基于FAHP模型的伊寧市氣候舒適度變化分析

朱元璞 馬倩 王佩

摘 要：基于伊寧市1967—2017年的氣象資料，計(jì)算THI、K、ICL和HCI值，通過FAHP確定權(quán)重，以此來分析氣候舒適度的變化特征。結(jié)果表明：（1）近51年來，氣溫、降水和日照時(shí)數(shù)均呈上升趨勢(shì)，風(fēng)速和相對(duì)濕度呈下降趨勢(shì)，冬夏季氣溫上升趨勢(shì)明顯。（2）THI、K和HCI值年內(nèi)逐月變化曲線均呈倒“U”型，指數(shù)變化為先增后降;ICL值年內(nèi)變化曲線呈“U”型，指數(shù)表現(xiàn)為先降后增;4種指數(shù)年內(nèi)振幅均呈逐年減小趨勢(shì)，且年際變化中尤以冬季振幅波動(dòng)較大，冷季氣候舒適趨勢(shì)明顯。（3）伊寧市近51年來逐月氣候舒適程度分屬于不舒適、較不舒適、較舒適和舒適4個(gè)等級(jí)，其中4—9月屬于舒適期，11月至翌年3月氣候多屬于不舒適期。

關(guān)鍵詞：氣候舒適度;FAHP;溫濕指數(shù);伊寧市

中圖分類號(hào) F592.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）06-0167-06

Abstract： Based on the climate data of Yining City from 1967 to 2017， then calculate the temperature and humidity index， wind efficiency index ， clothing index and human comfort index， and the weight is determined by FAHP， then analyze the climate comfort characteristics of Yining City. The results showed that：（1）From the trend of sequence changes， the temperature， precipitation and sunshine duration are both on the rise， the wind speed and relative humidity are decreasing， The upward trend of winter and summer temperatures is obvious.（2）The yearly THI、K and HCI curve appears inverted “U” shape， the index trend shows first rise and then decrease; The yearly ICL curve appears “U” shape， the index showed a rise first and then increase; the amplitudes of the three indices showed a decreasing trend year by year ， In addition， the winter amplitude fluctuates greatly in the inter-annual changes of the four indices， and the climate comfort trend is obvious in the cold season.（3）In the past 51 years， Yining City has been divided into four levels： uncomfortable， less comfortable， more comfortable and comfortable. The April-September period is a comfortable period， and the climate from November to March is mostly uncomfortable.

Key words： Climatic comfortable; FAHP; THI; Yining City

氣候主要是由氣溫、風(fēng)速、降水等要素組成的，各要素之間有其組合和聯(lián)系，對(duì)人類活動(dòng)和自然環(huán)境產(chǎn)生了綜合影響[1]。氣候的舒適程度在一定程度上決定著人們的出行安排，對(duì)游客選擇外出旅游的目的地和時(shí)間具有借鑒意義。國外學(xué)者Yagtou[2]等通過對(duì)人體在不同風(fēng)速、濕度和溫度等氣象條件下所產(chǎn)生的感覺進(jìn)行調(diào)查，提出實(shí)感氣溫的概念;Terjung[3]基于不同氣候背景提出了氣候舒適指數(shù)的概念并開發(fā)了相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型;除此之外，國際上還建立了風(fēng)寒指數(shù)、體感指數(shù)、著衣指數(shù)等氣候舒適度模型[4-7]。國內(nèi)對(duì)旅游舒適度的研究始于20世紀(jì)80年代，陸續(xù)對(duì)我國不同地區(qū)的旅游氣候舒適度開展研究。如馮新靈、劉清春等[8-10]運(yùn)用了溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、綜合舒適度指數(shù)等方法，統(tǒng)計(jì)出適合我國運(yùn)用的旅游舒適度的計(jì)算公式，對(duì)我國四季旅游的舒適氣候進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分區(qū)。馬麗君[11]等通過對(duì)著衣指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和溫濕指數(shù)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型來分析某一區(qū)域旅游氣候舒適度的變化情況。

本研究通過對(duì)伊寧的氣候舒適度建模評(píng)估和評(píng)價(jià)分析，探索氣候與健康的關(guān)系，以期為旅游發(fā)展規(guī)劃制定提供一定的參考借鑒。

1 研究區(qū)概況

伊寧市位于伊犁州境內(nèi)，地處伊犁河谷盆地中央，介于43°50′～44°15′N，81°04′～81°26′E，屬北溫帶大陸性氣候，年均氣溫9.4℃，風(fēng)速1.72m/s，年均降水量286.8mm，雨量充沛，溫暖濕潤，光照充足。地勢(shì)北高南低，三面環(huán)山，晝夜溫差較大。伊寧市是伊犁哈薩克自治州首府，區(qū)域條件優(yōu)越，旅游資源豐富，環(huán)境優(yōu)良，舒適宜居。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源 數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，選取1967—2017年伊寧市氣象站平均風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、降水量等氣象數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

式中：t為平均氣溫，℃;[v]為風(fēng)速，m/s;H代表人體代謝率的75%，為87w/m2。[a]表示人體對(duì)太陽輻射的吸收情況，本文取0.06;R表示垂直于陽光的單位面積土地所接受的太陽輻射，一般取R=1367w/m2，[α]是太陽高度角，假設(shè)緯度為Φ，夏季各地太陽高度角為90°[-]Φ+23°26′，冬季各地太陽高度角為90°[-]Φ[-]23°26′，而春秋季節(jié)太陽位于赤道附近，太陽高度角為90°[-]Φ。

為對(duì)各類指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，參照相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)各指數(shù)進(jìn)行分級(jí)和賦值，詳見表1。

2.2.5 綜合氣候舒適度模型構(gòu)建 人體舒適指數(shù)、溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)在某種程度上反映了該區(qū)域的氣候舒適度變化特征，但其反映的變化具有一定的片面性。為更準(zhǔn)確的反映氣候舒適度變化特征，本文采用模糊層次分析（FAHP）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)各參數(shù)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，最終構(gòu)建的氣候舒適度模型（Climatic Comfortable Index，CCI）為：

式中：HCI、WCI、ICL、THI分別代表人體舒適指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)和溫濕指數(shù)，0.29、0.21、0.15和0.35為其權(quán)重系數(shù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果與各指數(shù)的等級(jí)賦值，確定旅游氣候舒適度標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)7

3 結(jié)果與分析

3.1 主要?dú)庀笠刈兓卣?/p>

3.1.1 氣溫 由圖1和表2可知，伊寧市年均氣溫9.4℃，極差4.3℃，變異系數(shù)10.3%。近51年平均氣溫以0.491℃·（10a）-1的變化率遞增。年均最高氣溫11.3℃（2016年），年均最低氣溫7℃（1969年）。伊寧市最低月均氣溫-8.2℃，出現(xiàn)在1月，最高月均氣溫23.3℃，出現(xiàn)在7月。其中，3—4月溫度迅速升高，9—11月氣溫開始快速下降。春季平均氣溫13℃，夏季平均氣溫23.3℃，秋季平均氣溫為9.8℃，冬季平均氣溫為-8.2℃，變化率為0.74℃·（10a）-1，升溫趨勢(shì)最為明顯。

3.1.2 降水量 伊寧市年均降水量286.8mm，標(biāo)準(zhǔn)差86.25mm，變異系數(shù)30%。年降水量最小值137.6mm（1967年），最大值496.3mm，發(fā)生在2004年。近51年來，伊寧市的年降水量以23.1mm·（10a）-1的速率呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，這與近50年西北干旱地區(qū)降水量有增加趨勢(shì)的結(jié)論相一致，并且明顯高于西北干旱地區(qū)3.2mm·（10a）-1[16]和莎車綠洲7.44·mm（10a）-1[17]的變化速率，說明伊寧市氣候的濕潤化趨勢(shì)比較明顯。

3.1.3 相對(duì)濕度 伊寧市年均濕度64%，標(biāo)準(zhǔn)差2.82%，變異系數(shù)4%，以1.029·（10a）-1的速率減小。相對(duì)濕度最高值71%出現(xiàn)在1969年，最小值57%，出現(xiàn)在2008年和2012年。伊寧市月均相對(duì)濕度處于50%～60%，出現(xiàn)在4—9月，11月至翌年2月平均濕度在70%～80%，平均濕度達(dá)到最高值為78%（12月），4月和8月平均濕度處于最低值54%。

3.1.4 風(fēng)速 風(fēng)速的大小在一定程度上改變了人們對(duì)所處環(huán)境冷熱的感覺程度。伊寧市年均風(fēng)速1.72m·s-1，以0.154m·s（10a）-1的速率遞減。其中，3—6月份為高風(fēng)速月份，風(fēng)速為2～2.5m·s-1;風(fēng)速最低月在12月和1月，平均風(fēng)速為1.2m·s-1。

3.1.5 日照時(shí)數(shù) 伊寧市年均日照時(shí)數(shù)2868h，光照資源充足，夏秋2季的日照時(shí)數(shù)高于春冬2季。其中，3—10月平均日照時(shí)數(shù)280.3h，11月至翌年2月平均日照時(shí)數(shù)156.5h，7月日照時(shí)數(shù)達(dá)332.1h，最小值140.4h出現(xiàn)在12月。51年日照時(shí)數(shù)以31.4h·（10a）-1呈上升趨勢(shì)，其中年日照時(shí)數(shù)最大值3231h，發(fā)生在1995年，最小值2578.3h，出現(xiàn)在1987年。

3.2 溫濕指數(shù)年內(nèi)年際變化 THI值年內(nèi)變化曲線呈倒“U”型（圖2），指數(shù)表現(xiàn)為先升后降，波動(dòng)范圍在15～75。其峰值所在時(shí)段為6—8月，波動(dòng)范圍在65～75，人體感覺程度為暖、舒適。自10月至翌年4月THI均在55之下，處于較長的低谷時(shí)期，人體感覺程度為偏冷到極冷、不舒適。從1975到2015年，THI年內(nèi)振幅逐年呈減小趨勢(shì)。由圖3可知，春、夏、秋季的THI年際變化呈平緩的遞增趨勢(shì)，冬季THI增幅最為明顯，是其他季節(jié)的3～6倍。不同季節(jié)THI變動(dòng)振幅差異較明顯，冬季波動(dòng)范圍在8～29，春季處于50～61，夏季為67～73，秋季為43～56，冬季THI波動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于其他3個(gè)季節(jié)。

3.3 風(fēng)效指數(shù)年內(nèi)年際變化 K值年內(nèi)變化曲線呈倒“U”型（圖4），先上升后下降，K值年內(nèi)波動(dòng)范圍在-850～-50，峰值所在時(shí)段在6—8月，范圍處于-150～-50。峰值K介于-600～-50時(shí)，人體感受程度分別為涼風(fēng)、舒適、暖風(fēng)，這一時(shí)段逐年遞增，從1975年到2015年整體延長2個(gè)月，從1975年到2015年，K值年內(nèi)振幅呈減小趨勢(shì)。從圖5可以看出，四季K值均有明顯的上升趨勢(shì)，其中冬季K值增幅最為明顯，傾向率為2.077，反映出伊寧市暖季和冷季的舒適期時(shí)段均呈上升趨勢(shì)，但冷季舒適程度趨勢(shì)更加明顯。

3.4 著衣指數(shù)年內(nèi)年際變化 ICL值年內(nèi)變化呈“U”型（圖6），指數(shù)表現(xiàn)為先下降后上升，波動(dòng)范圍約在0.4～3.2。谷值所在時(shí)段在6—8月，ICL谷值范圍為0.4～1.0，人體衣著要求為配有襯衫的輕便夏裝以及短袖開領(lǐng)衫、涼鞋。ICL處于低谷值的時(shí)期很長，自10月至翌年4月ICL均在1.5以下，人體著衣要求為夏裝，舒適程度為舒適。從1975到2015年，ICL年內(nèi)振幅逐年呈減小趨勢(shì)。從圖7可知，四季的ICL年際變化均呈現(xiàn)出一定的遞減趨勢(shì)，其中冬季ICL波動(dòng)幅度較為明顯，春、夏、秋季ICL變動(dòng)振幅差異較小，冬季波動(dòng)幅度較大于其他3個(gè)季節(jié)。

3.5 人體舒適指數(shù)年內(nèi)年際變化 HCI值年內(nèi)變化曲線呈倒“U”型（圖8），指數(shù)表現(xiàn)為先上升后下降，波動(dòng)范圍在14～70。其峰值所在時(shí)段為6—8月，波動(dòng)范圍在60～70，人體感覺程度為最舒適。自10月至翌年4月HCI均在50之下，人體感覺程度為偏冷到偏冷、不舒適。從1975到2015年，HCI年內(nèi)振幅逐年呈減小趨勢(shì)。由圖9可知，春、夏、秋季的HCI年際變化呈低水平的遞增趨勢(shì)，冬季HCI增幅最為明顯。不同季節(jié)HCI變動(dòng)振幅差異較明顯，冬季波動(dòng)范圍在7～26，波動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于其他3個(gè)季節(jié)。

3.6 綜合氣候舒適度 以1967—2017年伊寧市逐月HCI、THI、K和ICL對(duì)應(yīng)的舒適程度進(jìn)行賦值，以此來確定氣候舒適程度，得到各月的綜合舒適度指數(shù)和相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果（表3）。當(dāng)C≥7時(shí)為氣候舒適期，伊寧市氣候舒適期主要集中在4—9月，分布在春、夏、秋3季，較舒適期在10月，較不舒適期在3月，較不舒適期集中在11月至翌年2月。

4 結(jié)論與討論

從序列變化趨勢(shì)來看，氣溫、降水和日照時(shí)數(shù)均呈上升趨勢(shì)，氣溫增幅較小，日照時(shí)數(shù)增幅較大，冬夏季氣溫上升的趨勢(shì)明顯。相對(duì)濕度呈下降趨勢(shì)，處于低水平變化范圍;風(fēng)速波動(dòng)幅度較小，呈略微遞減趨勢(shì)。從月份時(shí)間序列上來看，風(fēng)速呈明顯的單峰型分布特征，降水主要分布在4—7月，冬季相對(duì)濕度最大，其次是秋夏2季，春季相對(duì)濕度最小。伊寧市氣候向暖濕化轉(zhuǎn)變特征明顯。綜上分析，伊寧市氣候開始由暖干向暖濕轉(zhuǎn)變，從20世紀(jì)90年代中后期開始變化趨勢(shì)表現(xiàn)的更加強(qiáng)烈和顯著。

THI、K和HCI值年內(nèi)逐月變化曲線呈倒“U”型，指數(shù)變化為先上升后下降，峰值所在時(shí)段在6—8月，且THI值年內(nèi)振幅逐年減小;ICL年內(nèi)變化曲線呈“U”型，指數(shù)表現(xiàn)為先下降后上升，年內(nèi)振幅逐年呈減小趨勢(shì)，且4種指數(shù)年際變化中冬季振幅波動(dòng)較大，冷季氣候舒適趨勢(shì)明顯。伊寧市近51年逐月氣候舒適程度包括不舒適、較不舒適、較舒適和舒適4個(gè)等級(jí)，其中4—9月屬于舒適期，11月至翌年3月氣候?qū)儆诓皇孢m期。

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（責(zé)編：張宏民）