1991—2019年呼和浩特市人體舒適度變化特征分析

賈曉紅

（內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

引言

人體舒適度指標(biāo)作為一項(xiàng)以人類機(jī)體與近地大氣間的熱交換原理為基礎(chǔ), 從氣象角度評(píng)價(jià)人類在不同氣候條件下舒適感的生物氣象指標(biāo)[1], 它結(jié)合氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象要素對(duì)人體綜合作用，能更全面直觀地評(píng)價(jià)人體在大氣環(huán)境中舒適與否。隨著全球氣候變暖和極端天氣現(xiàn)象的增加，居民身心健康與旅游資源開發(fā)都受到不同程度的影響[2]，因此系統(tǒng)研究人體舒適度的變化對(duì)于開展氣象保障服務(wù)及旅游規(guī)劃具有極其重要的意義。

目前，我國(guó)很多城市的氣象部門開展了人體舒適度的研究，如吳世安[3]分析了信陽(yáng)市人體舒適度指數(shù)分布特征并預(yù)測(cè)了未來(lái)變化趨勢(shì)。張青等[4]探討了杭州地區(qū)人體舒適度對(duì)自然死亡人數(shù)的影響。金琪等[5]計(jì)算武漢城市圈人體舒適度指數(shù)，進(jìn)而分析了人體舒適度的時(shí)空變化特征。這些研究也反映出民眾及相關(guān)部門十分重視氣候變化對(duì)人體健康的影響。

呼和浩特市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，屬蒙古高原大陸性氣候，具有豐富的旅游資源，但關(guān)于人體舒適度的研究較少，已有研究也多采用CIHB經(jīng)驗(yàn)公式，此公式僅考慮氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速。2012 年王式功等[6]基于黃金分割率的理論最佳舒適溫度是22.7 ℃，對(duì)緯度、季節(jié)和海拔高度調(diào)整后得到某地的最佳舒適溫度，最后構(gòu)建體感溫度，故本文利用呼和浩特氣象觀測(cè)站1991—2019 年逐日氣象數(shù)據(jù)，采用其提出的體感溫度計(jì)算方法和舒適度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析了呼和浩特市人體舒適度的時(shí)空分布特征，以期提高居民對(duì)人體健康與氣候變化間關(guān)系的認(rèn)識(shí), 為旅游業(yè)相關(guān)部門提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料選取

資料來(lái)源于內(nèi)蒙古氣象信息中心。選取呼和浩特市7個(gè)氣象觀測(cè)站1991－2019年逐日氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量。

1.2 研究方法

1.2.1 人體舒適度計(jì)算方法

根據(jù)王式功等[6]的研究成果，基于“黃金分割法”計(jì)算體感溫度的公式為：

式中：Ts為最佳舒適溫度；?為緯度；M為月份；H為海拔高度，Tg為體感溫度；Ta為平均氣溫；R為相對(duì)濕度，Rs為最適相對(duì)濕度，有降水時(shí)取值0.618，無(wú)降水時(shí)取值0.500；V 為平均風(fēng)速。

通過(guò)以上公式計(jì)算體感溫度后劃分的人體舒適度等級(jí)（表1）。

表1 人體舒適度等級(jí)劃分[6]

1.2.2 通徑分析

通徑分析是指利用通徑系數(shù)分析變量間相關(guān)關(guān)系的方法，由賴特在1921 年提出，之后不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善。通徑系數(shù)包括直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)，其中直接通徑系數(shù)用來(lái)表示某一自變量對(duì)因變量的直接影響，間接通徑系數(shù)用來(lái)表示某一自變量通過(guò)其它自變量對(duì)因變量的間接影響。

2 結(jié)果分析

2.1 不同舒適度等級(jí)空間分布特征

2.1.1 不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例的空間分布

表2為呼和浩特市不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例，由表可知，呼和浩特市及周邊旗縣不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例由大到小都依次為嚴(yán)寒域日數(shù)、廣義舒適域日數(shù)和酷熱域日數(shù)，這與呼和浩特市冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒、夏季短暫炎熱的氣候是分不開的。其中嚴(yán)寒域日數(shù)所占比例最大的在武川縣，最小的在托克托縣；廣義舒適域日數(shù)所占比例最大的在清水河縣，最小的在托克托縣；酷熱域日數(shù)所占比例最大的在托克托縣，最小的在武川縣。此外，酷熱、嚴(yán)寒為人體最不舒適的兩個(gè)等級(jí)，酷熱等級(jí)日數(shù)所占比例最大的在托克托縣，嚴(yán)寒等級(jí)日數(shù)所占比例最大的在武川縣。

表2 呼和浩特市不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例

2.1.2 舒適日數(shù)空間分布

圖1為呼和浩特市廣義舒適域日數(shù)的空間分布，由圖可知，呼和浩特市廣義舒適域日數(shù)在130.0～137.9 d，呈現(xiàn)南北多、中間少的分布特征，其中清水河縣廣義舒適域日數(shù)最多，為137.9 d，托克托縣廣義舒適域日數(shù)最少，為130.0 d。各地氣候差異可能是造成廣義舒適日數(shù)出現(xiàn)地域差別的重要原因。

圖1 呼和浩特市廣義舒適域日數(shù)的空間分布

2.2 不同舒適度等級(jí)時(shí)間變化特征

2.2.1 不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例的年代際變化將1991—2019 年劃分為：1991—2000 年（20世紀(jì)90 年代），2001—2010年（21 世紀(jì)00 年代）和2011—2019 年。表3為呼和浩特市各年份區(qū)間不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例，由表可知，酷熱域日數(shù)所占比例在1991 年之后呈現(xiàn)“倒V型”，廣義舒適域日數(shù)所占比例呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，嚴(yán)寒域日數(shù)所占比例呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。究其原因，由于人為因素和自然因素的共同作用，全球氣候持續(xù)變暖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，每個(gè)連續(xù)10年都比前一個(gè)10年更暖。而氣溫是影響人體舒適度的一個(gè)重要因素，所以氣溫的升高也造成了不同舒適度等級(jí)日數(shù)的變化。此外，極端天氣的發(fā)生頻率發(fā)生改變，最不舒適等級(jí)日數(shù)隨之變化，酷熱等級(jí)日數(shù)所占比例呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，嚴(yán)寒等級(jí)日數(shù)所占比例呈現(xiàn)“倒V型”。

表3 呼和浩特市各年份區(qū)間不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例

2.2.2 廣義舒適域日數(shù)年代際變化

表4為呼和浩特市各年代年均廣義舒適域日數(shù)及距平百分率，由表可知，年均廣義舒適域日數(shù)2011—2019 年相比21 世紀(jì)00 年代增加5.8 d，21 世紀(jì)00年代相比20 世紀(jì)90 年代增加3.3 d，距平百分率由負(fù)變正，表明年均廣義舒適域日數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

表4 呼和浩特市年均廣義舒適域日數(shù)及距平百分率

2.2.3 廣義舒適域日數(shù)季節(jié)變化

呼和浩特市1991—2019年廣義舒適域日數(shù)基本上集中在春、夏、秋三季，冬季極少，僅為個(gè)日，故不作分析。圖2為廣義舒適域日數(shù)及其距平百分率的季節(jié)變化，由圖可知，大多數(shù)年份廣義舒適域日數(shù)從高到低，依次為夏季、春季和秋季。各季節(jié)廣義舒適域日數(shù)距平百分率表明：20 世紀(jì)90 年代春季和秋季距平百分率主要呈負(fù)值，夏季主要呈正值；進(jìn)入21世紀(jì)，春季和秋季距平百分率主要呈正值，夏季主要呈負(fù)值，這說(shuō)明廣義舒適域日數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)折，春季和秋季由少變多，夏季由多變少。

圖2 廣義舒適域日數(shù)（a）及其距平百分率（b）的季節(jié)變化

2.3 氣象因子對(duì)體感溫度的影響

影響體感溫度的4個(gè)氣象因子為氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量，這些因子之間相互制約、相互作用，故計(jì)算其年均值，采用通徑分析法來(lái)估算它們與體感溫度之間的線性關(guān)系。表5為體感溫度與各氣象因子間的相關(guān)系數(shù)及通徑系數(shù)，由表可知，體感溫度與氣溫呈正相關(guān)性，與相對(duì)濕度和降水量呈負(fù)相關(guān)性，與風(fēng)速間的相關(guān)性較小，通過(guò)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)影響體感溫度的氣象因子按照影響力由大到小排序，依次為氣溫、相對(duì)濕度、降水量和風(fēng)速。

表5 體感溫度與各氣象因子間的相關(guān)系數(shù)及通徑系數(shù)

從通徑分析結(jié)果來(lái)看，氣溫的直接通徑系數(shù)為正值且數(shù)值大，而通過(guò)相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量的間接通徑系數(shù)數(shù)值很小，說(shuō)明氣溫對(duì)體感溫度主要是通過(guò)直接影響產(chǎn)生正效應(yīng)，影響最大。相對(duì)濕度和降水量的直接通徑系數(shù)較小，但通過(guò)氣溫的間接通徑系數(shù)較大，說(shuō)明相對(duì)濕度和降水量對(duì)體感溫度主要是通過(guò)平均氣溫產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。風(fēng)速對(duì)體感溫度的直接影響為負(fù)效應(yīng)且影響較小。

2.4 人為因素對(duì)體感溫度的影響

體感溫度是每個(gè)人和外界空氣接觸后感覺(jué)到的溫度，影響因素比較多，如氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)和太陽(yáng)輻射等自然因素，除此之外，人為因素對(duì)其變化也會(huì)產(chǎn)生明顯影響。近幾十年來(lái)呼和浩特市的氣溫上升趨勢(shì)離不開全球氣候變暖的大背景作用。

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，一方面，化石燃料的焚燒，向大氣層排放大量二氧化碳溫室氣體，致使地球的氣溫不斷上升；另一方面，有毒物品、廢料污染對(duì)地球表面生態(tài)環(huán)境也帶來(lái)了危害，導(dǎo)致氣候變暖。此外，人口增多，二氧化碳排放加大，也是溫室效應(yīng)的成因。伴隨人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程加快，水資源短缺，其不合理的開發(fā)和利用造成地下水位下降，進(jìn)而地表植被受到影響，干旱化加劇，造成氣候變暖。

3 結(jié)論

利用基于“黃金分割率”的體感溫度計(jì)算及相應(yīng)舒適度劃分法、相關(guān)分析、通徑分析等方法，研究了呼和浩特市1991—2019 年7 個(gè)站點(diǎn)舒適度等級(jí)和日數(shù)不同尺度的時(shí)空變化特征。得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）呼和浩特市不同舒適度等級(jí)日數(shù)所占比例由大到小依次為嚴(yán)寒域日數(shù)、廣義舒適域日數(shù)和酷熱域日數(shù)。其中廣義舒適域日數(shù)呈現(xiàn)南北多、中間少的分布特征，所占比例最大的在清水河縣，最小的在托克托縣。

（2）呼和浩特市酷熱域日數(shù)所占比例在1991年之后呈現(xiàn)“倒V型”，廣義舒適域日數(shù)所占比例呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，嚴(yán)寒域日數(shù)所占比例呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。其中廣義舒適域日數(shù)基本上集中在春、夏、秋三季，夏季最多，其次為春季，再次為秋季。

（3）影響體感溫度的最主要因子是氣溫，相對(duì)濕度和降水量主要通過(guò)平均氣溫影響體感溫度，風(fēng)速對(duì)體感溫度的影響較小。