1989～2018年長江中下游地區(qū)旅游氣候舒適度空間分布特征

宋帥峰，杜宇恒，王瑞鋒，張傳陽，李偉民，莫華宇，門志遠(yuǎn)

（哈爾濱師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150025）

引言

長江中下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，對(duì)外開放程度高，交通便利，吸引大量人口來此旅游、工作和定居[11]。因此，分析長江中下游地區(qū)旅游氣候舒適度的空間分布對(duì)人們選擇適合外出的旅游目的地和時(shí)間段具有重要意義。由于氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)在空間上分布不均，離散型較強(qiáng)，僅利用空間數(shù)據(jù)插值描述空間分布特征會(huì)帶來較大誤差，尤其是在地形起伏較大的區(qū)域無法表現(xiàn)局部差異[12]。全球再分析資料具有格點(diǎn)分布均一、分辨率高的特點(diǎn)。本文以歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）發(fā)布的ERA-Interim再分析資料為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)了1989～2018年長江中下游地區(qū)6省1市（湖北、湖南、安徽、江西、浙江、江蘇和上海）的年平均氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速的時(shí)間分布與變化特征以及旅游氣候舒適度的空間分布特征，為長江中下游地區(qū)旅游開發(fā)與營銷及游客出行時(shí)間選擇提供定量依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 資料及其處理

ERA-Interim再分析數(shù)據(jù)：是歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中 心 ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）提出的第三代再分析數(shù)值產(chǎn)品，采用了四維變分分析（4DVar），結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)誤差校正等技術(shù)，使得再分析資料質(zhì)量得到了明顯提升。數(shù)據(jù)起始年份為1979年，空間分辨率為0.125°。

本文在http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interimfull-moda網(wǎng)站注冊(cè)，下載了1989～2018年全球近地面2m逐月平均氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速數(shù)據(jù)。本文DEM數(shù)據(jù)在地理空間數(shù)據(jù)云下載，網(wǎng)址為http://www.gscloud.cn/,分辨率為30m。

數(shù)據(jù)下載后，本文運(yùn)用ArcGIS 10.5軟件中Spatial Analyst模塊將月平均數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，利用柵格計(jì)算器計(jì)算出各舒適度指標(biāo)并將其可視化。

1.2 研究方法

1.2.1 溫濕指數(shù)。早在1923年Houghton就提出有效溫度的概念，即一種受溫度和濕度兩者制約的反映人體熱感覺的綜合性指標(biāo)[13]。隨著研究的深入，又有學(xué)者提出了新有效溫度、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度等概念[14]。目前，我們常常使用溫濕指數(shù)（THI）來作為旅游氣候舒適度的一項(xiàng)重要評(píng)判指標(biāo)，其由氣溫和相對(duì)濕度兩個(gè)因素共同決定，反映人體與周圍環(huán)境間進(jìn)行熱交換的水平，計(jì)算公式為：

THI=(1.8t+32)-0.55(1-f)(1.8t-26)

其中，THI為溫濕指數(shù)，t表示攝氏溫度（℃），f為相對(duì)濕度（%）。

1.2.2 風(fēng)寒指數(shù)。風(fēng)寒指數(shù)（WCI）自1945年被Siple等首次提出，其被認(rèn)為是一項(xiàng)評(píng)價(jià)旅游氣候舒適度的重要指標(biāo)[15]。即風(fēng)速和溫度對(duì)寒冷條件下裸露人體表層感覺的影響。計(jì)算公式為：

該水源方案存在的主要缺點(diǎn)是：（1）工程建設(shè)費(fèi)用高，地質(zhì)要求嚴(yán)，施工難度大，施工涉及面廣，遇到的實(shí)際問題多，如占地補(bǔ)償、移民等，不利于工程建設(shè)順利開展。（2）發(fā)展規(guī)模集中供水，部分村所需管線較長，后期管理、維護(hù)難度大，存在二、三級(jí)高揚(yáng)程提水的問題，加大了工程投資，運(yùn)行成本相對(duì)較高，受益戶水價(jià)難以接受，水費(fèi)征收困難。（3）天然地表水水質(zhì)較差，特別是雨季洪水會(huì)導(dǎo)致水渾，需安裝水質(zhì)凈化設(shè)備，增加工程建設(shè)費(fèi)用在所難免。（4）水源地保護(hù)范圍廣、難度大，規(guī)劃時(shí)必須以小流域片區(qū)為中心，把水源工程建設(shè)和水土流失防治有機(jī)結(jié)合，權(quán)衡開發(fā)與保護(hù)、治理與利用，確保工程持續(xù)健康發(fā)展。

式中，WCI表示風(fēng)寒指數(shù)，t為攝氏溫度（℃），v表示平均風(fēng)速（m/s）。

1.2.3 著衣指數(shù)。溫濕指數(shù)和風(fēng)寒指數(shù)僅考慮了對(duì)人體裸露表層皮膚的氣候舒適度。但是，人還可以通過增減衣物來調(diào)節(jié)人體對(duì)氣候的適應(yīng)。為了保持人體表層溫度的恒定或?qū)⑵渚S持在相對(duì)舒適的環(huán)境下所需要穿著的衣物厚度即著衣指數(shù)。其物理意義是單位面積熱通量恒定的情況下衣物對(duì)熱量傳導(dǎo)的阻礙度水平。公式為：

其中，ICL表示著衣指數(shù)，t為攝氏溫度（℃），v表示平均風(fēng)速（m/s），h代表人體代謝率的75%，旅游行為的活動(dòng)量一般是較輕微的，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的人體代謝率為116，相應(yīng)的h值為87 W/m2，a為人體對(duì)太陽輻射的吸收率，我們通常取0.06，R表示單位時(shí)間內(nèi)在垂直于太陽光線的條件下，單位面積所接收的太陽輻射值，一般取太陽常數(shù)1367W/m2。α為太陽高度角。各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 三種指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)賦值

1.2.4 綜合指數(shù)。綜合指數(shù)是以溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)以及著衣指數(shù)三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)為基礎(chǔ)，結(jié)合層次分析法和專家打分，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重并進(jìn)行求和，得到旅游氣候舒適度的綜合評(píng)價(jià)[16]。其中，4≤I≤5為舒適，3≤I＜4 為較舒適，2≤I＜3 為不舒適，1≤I＜2 為極不舒適，綜合指數(shù)值越大，說明氣候舒適度越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象要素分析

1989～2018年長江中下游地區(qū)年平均氣溫為16.9℃、相對(duì)濕度為73.6%，平均風(fēng)速為2.8m/s。其中，7月和9月年平均氣溫和相對(duì)濕度最高，分別為28.1℃和78.9%。風(fēng)速最大月份為4月，為2.9m/s（圖1）。

1981～2018年，長江中下游地區(qū)年平均氣溫呈極顯著上升趨勢(shì)，增溫速率為0.314℃/10a（P＜0.01），氣溫增加了0.942℃。相對(duì)濕度呈下降趨勢(shì)，速率為-0.013/10a，并通過了0.01的置信度檢驗(yàn)，近30a來相對(duì)濕度顯著下降了3.9%。風(fēng)速基本保持不變（P＜0.05）。因此，長江中下游地區(qū)近年來氣候整體呈暖干化趨勢(shì)發(fā)展（圖2）。

2.2 旅游氣候舒適度分析

2.2.1 旅游舒適度年際變化特征。1989～2018年，長江中下游地區(qū)1月溫濕指數(shù)與風(fēng)寒指數(shù)波動(dòng)均較明顯，4月、7月和10月風(fēng)寒指數(shù)波動(dòng)較平穩(wěn)，而溫濕指數(shù)變化幅度較大（圖3）。這表明，1989～2018年長江中下游地區(qū)溫濕指數(shù)對(duì)氣候舒適度的反映較敏感，與前人的研究結(jié)果基本一致。

四種評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化規(guī)律基本保持一致，在4月、7月、10月溫濕指數(shù)的波動(dòng)較明顯，而1月風(fēng)寒指數(shù)的波動(dòng)顯著，說明冬季風(fēng)寒指數(shù)對(duì)氣候變化的敏感性要高于溫濕指數(shù)。其中，波動(dòng)較平穩(wěn)的為著衣指數(shù)，1月穩(wěn)定在2和4，10月基本穩(wěn)定在5。但其在7月呈現(xiàn)較明顯的波動(dòng)，等級(jí)值在2～3之間變化較迅速。綜合來看，4月和10月的舒適度較高。

圖1 1989～2019年長江中下游地區(qū)各氣象要素年內(nèi)變化特征

圖2 1989～2019年長江中下游地區(qū)各氣象要素年際變化特征

2.2.2 旅游舒適度年內(nèi)變化特征。根據(jù)1989～2018年長江中下游地區(qū)逐月溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)及綜合指數(shù)，可得出4種指數(shù)的月平均值，并依據(jù)相應(yīng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級(jí)劃分。由此可知4種指數(shù)在年內(nèi)變化趨勢(shì)表現(xiàn)高度的一致性，均顯現(xiàn)出“M”形（圖4）。其中，溫濕指數(shù)變化顯著，波動(dòng)涉及除等級(jí)“1”以外的所有等級(jí)，而風(fēng)寒指數(shù)的波動(dòng)最小，僅覆蓋了兩個(gè)等級(jí)。這表明，溫濕指數(shù)對(duì)旅游氣候舒適度的影響更為敏感。綜合指數(shù)通過對(duì)三種指標(biāo)加權(quán)求和得出，是研究區(qū)旅游氣候舒適度的整體反映，其在4月、5月和10月等級(jí)值最高。因此，長江中下游地區(qū)最適宜開展旅游活動(dòng)的月份為4月、5月和10月。

圖3 旅游氣候舒適度各指標(biāo)年際變化特征

2.3 長江中下游地區(qū)旅游氣候舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)空間分布特征分析

2.3.1 長江中下游地區(qū)溫濕指數(shù)空間分布特征。由圖5可知，1989～2018年長江中下游地區(qū)溫濕指數(shù)存在明顯的時(shí)間和空間差異性。1月和7月，長江中下游地區(qū)溫濕指數(shù)表現(xiàn)為較舒適～極不舒適，說明此時(shí)較不宜開展旅游活動(dòng)（圖5）。1月份，湖北西部（十堰、襄陽西部、神農(nóng)架林區(qū)、恩施、宜昌中西部）和江蘇北部（宿州、淮北）地區(qū)溫濕指數(shù)較其他地區(qū)低，達(dá)到了很冷的等級(jí)。4月和10月研究區(qū)舒適度表現(xiàn)為較適宜。因此，春秋兩季整個(gè)長江中下游地區(qū)溫濕指數(shù)變化不大，均在較舒適的范圍內(nèi)，適合開展戶外旅游活動(dòng)。

除緯度因素外，非地帶性因素如地形對(duì)溫濕指數(shù)的影響也是顯著的。湖北省西部多為海拔500m以上的山地地形，界線大致位于湖北武當(dāng)山—荊山一線，平均氣溫較其他地方較低（圖6）。另外，安徽六安大別山地區(qū)地勢(shì)西南高峻，東北低平，地形起伏大也是造成其西南較冷的原因。在夏季，長江中下游地區(qū)雖然整體上表現(xiàn)為不舒適，但值得注意的是，由于受地形的影響，九江市西南部地區(qū)、黃山與杭州部分地區(qū)的溫濕指數(shù)均較周圍地區(qū)明顯偏低。因此，廬山國家地質(zhì)公園、黃山國家地質(zhì)公園和杭州西湖風(fēng)景名勝區(qū)均是夏季避暑的最佳選擇。

圖4 旅游氣候舒適度各指標(biāo)年內(nèi)變化特征

2.3.2 長江中下游地區(qū)風(fēng)寒指數(shù)空間分布特征。長江中下游地區(qū)1月份風(fēng)寒指數(shù)界線主要沿長江分布，其中，湖北中部地區(qū)的風(fēng)寒指數(shù)等級(jí)較同緯度地區(qū)偏高（圖7）。另外，東部沿海地區(qū)風(fēng)寒指數(shù)普遍較低，這可能是由于沿海地區(qū)海陸熱力性質(zhì)差異顯著，風(fēng)速較大導(dǎo)致。湖南省城步縣與綏寧縣部分地區(qū)的風(fēng)寒指數(shù)也較周圍地區(qū)普遍偏低。在7月份，存在兩個(gè)風(fēng)寒指數(shù)較高的地區(qū)：以湖南省湘潭市、衡陽市為中心和以江西省南昌市為中心?？傮w上，4月和10月整個(gè)長江中下游地區(qū)風(fēng)寒指數(shù)均為較舒適，與溫濕指數(shù)的結(jié)果相吻合，適合開展戶外旅游活動(dòng)。

圖5 長江中下游地區(qū)溫濕指數(shù)空間分布圖

圖6 長江中下游地區(qū)地形圖

2.3.3 長江中下游地區(qū)著衣指數(shù)空間分布特征。長江中下游地區(qū)著衣指數(shù)整體變化較平緩，空間分布與溫濕指數(shù)基本一致（圖8）。1月份，著衣指數(shù)介于1.8～2.5之間，均需穿著較厚實(shí)的外套。7月份，著衣指數(shù)介于0.1～0.7之間，適合穿著單薄的夏季服飾。春秋兩季則穿著春秋便服即可滿足外出旅游的需要。

2.3.4 長江中下游地區(qū)綜合指數(shù)空間分布特征。從圖9可以看出，長江中下游地區(qū)在4月和10月均較適宜進(jìn)行旅游活動(dòng)。1月較不適宜進(jìn)行戶外旅游。7月雖然大部分地區(qū)較濕熱而不適宜進(jìn)行旅游活動(dòng)，但湖北省西部地區(qū)由于地形的因素，舒適度較其他地區(qū)具有明顯的滯后性，人體感受在此時(shí)較舒適，因此適合開展夏季避暑旅游活動(dòng)。

3 結(jié)論與討論

3.1 1989～2016年長江中下游地區(qū)年平均氣溫為16.9℃，近30a來氣溫顯著增加了0.942℃。相對(duì)濕度呈極顯著下降趨勢(shì)，年平均相對(duì)濕度為73.6%。平均風(fēng)速基本保持不變。

3.2 從各旅游氣候舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)的年際和年內(nèi)分布上看，長江中下游地區(qū)旅游最適宜期為4月、5月和10月。11月～次年2月，不適合戶外旅游。

3.3 從空間分布特征上看，長江中下游地區(qū)旅游適宜期為4月和10月。夏季，長江中下游地區(qū)處于悶熱的天氣，但由于山地地區(qū)氣候適宜性有明顯滯后性，因此該地區(qū)可吸引游客至各山地旅游區(qū)進(jìn)行消暑活動(dòng)。冬季由于氣候較濕冷，該地區(qū)可以通過景區(qū)門票優(yōu)惠活動(dòng)，提升景區(qū)旅游資源在淡季的利用率。另外，湖北省西部神農(nóng)架地區(qū)可以依靠低溫修建人工滑雪場(chǎng)，促進(jìn)冰雪旅游的發(fā)展。

圖7 長江中下游地區(qū)風(fēng)寒指數(shù)空間分布圖

圖8 長江中下游地區(qū)著衣指數(shù)空間分布圖

圖9 長江中下游地區(qū)綜合指數(shù)空間分布圖

3.4 本文僅分析了三種氣象因素對(duì)旅游氣候舒適度的影響，未考慮太陽輻射、空氣質(zhì)量等對(duì)游客旅游影響較大的因子。另外，本文還應(yīng)考慮景點(diǎn)特色，并結(jié)合當(dāng)?shù)夭惋?、居住、交通、旅游費(fèi)用等因素，綜合全面的評(píng)價(jià)旅游氣候舒適度，為旅游開發(fā)、景區(qū)建設(shè)和游客基礎(chǔ)服務(wù)提供定量依據(jù)。