基于FAHP方法的氣候舒適度演變分析
——以三明市為例

康海濱 李衣長 陳雪芹 李仁忠 鄭文君 呂 飛

(1.三明市氣象局，福建 三明 365000；2.清流縣氣象局，福建 三明 365300)

氣候是人類賴以生存的自然環境要素，氣候舒適與否直接關系到人體健康，也影響到療養度假、養生養老、休閑旅游等產業發展。人體對環境溫度的感受程度受到氣溫、濕度、風速等氣候因子的綜合作用。多數學者以人的主觀感受和生理反應為評價依據，構建了有效溫度、溫濕指數、風效指數、著衣指數等舒適度模型，后續一些研究通過對上述指標賦予權重值，建立了新的綜合氣候舒適度評價模型[1]。賦權常用到的方法有模糊層次分析法(FAHP)和旋轉經驗正交函數分解法(REOF)等。FAHP是一種經過改進的系統分析方法，能夠反映氣候舒適度等級的模糊性和連續性，也能實現對舒適度分析的定量化，有利于對不同季節、年份、區域氣候舒適度的分析與比較[2]。

三明市位于福建省西北部，屬中亞熱帶季風氣候，地形以丘陵和低山為主，素有中國綠都美譽。當前三明市大力發展全域森林康養旅游，打造國家森林康養示范市[3]，市區分布在沙溪河階地，集中了全市最優質的醫療、文娛、交通等資源，是康養旅游產業發展的重要節點。現有關于三明市氣候舒適度的研究中，廖善剛[4]以綜合舒適度指標分析福建代表性旅游城市(含三明市泰寧縣)的氣候資源；高愛仙[5]通過計算氣候舒適度指數和風效指數確定三明市宜人氣候時段是4～6月和9～11月；鄭衡宇等[6]以福建主要城市(含三明市)周邊平緩高地為研究區域，分析每日不同時段的氣候舒適度。上述研究距今年份較久，評價指標相對單一，也沒有揭示氣候舒適度的年際變化。近幾十年三明市的平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫均表現出一致的緩慢升溫趨勢[7]，氣溫對氣候舒適度指數的影響是主要的、直接的[8]，這一氣候變化對三明市氣候舒適度帶來何種影響亦值得探討。因此，本文通過統計三明市1961—2018年的氣象資料，基于FAHP構建綜合氣候舒適度評價模型，揭示三明市氣候舒適度的演變規律，并對研究結果進行驗證，以期從氣候角度為三明市康養旅游產業發展提供理論依據。

1 資料和方法

1.1 構建常規氣候舒適度指數

選取三明市國家氣象觀測站1961—2018年的氣溫、相對濕度、風速的日平均值和日照時數的日合計值。溫濕指數(Temperature and Humidity Index，THI)是以靜止飽和大氣作為參照標準，采用溫度和濕度來評價人體的熱耐受程度，在濕熱環境且有遮蔽的氣候條件下適用性好；風效指數(Wind Effect Index，WEI)由風寒指數演變而來，風寒指數是皮膚溫度為33℃時皮膚表面的冷卻速率，風效指數將太陽輻射后人體增熱等情況納入考慮，反映人體體表與周圍環境之間的熱量交換，在寒冷有風的氣候條件下適用性好；著衣指數(Index of Cloth Loading，ICL)以生理學和服裝材料學的相關理論為基礎，反映人體通過穿衣來改變氣象條件的不舒適性。計算公式[2，8]如下：

THI=(1.8T+32)-0.55(1-RH)(1.8T-26)

式中，T為攝氏溫度(℃)；RH為相對濕度(%)；V為平均風速(m· s-1)；S為日照時數(h· d-1)；H代表人體代謝率的75%，取87W· m-2；a表示人體對太陽輻射的吸收情況，取0.06；R為太陽常數，取1366W· m-2；α為太陽高度角，以正午太陽高度計，根據三明市氣象站緯度26.3°和太陽回歸運動，5～7月α取夏至的87.2°，11月、12月、1月α取冬至的40.2°，2～4月和8～10月α取春分和秋分的63.7°。在國家標準《人居環境氣候舒適度評價》[9]的基礎上，借鑒前人研究結果[8，10-11]，進行指數生理氣候分級，詳見表1。

表1 溫濕指數、風效指數和著衣指數的級別和賦值

1.2 基于FAHP構建綜合氣候舒適度指數

首先，建立近58年三明市氣候舒適度評價的層次結構模型[12-13]：一級指標為綜合氣候舒適度指數A，二級指標為溫濕指數B1、風效指數B2和著衣指數B3。

其次，建立模糊一致性矩陣。

再次，確定指標權重值。三個常規氣候舒適度指數的排序值可由下式計算：

CCI=0.5THI+0.333WEI+0.167ICL

綜合氣候舒適度指數的劃分定級未見到相關的標準或規范，本文根據THI和WEI對應的感覺程度和ICL對應的穿衣厚度，綜合確定出綜合氣候舒適度：7≤CCI≤9為舒適等級，5≤CCI<7為較舒適等級，3

1.3 M-K檢驗方法

2 結果與分析

2.1 不同氣候舒適度日數的分布和比例

三明市多年平均不同氣候舒適度日數比例由高到低依次是舒適、較舒適、較不舒適、不舒適(見表2)。舒適日數占35.7%，舒適和較舒適合計66.8%，不舒適日數占7.6%。以舒適日數為主的月份是3月、4月、10月、11月，平均每月有19～23d；以較舒適日數為主的月份是1月、2月、5月、12月，平均每月有12～17d；以較不舒適日數為主的月份是6月、7月、8月、9月，平均每月有15～20d；無以不舒適日數為主的月份，不舒適日數最多的是7月，有13d，其次是8月，有8d。

表2 1961—2018年三明市各月不同氣候舒適度平均日數

2.2 氣候舒適度的月季變化

以旬為單位的多年平均綜合氣候舒適度指數呈M型變化(圖1)。從6月下旬到9月上旬共8個旬的指數介于3～5，屬于較不舒適等級，表明較不舒適期集中在夏季，為熱不舒適。3月中旬到4月下旬、10月中旬到11月下旬共10個旬的指數≥7，屬于舒適等級，即舒適時段分布在春季和秋季。其余18個旬的氣候舒適度等級為較舒適，冬季也以較舒適等級為主。這與高愛仙[5]的研究結果基本一致。三明市氣候舒適度的季節變化與地形、大氣環流關系密切，閩西和閩中兩大山帶對南下和北上氣流的阻擋作用明顯，靜風頻率大[15]，夏季受副熱帶高壓和850hPa暖中心控制[16]，以上條件容易造成三明市夏季悶熱、冬季較溫和的氣候環境。

圖1 1961—2018年三明市旬氣候舒適度變化

2.3 不同氣候舒適度日數的年際變化

氣候舒適日數和不舒適日數呈增加趨勢，平均上升率分別是1.6、2.3d/10a；較舒適日數和較不舒適日數呈減少趨勢，平均上升率分別是-0.5、-3.4d/10a(圖略)。進而分析對人群有重要影響的氣候舒適和氣候不舒適日數在不同季節的年際變化。舒適日數在春季平均上升率為0.4d/10a(圖2)，在冬季為1.9d/10a，在夏季和秋季均為-0.4d/10a。不舒適日數在夏季平均上升率為2.0d/10a(圖3)，在冬季為-0.2d/10a，在春秋季變化不明顯。在氣候變暖背景下，廣西西江流域冷不舒適日數均呈減少趨勢[17]，多數市(縣)熱不舒適日數呈增加趨勢。三明市夏季不舒適日數的增多、冬季不舒適日數的減少、冬季舒適日數的增多很可能與氣候變暖的環境背景密切相關。

圖2 1961—2018年三明市不同季節舒適日數變化

圖3 1961—2018年三明市不同季節不舒適日數變化

自20世紀90年代初期以來，冬季舒適日數有一個明顯增加趨勢，見圖4的UF曲線。21世紀00年代初期至今，這種增加趨勢超過顯著性水平0.05臨界線。UF和UB曲線的交點在置信水平區間[-1.96 1.96]內，根據對應時間確定冬季舒適日數在20世紀90年代中期的增加是一個突變現象。同理，夏季不舒適日數在上世紀80年代初期快速增加(圖5)，之后在顯著性水平線偏下波動，直到2013年以后達到顯著水平，而突變起始時間是2009年。夏季不舒適日數突變時間和達到顯著水平的起始時間均滯后于冬季舒適日數的變化。表明冬季氣候舒適度對氣候變暖的敏感性比夏季高。

圖4 1961—2018年三明市冬季舒適日數M-K檢驗

圖5 1961—2018年三明市夏季不舒適日數M-K檢驗

2.4 高氣象敏感行業與舒適度指數的相關性

氣候較舒適時，旅游過夜人數和餐飲消費人數增多，相關產業增加值增加。住宿和餐飲業屬于高氣象敏感行業[18]。為驗證基于FAHP的三明市氣候舒適度研究結果的可靠性，選取2016—2018年三明市四個季度住宿和餐飲業增加值(下簡稱產業產值)作指標，資料來自三明市統計局網站。產業產值主峰在第四季度(圖6)，次高峰在第一季度，這與季度舒適和較舒適總日數遞減分布相符。但是在舒適和較舒適總日數最少的第三季度，僅2016年的產業產值最低，且近三年第三季度總日數的環比增幅與產業產值的環比增幅存在明顯差異，這些反映了舒適度與產業產值的偏離。在季度產業產值與季度月均氣候舒適度指數的相關分析中(圖7)，兩者的相關系數為0.425，顯著性為0.084，屬于中等程度相關。綜上，一定程度上說明本研究結果是可信的。

圖6 2016—2018年三明市季度住宿和餐飲業增加值與季度舒適和較舒適總日數

圖7 2016—2018年三明市季度住宿和餐飲業增加值與季度月均舒適度指數線性關系

3 結論

三明市氣候舒適期長，較舒適和舒適日數合計占全年的66.8%。季節上，春秋季舒適，冬季較舒適，夏季較不舒適。月季變化上，3月中旬～4月下旬、10月中旬～11月下旬屬于舒適等級；6月下旬～9月上旬屬于較不舒適等級。

三明市的舒適期和不舒適期均在變長，不舒適日數增幅大于舒適日數。夏季不舒適日數增多、冬季不舒適日數減少、冬季舒適日數增多很可能與氣候變暖有關。冬季氣候舒適度對氣候變暖的敏感性比夏季高。

三明市在今后發展康養旅游產業時，可以充分利用春季和秋季，增加對冬季的利用，積極開展全地域、多層次、多種類的經營開發活動。同時應加大對避暑型康養基地、項目和產品的開發設計，做好長期氣候變暖下氣候舒適度向熱不舒適演變的應對。