西安城區(qū)人體舒適度變化特征分析

雷 宇，張宏利，劉延莉，王一格

(西安市灞橋區(qū)氣象局，陜西 西安 710038)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，對高品質(zhì)生活的向往與追求成為了一種社會風(fēng)尚，改善生存環(huán)境，提高生活品質(zhì)成為迫切需求。環(huán)境對人體的影響有一個舒適的范圍，超出該范圍則感覺不舒適。在自然環(huán)境中，氣象因素是影響人體舒適度的主要因子，主要包括溫度、濕度、風(fēng)等對人舒適度的影響。人體舒適度的研究可以作為旅游資源分析、人居環(huán)境評價和氣象疾病發(fā)病率預(yù)測等的重要依據(jù)。雖然人體舒適度相關(guān)的研究很多，但多集中在我國東部省份和城市[1～3]，西安作為國家中心城市，缺少對人體舒適度相關(guān)的研究。

本文以西安市氣象站1970～2019年逐日氣溫、相對濕度、風(fēng)速資料為依據(jù)，分析了西安城區(qū)人體舒適度指數(shù)的年際變化特征和季節(jié)特征，為西安的城市建設(shè)和資源開發(fā)提供參考。

2 資料與方法

2.1 資料來源

選取西安市氣象站1970～2019年的逐日氣溫、相對濕度、風(fēng)速資料，其中，氣溫、相對濕度、風(fēng)速選用日平均值，用以計算西安城區(qū)人體舒適度。

2.2 研究方法

人體舒適度指數(shù)的算法有很多種，本文采用綜合考慮氣溫、相對濕度、風(fēng)速等氣象要素的人體舒適度指數(shù)(Kssd)計算公式：

Kssd=1.8×t-0.55×(1.8×t-26)×(1

-r/100)-3.2v1/2+ 32

(1)

式(1)中,t為日平均氣溫(℃)，r為日平均相對濕度(%)，v為日平均風(fēng)速(m/s)。

舒適度等級劃分按照中國氣象局規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，采用9級分類法，每個等級分別代表寒冷、冷、偏涼、涼爽、舒服、暖和、微熱、炎熱、酷熱(表1)。

表1 人體舒適度指數(shù)分級

3 計算結(jié)果與分析

3.1 人體舒適度年際變化特征

由圖1可以看出，1970～2019年西安城區(qū)年均Kssd總體呈現(xiàn)出上升趨勢，特別是20世紀(jì)90年代中期到2013年上升趨勢較為明顯。其中最高值出現(xiàn)在2013年，為56.9，最低值出現(xiàn)在1970年，為51.8。Kssd平均值為53.9，舒適度等級為4，屬于涼爽。參考近年關(guān)于西安市氣候變化研究結(jié)果，西安市20世紀(jì)90年代發(fā)生升溫突變，在2010年之后略有下降[4]。由于氣溫是Kssd主要影響因子[5]，1970～2019年西安城區(qū)人體舒適度指數(shù)的年際變化與西安市氣候變化趨勢表現(xiàn)一致。

圖1 1970～2019年西安城區(qū)人體舒適度指數(shù)年際變化趨勢

3.2 人體舒適度季節(jié)變化特征

分析西安城區(qū)1970～2019年四季Kssd的變化特征(圖2)可知，夏季的Kssd歷年均值最高，春秋兩季次之，冬季最低。春季Kssd歷年均值為54.6，屬于涼爽，舒適度等級為4；夏季Kssd歷年均值為70.6，屬于暖和，舒適度等級為6；秋季Kssd歷年均值為53.8，略低于春季，屬于涼爽，舒適度等級為4；冬季Kssd歷年均值為36.3，屬于冷，舒適度等級為2。結(jié)果表明，西安城區(qū)春秋兩季相對更為舒適。Kssd四個季節(jié)均表現(xiàn)出上升趨勢。夏季的Kssd變化幅度最小，為4.9，冬季的Kssd變化幅度最大，為9.5。尤其是在1997年以后，冬季的Kssd變化幅度要明顯大于春、夏、秋季，在1997～2013年這個時間段內(nèi)，變化幅度最為明顯。

圖2 1970～2019 年西安城區(qū)四季人體舒適度指數(shù)變化趨勢

如圖3所示，西安城區(qū)Kssd歷年逐月變化趨勢呈現(xiàn)出先上升后下降的倒“V”字型，上半年曲線較下半年變化更加緩和，后25年的曲線整體在前25年的曲線之上，說明這50年里，后25年的逐月平均Kssd要高于前25年，表現(xiàn)出上升的趨勢。各月平均Kssd分布在34.1～72.4之間，1月份Kssd最低，其次是2、12月，是由于冬季氣溫低，降水量小，空氣干燥。7月份Kssd最高，6、8月次之，是由于夏季氣溫高，降水量大，空氣濕度大。可以看出，西安城區(qū)氣候四季分明，全年體感表現(xiàn)為體感冷到暖和，是一個適宜人居的地方。

圖3 西安城區(qū)人體舒適度指數(shù)逐月變化趨勢

3.3 夏季人體舒適度變化特征

夏季是人們外出旅游的旺季，同時也是人們對自然環(huán)境變化反應(yīng)最為敏感的季節(jié)，因此還需夏季(6、7、8月)西安城區(qū)Kssd的變化特征做進(jìn)一步分析。

Kssd>70為體感偏熱，由圖4可以看出，1970～2019年西安城區(qū)6、7、8 各月體感偏熱天數(shù)均值都在10 d以上，分別為12 d、22.88 d和18.22 d。7、8月份體感偏熱天數(shù)基本沿均值上下波動，8月份的變化幅度較7月更大。而6月份體感偏熱天數(shù)變化幅度表現(xiàn)出前期平穩(wěn)，后期變化幅度變大且呈現(xiàn)先升后降的趨勢。第一個階段是從1970～2001年，體感偏熱天數(shù)較為平穩(wěn)；第二階段為2000～2013年，呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。第三階段為2013～2019年，呈現(xiàn)出波動下降的趨勢。

圖4 1970～2019年西安城區(qū)夏季各月(6、7、8月)體感偏熱天數(shù)

如圖5所示，1970～2019年西安城區(qū)夏季體感偏熱天數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢。均值為53 d，最高值出現(xiàn)在2013年，夏季體感偏熱天數(shù)達(dá)到78 d。根據(jù)夏季各月體感偏熱天數(shù)可以得出：6月是夏季最為舒適的月份，7月是夏季當(dāng)中最不舒適的一個月。

圖5 1970～2019年西安城區(qū)夏季體感偏熱天數(shù)

4 結(jié)論

本文以西安城區(qū)1970～2019年逐日氣溫、相對濕度、風(fēng)速資料為基礎(chǔ)，分析研究了西安城區(qū)人體舒適度指數(shù)的時間變化特征，結(jié)論如下。

(1)1970～2019年，西安城區(qū)年均Kssd的變化表現(xiàn)出較為明顯的上升趨勢，歷年均值為53.9，舒適度等級為4，屬于涼爽。

(2)西安城區(qū)四個季節(jié)的Kssd均表現(xiàn)出上升趨勢，冬季的上升趨勢最為明顯，春季次之，夏季的變化幅度最小。西安城區(qū)Kssd平均逐月曲線呈現(xiàn)出先上升后下降的倒“V”字型，且后25年的逐月平均Kssd相較前25年更高，呈現(xiàn)出上升趨勢。

(3)西安城區(qū)1970～2019年夏季6、7、8 月的體感偏熱天數(shù)均在10 d以上，夏季的體感偏熱天數(shù)均值為53 d，西安城區(qū)體感偏熱天數(shù)變化呈上升趨勢。6月份平均體感偏熱天數(shù)為12 d，表現(xiàn)出前期平穩(wěn)，后期變化幅度變大且呈現(xiàn)先升后降的趨勢。7月份體感偏熱天數(shù)為23 d且變化幅度較小；8月份體感偏熱天數(shù)為18天且變化幅度較大。最后得出：6月是西安城區(qū)夏季最為舒適的月份，7月是夏季當(dāng)中最不舒適的一個月。