寧波奉化旅游氣候綜合指數(shù)模型構(gòu)建與應(yīng)用

沈 艷, 李正泉, 鄭 健, 徐 蓉, 朱曉翠, 岳俗甲

(1.寧波市奉化區(qū)氣象局，寧波 315500； 2.浙江省氣候中心，杭州 310017)

引 言

隨著生活水平的提高及旅游業(yè)快速發(fā)展，人們對(duì)高品質(zhì)旅游的需求越來越大，尤其是以生態(tài)氣候資源為主題的休閑康養(yǎng)活動(dòng)備受關(guān)注，國(guó)內(nèi)已有不少城市打造宜居、宜游、宜養(yǎng)的生態(tài)氣候品牌[1-3]。氣候是否舒適、空氣是否清新是影響旅游出行的重要因素[4-13]。李正泉等[14]對(duì)麗水生態(tài)氣候休閑養(yǎng)生適宜性的分析表明，氣候指標(biāo)和環(huán)境共同影響人們的休閑旅游活動(dòng)。因而研究氣候、環(huán)境與旅游之間的關(guān)系對(duì)城市旅游業(yè)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。國(guó)內(nèi)外關(guān)于旅游氣候指數(shù)的研究較為成熟[15-22]，如人體舒適度指數(shù)(BCMI)、風(fēng)寒指數(shù)(CI)、溫濕指數(shù)(THI)、穿衣指數(shù)、度假氣候指數(shù)(HCI)等。這些指數(shù)的研究為開展旅游氣候適宜性評(píng)估、引導(dǎo)人們旅游出行等起到了重要推進(jìn)作用。但這些指數(shù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中也存在一定局限性，如BCMI未考慮降水對(duì)旅游的影響，HCI未考慮空氣質(zhì)量對(duì)旅游的影響，CI和THI更多考慮的是冬季冷脅迫和夏季熱脅迫等，尚未有一個(gè)綜合性的氣候指數(shù)能夠較為全面地反映天氣氣候與空氣質(zhì)量對(duì)旅游的共同影響。另外，以往旅游氣候指數(shù)的建立多是基于游客問卷調(diào)查確定氣候因子權(quán)重賦值，記分評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)存在一定主觀性，缺少客流量與氣候環(huán)境的客觀定量分析[23]。本文嘗試選取與旅游活動(dòng)關(guān)聯(lián)較為密切的氣候環(huán)境指數(shù)，以寧波市奉化區(qū)的氣候、環(huán)境、旅游客流量數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化計(jì)算分析，進(jìn)而建立一個(gè)旅游氣候綜合指數(shù)(TCCI)模型，以便為旅游氣候研究提供更多參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況與資料來源

寧波市奉化區(qū)位于浙江省東部沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，境內(nèi)“六山一水三分田”。氣象觀測(cè)站位于奉化中部偏北的蕭王廟街道傅家岙村(29.7°N、121.4°E)，環(huán)境觀測(cè)站位于氣象觀測(cè)站東南方向約4 km的環(huán)保大樓樓頂，溪口風(fēng)景區(qū)位于奉化西部的溪口鎮(zhèn)，蔣氏故居、雪竇山景區(qū)與氣象觀測(cè)站直線距離分別為13 km、22 km，均為國(guó)家5A級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)。圖1給出了氣象觀測(cè)站、環(huán)境觀測(cè)站在研究區(qū)的空間分布。

圖1 研究區(qū)域旅游景區(qū)與觀測(cè)站的空間位置分布

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)包括逐日氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水、云量等，來自國(guó)家基本氣象站奉化觀測(cè)站；逐日空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(AQI日數(shù)據(jù)、PM2.5)來自環(huán)境監(jiān)測(cè)國(guó)家控制站奉化監(jiān)測(cè)站；景區(qū)每日客流量數(shù)據(jù)由寧波市溪口旅游開發(fā)股份有限公司提供，研究數(shù)據(jù)選取時(shí)間為2014-2018年。

1.2 分析方法

利用2014-2018年奉化站的氣象觀測(cè)資料，對(duì)人體舒適度氣象指數(shù)(BCMI)、風(fēng)寒指數(shù)(CI)、溫濕指數(shù)(THI)、度假氣候指數(shù)(HCI)按日進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

ITHI=(1.8Ta+32)-0.55(1-RH)×(1.8Ta-26)

(3)

式(1)—(3)中,Ta為環(huán)境溫度(℃),RH為空氣相對(duì)濕度(計(jì)算時(shí)取消百分制，如60%以0.6代入)，V為環(huán)境風(fēng)速(m/s)。ICI是冷應(yīng)力期間表示失熱的指標(biāo)(kcal·m-2·h-1)，ITHI表示無風(fēng)時(shí)悶熱的程度(無量綱)，IBCMI是炎熱指數(shù)的一種變形(無量綱)。這三類氣候指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[24]-[27]。

IHCI=4TE+2A+(3R+V)

(4)

式中TE、A、R、V分別為有效溫度(氣溫與濕度函數(shù))、云覆蓋率、降水、風(fēng)速的評(píng)判計(jì)分值，各因子具體計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[24]。

本文將空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)分為六級(jí)，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)化處理

因BCMI、THI的人體舒適度等級(jí)不是按照指數(shù)值的高低進(jìn)行劃分(如：BCMI值在51～58和71～75兩個(gè)區(qū)間，都對(duì)應(yīng)著“大部分人舒適”等級(jí))，而且部分指數(shù)值有單位量綱(如：CI值)，為了便于數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析，本文對(duì)氣候指數(shù)、空氣質(zhì)量指數(shù)和景區(qū)客流量數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新賦分及標(biāo)準(zhǔn)化處理。各指數(shù)等級(jí)賦分規(guī)則見表1，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理方式見公式(5):

表1 氣候環(huán)境指數(shù)賦分標(biāo)準(zhǔn)

Xb=(Xi/Xmax)×100

(5)

式中,Xb為標(biāo)準(zhǔn)化值，Xi為氣候指數(shù)、空氣質(zhì)量指數(shù)、客流量值，Xmax為氣候指數(shù)、空氣質(zhì)量指數(shù)、客流量值中最大值。

2 結(jié)果分析

2.1 氣候指數(shù)分析

利用奉化區(qū)逐日觀測(cè)的氣象環(huán)境數(shù)據(jù)，按公式(1)-(4)計(jì)算BCMI、THI、CI、HCI和AQI等氣候環(huán)境指數(shù)逐日值，統(tǒng)計(jì)獲得各指數(shù)的月平均分布情況，如圖2所示。根據(jù)文獻(xiàn)中BCMI指數(shù)值對(duì)應(yīng)的人體舒適度等級(jí)劃分規(guī)則[24]，奉化區(qū)全年有3個(gè)月份(5、6、9月)人們感覺“最為舒適”，BCMI為59～70;4個(gè)月份(4、7、8、10月)大部分人感覺舒適，其中， 4月和10月BCMI為51～58，體感“偏涼，大部分人舒適”，7月和8月BCMI為71～75，體感“偏熱，大部分人舒適”。按國(guó)際旅游界定義的“旅游舒適期”BCMI等級(jí)及天數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[28]，奉化屬于一類氣候適宜區(qū)。

溫濕指數(shù)(THI)變化特征與BCMI相一致，除夏季7、8月有悶熱感外，其他月份THI值均處于“較舒適”及以上級(jí)別。風(fēng)寒指數(shù)(CI)顯示奉化冬季(12月至次年2月)的CI值相對(duì)較高，可在700 kcal·m-2·h-1以上，人會(huì)有“冷”感，但很少會(huì)出現(xiàn)有強(qiáng)度冷脅迫。

按度假氣候指數(shù)(HCI)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，奉化全年有4個(gè)月份(4、5、9、10月)為度假旅游“很適宜”期，其余8個(gè)月份均為“適宜”期。從氣候指數(shù)月際分布圖(圖2)可看出，奉化全年HCI成雙峰分布，峰值出現(xiàn)在4-5月、10月，無明顯最低值。HCI指數(shù)考慮了高溫、嚴(yán)寒、強(qiáng)風(fēng)等惡劣天氣因素的影響，還強(qiáng)調(diào)了降水、云量對(duì)出行觀光的影響，在表征氣候旅游適宜性方面相對(duì)THI、CI、HCI更為全面[25]。

圖2 奉化氣候指數(shù)月分布特征

2.2 客流量及其影響因素

2.2.1 客流量年內(nèi)變化特征

從奉化旅游景區(qū)2014-2018年日均、月均客流量變化特征看(圖3)，在10月份，客流量達(dá)到年內(nèi)最高峰，占全年游客總數(shù)16%～19%，其中,10月2-4日日均客流量均超2萬人。4月、5月的次之，分別占年游客總數(shù)的11%～14%、8%～12%，其中4月30日-5月2日日均客流量超1萬人。2月(2017年2月除外)、8月客流量出現(xiàn)小的峰值，分別占年游客總數(shù)的9%～12%、8%～10%。冬季12月和次年1月客流量相對(duì)較少(2017年1月除外)，僅約占年游客總數(shù)的3%～5%和2%～4%，日均客流量大多在2000人以下，其中1月有19天日均客流量不足1000人。客流量的變化與國(guó)家傳統(tǒng)節(jié)假日時(shí)間安排關(guān)系密切。如十一黃金周、春節(jié)(多在2月份，2017年在1月份)、五一假期等，同時(shí)學(xué)生寒暑假對(duì)客流量也有一定影響，如8月份也有一個(gè)小的客流高峰。

圖3 2014-2018年奉化溪口景區(qū)日均(a)和月均(b)客流量情況

2.2.2 客流量與單個(gè)氣候指數(shù)關(guān)系

利用逐日BCMI、THI、CI、HCI與逐日景區(qū)客流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析單個(gè)氣候指數(shù)表征景區(qū)客流量的能力，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4(a)-(d)。BCMI、THI、CI、HCI各氣候指數(shù)與客流量回歸均可通過F0.01顯著性檢驗(yàn)，但各氣候指數(shù)與客流量相關(guān)性都不高，最高為HCI，其相關(guān)系數(shù)為0.172。

圖4 客流量與氣候指數(shù)及空氣質(zhì)量關(guān)系

2.2.3 客流量與空氣質(zhì)量關(guān)系

統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖4e)顯示，逐日空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)與客流量的相關(guān)性僅為0.014，未通過F0.01顯著性檢驗(yàn)，這可能與奉化區(qū)全年空氣質(zhì)量總體為優(yōu)良有關(guān)。奉化空氣質(zhì)量為Ⅰ、Ⅱ級(jí)的天數(shù)達(dá)1270天，占總有效樣本的84.5%；Ⅲ級(jí)的天數(shù)有200天，占13.3%；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)的污染天數(shù)只有33天，僅占總有效樣本的2.2%。對(duì)不同等級(jí)AQI對(duì)應(yīng)的日均客流量(表2)分析表明，當(dāng)空氣質(zhì)量等級(jí)較好(Ⅲ級(jí)及以上)時(shí)客流量變化不大，隨著空氣質(zhì)量變差，日均客流量呈明顯下降趨勢(shì)?？諝赓|(zhì)量為“優(yōu)”時(shí)(AQI指數(shù)為Ⅰ級(jí))，景區(qū)客流量日均值為3636人；空氣質(zhì)量為“良”至“輕度污染”時(shí)(AQI指數(shù)為Ⅱ-Ⅲ級(jí))，景區(qū)客流量日均值為3505人；當(dāng)空氣質(zhì)量較差時(shí)(AQI指數(shù)為Ⅳ-Ⅵ級(jí))，客流量日均值在2750人以下。2014年6月25日，在寧波全市空氣發(fā)生嚴(yán)重污染的大背景下，奉化區(qū)空氣質(zhì)量也達(dá)到了VI級(jí)(極差)，該日景區(qū)客流量?jī)H有1135人。

表2 不同空氣質(zhì)量(AQI)等級(jí)對(duì)應(yīng)的客流量情況

2.3 旅游氣候綜合指數(shù)模型的構(gòu)建

由2.2節(jié)分析可知，景區(qū)客流量與氣候環(huán)境因子密切相關(guān)，并且還受節(jié)假日影響。因此，將數(shù)據(jù)分成工作日、雙休日、節(jié)假日(元旦、春節(jié)、清明、五一、端午、中秋、國(guó)慶)三種情形，進(jìn)行分型構(gòu)建旅游氣候指數(shù)模型。以1.3節(jié)指數(shù)賦值及標(biāo)準(zhǔn)化處理后的BCMI、CI、THI、HCI、AQI日數(shù)據(jù)為自變量，景區(qū)客流量日數(shù)據(jù)為因變量，對(duì)2014-2017年數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 工作日、雙休日、節(jié)假日旅游適宜性模型及相關(guān)因子顯著性水平

工作日和雙休日影響景區(qū)客流量的主因子為CI、THI、HCI、AQI，兩種情景統(tǒng)計(jì)模型的回歸相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.524和0.552，擬合方程均通過F0.01顯著性檢驗(yàn)，并且在空氣質(zhì)量較好時(shí)對(duì)客流量的影響力CI的>HCI的>THI的>AQI的，較差時(shí)AQI的>CI的>HCI的>THI的。但是在節(jié)假日，擬合方程未能通過顯著性檢驗(yàn)。當(dāng)對(duì)氣溫(T)、濕度(RH)、風(fēng)速(V)、降水、云覆蓋率(A)、PM2.5、AQI等單要素進(jìn)行逐步回歸時(shí)，發(fā)現(xiàn)PM2.5、降水對(duì)客流量有顯著影響，說明小長(zhǎng)假人們出游主要考慮是否有重要不利天氣影響(如污染、降水等)，而不是僅僅考慮舒適度。此外，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，小長(zhǎng)假首尾兩天客流量明顯低于假期中間時(shí)段的客流量，說明是否有時(shí)間出游也是節(jié)假日期間影響客流量的重要因素之一。

綜上，嘗試對(duì)節(jié)假日客流量與單要素PM2.5、降水、假期時(shí)段建立擬合模型，假期時(shí)段引入虛擬因子X，當(dāng)處于節(jié)假日首尾時(shí)X取“0”，處于節(jié)假日中間時(shí)X取“1”，其余時(shí)段取“0.5”，客流量、假期時(shí)段、PM2.5、降水均進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，最終擬合結(jié)果為公式(6)，擬合方程相關(guān)系數(shù)R達(dá)到了0.8，通過F0.01顯著性檢驗(yàn)。從因子影響程度而言，降水影響最大，其次是假期時(shí)段(X)、PM2.5濃度的影響。

Y=-1.592R-0.303PM2.5+0.554X+30.681

(6)

將工作日、雙休日、節(jié)假日3個(gè)擬合方程進(jìn)行組合，構(gòu)建出了奉化區(qū)旅游氣候綜合指數(shù)模型：

(7)

為了驗(yàn)證模型的可靠性，本文利用公式(7)對(duì)2014-2017年奉化景區(qū)的客流量進(jìn)行了模型回算，并利用未參與建模的2018年數(shù)據(jù)，開展了模型獨(dú)立驗(yàn)證模擬。模型回算及獨(dú)立驗(yàn)證結(jié)果顯示：景區(qū)客流量的模擬值與實(shí)際值在旬尺度上有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，模型回算值與實(shí)際值兩者相關(guān)系數(shù)(R)為0.911，獨(dú)立驗(yàn)證模擬值與實(shí)際值兩者相關(guān)系數(shù)(R)為0.907(見圖5)。

圖5 模型回算及模型獨(dú)立模擬的旬客流量值與實(shí)際客流量統(tǒng)計(jì)值對(duì)比分析

3 結(jié) 論

本文基于2014-2018年寧波市奉化區(qū)溫度、濕度、風(fēng)速、降水和空氣質(zhì)量等逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算分析了該區(qū)的人體舒適度指數(shù)(BCMI)、風(fēng)寒指數(shù)(CI)、溫濕指數(shù)(THI)、度假氣候指數(shù)(HCI)和空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)，并結(jié)合景區(qū)客流量逐日記錄數(shù)據(jù)，構(gòu)建了旅游氣候綜合指數(shù)(TCCI)模型，獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)知。

(1)奉化全年有4個(gè)月份(4、7、8、10月)大部分人感覺舒適，3個(gè)月份(5、6、9月)人們感覺最為舒適。溫濕指數(shù)(THI)變化在熱應(yīng)力區(qū)間(5-10月)除夏季的7、8月外，均處于“較舒適”及以上級(jí)別；風(fēng)寒指數(shù)(CI)在冷應(yīng)力區(qū)間(11月-次年4月)內(nèi)，除1月體感“冷”外，其余5個(gè)月份均為“涼”～“很涼”，無“很冷”月份。

(2)奉化空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)月均值均為Ⅱ級(jí)，從AQI日數(shù)據(jù)來看，“較好”及以上(Ⅰ、Ⅱ級(jí))占84.5%，Ⅲ級(jí)“一般” 占13.3%，污染天(Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí))占2.2%。

(3)奉化全年有4個(gè)月份(4、5、9、10月)為度假旅游“很適宜”期，其余8個(gè)月份均為“適宜”期；度假氣候指數(shù)(HCI)成雙峰分布，峰值出現(xiàn)在4-5月和10月。

(4)CI、THI、HCI、AQI是影響工作日、雙休日客流量的重要指數(shù)。就影響程度而言，空氣質(zhì)量較好時(shí)CI的>HCI的>THI的>AQI的，空氣質(zhì)量較差時(shí)AQI的>CI的>HCI的>THI的。PM2.5、降水在假期時(shí)段是影響節(jié)假日客流量的重要因素，就影響程度而言，降水對(duì)假期客流量影響最大，其次是假期時(shí)段、PM2.5濃度的影響。

(5)以風(fēng)寒指數(shù)(CI)、溫濕指數(shù)(THI)、度假氣候指數(shù)(HCI)、空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)、假期時(shí)段、PM2.5濃度、降水等因子分型構(gòu)建的旅游氣候綜合指數(shù)模型能很好地揭示氣候環(huán)境對(duì)旅游客流量的影響，旬尺度客流量的模擬回算值(2014-2017年)與實(shí)際值兩者相關(guān)系數(shù)(R)為0.911，獨(dú)立驗(yàn)證(2018年)模擬值與實(shí)際值兩者相關(guān)系數(shù)(R)為0.907。

在構(gòu)建旅游氣候綜合指數(shù)(TCCI)模型過程中，本文通過引入氣候指數(shù)、空氣質(zhì)量、假期時(shí)段等因素，盡可能地考慮了諸多因子對(duì)景區(qū)客流量的影響，并分時(shí)段(工作日、雙休日、節(jié)假日)建立了景區(qū)客流量模型。但在模型構(gòu)建中，仍有一些特殊因素未能考慮，如盛花期的景區(qū)吸引力、特殊時(shí)段寺廟對(duì)香客的影響等。另一方面，本文構(gòu)建模型時(shí)僅使用了2014-2017年4年數(shù)據(jù)，樣本量相對(duì)較少，在后續(xù)研究中，仍需追加樣本進(jìn)一步對(duì)模型的模擬能力及其預(yù)測(cè)可靠性進(jìn)行分析。