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), 從氣象角度評價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、相對濕度、風(fēng)速等氣象要素對人體綜合作用，能更全面直觀地評價人體在大氣環(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]分析了信陽市人體舒適度指數(shù)分布特征并預(yù)測了未來變化趨勢。張青等[4]探討了杭州地區(qū)人體舒適度對自然死亡人數(shù)的影響。金琪等[5]計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)驗公式，此公式僅考慮氣溫、相對濕度和風(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站1991—2019 年逐日氣象數(shù)據(jù)，采用其提出的體感溫度計算方法和舒適度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析了呼和浩特市人體舒適度的時空分布特征，以期提高居民對人體健康與氣候變化間關(guān)系的認(rèn)識, 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

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

1.2 研究方法

1.2.1 人體舒適度計算方法

根據(jù)王式功等[6]的研究成果，基于“黃金分割法”計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為相對濕度，Rs為最適相對濕度，有降水時取值0.618，無降水時取值0.500；V 為平均風(fēng)速。

通過以上公式計算體感溫度后劃分的人體舒適度等級（表1）。

表1 人體舒適度等級劃分[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)用來表示某一自變量對因變量的直接影響，間接通徑系數(shù)用來表示某一自變量通過其它自變量對因變量的間接影響。

2 結(jié)果分析

2.1 不同舒適度等級空間分布特征

2.1.1 不同舒適度等級日數(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等級，酷熱等級日數(shù)所占比例最大的在托克托縣，嚴(yán)寒等級日數(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 不同舒適度等級時間變化特征

2.2.1 不同舒適度等級日數(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，嚴(yán)寒域日數(shù)所占比例呈現(xiàn)減少趨勢。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，20 世紀(jì)80 年代以來，每個連續(xù)10年都比前一個10年更暖。而氣溫是影響人體舒適度的一個重要因素，所以氣溫的升高也造成了不同舒適度等級日數(shù)的變化。此外，極端天氣的發(fā)生頻率發(fā)生改變，最不舒適等級日數(shù)隨之變化，酷熱等級日數(shù)所占比例呈現(xiàn)減少趨勢，嚴(yán)寒等級日數(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。

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 氣象因子對體感溫度的影響

影響體感溫度的4個氣象因子為氣溫、相對濕度、風(fēng)速和降水量，這些因子之間相互制約、相互作用，故計算其年均值，采用通徑分析法來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，通過相關(guān)系數(shù)絕對值對比，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)果來看，氣溫的直接通徑系數(shù)為正值且數(shù)值大，而通過相對濕度、風(fēng)速和降水量的間接通徑系數(shù)數(shù)值很小，說明氣溫對體感溫度主要是通過直接影響產(chǎn)生正效應(yīng)，影響最大。相對濕度和降水量的直接通徑系數(shù)較小，但通過氣溫的間接通徑系數(shù)較大，說明相對濕度和降水量對體感溫度主要是通過平均氣溫產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。風(fēng)速對體感溫度的直接影響為負(fù)效應(yīng)且影響較小。

2.4 人為因素對體感溫度的影響

體感溫度是每個人和外界空氣接觸后感覺到的溫度，影響因素比較多，如氣溫、相對濕度、風(fēng)和太陽輻射等自然因素，除此之外，人為因素對其變化也會產(chǎn)生明顯影響。近幾十年來呼和浩特市的氣溫上升趨勢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、廢料污染對地球表面生態(tài)環(huán)境也帶來了危害，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 個站點舒適度等級和日數(shù)不同尺度的時空變化特征。得到以下幾點結(jié)論：

（1）呼和浩特市不同舒適度等級日數(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，嚴(yán)寒域日數(shù)所占比例呈現(xiàn)減少趨勢。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，相對濕度和降水量主要通過平均氣溫影響體感溫度，風(fēng)速對體感溫度的影響較小。