文成猴王谷森林康養基地環境因子和氣候舒適度變化特征研究

雷海清 孫高球 季葉紅 陳慶輝

（1. 浙江省亞熱帶作物研究所，浙江 溫州 325005；2. 平陽縣林業技術指導站，浙江 平陽 325000；3. 文成縣石垟林場，浙江 文成 325306）

隨著經濟社會的快速發展，生態環境和人類健康問題已成為當前的研究熱點之一。森林不僅具有涵養水源、減少水土流失、吸收二氧化碳、釋放氧氣、滯塵等良好的生態功能，還因為潔凈的空氣、較高的負離子含量、舒適的森林小氣候、益身的植物精氣等豐富的保健效益因子而對人體具有調養、減壓等康體健身作用，是人們游憩、休閑、保健、療養的優良場所[1-2]。森林康養以優質的森林資源和良好的森林環境為基礎，以健康理論為指引，以傳統醫學和現代醫學相結合為支撐，開展以森林醫療、療養、康復、保健、養生為主，并兼顧休閑游憩和度假等一系列有益人類身心健康的活動[3-4]。森林康養基地具備優質森林、濕地資源和生態環境，結合地方特色康養資源，開展休閑、健身、養生、養老、療養、認知、體驗等活動，能夠提供促進人們身心健康的環境空間場地、配套設施和相應服務體系的康養綜合體[5]。

森林作為改善生態環境的主體，其本身健康及其與環境的關系得到了重視和關注[6]。森林調節小氣候的效應根據海拔、林分類型等會有所不同[7]。氣候舒適度是指人體對環境中溫度、濕度、風、光照輻射等氣象要素的生理感受，在森林旅游和氣象學的研究中被廣泛采用[8-13]，成為人居環境氣候評估、旅游氣候資源評價的重要內容之一。但在森林康養基地中未開展這一研究。本研究選擇了文成猴王谷森林康養基地，對森林康養基地的主要環境因子進行連續原位和定位監測[14-15]，目的是摸清環境因子和氣候舒適度的時間變化規律，對基地的環境資源進行評價。

1 研究方法

1.1 研究地概況

試驗地點在浙江省文成縣猴王谷森林康養基地，基地位于文成石垟森林公園境內，地處浙江省文成縣西北部，東經119°46′45″～119°53′26″，北緯27°48′18″～27°55′48″，海拔高度為380～1 362 m。屬亞熱帶季風氣候區，氣候特點四季分明，夏季涼爽，春秋宜人，冬季寒冷，年平均氣溫13.7 ℃，最熱月（7月）均溫23.6 ℃，極端最高溫36.4 ℃；最冷月（1月）均溫3.3 ℃，極端最低溫-6.4 ℃；年平均降水量2 161 mm，平均相對濕度達80%以上，無霜期285 d，平均年霧日220 d，平均年降雪天數15 d。所在的南田山脈屬洞宮山脈的羅山支脈，系福建武夷山脈由西向東延伸而來，山體土壤系火成巖母質形成的山地紅壤和山地黃壤，土層厚度一般為60 cm左右，深山區土壤疏松，富含腐殖質。基地總面積682 hm2，森林覆蓋率93%，基地林分類型為次生常綠闊葉林，樹種有甜櫧（Castanopsis eyrei）、青岡（Cyclobalanopsis glauca）、木荷（Schima superba）、含笑（Michelia figo）等，平均年齡60 a，平均樹高18 m，平均胸徑22 cm[16]。

1.2 樣點設置

在整個基地的核心位置閑云閣附近，設置1個監測樣點（東經119°48′08.42″，北緯27°50′00.83″），海拔943 m，該樣點位于整個基地的中心，也是海拔最低點，位于常綠闊葉林中，距離溪水瀑布2 m。

1.3 測定方法

1.3.1 環境因子測定

利用大氣負離子觀測ZK-FO系統（中科正奇（北京）科技有限公司，中國），測定空氣溫度、濕度、風速、負氧離子、PM2.5，系統設定為每分鐘測定1次，24 h連續測定。觀測時間為2017年9月—2018年8月。

1.3.2 氣候舒適度計算方法

根據陸鼎煌[8]的方法，按公式（1）計算氣候綜合舒適指數（S）。具體劃分標準見表1。

式中：T為空氣溫度，F為空氣相對濕度，V為風速。

表 1 氣候舒適度評價標準Table 1 Evaluation criteria of climate comfort index

1.3.3 PM2.5質量濃度

根據GB/T 3095—2012[17]，參照古琳[9]的評價方法，PM2.5濃度用質量濃度標識，并用其日平均、年平均質量濃度值標準對林內顆粒物污染程度進行評價。具體評價標準見表2。

表 2 PM2.5質量濃度評價標準Table 2 Evaluation criteria of PM2.5 concentration

1.4 分析方法

在Excel軟件中統計數據，并繪制相關圖表。

2 結果與分析

2.1 氣候舒適度全年總體特征

由圖1可知，猴王谷基地全年的氣候舒適度指數呈現明顯的月變化，其中2018年5—9月的氣候舒適度指數低于4.55，屬于很舒適；2017年10月—2018年4月，氣候舒適度指數在4.55～6.95之間，屬于舒適；2018年3月和2017年11月，氣候舒適度指數大于6.95，屬于不舒適；2017年12月—2018年2月，氣候舒適度指數大于9，屬于極不舒適。

圖 1 氣候舒適度指數季節變化Fig. 1 The seasonal variations of climate comfort index

2.2 小氣候季節變化特征

由圖2可知，年平均溫度為16.37 ℃，最低月氣溫出現在2018年2月，為7.89 ℃，最高月氣溫出現在2018年7月，為24.13 ℃，由于地處山區，總體氣候比較涼爽。全年濕度變化不是很明顯，年平均濕度為80.86%，全年濕度都比較大。全年風速變化變化也不是很明顯，年平均風速為0.75 m/s，2017年10月份風速最小，在0.47 m/s，2018年6月份風速最大，為0.9 m/s。

在2017年9月至2018年8月間，對極端天氣值進行分析，氣溫最高的時刻為2017年9月9日下午17點，為30.6 ℃，溫度最低的為2018年2月11日凌晨12點，為3.2 ℃；濕度最大的1個時刻為2018年8月26日晚上8點，為95.4%；風速最大的1個時刻為2017年9月15日上午10點，為8 m/s。

圖 2 小氣候因子季節變化Fig. 2 The seasonal variations of microclimate index

2.3 小氣候和氣候舒適度日變化特征

由圖3可知，四季的氣溫日變化都比較明顯，總體上都表現為先升高后下降的單峰變化趨勢，日最高氣溫都出現在14：00—16：00，其中夏季在14：00達到最高，春季和秋季都延后了1 h，冬季延后了2 h到16：00才達到最高。

圖 3 小氣候因子和氣候舒適度指數日變化Fig. 3 The diurnal variations of microclimate index and climate comfort index

空氣相對濕度在四季的日變化趨勢與氣溫相反，總體都呈現出先下降后上升的單谷型變化特征，且白天低、夜間高。四季的空氣濕度低谷都出現在 14：00，日最大濕度一般出現規律性不強，這個跟當天的天氣關系比較大，如春季、夏季和冬季，日最大相對濕度出現在0：00，而秋季，日最大相對濕度則出現在上午9：00。總體來說，猴王谷基地地處海拔800 m的山地，空氣濕度較大，1天當中濕度變化在春秋時較為大，冬季日變化幅度較小。

四季的風速都沒有明顯的日變化規律，全天都處于不斷波動的狀態。不同季節的風速日變化幅度差異明顯，春季最大，達到1.09 m/s，其他3個季節差異不大，都在0.5 m/s左右，各季節間差異明顯。

四季的氣候舒適度日變化呈現不同的規律，秋季和冬季的氣候舒適度在1天之內先降低后升高，最低值分別出現在14：00和16：00；夏季的則先升高后降低，最高值出現在15：00；春季變化最大，1天之內出現2個低谷，分別在中午12：00和下午16：00。從變化幅度來看，冬季變異系數最小，只有0.05，春季和秋季日變異比較大，變異系數在0.33～0.35，夏季變異系數居中，在0.13。夏季全天的舒適度最高，平均值為3.03，并且全天變化不大，非常適宜在基地康養。

2.4 空氣顆粒物質量濃度變化特征

2.4.1 PM2.5季節變化特征

由圖4a可知，本研究地的PM2.5質量濃度的在不同季節間有一定差異，全年平均值為37.54 μg/m3，根據GB/T 3095—2012[17]，全年空氣質量未達到二級標準。但是2018年1—8月的PM2.5質量濃度都在35 μg/m3以下，8個月平均值為32.45 μg/m3，達到國家二級標準，說明整個基地的空氣質量還是比較優良的。2017年基地處于建設期，9月至12月的PM2.5質量濃度稍微有點高，后期建設完成后，空氣質量比較優良。

2.4.2 PM2.5日變化特征

由圖4b可知，不同季節的PM2.5質量濃度日變化沒有統一的規律，僅秋季日變化呈現先降低后升高的規律，最低值出現在中午14：00，僅為12 μg/m3，隨后升高。四季的日均值都在35 μg/m3以下，達到國家一級標準。

圖 4 PM2.5季節變化和日變化Fig. 4 Seasonal variations and diurnal variations of PM2.5 concentrations

2.5 氣候舒適度及空氣顆粒物質量濃度評價和森林康養利用

根據氣候舒適度在四季的日變化規律，將一天中的不同時段進行了其舒適度的劃分（見表3），同時對各時段的空氣顆粒物質量濃度進行了評價，得到了顆粒物的評價等級（見表4），提出了文成猴王谷森林康養基地最適宜的森林康養時間（見表5），春季適宜時間為10：00—22：00，最佳時間為16：00—18：00；夏季的適宜時間最長，全天適宜，最佳時間是10：00—22：00；秋季的適宜時間跟春季類似，但時長比春季略長，為12：00—22：00，最佳時間為12：00—18：00，原因應該是春季潮濕，秋季更為干燥；冬季由于溫度較低，不適宜進行森林康養。春、夏、秋季適宜時間分別占全天的50%、100%、41.6%；三季的最佳森林康養時間占全天的8.3%、50%、25%。整體來說，猴王谷森林康養基地適宜的時間為春、夏、秋三季。

表 3 各時間段氣候舒適度等級Table 3 Comfort grade in different time

表 4 各時間段空氣顆粒物（PM2.5）質量濃度評價Table 4 Evaluation grade of PM2.5 concentration in different time

表 5 猴王谷適宜森林康養時間推薦Table 5 Suitable forest therapy time in the Monkey King Valley

3 結論與討論

森林康養基地具備優質森林資源和生態環境，能夠提供促進人們身心健康的環境[18]。在基地環境質量方面，要求大氣環境質量符合國家三級標準，對于森林康養基地的氣候舒適度，目前還沒有相關的研究結果。我國氣候舒適度研究大約始于20世紀80年代，利用舒適度模型開展了一系列的研究工作，在大空間尺度上，唐焰等[19]利用溫濕度指數分析了氣候舒適度的空間格局，對人居環境的氣候舒適性進行了定量評價；在小空間尺度方面，孟蕾等[20]研究了湖南韶山氣候舒適度的變化特征，韓文堂等[12]研究了新疆天山天池景區氣候舒適度，杜田恬等[21]對陜西紅河谷森林公園夏季整體舒適度隨海拔升高而降低。氣候舒適度指數對于森林旅游有很好地指導作用，對于景區空間規劃、游客出行活動的安排都有很好的指導作用。氣候舒適度的季節性來看，在城市森林做過類似的研究，段文軍[22]在深圳園山對3種山地森林的氣候舒適度進行研究的結果表明，林地在春、秋季的氣候綜合舒適度指數都≤4.55，達到了“很舒適”等級。在夏季都達到了“舒適”級別。同時園山3種森林在春、秋季的全天所有時間段都達到了“很舒適”級別。古琳[9]在江蘇無錫惠山的研究表明，林內氣候舒適度春季最好，春、夏、秋季達到“舒適”。辛學飛等[11]在湖南張家界森林公園的氣候舒適度研究表明，張家界國家森林公園一年中最為舒適的時間段是夏季，而極不舒適的時間段則是冬季，春季舒適時間段要比秋季長。本研究結果與前面學者的研究基本相符，文成猴王谷森林康養基地地處浙南山區，冬季略為寒冷，再考慮到濕度、風速等綜合因素，夏季為最適宜的康養季節。該基地氣候舒適度整體水平較高，4—10月氣候舒適度指數低于6.95，屬于舒適或很舒適。

氣候舒適度的日變化來看，段文軍[22]在深圳園山3種城市森林在春、秋季全天的人體舒適度都達到“很舒適”水平，適宜人們進行游憩活動；在夏季，3種游憩林的小氣候在1：00—7：00，21：00—23：00都達到“舒適”水平[21]。古琳[9]在江蘇無錫惠山的研究表明，春季氣候舒適度在11：00—17：00 達到“很舒適”，夏季則提前到5：00—7：00，秋季多數時間為“舒適”，冬季全天均“不舒適”[9]。根據在文成猴王谷的研究，夏季全天“很舒適”，適宜康養的時長比深圳和無錫都要長，說明浙南山區在夏季開展森林康養優勢明顯。

從小氣候的季節變化來看，溫度的季節變化最為明顯，濕度和風速變化不明顯，這與無錫惠山和深圳園山的情況基本一致[9,22]，但本研究中的文成猴王谷基地樣點夏季最高溫度只有24.13 ℃，比其他兩個點的最高溫度都要低，其中比無錫惠山林內最高溫度低5.83 ℃，說明該森林康養基地的森林的降溫增濕效應最大，夏季樹木的蒸騰作用最強，林內濕度明顯增大，同時蒸騰作用不斷從環境中吸收熱量，使林內溫度降低。

從小氣候的日變化來看，溫度、濕度的日變化明顯，并且溫度在1天當中先升高后降低，而濕度則為先下降后上升，風速的日變化不明顯，這與無錫惠山和深圳園山的情況基本一致。

猴王谷基地的PM2.5質量濃度全年平均值為37.54 μg/m3，PM2.5質量濃度的在不同季節間有一定差異，不同季節的PM2.5質量濃度日變化沒有統一的規律，部分時段PM2.5質量濃度值低于35 μg/m3，達到國家二級標準，整體空氣質量優良。

本研究對基地的溫度、濕度、風速、PM2.5質量濃度進行了連續定位監測，獲得了較為全面的數據，研究證明，文成猴王谷森林康養基地氣候舒適度整體水平較高，空氣質量優良，適宜開展森林康養活動。從氣候舒適度和空氣顆粒物質量濃度的時間變化規律來看，夏季適宜開展全天候的森林康養活動，春季和秋季也適宜在一定時間段開展森林康養活動，本研究結果對于基地后續開展森林康養活動的時間安排上將有一定的指導作用。目前全國都在開展森林康養基地的建設，但對于康養基地的環境評價尚缺乏系統的研究，本研究結果將為后續康養基地的建設提供一定的參考經驗。但由于條件限制，目前的研究僅限于1個采樣點，對于整個基地的代表性還略有不足，今后將計劃增設更多的采樣點來進行更加深入的研究。