1960—2017 年額濟(jì)納胡楊林觀賞期旅游氣候舒適度分析

魏 學(xué)，石 嵐，谷新波

（1.赤峰市氣象局，內(nèi)蒙古 赤峰024000；2.內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特010051）

氣候舒適度是戶外旅游活動(dòng)最重要的環(huán)境影響因素之一，旅游景區(qū)溫度的高低、降水的多少、風(fēng)力的大小、 太陽輻射強(qiáng)度等因素都會(huì)影響旅客體感舒適程度。 關(guān)于旅游適宜度國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者開展了相關(guān)研究，國(guó)外學(xué)者Terjung[1]在1966 年就提出了氣候舒適度指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)的概念， 建立了人體舒適度計(jì)算模型。 1987 年Oliver[2]通過戶外實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，建立了由氣溫、濕度、風(fēng)速為主要因子的氣候舒適度模型。國(guó)內(nèi)研究主要始于20 世紀(jì)80 年代，以溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、有效溫度指數(shù)、寒冷指數(shù)、舒適度指數(shù)等應(yīng)用最為廣泛[3-6]，前人研究的成果對(duì)于當(dāng)?shù)刂笇?dǎo)旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義， 也為其它地區(qū)學(xué)者開展氣候適宜度評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

胡楊是我國(guó)西北干旱區(qū)沙漠、 戈壁中特有的落葉喬木，具有很強(qiáng)的抗干旱、御風(fēng)沙、耐鹽堿的能力，是沙漠綠洲植物群落的重要組成部分， 不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境起到重要調(diào)節(jié)作用， 而且因葉片顏色多變具有極高的觀賞價(jià)值[7-8]。 額濟(jì)納旗位于內(nèi)蒙古阿拉善盟西北部，境內(nèi)擁有原生胡楊林約2.6 萬hm2。 有學(xué)者研究認(rèn)為[9]，額濟(jì)納胡楊林葉片顏色和落葉日期與氣溫密切相關(guān)，一般在9 月下旬—10 月下旬，當(dāng)日最低氣溫為4～-2 ℃時(shí)，胡楊林葉片觀賞價(jià)值最高。目前， 已有學(xué)者從生態(tài)角度分析了新疆沙雅胡楊林生態(tài)旅游環(huán)境的影響及保護(hù)對(duì)策[8]， 但國(guó)內(nèi)關(guān)于胡楊林景區(qū)的旅游氣候適宜度的研究少見報(bào)道，因此，本研究利用1960—2017 年9 月21 日—10 月31 日逐日氣象資料，確定額濟(jì)納旗胡楊林最佳觀賞期，分析評(píng)估最佳觀賞期旅游氣候舒適度， 以期為合理開發(fā)利用胡楊林旅游資源和游客合理選擇出行提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

額濟(jì)納旗位于內(nèi)蒙古阿拉善盟西北部， 位于39°52′～42°47′N，97°10′～103°7′E，面積為114 606 km2，氣候類型屬溫帶極干旱大陸性季風(fēng)氣候。 該區(qū)域年平均氣溫9.8 ℃， 年降水量37 mm， 年蒸發(fā)量3841 mm，相當(dāng)于降水量的100 多倍，氣候干旱，境內(nèi)的天然胡楊林主要分布于居延海邊， 不僅是阻止巴丹吉林沙漠向北擴(kuò)散的重要生態(tài)屏障， 而且還因樹葉顏色美觀，成為極具觀賞價(jià)值的旅游區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)采用額濟(jì)納旗氣象站點(diǎn)1960—2017年9 月21 日—10 月31 日逐日平均氣溫、 平均風(fēng)速、空氣濕度等觀測(cè)資料，通過計(jì)算得出人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)，根據(jù)4 種指數(shù)相應(yīng)權(quán)重，計(jì)算得出旅游氣候舒適度指數(shù)（表1）。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法

1.3.1 人體舒適度指數(shù)

人體舒適度指數(shù)（Human Comfort Index）是反映人體對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的不同舒適感。 采用王妍方[10]的計(jì)算方法，公式如下：

式中，Xh為人體舒適指數(shù)；t 為平均氣溫， 單位℃；f為空氣相對(duì)濕度，單位%；V 為風(fēng)速，單位m/s。

1.3.2 溫濕指數(shù)

溫濕指數(shù)（Temperature Humidity Index）是反映周圍環(huán)境溫度和濕度組合對(duì)人體舒適性影響程度的一種指數(shù)。 采用劉蕊娟[6]的計(jì)算方法，公式如下:

式中，Xt為溫濕指數(shù)；t 為平均氣溫，單位℃；f 為空氣相對(duì)濕度，單位%。

1.3.3 風(fēng)寒指數(shù)

風(fēng)寒指數(shù)（Wind Chill Index）是綜合反映周圍環(huán)境中風(fēng)速、 溫度組合對(duì)人體舒適性影響程度的一種指數(shù)。 采用長(zhǎng)安[11]的計(jì)算方法，公式如下：

式中，Xw為風(fēng)寒指數(shù)；t 為平均氣溫，單位℃；V 為風(fēng)速，單位m/s。

1.3.4 著衣指數(shù)

著衣指數(shù)（Index of Cloth Loading）是反映人體通過調(diào)整衣物厚度來改變氣候條件的不舒適性，采用馬麗君[12]的計(jì)算方法，公式如下：

式中， Xi為著衣指數(shù)；t 為平均氣溫，單位℃；V 為風(fēng)速，單位m/s；H 代表人體正?；顒?dòng)下代謝率的75%，取值87 W/m2；A 代表人體對(duì)太陽輻射的吸收情況，取黑色衣料情況下最大值0.06；R 為垂直陽光下單位面積土地接收的太陽輻射， 取人造衛(wèi)星測(cè)得的數(shù)值1366 W/m2；?為太陽高度角， 依據(jù)所在區(qū)域和季節(jié)進(jìn)行計(jì)算。

1.3.5 旅游氣候舒適度指數(shù)

根據(jù)人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)的大小分5 個(gè)等級(jí)賦值為9、7、5、3、1， 采用模糊層次分析法（FAHP）確定4 個(gè)指數(shù)的權(quán)重系數(shù)分別為0.29、0.35、0.21、0.15， 建立旅游氣候舒適度（Tourism Climatic Comfortable Index）評(píng)價(jià)模型，公式如下:

式中，Yt為旅游氣候舒適度，其中7≤Yt≤9 為舒適；5≤Yt＜7 為較舒適；3≤Yt＜5 為較不舒適；1≤Yt＜3 為不舒適，Xh、Xt、Xw、Xi分別為人體舒適度指數(shù)、 溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)分級(jí)賦值。

表1 人體舒適度、溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值

2 結(jié)果與分析

2.1 胡楊林葉片最佳觀賞期

胡楊林葉片顏色變化對(duì)溫度具有極高的敏感性，當(dāng)日最低氣溫≤4 ℃初日葉片開始變黃，到日最低氣溫≤-2 ℃初日葉片開始脫落，因此將二者出現(xiàn)日期作為胡楊林觀賞期開始日期和結(jié)束日期。 受氣候變暖影響，1960—2017 年胡楊林觀賞期的開始日期和結(jié)束日期均呈現(xiàn)向后延遲的趨勢(shì)，每10 a 分別延遲1.4、2.3 d。 58 a 中，觀賞期開始日期最早出現(xiàn)在1980 年9 月20 日，最晚出現(xiàn)在2014 年10 月11日；觀賞期結(jié)束日期最早出現(xiàn)在1962 年10 月3 日，最晚出現(xiàn)在2014 年10 月31 日（圖1）。

為了方便統(tǒng)計(jì)分析， 將9 月1 日記為1，9 月2日記為2，…，把開始日期和結(jié)束日期重新定義時(shí)間序列。采用均方差方法計(jì)算得出，80%保證率下的開始日期和結(jié)束日期分別為9 月25 日和10 月24 日，90%保證率下的開始日期和結(jié)束日期分別為9 月23 日—10 月27 日， 確定胡楊林葉片最佳觀賞期為每年9 月23 日—10 月27 日。

圖1 1960—2017 年研究區(qū)最佳觀賞期開始日期和結(jié)束日期變化趨勢(shì)

2.2 觀賞期內(nèi)氣象要素的年際變化

1960—2017 年，額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期平均氣溫、最低氣溫在波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，近58 a平均氣溫升高了2.8 ℃， 升溫速度為每10 a 升高0.49 ℃，最低氣溫升高了4.6 ℃，升溫速度為每10 a升高0.80 ℃。 1960—2017 年，額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期相對(duì)濕度、 風(fēng)速均呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，近58 a 分別減少了4.5%、1.1 m/s， 減少速度分別為每10 a 減少0.78%、0.21 m/s（圖2）。說明近58 a 來，額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期內(nèi)氣象要素呈現(xiàn)明顯的變化趨勢(shì)，這是全球氣候變化的區(qū)域響應(yīng)所致。

圖2 1960—2017 年研究區(qū)平均氣溫（a）、最低氣溫（b）、相對(duì)濕度（c）及風(fēng)速（d）變化趨勢(shì)

2.3 4 種指數(shù)的變化特征

從圖3 可以看出，1960—2017 年額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，增加速率分別為每10 a 增加1.47、0.56、18.62，著衣指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，下降速率為每10 a 下降0.04。 根據(jù)表1 的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，58 a來4 種指數(shù)90%以上年份為3 級(jí)，其中人體舒適度指數(shù)為偏冷不舒適，溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)為偏冷較不舒適，著衣指數(shù)為“毛衣加外套”。

圖3 1960—2017 年研究區(qū)4 種指數(shù)變化趨勢(shì)

2.4 最佳觀賞期旅游氣候舒適度評(píng)價(jià)

1960—2017 年額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期逐年旅游氣候舒適度呈上升趨勢(shì)， 最大值6.1，最小值4.4，上升速率為每10 a 升高0.10。根據(jù)旅游氣候舒適度的劃分標(biāo)準(zhǔn)，58 a 中有3 a 低于5.0， 為較不舒適等級(jí)，其余年份為較舒適。最佳觀賞期內(nèi)逐日旅游氣候舒適度呈下降趨勢(shì)， 最大值7.3， 最小值4.1， 下降速率為每10 d 下降0.93。 9 月23 日—26日為舒適等級(jí)，9 月27 日—10 月19 日為較舒適等級(jí)，10 月20 日—10 月27 日為較不舒適（圖4）。

圖4 1960—2017 年研究區(qū)逐年（a）、逐日（b）旅游氣候舒適度變化趨勢(shì)

2.5 旅游氣候舒適度對(duì)氣候變化的響應(yīng)

利用1960—2017 年額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期旅游氣候舒適度、 人體舒適度指數(shù)、 溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)分別與平均氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速4 個(gè)氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析（表2），旅游氣候舒適度、人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)均與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)分別與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，均通過了α=0.01 水平的相關(guān)顯著性檢驗(yàn)；5 種指數(shù)與相對(duì)濕度無顯著相關(guān)關(guān)系。

表2 最佳觀賞期旅游氣候舒適度與氣象要素的相關(guān)分析

3 討論

20 世紀(jì)50 年代以來， 全球氣候變暖導(dǎo)致氣候格局發(fā)生了變化，干旱地區(qū)氣候類型有向“暖干化”發(fā)展的趨勢(shì)，表現(xiàn)出了氣溫升高、極端氣候事件頻發(fā)的區(qū)域響應(yīng)[13-14]。 黎浩許等[15]研究發(fā)現(xiàn)，1957—2009年額濟(jì)納旗年平均氣溫呈升高趨勢(shì)， 相對(duì)濕度和風(fēng)速呈減小趨勢(shì)。 程清平等[16]研究認(rèn)為，梅里雪山1954—2014 年年平均氣溫、最低氣溫呈極顯著的上升趨勢(shì)，年相對(duì)濕度、平均風(fēng)速呈不顯著的下降或減少趨勢(shì)。 劉文平等[17]研究結(jié)果表明，1971—2008 年山西省旅游景區(qū)氣溫呈上升趨勢(shì)。 本研究發(fā)現(xiàn)額濟(jì)納旗屬極強(qiáng)型大陸性氣候干旱荒漠區(qū)， 生態(tài)環(huán)境對(duì)氣候依賴性、敏感性極強(qiáng)，因此，對(duì)氣候變化表現(xiàn)的區(qū)域響應(yīng)更加明顯。1960—2017 年額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期平均氣溫、最低氣溫呈上升趨勢(shì)，近58 a 分別升高了2.8、4.6 ℃，相對(duì)濕度、風(fēng)速均呈減少趨勢(shì)，分別減少了4.5%、1.1 m/s，這與以上研究結(jié)論一致。劉普幸等研究[8]發(fā)現(xiàn)，1955—2010 年敦煌綠洲胡楊林生長(zhǎng)季對(duì)氣候變化響應(yīng)十分敏感， 生長(zhǎng)季延長(zhǎng)，葉片變黃開始日期有推后趨勢(shì)，葉黃初日和生長(zhǎng)期天數(shù)均與10 月平均氣溫存在正相關(guān)關(guān)系。本研究分析得出，受氣候變化影響，尤其是氣溫的升高，近58 a 額濟(jì)納旗胡楊林葉片變?yōu)榻瘘S色的開始日期和結(jié)束日期， 即觀賞期的起止日期均呈現(xiàn)向后延遲的趨勢(shì)，延遲速率分別為每10 a 延遲1.4、2.3 d。

某一區(qū)域氣象要素格局的變化必然影響人體舒適度，王學(xué)林等[18]認(rèn)為氣候變暖在一定程度上提升了江南地區(qū)冷涼季節(jié)的舒適度， 增加了炎熱季節(jié)的人體不舒適感，氣溫升高是舒適度增加的主導(dǎo)因素。有學(xué)者[5]研究發(fā)現(xiàn)近55 a 青海省旅游人體舒適度呈極顯著上升趨勢(shì)，馬麗君等[19]研究表明，1958—2008年北京地區(qū)人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)呈上升趨勢(shì)，風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)呈下降趨勢(shì)，且各指數(shù)等級(jí)持續(xù)時(shí)間出現(xiàn)了明顯變化。1961—2015 年青海省西寧市人體舒適度指數(shù)呈上升趨勢(shì)[20]，上升速率為每10 a上升2.7 d。 1981—2010 年甘肅省蘭州市旅游最舒適時(shí)間為5—9 月， 不適宜期主要是冬季的1 月、12月[21-22]。本研究結(jié)果表明，近58 a 額濟(jì)納旗胡楊林最佳觀賞期風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)呈下降趨勢(shì)，人體舒適度指數(shù)、 溫濕指數(shù)和旅游氣候舒適度均呈增加的趨勢(shì)，旅游氣候舒適度、人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)均與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)分別與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈極顯著正相關(guān)關(guān)系， 說明氣溫升高對(duì)該區(qū)域旅游氣候舒適增加具有顯著正向作用，與以往的研究結(jié)論相似。

4 結(jié)論

利用額濟(jì)納旗1960—2017 年9 月21 日—10月31 日氣象資料，分析胡楊林最佳觀賞期的氣候舒適度，得到如下結(jié)論：

（1）1960—2017 年， 胡楊林觀賞期的開始日期和結(jié)束日期均呈現(xiàn)向后延遲的趨勢(shì)， 延遲速率分別為每10 a 延遲1.4、2.3 d。 將日最低氣溫≤4 ℃初日作為開始日期，日最低氣溫≤-2 ℃初日作為結(jié)束日期，90%保證率下的開始日期和結(jié)束日期分別為9月23 日和10 月27 日，因此，確定胡楊林葉片最佳觀賞期為每年9 月23 日—10 月27 日。

（2）近58 a 額濟(jì)納旗胡楊林景區(qū)最佳觀賞期平均氣溫、最低氣溫在波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，平均氣溫升高了2.8 ℃，最低氣溫升高了4.6 ℃；相對(duì)濕度、風(fēng)速均呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，分別減少了4.5%、1.1 m/s。該區(qū)域氣象要素的顯著變化，導(dǎo)致了人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、旅游氣候舒適度均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)， 增加速率分別為每10 a 增加1.47、0.56、18.62、0.10，著衣指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，下降速率為每10 a下降0.04。

（3）旅游氣候舒適度、人體舒適度指數(shù)、溫濕指數(shù)均與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)分別與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；5 種指數(shù)與相對(duì)濕度無顯著相關(guān)關(guān)系。 說明氣候變暖導(dǎo)致氣溫升高是影響5 種指數(shù)出現(xiàn)明顯變化的主要因子， 隨著氣候變暖的發(fā)展， 胡楊林觀賞期舒適度會(huì)更加舒適， 風(fēng)寒指數(shù)降低，著衣厚度更薄。