漢江流域夏季避暑適宜度的變化分析

丁玲玲，楊 劍，孫小舟

(1.上海市地質勘查技術研究院，上海 200436；2.湖北文理學院 資源環境與旅游學院，湖北 襄陽 441053)

漢江流域地處我國中部，長江中游，兼具獨特的地理位置和重要的社會經濟地位. 地理上，其地處季風區邊緣地帶，緊接秦嶺這一重要生態分界線，環境敏感繁復. 經濟上，漢江流域生態經濟帶是連接長江經濟帶和新絲綢之路經濟帶的一條戰略通道，經濟區位優勢明顯. 得益于此，流域內兼備豐富優美的自然景觀和悠久的歷史文化特色，具有旅游業發展的自然、人文基礎優勢和社會經濟條件. 旅游業作為一種資源節約型、環境友好型產業，具有生態經濟的發展優勢，可為漢江流域上游即南水北調中線工程水源地的生態保護和漢江流域生態經濟帶的建設發揮重要作用. 因而，旅游業成為其間重要產業而頗受關注.

但是，旅游業的發展深受氣候狀態及其變化的影響. 據IPCC第五次報告所述，全球氣候系統的變暖是毋容置疑的；且很有可能的是全球范圍的冷晝和冷夜天數已減少，暖晝和暖夜天數已增加[1]. 在這一背景下，歷來晝夜普遍高溫的中國夏季，避暑旅游更是成為夏季出游的重要動機和需求[2]. 而據前期研究[3-4]來看，漢江流域夏季多處于較不舒適和不舒適之間，增溫趨勢明顯，不具備長期消暑旅游度假的條件. 但IPCC報告中也指出，與1951—2012年相比，1998—2012年間觀測到的地表增溫趨勢漸緩[1]，且地區之間的差異可能會隨著極端事件增多而加大. 不由疑問，區位敏感而獨特的漢江流域氣候平均值是否可能掩蓋夏季適宜避暑日，其可能適宜避暑的日數是直接隨氣候增暖而顯著減少，抑或在其間出現不同的趨勢性變化？由于中國夏季避暑的趨眾性，導致熱門避暑區過于火爆，一票難求，一房難訂，旅游成本增加，避暑體驗降低，很難滿足普通大眾對避暑旅游的基本需求，從而對鄰近區域可能的短期避暑旅游提供了重要機遇. 兼之旅游氣候亦受地形影響，而漢江流域山地資源豐富，植被茂盛高大，遮天蔽日，對夏季高溫有一定的舒緩作用，具有休閑漫步和溪澗漂流等短期避暑活動的發展條件. 可見，對漢江流域夏季可能適宜避暑狀況的研究具有重要的應用價值.

基于以上考慮，筆者嘗試利用炎熱指數和模糊判斷方程來建立夏季適宜避暑度、適宜避暑日數的確定標準，進而通過對漢江流域夏季適宜避暑度和適宜避暑日數的分析，為短期避暑旅游出行或避暑旅游產品設計提供基礎支持. 這既可減輕消暑旅游區的長期壓力，又能滿足更多本地及周邊城市的旅游需求，有利于漢江流域旅游業的發展和旅游結構體系的完善. 本文還通過與氣溫變化趨勢的關系分析，為漢江流域這一獨特地理位置的氣候變化研究提供參考.

1 數據與方法

1.1 數據說明

研究所用數據源自經過質量控制的中國地面氣候資料日值數據集(http：//data.cma.cn/，中國氣象數據網)，從中選取了漢江流域14個氣象站點(包括陜西省的漢中、佛坪、商州、鎮安、石泉、安康等6站，河南省的西陜、南陽等2站，湖北省的鄖西、房縣、老河口、棗陽、鐘祥、天門等6站)1951—2015年的6—8月的逐日平均氣溫、最高氣溫和相對濕度等數據，以計算逐日適宜避暑度.

其中鄖西站自1989年作為基準站上報數據，其1988年及之前的逐日平均氣溫Yave、最高氣溫Ymax和相對濕度Yp，依據附近鄖縣站(兩站高程相差不大，氣候數據具有較高相關度)共同數據Xave、Xmax和Xp所建立的一元線性回歸方程加以補缺. 方程(方差解釋量均通過0.001檢驗水平)如下：

Yave=0.94×Xave+1.12

(1)

Ymax=0.99×Xmax+0.45

(2)

Yp=0.88×Xp+0.10

(3)

1.2 研究方法

1.2.1 夏季適宜避暑度和適宜避暑日數的確定方法筆者嘗試利用炎熱指數和模糊評判法來建立適宜避暑度的計算方法. 之所以從眾多的氣候舒適度指標中選擇炎熱指數(又稱溫濕指數)是基于以下考慮：1)炎熱指數計算方便，僅需要常用的與人體舒適度最密切的溫度和濕度指標即可獲取. 2)效果較好，與南京的指標比較來看，其與復雜的熱氣候指數相比，效果并不差[5]，而漢江流域與南京同屬長江中下游地區，該指標用于漢江流域也有較好適用性. 3)該指標得到了持續而廣泛的應用[6-11]，可增加計算結果的可比性. 4)前期研究[3]認為，類似的風速指標對漢江流域旅游氣候的影響很小. 5)雖然炎熱指數更適用于室內環境而非室外環境，但漢江流域旅游風景區多為山地資源，植被茂盛豐富，具有類似室內環境的效果，且在景區內太陽輻射、云量、風速等對人體舒適度的影響有所減弱，相關指標參與計算的必要性不大.

具體的計算方法：首先依據文獻[8]計算炎熱指數I(分布計算逐日最高氣溫對應的溫濕指數Imax和逐日平均氣溫對應的溫濕指數Iave)，鑒于夏季以避暑旅游為目標，日最高氣溫和平均氣溫都將對出行時間、強度和舒適性造成影響，進而綜合考慮文獻[2]中對夏季最舒適小氣候的界定及其建立的模糊綜合評判方程，以及文獻[7-8]對舒適度等級的劃分，建立如下方程來計算炎熱指數I對應的舒適度等級Id及其適宜避暑度Is(分布計算逐日最高氣溫對應的適宜避暑度Ismax和逐日平均氣溫對應的適宜避暑度Isave)：

Id=1I<72，適宜避暑

(4)

Id=2 76>I≥72，較適宜避暑

(5)

Id=3 80>I≥76，較不適宜避暑

(6)

Id=4I≥80，不適宜避暑

(7)

Is=1/(1+(Id-1)2)

(8)

以Ismax和Isave的均值為日適宜避暑度. 以日適宜避暑度達0.50及以上的日數為該年夏季適宜避暑日數.

1.2.2 線性趨勢估計氣候變化序列屬時間序列，具有隨時間變化的特征. 線性趨勢估計是一種簡單有效的時間序列變化趨勢的估計方法[12]. 為檢測漢江流域適宜避暑度的時間變化趨勢，利用最小二乘法來估計序列變化的趨勢傾向. 若回歸系數b即傾向值為正，則表明序列有隨時間上升的趨勢，反則為下降趨勢. 傾向值的大小反映了序列的變化速率.

1.2.3 滑動t-檢驗滑動t-檢驗以考察兩樣本平均值的差異是否顯著來檢驗突變，基本思想是把一氣候序列中兩段子序列均值有無顯著差異看為來自兩個總體均值有無顯著差異的問題來檢驗. 若在某個時刻前后子序列的均值差異超過了指定的顯著性水平，可認為該時刻點有突變發生[12]，其統計t為正值說明子序列均值出現顯著增加，為負則表示序列出現顯著減少.

2 結果分析

依據以上方程計算了漢江流域14個氣象站1951—2015年夏季逐日適宜避暑度，進而依據鄰近站點信息，對少數日期缺失現象進行補缺，而10日以上連續缺失不予補缺. 之后計算了漢江流域14個氣象站1951—2015年夏季平均適宜避暑度和適宜避暑日，對其中存在10日以上連續缺失的不予計算. 所得結果存在不少年份的缺值，僅對不連續的1968年缺值(漢中和鎮安站缺1968年數據導致序列不連續)予以補缺，補缺方法采取相關度最高站點與其建立回歸方程的方法來實現.

2.1 漢江流域夏季適宜避暑度和適宜避暑日數的基本特征

以最近連續50年(1966—2015年)的平均值、最大值、最小值和標準差來分析漢江流域夏季適宜度和適宜避暑日數的基本特征，如表1所示. 可知：1)除佛坪站外，漢江流域絕大部分站點的夏季平均適宜避暑度小于0.50，處于較適宜避暑和較不適宜避暑之間，這與前期研究[3-4]基本一致，可見漢江流域絕大部分站點的平均氣候狀況不屬于適宜避暑條件. 2)除佛坪站、商州站和鎮安站外，漢江流域大部分站點的夏季比較適宜避暑日數小于30日，不足夏季總日數的35%；而最小較適宜避暑的日數小于14日，不具備長期消暑旅游的氣候條件. 3)陜西省佛坪站，夏季平均適宜避暑度為0.57，處于適宜避暑和較適宜避暑之間. 最小適宜避暑度為0.41(2013年)，偏向于較適宜避暑. 平均較適宜避暑日數為68天，占夏季總日數的73.91%. 最多較適宜避暑日數達90天(1987年)，幾乎整個夏季都較適宜避暑. 可見漢江流域存在部分站點適宜長期避暑旅游. 4)相較于佛坪站適宜長期消暑度假，漢江流域下游的天門站，夏季平均適宜避暑度僅0.20，為較不適宜避暑. 最大適宜避暑度為0.29(1980年)，偏向于較不適宜避暑；平均較適宜避暑日數僅7日，不足夏季總日數的10%. 最少較適宜避暑日數僅1日(2006年)，幾乎整個夏季都不適宜避暑旅游. 可見漢江流域部分站點不適宜避暑旅游(包括短期避暑旅游)，漢江流域復雜的地理環境和氣候狀態使其夏季避暑旅游的適宜性具有較大的空間差異. 5)漢江流域夏季適宜避暑日數的標準差較大，具有明顯的年際波動特征. 綜上述，漢江流域大部分地區夏季平均氣候雖不適宜長期避暑旅游，但時空差異顯著，存在部分適宜長期消暑度假的時段和地區. 漢江流域也具備短期避暑旅游的氣候條件，為避暑旅游活動的開展提供了可能性.

表1 漢江流域各站點1966—2015年夏季適宜避暑度和適宜避暑日數的特征值

2.2 漢江流域夏季適宜避暑日數的趨勢分析

鑒于漢江流域夏季適宜避暑度的變化趨勢與適宜避暑日數的趨勢高度相關(10年和30年滑動變化趨勢的相關系數均接近1，超過了0.001的顯著性水平)，筆者姑且以10年(年代際特征)和30年(常用氣候統計時段)為時間尺度滑動計算適宜避暑日數的趨勢估計值并進行顯著性檢驗，從而對漢江流域夏季適宜避暑狀況的變化趨勢進行分析.

據10年尺度的傾向值來看：自1951年至1955年的5個時段中，傾向值多為負值，即漢江流域夏季適宜避暑日數多呈現減少趨勢. 其后至1978年起的23個時段中，傾向值出現不同程度的波動，以正值偏多，即漢江流域夏季適宜避暑日數多呈現增加趨勢. 其中，漢中站在1964—1973年、安康站在1963—1973年、天門站在1969—1979年的10年段中出現了顯著減少趨勢(超過了0.05顯著性水平)，最小傾向值為-0.93日/年(安康站，1964—1973年). 而漢中站、商州站、西陜站、安康站、鄖西站、房縣站、老河口站等約在1965—1977和1974—1984年的10年段中出現了顯著增加趨勢(超過了0.05顯著性水平)，最大傾向值為2.91日/年(商州站，1975—1984年). 其后至1993年起的17個時段中，傾向值出現了更多的負值，即夏季適宜避暑日數大多呈減少趨勢，且絕大多數站點在1982—1991年、1987—2001年或1993—2002年的若干時段中減少趨勢超過了0.05的顯著性水平，其中最小傾向值為-2.74日/年(鎮安站，1989—1998年，該站自1972年起時段即開始為絕大多數的負傾向值)；進而傾向值轉正值并有所波動，在2000—2010年前后轉為較顯著的負值，其中多數站點在1994—2006年的若干時段中增加趨勢超過了0.05的顯著性水平，最大值為2.71日/年(商州站，1994—2003年). 南陽站、安康站、鄖西站、房縣站、老河口站、棗陽站等在2003—2013年中出現了顯著的減少趨勢(超過了0.05的顯著性水平)，最小值為-1.64日/年(房縣站，2004—2013年). 而佛坪站在這一時期的趨勢波動不同，自1982年起之后絕大多數時段為負值，僅在1984—1993年和2005—2015年時段為正，其最小傾向值為-2.62日/年(1997—2006年，超過了0.05的顯著性水平)，最大傾向值為1.28日/年(2006—2015年，不顯著)，對應的適宜避暑日數自1987年的最大值90日減少至2013年的最小值36日之后又增加至2015年的72日. 總之，漢江流域夏季適宜避暑日數在滑動10年變化趨勢上存在較大的差異性和波動性，適宜避暑日數增加時期的波動更為繁復，持續時間也更長.

相較于10年尺度，漢江流域30年尺度的傾向值變化更為簡單一致，依分析可知：1)除鎮安站外，漢江流域其他站點(具有較高的相關度)的夏季適宜避暑日數滑動30年傾向值均出現了先正后負的特征. 如佛坪站，如圖1所示，自1957—1967年時段，夏季適宜避暑日數的傾向值均為正，說明其對應的時段，即1957—1986年和1967—1996年的滑動30年中，適宜避暑日數均呈現增加趨勢，其中有5個時段的傾向值通過了0.05的顯著性檢驗，最大傾向值為0.37日/年(1958—1987年). 而在之后的19個時段中，佛坪站夏季適宜避暑日數的傾向值均為負值，即適宜避暑日數均呈現了減少趨勢，且減少趨勢有日益增加的特征，其中有14個時段的傾向值通過了0.05的顯著性檢驗，最小傾向值為-1.22日/年(1984—2013年). 2)鎮安站的夏季適宜避暑日數的傾向值如圖1所示，在自1958年起的29個時段中，均為負值，表示了各個連續30年時段中，鎮安站夏季適宜避暑日數均呈減少趨勢，其中有23個時段的傾向值通過了0.05的顯著性檢驗，最小傾向值為-1.09日/年(1969—1998年). 3)鎮安站的減少趨勢呈現為“V”字型. 在佛坪站傾向值轉為負值且不斷減小的時間段前后，傾向值也出現了不斷增加的趨勢.

三角形點表示佛坪站數據，方塊點表示鎮安站數據，實心點表示傾向值通過了0.05的顯著性檢驗

圖1佛坪站和鎮安站1957—2015年滑動30年適宜避暑日的傾向值

2.3 漢江流域夏季適宜避暑日數的突變分析

在趨勢分析中顯示，漢江流域絕大部分站點夏季適宜避暑日數傾向值出現了較為明顯的變動. 為分析其變化的顯著性，也為了檢測全球20世紀80年代前后的增暖在其間的響應，利用了MATLAB軟件對其自1961年以來的適宜避暑日數進行滑動t-檢驗，時間長度選取10年，以0.05顯著性水平為衡量標準.

如圖2所示，據滑動t-檢驗結果可知：1)漢江流域大部分站點(10個站點，占總站點數的71.43%)的夏季適宜避暑日數有兩個明顯的突變點，一個是在1970—1980年前后的某年出現了由少轉多的突變；一個是在1990—1995年前后的某年出現的由增多轉為趨少的突變. 2)漢江流域滑動t-檢驗的站間變幅呈現了先增至1980年最大值，進而減少至1988年的最小值，此后快速增加至2001年的更大值，又開始快速減小的變化特征. 3)與大部分站相反的是，鎮安站1981— 1986年t值為負且均顯著，其中最小值出現在1981年，出現了最為明顯的由多轉少的突變. 4)佛坪站1992—2005年t值均顯著，其中最小值出現在2001年，顯示了該站該年最為顯著的趨少突變，而在2002年，西陜站的t值為正且接近0.05的顯著性水平，表示該站與佛坪站相反，具有較為明顯的由少轉多的突變.

豎實線為站間變幅，菱形方塊點為超過0.05顯著性水平的t值點

圖2漢江流域各站滑動t-檢驗結果圖

3 結論與討論

3.1 結論

漢江流域是我國南水北調中線工程水源區和重要的生態經濟帶，區位頗具特色. 在氣候增暖背景下，對其并不十分適宜避暑旅游地區的夏季適宜避暑度的分析，兼具社會經濟價值和基礎理論研究意義. 論文以常用的氣候舒適度評價指標——溫濕指數為基礎，利用模糊評判方程建立了適宜避暑度的確定方法和適宜避暑日數的判定標準，據此分析了漢江流域夏季適宜避暑氣候的變化特征. 結果為：

1)漢江流域大部分地區夏季平均氣候雖不適宜長期避暑旅游，但時空差異顯著，存在部分適宜長期消暑度假的時段和地區，也具備短期避暑旅游的氣候條件，為避暑旅游活動的開展提供了可行性.

2)漢江流域夏季適宜避暑日數的滑動30年傾向值出現了先增加后減少的特征，最大傾向值為0.73日/年(南陽站，1960—1989年)，最小傾向值為-1.22日/年(鎮安站，1984—2013年).

3)漢江流域夏季適宜避暑日數有兩個明顯的突變：1970—1980年前后出現的由少轉多的突變和1990—1995年前后出現的由增多轉為趨少的突變.

3.2 討論

論文之所以以非常見避暑地漢江流域為適宜避暑度的研究對象，是基于秦嶺以南的獨特地理位置和重要的社會經濟地位，也是考慮到我國消暑度假需求的廣泛性和避暑地的供不應求，地區選擇有一定的代表性和獨特性. 而基于常用的氣候舒適度方法建立的適宜避暑度和適宜避暑日數的評定方法有所創新且具有較強的普適性、可重復性，但也有不足和待完善之處，從適宜避暑度在變化趨勢分析中的不便性可見一斑.

據IPCC報告，氣候增暖毋容置疑，但與1951—2012年相比，1998—2012年間觀測到的地表增溫趨勢漸緩[1]. 而據本文分析，漢江流域在1951—2012年和1998—2012年的夏季氣溫均無明顯變化趨勢，與氣溫變化呈顯著負相關的適宜避暑度和適宜避暑日數也未有顯著變化特征，但其在20世紀的70年代和90年代出現了突變并具有明顯的站間一致性，造成這一現象的驅動機制及漢江流域氣溫變化對全球增暖的響應機制都有待進一步研究.