唐山市人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)及其變化特征

史有瑜 柴瑞 王愛(ài)軍

摘要：利用1957—2018年唐山國(guó)家基本氣象站氣象資料，基于人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)方法（溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)），對(duì)唐山市人居環(huán)境氣候舒適度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，對(duì)其變化特征進(jìn)行了分析，并對(duì)其年及四季變化進(jìn)行Mann-Kendall突變檢驗(yàn)。結(jié)果表明，唐山市人居環(huán)境氣候舒適度1—4月、11—12月感覺(jué)寒冷，5—9月感覺(jué)舒適，10月感覺(jué)冷;年和四季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)均呈線性上升趨勢(shì)，月人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)呈倒“V”型變化，7月最高，1月最低;年人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)不存在突變，春季指數(shù)在20世紀(jì)90年代初期發(fā)生了突變，夏季指數(shù)突變時(shí)間不明顯，秋季指數(shù)在20世紀(jì)70年代初期發(fā)生了突變，冬季指數(shù)在20世紀(jì)70年代中前期發(fā)生了突變。

關(guān)鍵詞：氣候舒適度;評(píng)價(jià);變化特征;唐山市

中圖分類(lèi)號(hào)：P463.3 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）15-0075-05

Abstract： Using the meteorological data of Tangshan National Basic Meteorological Station from 1957 to 2018， the climatic comfortability of Tangshan city was evaluated based on the evaluation method of climatic suitability evaluating human settlement， and its changing characteristics were analyzed. The Mann-Kendall mutation test was carried out to analyze the annual and seasonal change of comfort index. The results showed that the climate comfort of Tangshan city was cold from January to April and from November to December， and it was comfortable from May to September and cold in October. The climate comfort index of the human settlement environment showed a linear upward trend. The monthly climate comfort index presented an inverted “V” type change， with the highest in July and the lowest in January. There was no mutation in the annual climate comfort index. The spring index had a mutation in the early 1990s. There was no significant mutation for the summer index. The autumn index had a mutation in the early 1970s， and the winter index had a mutation in the mid-early 1970s.

Key words： climatic comfortability; evaluation; variation characteristics; Tangshan city

隨著人們的居住環(huán)境在人口迅速增長(zhǎng)所造成的壓力下不斷惡化，人居環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。城市人居環(huán)境是人類(lèi)在城市生活、工作所處的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化環(huán)境的總稱(chēng)，舒適度是各種因素綜合作用的結(jié)果[1]。氣候舒適度是健康人群對(duì)氣候因子感覺(jué)的適宜程度[2]，是人們?cè)u(píng)價(jià)宜居城市的重要指標(biāo)之一[3-6]。因此，開(kāi)展人居環(huán)境氣候舒適度的研究，對(duì)于城市人居環(huán)境的評(píng)價(jià)、旅游資源的開(kāi)發(fā)、生態(tài)宜居城市建設(shè)等具有重要的參考價(jià)值。

近30年來(lái)，中國(guó)學(xué)者利用溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、著衣指數(shù)、綜合舒適度指數(shù)等對(duì)氣候舒適度開(kāi)展了一系列卓有成效的研究工作[7-23]，但還鮮有針對(duì)唐山市人居環(huán)境氣候舒適度的研究。唐山市位于河北省東部、華北平原東北部，地處華北與東北通道的咽喉要地，是京津冀城市群東北部副中心城市，具有“北方瓷都”之稱(chēng)。唐山市屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，呈現(xiàn)出明顯的大陸性氣候特征，冬干夏濕，四季分明。本研究采用GB/T 27963—2011[2]中的評(píng)價(jià)方法，研究評(píng)估唐山市1957—2018年的人居環(huán)境氣候舒適度及其變化規(guī)律，以期為唐山市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和生態(tài)宜居城市建設(shè)提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 資料選取與數(shù)據(jù)來(lái)源

選取唐山國(guó)家基本氣象站1957—2018年逐月平均氣溫、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)資料，數(shù)據(jù)來(lái)源于河北省氣象信息共享平臺(tái)，全部數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

季節(jié)劃分以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季。

1.2 研究方法

采用GB/T 27963—2011[2]中的溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)作為人居環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究。當(dāng)溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)不一致時(shí)，冬半年（10月至次年3月）使用風(fēng)效指數(shù)，夏半年（4—9月）使用溫濕指數(shù)。

溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)的計(jì)算公式如下：

[I=T-0.55×1-RH×T-14.4] ? （1）

[K=-（10v+10.45-v）（33-T）+8.55 S] （2）

式中，[I]為溫濕指數(shù)，[K]為風(fēng)效指數(shù)，[T]為評(píng)價(jià)時(shí)段平均氣溫（℃），[RH]為評(píng)價(jià)時(shí)段平均相對(duì)濕度（%），v為評(píng)價(jià)時(shí)段平均風(fēng)速（m/s），[S]為評(píng)價(jià)時(shí)段平均日照時(shí)數(shù)（h/d）。

GB/T 27963—2011[2]中將溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)相結(jié)合，給出了一套綜合考量人居環(huán)境舒適度的標(biāo)準(zhǔn)[24]，將溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí)，如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)

利用公式（1）、公式（2）計(jì)算得到唐山市各月溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的感覺(jué)程度，按照評(píng)價(jià)方法形成全年各月的最終評(píng)價(jià)，如表2所示。從表2可以看出，唐山市全年均無(wú)熱和悶熱2個(gè)等級(jí)。除10月溫濕指數(shù)表現(xiàn)為寒冷、風(fēng)效指數(shù)表現(xiàn)為冷外，其余月份二者表現(xiàn)一致，10月處于冬半年，按照評(píng)價(jià)方法，10月使用風(fēng)效指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，唐山市人居環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)結(jié)果為1—4月和11—12月感覺(jué)寒冷，5—9月感覺(jué)舒適，10月感覺(jué)冷。

2.2 人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)變化特征

2.2.1 年變化 圖1為1957—2018年唐山市人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)年際變化趨勢(shì)。由圖1可見(jiàn)，近62年唐山市人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)呈線性上升趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代上升趨勢(shì)最為明顯。溫濕指數(shù)線性變化趨勢(shì)氣候傾向率為0.19/10年，風(fēng)效指數(shù)線性變化趨勢(shì)氣候傾向率為8.97/10年，相關(guān)系數(shù)均通過(guò)了0.001水平的顯著性檢驗(yàn)。1957年舒適度指數(shù)最低，溫濕指數(shù)為10.8，風(fēng)效指數(shù)為-508;溫濕指數(shù)2007年最高，為13.5，風(fēng)效指數(shù)2002年最高，為-390。1957—2018年，唐山市溫濕指數(shù)為10.8～13.5，舒適度等級(jí)為1級(jí)，感覺(jué)寒冷;風(fēng)效指數(shù)為-508～-390，大部分年份舒適度等級(jí)為1級(jí)，感覺(jué)寒冷，2002—2004年和2007年舒適度等級(jí)為2級(jí)，感覺(jué)冷?？傮w上看，1957—2018年唐山市溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)整體感覺(jué)寒冷，上升的年際變化趨勢(shì)表明人居環(huán)境氣候越來(lái)越舒適。

2.2.2 季節(jié)變化 1957—2018年唐山市人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)四季均呈不同程度的線性上升趨勢(shì)（圖略）。由唐山市四季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)與溫濕指數(shù)的線性擬合方程（表3）可知，溫濕指數(shù)春季上升幅度最大，上升速率為0.33/10年，其次為夏季的0.16/10年 ，二者的相關(guān)系數(shù)通過(guò)了0.001水平的顯著性檢驗(yàn);秋季上升速率為0.10/10年，相關(guān)系數(shù)通過(guò)了0.05水平的顯著性檢驗(yàn);冬季上升速率為0.12/10年，相關(guān)系數(shù)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。由唐山市四季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)與風(fēng)效指數(shù)的線性擬合方程可知，風(fēng)效指數(shù)冬季上升幅度最大，上升速率為14.84/10年，其次為春季的14.22/10年，二者的相關(guān)系數(shù)通過(guò)了0.001水平的顯著性檢驗(yàn);夏季上升速率為4.26/10年，相關(guān)系數(shù)通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn);秋季上升速率為5.26/10年，相關(guān)系數(shù)通過(guò)了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。

春季溫濕指數(shù)在10.8～14.8波動(dòng)，1997年之前各年份舒適度等級(jí)均為1級(jí)，感覺(jué)寒冷，1997年之后舒適度整體向2級(jí)發(fā)展，其中2001—2004年、2014—2018年達(dá)到2級(jí)，感覺(jué)冷;夏季溫濕指數(shù)在21.9～24.8波動(dòng)，舒適度等級(jí)為3級(jí)，感覺(jué)舒適;秋季溫濕指數(shù)在11.6～14.9波動(dòng)，1997年之前各年份舒適度等級(jí)均為1級(jí)，感覺(jué)寒冷，1998—2006年舒適度向好，其中2004—2006年連續(xù)3年達(dá)到2級(jí)，感覺(jué)冷;冬季溫濕指數(shù)在-1.7～4.2波動(dòng)，舒適度等級(jí)為1級(jí)，感覺(jué)寒冷。

春季風(fēng)效指數(shù)在-536～-354波動(dòng)，1997年之前各年份舒適度等級(jí)均為1級(jí)，感覺(jué)寒冷，2000—2004年、2014—2018年達(dá)到2級(jí)，感覺(jué)冷;夏季風(fēng)效指數(shù)在-181～-72波動(dòng)，絕大部分年份舒適度等級(jí)為3級(jí)，感覺(jué)舒適，但1994年、1997年、1999—2001年和2018年達(dá)到4級(jí)，感覺(jué)熱，這幾年風(fēng)效指數(shù)的增加主要是由7月、8月風(fēng)效指數(shù)較高引起的;秋季風(fēng)效指數(shù)在-460～-335波動(dòng)，1997年之前大部分年份舒適度等級(jí)為1級(jí)，感覺(jué)寒冷，1998—2007年連續(xù)10年達(dá)到2級(jí)，感覺(jué)冷;冬季風(fēng)效指數(shù)值在-921～-658波動(dòng)，舒適度等級(jí)為1級(jí)，感覺(jué)寒冷。

2.2.3 月變化 圖2為唐山市人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)月變化趨勢(shì)。由圖2可見(jiàn)，唐山市人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)月變化呈倒“V”型，7月最高，1月最低。溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)總體均為冬季較低、夏季較高。二者相關(guān)系數(shù)為0.998，通過(guò)了信度為0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明二者具有明顯的一致性。

冬季唐山市多受西伯利亞較強(qiáng)冷氣團(tuán)影響，盛吹偏北風(fēng)，各月平均氣溫均在0 ℃以下，感覺(jué)寒冷;夏季受海洋暖濕氣團(tuán)影響，盛吹偏南風(fēng)，各月平均氣溫在25 ℃左右，感覺(jué)舒適;春、秋兩季是夏季風(fēng)和冬季風(fēng)的過(guò)渡季節(jié)，風(fēng)向多變，各月平均氣溫為0～20 ℃，人居環(huán)境氣候舒適度雖也表現(xiàn)為寒冷，但寒冷的程度要比冬季低得多，春季為感覺(jué)寒冷向感覺(jué)舒適過(guò)渡的季節(jié)，秋季為感覺(jué)舒適向感覺(jué)寒冷過(guò)渡的季節(jié)。

2.3 人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)變化突變分析

利用Mann-Kendall法（簡(jiǎn)稱(chēng)M-K）對(duì)近62年唐山市年及四季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果如圖3和圖4所示（僅對(duì)風(fēng)效指數(shù)進(jìn)行分析）。由圖3可見(jiàn)，年風(fēng)效指數(shù)1957—2018年呈上升趨勢(shì)，且在1961—1968年、1975—1986年和1989年之后上升趨勢(shì)顯著，UF和UB曲線在[α=0.05]臨界線（±1.96）之間沒(méi)有交叉點(diǎn)，說(shuō)明其不存在突變。由圖4a可見(jiàn)，春季風(fēng)效指數(shù)1957—2018年呈上升趨勢(shì)，且在1981—1983年和1997年之后上升趨勢(shì)顯著，UF和UB曲線在臨界線之間有1個(gè)交叉點(diǎn)，說(shuō)明其存在突變，突變點(diǎn)出現(xiàn)在1992—1993年;夏季風(fēng)效指數(shù)（圖4b）1957—1975年、1978—1985年和2000年之后呈上升趨勢(shì)，且僅在1963年、1968年和2017—2018年上升趨勢(shì)顯著，UF和UB曲線存在多個(gè)交叉點(diǎn)，表明其不存在明顯突變;秋季風(fēng)效指數(shù)（圖4c）在1959—1962年和1964年之后呈上升趨勢(shì)，且在1978—1985年、1989—1991年和1998年之后上升趨勢(shì)顯著，UF和UB曲線在臨界線之間有2個(gè)交叉點(diǎn)，交叉點(diǎn)分別出現(xiàn)在1969—1970年、1972—1973年，說(shuō)明秋季風(fēng)效指數(shù)在20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)突變;冬季風(fēng)效指數(shù)（圖4d）在1957—1968年和1971年之后呈上升趨勢(shì)，且在1962年、1965年和1975年之后上升趨勢(shì)顯著，UF和UB曲線在臨界線之間有1個(gè)交叉點(diǎn)，說(shuō)明其存在突變，突變點(diǎn)出現(xiàn)在1973—1974年。

3 小結(jié)

溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)對(duì)唐山市人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)有較好的一致性，但風(fēng)效指數(shù)對(duì)冬半年較敏感，溫濕指數(shù)對(duì)夏半年較敏感，綜合運(yùn)用2種指數(shù)對(duì)人居環(huán)境舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)可取得較理想的評(píng)價(jià)結(jié)果。12個(gè)月中，唐山人居環(huán)境舒適度有6個(gè)月感覺(jué)寒冷，5個(gè)月感覺(jué)舒適，1個(gè)月感覺(jué)冷，具體為1—4月和11—12月感覺(jué)寒冷，5—9月感覺(jué)舒適，10月感覺(jué)冷。5個(gè)月舒適的氣候條件表明唐山市適宜人們生活居住和進(jìn)行旅游開(kāi)發(fā)利用。

從1957—2018年唐山市人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)變化來(lái)看，年際變化呈線性上升趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代上升趨勢(shì)最為明顯，21世紀(jì)初期人居環(huán)境氣候舒適度略好，總體上唐山市人居環(huán)境氣候越來(lái)越舒適;人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)四季均呈不同程度的線性上升趨勢(shì)，溫濕指數(shù)春季上升幅度最大，風(fēng)效指數(shù)冬季上升幅度最大;月變化呈倒“V”型，7月最高，1月最低。夏季的高溫高濕導(dǎo)致氣候舒適度指數(shù)較高，人們感覺(jué)舒適，適宜安排出游。

1957—2018年唐山市年人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)不存在突變;春季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)在1992—1993年存在一次突變，突變趨勢(shì)為上升趨勢(shì);夏季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)突變不明顯;秋季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)在20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)突變;冬季人居環(huán)境氣候舒適度指數(shù)在1973—1974年存在一次突變，突變趨勢(shì)為上升趨勢(shì)。

本研究是基于溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)，利用人居環(huán)境氣候舒適度等級(jí)劃分來(lái)進(jìn)行的評(píng)價(jià)。實(shí)際上，影響氣候舒適度的因素還有太陽(yáng)輻射、氣壓及空氣質(zhì)量等[25]。因此，今后還需考慮多種因子進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。

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