若爾蓋生態區旅游氣候資源及空氣清新度分析

袁 夢 ,楊庭瀟 ,馮 曉 ,淡 嘉 ,劉自牧1,

（1.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室,成都 610072；2.四川省農村經濟綜合信息中心,成都 610072；3.四川省氣象服務中心,成都 610072；4.民航重慶空管分局氣象臺,重慶 401120；5.四川省氣象災害防御技術中心,成都 610072）

引言

若爾蓋國家級生態功能保護區（本文簡稱“若爾蓋生態區”）是全國首批十個國家級生態功能保護區之一的“若爾蓋-瑪曲”國家級生態功能保護區的四川部分，位于川西高原北端的阿壩藏族羌族自治州，行政區劃隸屬于若爾蓋、紅原、阿壩三縣，總面積16228km[1]。若爾蓋生態區地處黃河上游源區，范圍為四川省境內的黃河流域區，境內擁有我國著名的高海拔沼澤濕地--若爾蓋沼澤濕地，具有水源涵養、環境自凈及固碳等輔助等生態功能，與相鄰的甘肅省瑪曲沼澤濕地共同成為黃河重要的水源涵養地[2]。

近年來國內學者在若爾蓋高原濕地的氣候特征、蒸散量時空變化及植被覆蓋變化等方面開展了一系列研究[3?13]。郭潔等[8]、王燕等[9]、戴洋等[10]和 甄碩等[11]對若爾蓋高原濕地的氣候變化對生態環境的影響進行了分析。彭林英等[12]研究了1971～2000 年若爾蓋旅游舒適期。盧靜等[13]對若爾蓋草原旅游者偏好進行了統計，研究表明旅游者被吸引的排名前十的若爾蓋草原自然吸引物高頻詞依次是“花湖”、“太陽”、“白云”、“藍天”、“日落”、“黃河”、“黃河九曲第一灣”、“日出”、“草地”和“花海”，其中天氣與天象景觀占到50%，其余的物候景觀或水體景觀也與氣候資源密不可分。若爾蓋生態區生態旅游資源豐富，景點眾多，自然風光優美，藏族文化底蘊深厚，隨著近年來川西高原生態旅游熱度的不斷攀升，研究該生態區的旅游氣候資源適宜性具有重要的科學意義和應用價值。本文擬利用1980～2019 年若爾蓋生態區的氣象觀測資料和衛星遙感數據，綜合分析若爾蓋生態區的旅游氣候資源，以期為指導游客出行、開發完善旅游產品以及拓展康養和旅游市場提供科學依據。

1 資料和方法

1.1 資料

本文使用的地面氣象觀測資料來自若爾蓋生態區及其周邊（四川境內）5 個國家自動氣象站，選取1980～2019 年氣溫、降水量、風速、相對濕度和日照時數等逐日觀測資料進行統計分析，站點信息見表1。

表1 若爾蓋生態區及周邊氣象站點分布

本文用于分析若爾蓋生態區空氣清新度的衛星遙感數據來自葵花-8（Himawari-8，簡稱H-8）地球同步氣象衛星，選用了葵花-8 三級(L3)資料中2018～2019年AOD 月數據，空間分辨率均為5km × 5km。已有研究表明[14?15]該衛星的氣溶膠光學厚度（Aerosol Optical Depth，簡稱AOD）數據在東亞地區具有較好的適用性。歸一化植被指數（Normalized Difference Vegetation Index，簡稱NDVI）資料選用了較為成熟的MODIS 衛星資料，空間分辨率為250m，通過最大值合成法，削弱大氣和云的影響，得到2018～2019 年的月合成資料。為便于計算，本研究中將NDVI 數據通過ArcGIS軟件重采樣[16]為5km × 5km 的空間分辨率，保證計算中兩類遙感數據時空分辨率一致性。

為更直觀地了解研究區域的地理分布，本文還采用了由美國航空航天局（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯合測量的SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）地形高程模型數據（精度為90m），提取得到研究區域的地理位置、地形、氣象站點分布，如圖1 所示。

圖1 研究區域氣象站點分布及地形示意

1.2 研究方法

參照四川省預報員手冊的技術規范進行季節劃分，定義“春季”為3～5 月、“夏季”為6～8 月、“秋季”為9～11 月以及“冬季”為12 月～次年2 月。本文采用5 個站的氣象資料算數平均值來代表若爾蓋濕地區域內的氣候特征及變化情況，氣溫和降水量的多年平均值以1980～2019 年平均值為基準。

空氣清新度評價方法本文采用李愷霖等[17]使用的衛星遙感空氣清新度指數RASI（Remote Sensing Atmosphere Index）計算方法，具體計算公式如下：

式中：a、b為權重系數。AOD和NDVI數據均根據常用的歸一化公式進行歸一化處理，將AOD與NDVI統一在[0～1]區間，保證其取值范圍和單調性一致，即：

式中：M為歸一化后結果，X為像元值，Xmin為像元最小值，Xmax為像元最大值。計算得到的RSAI數值越大，則表示空氣越清新。表2 為參考世界衛生組織關于空氣清新度等級劃分中的負氧離子指標，結合實際制定的空氣清新等級分級標準。

表2 衛星遙感空氣清新等級分級標準

2 氣候要素及空氣清新度分析

2.1 氣溫

若爾蓋生態區位于黃河上游源區，地處青藏高原東部邊緣地帶，四季溫差分明，區內各站點均呈1 月氣溫最低、7 月氣溫最高的特點。區內各站常年平均氣溫分別為1.7℃（若爾蓋）、13.1℃（九寨溝）、4.2℃（阿壩）、1.9℃（紅原）和6.3℃（松潘）。受區域海拔高度影響，九寨溝各月平均氣溫高于其余站點，九寨溝站7 月平均氣溫為22.6℃；若爾蓋和紅原各月平均氣溫相對其余站點較低，1 月平均氣溫若爾蓋為?9.3℃，紅原為?9.2℃。若爾蓋生態區各站多年平均氣溫逐月變化如圖2 所示。

圖2 若爾蓋生態區各站多年平均氣溫逐月變化

若爾蓋生態區夏季無極端高溫日出現，具有優良的避暑氣溫條件，全區夏季各月氣溫變化幅度不大。除九寨溝站外，其余站點夏季月平均最高氣溫均低于30℃，若爾蓋、紅原兩站低于25℃。分析1980～2019 年氣溫統計數據可知，夏季僅九寨溝有1 天的日平均氣溫超過30℃，其余站點近40a 單日平均氣溫均未高于25℃。全區夏季氣溫較盆地地區偏低，各站多年平均的夏季各月最高氣溫如圖3 所示，位于該生態區東部的九寨溝、松潘站相對偏高。

圖3 若爾蓋生態區各站多年平均的夏季各月最高氣溫

2.2 降水

統計分析歷史降水量資料可知，若爾蓋生態區各站年降水量為500～800mm，雨量適中，且雨熱同期，夏季降水量最為充沛。降水量主要集中在5～9 月，分別占全年降水量的75%（若爾蓋）、76%（九寨溝）、81%（阿壩）、77%（紅原）和72%（松潘）。全年中，除若爾蓋站1 月降水量最少（5.2mm），其余4 站均為12 月降水量最少，各站多年平均的降水量逐月變化如圖4所示。

圖4 同圖2，但為降水量

2.3 風速

適宜的風速可提高人體舒適度，并有利于污染物擴散[18]，是可充分利用的寶貴自然氣象資源。風速資料分析表明：若爾蓋生態區內各站年平均風速分別為2.3m/s（若爾蓋）、1.9m/s（九寨溝）、1.5m/s（阿壩）、2.3m/s（紅原）、1.5m/s（松潘）；區域內全年風速變化小，且風速較平緩，風感較為舒適。該生態區各站風速均春季較大，夏、冬兩季較小；全年風感舒適，年平均適宜風速（日平均風速為0.3m～3.3m/s）日數高達357.6d，占全年的97%以上。

2.4 日照

太陽能是一種天然無污染的可再生環保能源，用途十分廣泛，一定區域內充足的日照有助于促進人體體內維生素D 的合成，并有利于植物進行光合作用，充沛的日照也是該生態區維持良好生態環境的重要因子。日照時數定義為太陽直接輻照度達到或超過120W/m2的時間總和，以小時（h）為單位。若爾蓋生態區年平均日照時數為2128.2h，日照較四川盆地充沛。各站年平均日照時數分別為2461.4h（若爾蓋）、1649.4h（九寨溝）、2427.2h（阿壩）、2324h（紅原）和1778.8h（松潘）。分析可知，各站全年日照時數月變化幅度不大，各月均高于100h。除了九寨溝站為7 月日照時數最高（158.6h），其余4 站均為12 月最高，若爾蓋、阿壩、紅原均達226.6h。若爾蓋生態區冬季雖氣溫較低，但日照時數普遍較長，為游客日間出行提供了有利的日照條件。

2.5 相對濕度

利用統計分析的相對濕度數據結果，可得到研究區域空氣干濕程度狀況，進而分析生態區內環境舒適度。該生態區內各站年平均相對濕度分別為67%（若爾蓋）、64%（九寨溝）、65%（阿壩）、69%（紅原）和63%（松潘），氣候不干燥。各站月平均相對濕度變化范圍相近，均在50%～80%浮動。人體感受的溫度與實際氣溫之間有一定的差異，會受到氣溫、風速、濕度等因素的綜合影響，若爾蓋生態區常年平均風速適中，夏、秋季濕度值偏高，但是平均氣溫不高，所以游客在戶外體感不會悶熱；冬、春季濕度相對偏低，氣溫也較低，但日間日照充足，為白天游客出行減弱了嚴寒體感。

一般來說，年平均相對濕度>80%的地區被認為是“潮濕地區”，而<50%的地區則被視為是“干燥地區”。因此，50%～80%的相對濕度是比較適宜的。若爾蓋生態區年平均適宜相對濕度日數為287d，約占全年的79%，大部分時間空氣濕度適宜。

2.6 空氣清新度

利用2018～2019 年若爾蓋生態區范圍的葵花-8 衛星AOD 數據和MODIS 衛星資料的NDVI 數據，根據空氣清新度計算方法式（1），對該地區衛星遙感空氣清新指數（RSAI）進行了計算，結果如表3 所示。

表3 2018～2019 年若爾蓋生態區逐月衛星遙感空氣清新等級

根據各月RSAI值和對應空氣狀況等級，可以得出若爾蓋生態區衛星遙感空氣清新等級總體維持在較高水平的基本結論，再對照表2 衛星遙感空氣清新等級分級標準可知：該生態區4～10 月空氣清新度等級為4，即空氣非常清新；1、3、12 月等級為3，即空氣清新；其余個別月份等級為2，空氣較清新。結合表3，RSAI最低值出現在2 月（6.17），次低值出現在11 月（6.82）；最高值出現在7 月（24.16），且6～8 月RSAI均在19 以上，即空氣清新度在夏季最高。

3 旅游氣候資源優勢

綜合分析若爾蓋生態區氣候要素及空氣清新度可知，該地區4～10 月旅游氣候資源相對最優，空氣清新度等級最高，氣溫、濕度和風速適宜且日照充沛，適宜的降水也為眾多自然景觀的形成提供了豐富的水分資源。該地區夏季濕度、氣溫和風速配合較好，體感涼爽舒適，最適宜開展避暑旅游活動；春秋偏涼，但大部分人仍可接受戶外旅行，適逢開花季和紅葉季前后，適宜挖掘物候景觀資源；冬季日照充沛，但氣溫較低，游客需做好御寒措施。對若爾蓋生態區旅游氣候資源應加強研究利用，不僅有利于深入挖掘該區域旅游氣象景觀，還有助于保障生態旅游可持續發展。未來應在保護動植物資源的同時，加強對若爾蓋的氣候資源探索和保護，遵循保護優先，容量限制的原則，實現當地自然保護和旅游開發利用綜合發展。

4 結論

本文利用1980～2019 年若爾蓋生態區周邊5 個國家氣象站的地面觀測資料、葵花-8 衛星AOD 數據和MODIS 衛星資料中的NDVI 數據，分析了若爾蓋生態區基本氣候特征和空氣清新度變化規律，得出如下結論：

（1）若爾蓋生態區光能資源豐富，年平均日照時數達2128.2h；年平均氣溫為5.5℃，各站月均氣溫為?9.3℃～22.6℃；年均降雨量為685.6mm，干雨季分明，雨熱同期，降雨主要集中在4～10 月，占全年總降水量的80%；年平均相對濕度為65.7%，年平均適宜濕度日數為287d；年平均風速為1.9m/s，年平均適宜風速日數為358d。

（2）若爾蓋生態區空氣清新指數全年均維持在較高水平，皆為“較清新”及以上級別，其中4～10 月空氣清新度等級達4 級，即“非常清新”級別。空氣清新度等級最高的時段其旅游氣候資源也相對最優，氣溫、濕度、風速適宜且日照充沛，適宜的降水量也為眾多自然景觀的形成提供了豐富的水分資源。夏季濕度、氣溫和風速配合較好，體感涼爽舒適，最適宜開展避暑旅游活動；春秋偏涼，但對戶外旅行影響不大，且恰逢開花季和紅葉季前后，適宜挖掘物候景觀資源；冬季日照充沛。總體而言，若爾蓋生態區旅游氣候資源優勢突出。