貴州梵凈山旅游氣候舒適度分析

聶 云，周繼先，楊 群，胡 萍，陳 超，徐大紅

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

引 言

梵凈山位于貴州省銅仁市中部，海拔500～2570 m，是喀斯特海中的變質(zhì)巖孤島，武陵山脈主峰，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美。梵凈山擁有豐富的山岳型旅游資源，森林覆蓋率在95%以上，負(fù)氧離子含量每立方厘米約6～12萬個，是度假和旅游勝地。但梵凈山天氣復(fù)雜多變，一方面可形成佛光、云瀑等奇特氣象景觀，另一方面又影響旅游舒適度，當(dāng)出現(xiàn)災(zāi)害性天氣時，可能威脅游客生命安全，如2011年11月5日，梵凈山景區(qū)雷擊事件造成34名游客受傷[1]。因此，開展梵凈山旅游氣候舒適度分析，構(gòu)建適宜于梵凈山的旅游氣象指數(shù)預(yù)報方程，對指導(dǎo)游客開展安全舒適的旅游活動具有重要意義。

氣候舒適度是影響游客戶外活動最重要的環(huán)境因素之一[2-3]，且氣候舒適度評價模型已多達(dá)162種[4]。1966年TERJUNG[5]提出舒適指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)的概念；1985年MIECZKOWSKI[6]根據(jù)應(yīng)用氣象學(xué)和人類生物氣象學(xué)原理提出旅游氣候舒適度指數(shù)概念。目前，溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和人體舒適度指數(shù)等廣泛應(yīng)用于旅游氣候適宜度評估[7-12]、旅游資源評價[13-14]及旅游適宜期劃分[15-16]等方面。同時，針對不同的地區(qū)，各種旅游氣象指數(shù)預(yù)報模型也在陸續(xù)構(gòu)建[17-19]。

近年來，在全球氣候變暖背景下，梵凈山區(qū)短時暴雨、大風(fēng)、雷電等災(zāi)害性天氣頻發(fā)。自2018年梵凈山列入世界自然遺產(chǎn)名錄后，景區(qū)游客接待量迅速增長，2019年梵凈山接待游客達(dá)143.56萬人次[20]，給旅游氣象服務(wù)工作提出了更高要求。目前，針對梵凈山開展旅游舒適度評價與預(yù)報的研究甚少，謝仁波等[21]利用2012—2013年梵凈山高山站資料對其旅游氣候特點(diǎn)進(jìn)行了初步分析，認(rèn)為梵凈山具有優(yōu)越的氣候條件和豐富的氣候景觀。但梵凈山區(qū)災(zāi)害性天氣多發(fā)，尚未建立本地化的旅游氣象指數(shù)預(yù)報方程。本文利用梵凈山及周邊氣象站2011—2019年逐日氣象資料，綜合分析梵凈山旅游氣候舒適度特征，同時結(jié)合景區(qū)旅游特點(diǎn)，考慮旅游的安全性、舒適性和觀賞性，建立梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報方程，以期為游客安全舒適出行和做好梵凈山旅游氣象預(yù)報服務(wù)工作提供參考。

1 資料與方法

1.1 資 料

由于梵凈山及周邊氣象站建站時間不統(tǒng)一，特別是區(qū)域站基本在2010年以后投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，為確保資料的完整性、代表性和比較性，剔除數(shù)據(jù)缺測較多和距離梵凈山較遠(yuǎn)的氣象站點(diǎn)。選取2011—2019年江口國家站以及梵凈山區(qū)不同海拔高度的黑灣河(542 m)、護(hù)國寺(1345 m)和梵凈山(2255 m)區(qū)域站逐日氣溫、降水、風(fēng)速和相對濕度等資料，所有數(shù)據(jù)均通過均一性檢驗(yàn)和訂正。其中，黑灣河及護(hù)國寺站是溫度和降水兩要素氣象站。

1.2 旅游氣候舒適度指數(shù)的計算與評價模型

1.2.1 溫濕指數(shù)和風(fēng)寒指數(shù)

溫濕指數(shù)(THI)是通過溫度和濕度組合來反映人體與周圍環(huán)境的熱量交換[14]。風(fēng)寒指數(shù)(WCI)是溫度和風(fēng)速的組合，用于表征寒冷環(huán)境條件下裸露人體感受到風(fēng)的寒冷程度[16]。具體計算公式如下：

(1)

式中：t(℃)為溫度；f(%)為相對濕度；v(m·s-1)為風(fēng)速。

1.2.2 著衣指數(shù)

著衣指數(shù)(ICL)是人類通過穿衣來改變氣候變化帶來的不舒適性[14]。計算公式如下：

ICL=(33-t)/0.155H-(H+a×R×cos α)/

(2)

式中：H(W·m-2)為人體代謝率的75%，本文取輕活動量下的代謝率，H=87W·m-2；a為人體對太陽輻射的吸收率(a=0.06)；R(W·m-2)為垂直于太陽光的單位面積土地接收的太陽輻射量；v(m·s-1)為風(fēng)速；α(°)為太陽高度角，設(shè)β為緯度，春秋季α=90°-β，夏季α=90°-β+23°26′，冬季α=90°-β-23°26′。

1.2.3 旅游氣候舒適度評價模型

旅游氣候是一個復(fù)雜系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)可劃分為4層(圖1)：第一層由溫度、濕度、風(fēng)速、太陽輻射及人體代謝組成；第二層為對應(yīng)要素組合形成的3個評價指標(biāo)(溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù))；第三層以各要素日值為基礎(chǔ)，3個評價指標(biāo)綜合作用構(gòu)建梵凈山逐日旅游氣候舒適度指數(shù)(F)；第四層為建立在月、季、年尺度上的梵凈山旅游氣候舒適度評價。

圖1 梵凈山旅游氣候舒適度指數(shù)構(gòu)成

根據(jù)馬麗君等[22]研究思路確定梵凈山旅游氣候舒適度評價模型，該模型以溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)為基礎(chǔ)，采用專家打分法[23]和層次分析法[24]確定各指數(shù)的權(quán)重，具體計算公式如下：

F=0.6XTHI+0.3XWCI+0.1XICL

(3)

式中：F為梵凈山旅游氣候舒適度指數(shù)；XTHI、XWCI、XICL分別為溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)的分級賦值，0.6、0.3、0.1分別為各指數(shù)的權(quán)重系數(shù)。表1列出各分指數(shù)的分級與賦值。7≤F≤9為舒適，5≤F<7為較舒適，3≤F<5為較不舒適，1≤F<3為不舒適。

表1 溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)與賦值

2 氣象要素分析與評價

2.1 氣 溫

氣溫是影響旅游氣候舒適度的重要指標(biāo)之一。當(dāng)環(huán)境溫度大于32 ℃時，人會明顯感覺炎熱，當(dāng)環(huán)境溫度大于等于35 ℃時，人會感覺悶熱，甚至出現(xiàn)中暑現(xiàn)象[25]。圖2為2011—2019年梵凈山各代表站月平均氣溫和月平均最高氣溫變化。可以看出，近9 a梵凈山月平均氣溫在-0.7～16.4 ℃之間，1月最小、7月最大，比江口城區(qū)偏低5.8～11.4 ℃。梵凈山月平均最高氣溫在2.9～20.1 ℃之間，比江口城區(qū)偏低5.5～13.7 ℃，較山下鄉(xiāng)村(黑灣河)偏低4.1～11.9 ℃；其中6—8月梵凈山月平均最高氣溫比江口城區(qū)偏低12 ℃以上，說明炎熱的夏季梵凈山上格外涼爽，適宜避暑、旅游。此外，近9 a梵凈山年平均氣溫8.4 ℃，極端最高氣溫27.8 ℃，極端最低氣溫-15.3 ℃。

圖2 2011—2019年梵凈山區(qū)各代表站月平均氣溫(a)和月平均最高氣溫(b)變化

近9 a梵凈山未出現(xiàn)30 ℃以上的高溫天氣，山上山下氣溫差異大。參考《銅仁地區(qū)志·氣象志》[26]，用梵凈山站月平均氣溫評價梵凈山的寒冷程度：1—2月為“輕寒”，12月為“微寒”，3、4、10、11月為“偏涼”，5—9月為“舒適”。

2.2 降水量、風(fēng)速與相對濕度

近9 a梵凈山年平均降水量2073.7 mm，比江口城區(qū)偏多500 mm以上；降雨主要集中在5—9月，該時段各月平均降水量為229.6～449.8 mm，可見梵凈山降雨豐沛，雨熱同期。近9 a梵凈山年平均風(fēng)速為3.8 m·s-1，各月平均風(fēng)速在3.4～4.3 m·s-1之間，屬于微風(fēng)等級[27]，人體感覺比較舒適[21]。近9 a梵凈山年平均相對濕度為91%，比江口城區(qū)偏高10%以上，其中1月、2月和5—9月的月平均相對濕度均大于90%，梵凈山濕度大，空氣近飽和，常在山上形成云海、云瀑等獨(dú)特自然景觀。

3 溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)和F指數(shù)

梵凈山站位于梵凈山蘑菇石景點(diǎn)附近，地處梵凈山旅游區(qū)核心，氣象觀測數(shù)據(jù)能代表景區(qū)的天氣和氣候，因此，以梵凈山站為代表，分析梵凈山旅游氣象指數(shù)。目前，計算旅游氣候舒適度指數(shù)時多采用氣象要素的4次定時觀測(02:00、08:00、14:00和20:00，北京時，下同)平均值[8-9,22]，由于梵凈山景區(qū)開放時間為每日08:00—19:00，旅游活動發(fā)生在白天，為有效避免計算的舒適度指數(shù)放大夜間02:00的“低溫”效應(yīng)，故采用08:00、14:00和20:00的3次定時觀測平均值計算溫濕指數(shù)(THI)、風(fēng)寒指數(shù)(WCI)和著衣指數(shù)(ICL)，并根據(jù)公式(3)建立梵凈山旅游氣候舒適度評價模型(F指數(shù))。表2列出2011—2019年梵凈山4種指數(shù)的月平均舒適度評價。可以看出，溫濕指數(shù)顯示，梵凈山5—9月為“涼”或“清涼”，4月、10—11月為“偏冷”，3月為“寒冷”，冬季12月至次年2月為“極冷”。風(fēng)寒指數(shù)顯示，梵凈山5—9月為“涼風(fēng)”，10月至次年4月為“稍冷風(fēng)”，全年未出現(xiàn)“冷風(fēng)”或“強(qiáng)冷風(fēng)”。著衣指數(shù)顯示，7、8月著“襯衫和常用便服”，5、6、9月著“春秋常用便服”，4、10月著毛衣或皮夾克等“冬季常用服”，11月至次年3月需著厚冬裝和做好保暖措施。

表2 2011—2019年梵凈山基于4種指數(shù)的月平均舒適度評價

表3為2011—2019年梵凈山基于F指數(shù)的各月平均較舒適和舒適日數(shù)。可以看出，近9a梵凈山年平均較舒適及以上日數(shù)206.9 d，除冬季(12月至次年2月)各月平均較舒適及以上日數(shù)不足1.0 d以外，其余時段月平均較舒適及以上日數(shù)均在7.0 d以上，其中夏季6、7、8月分別達(dá)29.6 d、27.8 d和29.8 d。利用F指數(shù)評定梵凈山旅游氣候適宜期：6—8月為旅游舒適期；4—5月和9—10月為旅游較舒適期；3月和11月為旅游較不舒適期；梵凈山冬季(12月至次年2月)氣溫較低，天氣較濕冷，為旅游不舒適期，但在有利的天氣背景下，梵凈山上可形成積雪、霧凇等我國南方少見的氣象景觀。

表3 2011—2019年梵凈山基于F指數(shù)的各月平均較舒適和舒適日數(shù)

4 旅游氣象指數(shù)預(yù)報與服務(wù)

4.1 旅游氣象指數(shù)預(yù)報方程設(shè)計

影響旅游活動的氣象因子主要包括降水、氣溫和風(fēng)速等[19]。根據(jù)梵凈山的天氣與旅游特點(diǎn)，結(jié)合有關(guān)此類研究工作的思路[28-30]，構(gòu)建梵凈山山岳型旅游氣象指數(shù)(Fc)預(yù)報方程。方程由舒適度、降雨、云量和災(zāi)害性天氣4個因子組成，其中舒適度因子由F指數(shù)確定，其綜合考慮氣溫、風(fēng)速和相對濕度等對旅游舒適度的影響；降雨因子由白天(08:00—20:00)的總降水量(R)確定；云量因子由白天云遮蔽天空的成數(shù)(A)表征；災(zāi)害性天氣因子(D)為附加因子，當(dāng)有雷暴大風(fēng)、冰雹、短時暴雨等災(zāi)害性天氣出現(xiàn)時，D=-100，直接給出“不適宜”旅游的結(jié)論，當(dāng)無災(zāi)害性天氣時，D=0。

在設(shè)計預(yù)報方程時，以銅仁市居民為研究對象，開展問卷調(diào)查，考察游客對方程中各因子變化的感知以及各因子對登山旅游的影響，根據(jù)各因子不同的影響程度給予不同的權(quán)重，本次調(diào)查共發(fā)放問卷1000份，收回有效問卷924份。經(jīng)統(tǒng)計分析，舒適度因子占58.68%，降雨因子占31.16%，云量因子占10.16%。在此基礎(chǔ)上，通過咨詢貴州省10位氣象專家，結(jié)合梵凈山旅游的客觀事實(shí)，將舒適度因子(F)、降雨因子(R)、云量因子(A)的權(quán)重分別確定為60%、30%、10%。梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報方程構(gòu)建如下：

Fc=6F+3R+1A+D

(4)

Fc實(shí)行百分制，各因子的氣象要素變量以及因子(D除外)所占權(quán)重詳見表4。預(yù)報Fc時，先查表5得到各因子的賦值，將其代入公式(4)計算Fc，最后根據(jù)表6判定梵凈山旅游氣象指數(shù)等級。其中，表5和表6是在調(diào)查問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家打分法制定。

表4 梵凈山旅游氣象指數(shù)Fc的組成因子及其變量與權(quán)重

表5 梵凈山旅游氣象指數(shù)Fc的賦值方案

表6 梵凈山旅游氣象指數(shù)Fc的分級標(biāo)準(zhǔn)

4.2 旅游氣象指數(shù)的優(yōu)勢討論

梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報模型(Fc)綜合考慮安全性、舒適性和觀賞性對梵凈山山岳型旅游的影響，其中安全性和舒適性是影響梵凈山旅游的主要因子。為驗(yàn)證Fc的預(yù)報效果，首先檢驗(yàn)Fc與舒適度因子(F)的擬合率，將F對應(yīng)的“舒適”和“較舒適”等級定為A等級，“較不舒適”和“不舒適”定為C等級；同理，將Fc對應(yīng)的“理想狀況”、“很適宜”、“適宜”和“較適宜”定為A1等級，“可以接受”定為B1等級，“較不適宜”和“不適宜”定為C1等級；當(dāng)F為“A”、Fc預(yù)報為“A1”，或F為“C”、Fc預(yù)報為“C1”時，認(rèn)為Fc與F結(jié)論一致。將2011—2019年梵凈山站逐日氣象資料代入公式(4)計算逐日Fc值(其中云量因子用離梵凈山最近的江口國家站逐日總云量資料代替)，經(jīng)統(tǒng)計分析，近9 a梵凈山逐日Fc與F的擬合率高達(dá)81.8%。

造成Fc與F18.2%等級偏差的類型有3類：①F為“A”、Fc預(yù)報為“C1”；②F為“A”、Fc預(yù)報為“B1”；③F為“C”、Fc預(yù)報為“B1”。其中，前兩類由于降雨、云量多或出現(xiàn)災(zāi)害性天氣所致；第三類主要出現(xiàn)在冬季、秋末和初春，該類型出現(xiàn)時氣溫較低，F(xiàn)為“較不舒適”等級，但白天無降雨。結(jié)合問卷調(diào)查事實(shí)，F(xiàn)c的預(yù)報結(jié)果更符合梵凈山旅游實(shí)際。

綜合分析，梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報模型Fc主要有3個優(yōu)點(diǎn)：①預(yù)報模型以調(diào)查問卷結(jié)果為基礎(chǔ)，充分考慮旅游者對各因子的真實(shí)感受程度，計算方便；②預(yù)報模型既可建立基于數(shù)值模式的短期(1～7 d)逐日旅游氣象指數(shù)預(yù)報，又可生成基于實(shí)況氣象要素和數(shù)值模式的短臨(0～12h)訂正產(chǎn)品；③Fc與F的擬合率高，且預(yù)報模型在考慮旅游舒適度、降雨和云量對登山旅游影響的同時，還考慮了災(zāi)害性天氣對旅游安全的影響，更實(shí)用于梵凈山山岳型旅游氣象預(yù)報與服務(wù)工作。

4.3 旅游氣象指數(shù)預(yù)報與服務(wù)思路探討

圖3為梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報和服務(wù)思路結(jié)構(gòu)圖。在短期時段，每日20:00前，將數(shù)值預(yù)報訂正后的氣象要素代入公式(1)至公式(4)計算未來7 d各指數(shù)，并給出預(yù)報結(jié)論，為游客提前規(guī)劃旅游線路和安排旅游時間提供參考。其中，F(xiàn)c首先給出是否適宜旅游的“結(jié)論性”預(yù)報，同時，降雨因子給出“提示性”預(yù)報，若有雨，提示游客備好雨具；云量因子給出“提示性”預(yù)報，當(dāng)晴到多云時，提醒游客注意防曬；災(zāi)害性天氣因子給出是否有災(zāi)害性天氣以及災(zāi)害性天氣的種類和對應(yīng)防范建議；此外，溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)和F指數(shù)給出“提示性”預(yù)報，如著衣指數(shù)為游客穿衣提供指導(dǎo)。在短臨時段，每日08:00前，根據(jù)天氣實(shí)況和最新數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對當(dāng)天的各指數(shù)預(yù)報進(jìn)行更新和訂正，及時彌補(bǔ)短期預(yù)報偏差；同時，根據(jù)實(shí)時雨量、風(fēng)速、雷達(dá)回波等資料對當(dāng)天的災(zāi)害性天氣進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，特別是夏季，梵凈山局地強(qiáng)對流多發(fā)，通過監(jiān)測，實(shí)時更新災(zāi)害性天氣因子預(yù)報，當(dāng)有可能或即將出現(xiàn)對游客安全有重大影響的災(zāi)害性天氣時，及時提醒相關(guān)部門和游客提前做好防范應(yīng)對措施。

圖3 梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報與服務(wù)思路結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)論與討論

(1)梵凈山氣溫適宜，近9 a平均氣溫8.4 ℃，冬季極端最低氣溫-15.3 ℃，夏季極端最高氣溫27.8 ℃，冬無嚴(yán)寒夏無酷暑；梵凈山降雨豐沛，雨熱同期，近9 a平均降水量2073.7 mm，且降水主要集中在5—9月；梵凈山近9 a平均風(fēng)速3.8 m·s-1，各月平均風(fēng)速3.4～4.3 m·s-1，為舒適的微風(fēng)；梵凈山近9 a平均相對濕度達(dá)91%，濕度大，空氣近飽和，有利于形成云海、云瀑等景觀。

(2)2011—2019年梵凈山年平均較舒適及以上天數(shù)206.9 d；其中，6—8月為旅游舒適期，4—5月和9—10月為旅游較舒適期，3月和11月為旅游較不舒適期，12月至次年2月為旅游不舒適期。

(3)梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報方程包括旅游舒適度、降雨、云量和災(zāi)害性天氣4個因子，可為游客提供短期(1～7 d)的逐日旅游氣象指數(shù)預(yù)報產(chǎn)品和短臨(0～12 h)的訂正產(chǎn)品；在實(shí)際應(yīng)用中可為游客提前規(guī)劃旅游活動和旅游安全提供指導(dǎo)，特別是夏季6—8月旅游舒適期，梵凈山局地強(qiáng)對流天氣多發(fā)，短臨訂正產(chǎn)品對游客旅游安全的指導(dǎo)尤為重要。

本文從旅游氣候舒適度的角度出發(fā)，在溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建梵凈山旅游氣候舒適度指數(shù)；同時，基于問卷調(diào)查事實(shí)，充分考慮梵凈山山岳型旅游的安全性、舒適性和觀賞性，建立一個新的旅游氣象指數(shù)綜合評價模型，該模型采用加權(quán)疊加將各因子綜合成一個標(biāo)量，計算方便，綜合性強(qiáng)，對分析和評價梵凈山的旅游適宜性更精細(xì)合理，可為梵凈山游客開展安全舒適的旅游活動提供科學(xué)指導(dǎo)。但由于梵凈山高山站建站時間較晚，歷史氣象資料時間序列相對較短，目前的分析結(jié)果尚存在一定局限性，今后隨著時間積累，需加強(qiáng)對梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報方程的檢驗(yàn)和訂正，不斷優(yōu)化和完善梵凈山旅游氣象指數(shù)預(yù)報與服務(wù)結(jié)構(gòu)。