕活動量下的代謝率，此時H=87 W/m2；a表示人體對太陽輻射的吸收情況，最大取0.06；R表示垂直陽光的單位面積土地所接收的太陽輻射，R=（1 385±7）W/m2；α表示地區的太陽高度角。

1.2.4 綜合舒適度指數 綜合舒適度指數（Comprehensive comfort index，CCI）是國內學者馬麗君等[12]基于層次分析法和專家打分法，結合溫濕指數、風效指數、著衣指數構建的綜合氣候舒適度指數，其計算公式：

CCI=0.6ITHI+0.3IWEI+0.1ICI （4）

式中，ITHI、IWEI、ICI分別代表溫濕指數、風效指數和著衣指數的賦值，3個指數的賦值標準如表2所示。綜合舒適度指數的賦值評價標準為綜合舒適度指數在7～9代表舒適，在5～7代表較舒適；3～5代表較不舒適；1～3代表不舒適。

2 結果與分析

2.1 氣候舒適度時間分布特征

根據長江中下游地區十大湖泊的原始氣象數據，利用公式（1）～公式（3）以及氣候舒適度指數賦值評價標準，計算得出十大湖泊月際溫濕指數、風效指數和著衣指數。并對計算結果進行賦值，將賦值評價結果帶入公式（4），得到十大湖泊的氣候舒適度時間分布情況，如表3所示。

2.1.1 氣候舒適期分布規律分析 根據綜合氣候舒適度指數的計算結果，對長江中下游地區十大湖泊不同等級的氣候舒適期進行劃分，并分析其分布規律，結果如下：

1）長江流域中游水系的鄱陽湖、洞庭湖和東湖地處中國中部地區，屬于季風氣候區，具有南北過渡地帶的天氣氣候特征。冬冷夏熱，四季分明，夏冬長春秋短。鄱陽湖的舒適期為4-5月和10月，共計3個月；洞庭湖的舒適期共計2個月，為4月和9月；東湖的舒適期共計2個月，為4月和10月。結果表明，這三大湖泊的氣候舒適期持續時間較短，平均每年2個月，具體分布在在4月和10月；氣候不舒適期一般為1個月，分布在每年的7月。

2）長江流域下游水系的瘦西湖、太湖、淀山湖、千島湖、南湖、西湖、玄武湖地理位置靠近中國東部沿海，年平均氣溫較高，每年有明顯的春、秋兩季。太湖的氣候舒適期為每年4-5月和10-11月，共計4個月；玄武湖、西湖、南湖、千島湖、瘦西湖的氣候舒適期普遍分布在每年4-5月和10月，共計3個月。淀山湖因為地處上海市區，受城市熱島效應的影響，舒適期較短，共計2個月，分布在5月和10月。

由此可知，長江流域下游湖泊的氣候舒適期略長于中游地區，不舒適期略短于中游地區。因此，從長江流域十大湖泊的氣候舒適期分布規律分析結果看，長江流域下游湖泊的氣候舒適度略高于中游地區。

2.1.2 氣候舒適度年內變化規律 根據長江流域中游水系三大湖泊和下游水系七大湖泊的綜合氣候舒適度指數年內變化規律，進一步探究長江中下游地區氣候舒適度的時間分布特征。由圖2、圖3可知，長江中游和下游水系的十大湖泊氣候舒適度指數的最高值普遍出現在4月和10月，最低值均出現在1月、7月和12月。整體變化趨勢呈M形。每年12月至次年1月，長江中下游地區十大湖泊氣溫驟降，靠近湖泊水域的地區寒風刺骨，局部地區甚至會出現大雪和湖面冰封的極端情況，氣候舒適度較差，人體體感寒冷。每年3-6月和9-11月，長江中下游十大湖泊的綜合氣候舒適度高于7，是氣候舒適度最高的時間段，濕潤的氣候和宜人的湖風可以為湖泊周圍的居民和前來游玩的游客提供最佳人體體感舒適度。每年7-8月，長江中下游地區十大湖泊氣候舒適度指數小于3。此時中國南方地區也遭受高溫侵襲，暴雨頻發，導致湖泊水質下降，污染物在高溫輻射的催化下揮發到空氣中，導致氣候舒適度進一步惡化，此時長江中下游十大湖泊的氣候舒適度指數全年最低。總體而言，研究區域內湖泊的氣候舒適度在春、秋兩季較高，夏、冬兩季較低，整體變化趨勢非常明顯，變化幅度很大，可以劃分出界限分明的各級別舒適期。

此外，在對氣候舒適度指數的年內變化趨勢進行分析的過程中，還可以發現長江中游水系湖泊的氣候舒適度在每年1-4月略高于下游水系的湖泊（圖4），其結果是由十大湖泊的空間分布差異導致。

2.2 氣候舒適度空間分布特征

在分析長江中下游十大湖泊氣候舒適度的時間分布特征的過程中，發現氣候舒適度除了在全年12個月、4個季節存在特定的分布規律以外，長江中游水系和下游水系的湖泊氣候舒適度的分布規律存在差別。為了進一步探究研究區內十大湖泊氣候舒適度的分布規律，從經度、緯度和海拔3個空間要素的變化出發，對十個湖泊的氣候舒適度分布情況作進一步分析。endprint

2.2.1 氣候舒適度隨經度和緯度變化的分布特征 由表3可知，本研究目標空間分布范圍廣，均勻分布在中國4個省份和直轄市，東西跨越約1 200 km（換算成經度約10°18′），南北向跨越約500 km（換算成緯度約4°36′）。重點分析長江中下游地區十大湖泊在不同經緯度條件下的氣候舒適度年變化規律和季節變化規律，結果見圖5。

由圖5（a）和5（c）可知，長江中下游十大湖泊的年綜合氣候舒適度指數隨著經度的降低呈現波動上升趨勢，隨著緯度降低呈現波動下降趨勢。其中玄武湖的年綜合氣候舒適度指數最高，達到70.1，南湖的年指數最低，為65.2。

由圖5（b）和圖5（d）可知，夏季隨著經度和緯度的降低，長江中下游十大湖泊的氣候舒適度指數呈現降低趨勢，冬季的情況則與夏季相反，隨著經度和緯度下降氣候舒適度上升。而春、秋兩季度，中國長江中下游地區的十大湖泊的氣候舒適度普遍較高，隨經度和緯度變化不明顯。

2.2.2 氣候舒適度隨海拔變化的分布特征 由表3可知，本研究目標區域分布在不同的海拔高度，最高海拔處與最低處相差超過100 m，其中分布在海拔0～10 m的湖泊共計3個，分布在10～50 m的共計6個，千島湖所處海拔最高，達到了100 m。重點分析長江中下游地區十大湖泊在不同海拔高度下的氣候舒適度年變化規律和季節變化規律，結果見圖6。

從圖6可知，長江中下游地區十大湖泊的年綜合氣候舒適度指數在海拔10 m以下范圍內，隨著海拔的升高呈下降趨勢；在10～50 m范圍內，隨著海拔的升高呈現上升趨勢；當海拔超過50 m時，氣候舒適度指數隨海拔的升高明顯下降。總體而言，長江中下游地區十大湖泊的氣候舒適度隨著海拔的升高呈現平穩上升趨勢。夏、冬兩季，長江中下游地區十大湖泊氣候舒適度隨著海拔的升高而呈現上升趨勢；春、秋兩個季節舒適度指數較高。此外還可以發現，低海拔地區的湖泊四季氣候舒適度差異明顯，氣候舒適度變化幅度較大，四季分明。

結合以上分析結果，驗證了長江中下游地區十大湖泊的氣候舒適度確實存在較強的地帶性分布規律（圖7），總體而言，十大湖泊氣候舒適度隨著經度增加，緯度降低，海拔升高呈現上升趨勢，這一規律可能也適用于長江中下游地區其他湖泊中。

3 小結

以長江中下游十大湖泊周圍的15個氣象站1981-2010年的原始氣候數據為基礎，將溫濕指數、風效指數和著衣指數作為評價因子。運用氣候舒適度綜合評價模型，對中國長江中下游地區具有典型代表性的十大湖泊的候舒適度進行了分析與評價。結果表明：

1）長江中下游地區十大湖泊的氣候舒適度指數總體都較高，環境舒適宜人。十大湖泊的氣候舒適期普遍在分布在4-5月和9-10月，不舒適期普遍分布在7月和8月。春、秋兩季氣候舒適度明顯高于冬、夏兩季。

2）長江流域下游湖泊的氣候舒適度略高于中游地區，氣候舒適期也略長于中游地區。長江中游和下游水系的十大湖泊氣候舒適度指數的最高值普遍分布在4月和10月，最低值普遍分布在1月、7月和12月。十大湖泊的氣候舒適度指數整體變化趨勢呈M形。

3）長江中下游十大湖泊的年度綜合氣候舒適度指數隨經度的降低呈現波動上升趨勢，隨緯度降低呈現波動下降趨勢。夏季長江中下游地區十大湖泊的氣候舒適度隨著經度和緯度的降低呈現降低趨勢，冬季的情況則與夏季相反，隨著經度和緯度下降氣候舒適度上升。春、秋季的變化趨勢不明顯。

4）長江中下游地區十大湖泊的年綜合氣候舒適度指數在海拔10 m以下范圍內，隨海拔升高呈下降趨勢；在10～50 m范圍內，隨著海拔的升高呈現上升趨勢；當海拔超過50 m時，氣候舒適度指數隨海拔的升高明顯下降。

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