秦皇島市體感溫度預(yù)報(bào)方法初探

劉冰玉 靳甜甜 沈鹿鳴 張晨宇

摘要 根據(jù)秦皇島市2000—2020年常規(guī)氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用氣象學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析氣溫、相對(duì)濕度、著裝、輻射、風(fēng)速等因子對(duì)體感溫度的影響，結(jié)合秦皇島市氣候特點(diǎn)，對(duì)體感溫度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行本地化修正，得到計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞 體感溫度;臨界相對(duì)濕度;輻射;氣候

中圖分類(lèi)號(hào)：P457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2020）07–0–02

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.022

Preliminary Study on Prediction Method of Somatosensory Temperature in Qinhuangdao City

LIU Bing-yu et al （Qinhuangdao Meteorological Bureau， Qinhuangdao， Hebei 060001）

Abstract According to the conventional meteorological observation data of Qinhuangdao city from 2000 to 2020， using meteorological and statistical methods， through the analysis of temperature， relative humidity， clothing， radiation， wind speed and other factors on the somatosensory temperature， combined with the climate characteristics of Qinhuangdao City， the empirical formula of somatosensory temperature calculation was locally modified， and the calculation formula was obtained.

Key words Somatosensory temperature; Critical relative humidity; Radiation; Climate

體感溫度與氣溫相比更能準(zhǔn)確地反映人們的冷熱感覺(jué)以及地區(qū)多年的氣候舒適性。秦皇島市作為全國(guó)著名r 海濱城市，在消暑納涼、度假養(yǎng)生方面全國(guó)聞名，而體感溫度適宜的時(shí)期，舒適度較高，人們身心舒適愉悅，對(duì)旅游景區(qū)的滿(mǎn)意度會(huì)大大提高。體感溫度預(yù)報(bào)是對(duì)秦皇島市常規(guī)氣溫預(yù)報(bào)的有益補(bǔ)充，對(duì)預(yù)報(bào)服務(wù)有很大的幫助。

利用2000—2020年氣象常規(guī)觀(guān)測(cè)資料，通過(guò)對(duì)周?chē)巳哼M(jìn)行體感溫度樣本調(diào)查，找到影響體感溫度的因素并分析其影響，然后對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行訂正，得到本化公式，用于計(jì)算每日體感溫度。

1 秦皇島市氣候特征

秦皇島市地處河北省東北部，位于燕山山脈東段丘陵地區(qū)與山前平原地帶，地勢(shì)北高南低，形成北部山區(qū)-低山丘陵區(qū)-山間盆地區(qū)-沖積平原區(qū)-沿海區(qū)，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候。因毗鄰海洋，受海洋影響較大，氣候比較溫和，春季少雨干燥，夏季溫?zé)釤o(wú)酷暑，秋季涼爽多晴天，冬季漫長(zhǎng)無(wú)嚴(yán)寒。

與南方城市居民相比，秦皇島市居民對(duì)寒冷的耐受能力較強(qiáng)，而對(duì)炎熱天氣的耐受能力較差;在海風(fēng)影響時(shí)，存在明顯的溫帶海洋氣候特征，如風(fēng)速較大時(shí)，即使溫度較高，也感覺(jué)涼爽，但如果濕度較大，則感覺(jué)悶熱;冬季風(fēng)速較小時(shí)，溫度較低，但由于太陽(yáng)輻射原因也感覺(jué)不太寒冷，而在無(wú)風(fēng)時(shí)，人們感覺(jué)到的溫度就要比實(shí)際氣溫高一些。但在實(shí)際計(jì)算體感溫度時(shí)，溫度、濕度、風(fēng)、太陽(yáng)輻射等都是應(yīng)該考慮的因素。

2 體感溫度經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式

北京市氣象局呂偉林[1]1997年提出了在僅考慮氣象條件影響時(shí)的體感溫度經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，經(jīng)過(guò)20年各地氣象局及氣象專(zhuān)家的驗(yàn)證，證明此公式有效可用。公式表達(dá)如下：

其中，Tg為體感溫度，Ta為氣溫，Tu為空氣相對(duì)濕度修正項(xiàng)，Tr為太陽(yáng)輻射修正項(xiàng)，Tv為風(fēng)速修正項(xiàng)。

3 體感溫度預(yù)報(bào)公式本地化修正

3.1 氣溫對(duì)體感溫度的影響

氣溫是影響人體舒適度最重要的氣象要素，一般來(lái)說(shuō)，人體的熱平衡狀況除了著裝影響外，主要與人體周?chē)h(huán)境溫度的變化有關(guān)，環(huán)境溫度越低，人體熱損失速度越快，感覺(jué)也越冷[2]。研究中選用預(yù)報(bào)氣溫進(jìn)行體感溫度的預(yù)報(bào)計(jì)算，得到預(yù)報(bào)時(shí)刻的體感溫度。

3.2 相對(duì)濕度對(duì)體感溫度的影響及修正

在研究體感溫度中相對(duì)濕度的影響時(shí)，根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，引入一個(gè)“臨界相對(duì)濕度”的概念，將其定義靜風(fēng)、非太陽(yáng)直射條件下體感溫度等于氣溫時(shí)的相對(duì)濕度。

臨界相對(duì)濕度的經(jīng)驗(yàn)公式表達(dá)如下：

目前，空氣相對(duì)濕度修正項(xiàng)有多種計(jì)算表征方法，考慮到冬季與夏季對(duì)相對(duì)濕度的不同，最適宜溫度選取的是溫帶地區(qū)人體最舒適的25℃，其表達(dá)式為：

式中，u為空氣相對(duì)濕度。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：氣溫高于25℃后，相對(duì)濕度偏高時(shí)，修正值為正，偏低則為負(fù);氣溫低于25℃則相反，在高溫和低溫季節(jié)，相對(duì)濕度對(duì)體感溫度的影響更大。例如，氣溫35℃時(shí)，不同相對(duì)濕度條件下，體感溫度可相差6℃左右。

3.3 輻射作用對(duì)體感溫度的影響及修正

太陽(yáng)輻射對(duì)體感溫度的影響可表現(xiàn)在對(duì)人體的直接加熱作用，由于反射或折射等表現(xiàn)出的間接加熱作用，但考慮到現(xiàn)實(shí)計(jì)算原因，本修正項(xiàng)僅考慮直接加熱作用，在同樣溫度情況下，太陽(yáng)輻射越強(qiáng)，人體感覺(jué)越熱[3-5]。

著裝可以改變溫度、風(fēng)、輻射等環(huán)境條件對(duì)人體的影響，同樣的風(fēng)速、太陽(yáng)輻射對(duì)不同顏色的著裝者產(chǎn)生的影響不同。輻射作用對(duì)體感溫度的修正選擇與著裝、云量和日光照射有關(guān)的公式：

Tr=0.42Ca（1-0.9Mc）Ia

式中，Ca為外衣對(duì)輻射的吸收能力，Mc為云量系數(shù)，Ia為輻射增溫系數(shù)。

Ca表現(xiàn)為外衣顏色越深，吸收輻射能力越強(qiáng)，體感溫度越高。Ca的取值一般與地域差異有關(guān)，但不同人對(duì)衣著顏色愛(ài)好各異，劃分太細(xì)并不利于實(shí)際計(jì)算。因此，從夏季多數(shù)人衣著顏色偏淺、冬季多數(shù)人衣著顏色偏深這一特點(diǎn)考慮，夏半年（5—10月）Ca定為0.2，冬半年（11—4月）Ca定為0.6。

Mc為云量系數(shù)，云量越多，輻射增溫越弱，一般晴天（0成云）定為0，少云（1～4成云）定為0.3，多云（5～8成云）定為0.7，陰天（9～10成云）定為1。

Ia的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算表達(dá)為，在夏半年（5—10月）Ia=25（sin h1+sin h2），冬半年（11—4月）Ia=13.3（sin h1+sin h2），其中，h1為預(yù)報(bào)日太陽(yáng)高度角最大值，h2為預(yù)報(bào)時(shí)刻的太陽(yáng)高度角。太陽(yáng)高度角公式為h=90°-|φ-δ|，其中φ為觀(guān)測(cè)點(diǎn)緯度，δ為太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度。當(dāng)正午時(shí)，太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度可根據(jù)太陽(yáng)赤緯表格查詢(xún)得知，而其他時(shí)間的太陽(yáng)高度角可根據(jù)sin h2=sin δ·sin φ+cos δ·cos φ·cos ω計(jì)算。式中，h2為預(yù)報(bào)時(shí)刻的太陽(yáng)高度角，φ為觀(guān)測(cè)點(diǎn)緯度，δ為太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度，ω為太陽(yáng)時(shí)角，以當(dāng)?shù)卣鐬?°，上午為負(fù)，每小時(shí)-15°，下午為正，每小時(shí)+15°。因秦皇島距離北京較近，整年的正午時(shí)間基本在12點(diǎn)加減15 min，所以為了計(jì)算逐小時(shí)的太陽(yáng)高度角，太陽(yáng)時(shí)角0°默認(rèn)為正午12∶00，以上述兩個(gè)公式計(jì)算出逐日逐小時(shí)太陽(yáng)高度角。

3.4 風(fēng)速對(duì)體感溫度的影響及修正

風(fēng)速?zèng)Q定人體的對(duì)流散熱，并影響空氣的蒸發(fā)力，從而間接影響儲(chǔ)熱的散熱效率。一般人體皮膚周?chē)諝獾恼舭l(fā)力與風(fēng)速成正比，與空氣相對(duì)濕度成反比。有些人認(rèn)為秦皇島市刮東風(fēng)、北風(fēng)、東北風(fēng)時(shí)有降溫作用，刮南風(fēng)、偏南風(fēng)時(shí)有增溫作用。這種想法是錯(cuò)誤的，其實(shí)主要是因?yàn)闁|風(fēng)、北風(fēng)、東北風(fēng)常常是因冷空氣影響形成的風(fēng)向，伴隨著濕度減小;南風(fēng)、偏南風(fēng)通常是因?yàn)榕搅鞅鄙显斐桑ǔ０殡S濕度的增加，所以造成這樣的誤區(qū)。綜上可知，風(fēng)的修正項(xiàng)與風(fēng)力有關(guān)，與風(fēng)向無(wú)關(guān)。

秦皇島市季風(fēng)盛行，地貌復(fù)雜，所以統(tǒng)計(jì)了本地區(qū)大風(fēng)數(shù)據(jù)（表1）。由數(shù)據(jù)可知，本市國(guó)家站大風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)較少，年平均在1～2次，風(fēng)速數(shù)值上冬春高夏秋低，冬春季節(jié)受冷空氣影響易出現(xiàn)大風(fēng)天氣，風(fēng)速最大值和最小值變幅較大，沿海地區(qū)風(fēng)速高于內(nèi)陸。

風(fēng)速修正項(xiàng)計(jì)算公式為：

式中，Ta為氣溫，u為相對(duì)濕度，v為風(fēng)速。

根據(jù)此公式計(jì)算可知，氣溫越低，風(fēng)速的降溫作用越大;氣溫低于0℃，空氣濕度越高，風(fēng)速的降溫作用越大;氣溫高于0℃，空氣相對(duì)濕度越高，風(fēng)速的降溫作用越少;氣溫達(dá)到35℃時(shí)，風(fēng)速可達(dá)到增溫作用。

3.5 其他因素對(duì)體感溫度的影響

城市建筑熱輻射對(duì)體感溫度也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，夏季晴天高溫時(shí)，由水泥、磚瓦等材料構(gòu)筑的建設(shè)，在陽(yáng)光的照射下產(chǎn)生的熱輻射使體感溫度升高，城市建筑規(guī)模越大、氣溫越高，體感溫度上升的越明顯。植被覆蓋對(duì)體感溫度也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，植被覆蓋率較高且高度超過(guò)人體高度時(shí)，由于植被本身遮擋太陽(yáng)輻射，減少輻射增溫，體感溫度有所下降，植被覆蓋率越高、植被高度越高，其影響就越明顯。其他方面例如室內(nèi)陽(yáng)面背陽(yáng)面、身體狀況是否健康、交通工具等都是影響體感溫度的因素，但在計(jì)算時(shí)都應(yīng)忽略。

4 小結(jié)

體感溫度研究受實(shí)驗(yàn)條件影響，主要應(yīng)用的都是經(jīng)驗(yàn)公式，因計(jì)算局限，很多因素如生活環(huán)境氣候條件、交通工具等并未體現(xiàn)在公式中。體感溫度是一種主觀(guān)感覺(jué)，每個(gè)人對(duì)溫度的感覺(jué)不同，就會(huì)有不同的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛