東北三省人居環(huán)境氣候舒適度評價(jià)

李守偉，王一澤

（遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連116029）

引言

人居環(huán)境包括“人口—居住—環(huán)境—社會—支撐”五大系統(tǒng)，是一個(gè)多結(jié)構(gòu)復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，其影響因素具有多元性。由于我國經(jīng)濟(jì)水平逐年攀升，居民的生活水平逐步提高，人們對居住環(huán)境的關(guān)注也越來越多。在人居環(huán)境眾多相關(guān)的影響因子中，氣候條件作為自然地理因素，對于人居環(huán)境的舒適度起一定的支撐作用。近年來，隨著氣象學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展及觀測技術(shù)的革新，通過對氣候舒適度的研究分析來衡量某一區(qū)域宜居程度，判斷在相同空間條件下最佳旅游時(shí)間或相應(yīng)時(shí)間最佳旅游區(qū)域成為人居環(huán)境學(xué)者的研究趨向。

20 世紀(jì)20年代有效溫度這一定義正式被英國學(xué)者洪特提出[1]，國內(nèi)外學(xué)者開始了對人居環(huán)境氣候舒適度的研究，W.H.Terjung[2]通過對美國大陸生理氣候適宜性的研究提出了氣候舒適性指數(shù)，Oliver 等[3]探討了氣候條件：包括溫度、濕度、風(fēng)速等對人體舒適度的影響。張建光、呂偉林、王元飛等[4-6]通過構(gòu)建相應(yīng)的人體與氣候舒適度模型來分析氣候條件對于人居環(huán)境舒適度的影響；劉清春、唐焰、王金亮等[7-9]利用已有的評價(jià)模型對典型地理區(qū)域的氣候適宜性進(jìn)行探討。從世界整體的研究趨勢而言，隨著人們對于周邊環(huán)境生活水平要求的提高，氣候舒適性逐漸成為評價(jià)人居環(huán)境舒適情況的重要指標(biāo)，有關(guān)氣候舒適性的研究日益重要。

綜上所述，前人對人居環(huán)境氣候舒適度的衡量指標(biāo)主要有溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)[7]、人體舒適度指數(shù)[10]等，研究尺度包括全國[7]、北方沿海城市[10]、京津冀地區(qū)[11]及部分省市縣[12-14]等?，F(xiàn)今國內(nèi)氣候舒適度涉及區(qū)域較廣泛，但至今缺乏對于東北三省的人居環(huán)境氣候舒適度研究。東北三省作為新中國的“工業(yè)搖籃”，東北振興于2016年納入“十三五”計(jì)劃，對東北三省進(jìn)行人居環(huán)境氣候舒適度研究可為東北三省的人居環(huán)境建設(shè)以及城市規(guī)劃利用提供合理依據(jù)。故本文以東北三省為例，并以《人居環(huán)境氣候舒適度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，運(yùn)用spss分析、ArcGIS 可視化表達(dá)等手段，基于溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)對東北三省人居環(huán)境的氣候舒適度進(jìn)行評價(jià)，對東北三省吸引外來人口，維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型具有一定的借鑒和參考意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1.1.1 區(qū)域概況。東北三省包括黑龍江（黑）、吉林（吉）和遼寧（遼）三省。位于我國東北部，占地80.86萬平方千米，大部分處在中溫帶，屬溫帶季風(fēng)氣候，雨熱同期，冬季漫長寒冷，夏季短促溫暖。1.1.2 數(shù)據(jù)選取。選取東北三省81個(gè)氣象站點(diǎn)（圖1），其中包括遼寧省23個(gè)站點(diǎn)、吉林省27個(gè)站點(diǎn)以及黑龍江省31個(gè)站點(diǎn)?；?980～2019年逐月平均氣溫、平均相對濕度、平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)等觀測數(shù)據(jù)，對東北三省人居環(huán)境氣候舒適度進(jìn)行研究。其中極少量日照時(shí)數(shù)和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)缺失，通過其前后月及該站點(diǎn)歷年均值作以修正。本文中區(qū)域概況數(shù)據(jù)從2019年《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》《吉林統(tǒng)計(jì)年鑒》《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒》中獲取，氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺。

圖1 研究區(qū)域

1.2 研究方法

參考前人的研究方法，依據(jù)我國2011年發(fā)布的《人居環(huán)境氣候舒適度評價(jià)》（GB/27963-1011）[15]，采用溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)兩個(gè)指標(biāo)對東北三省氣候舒適度進(jìn)行分析。

1.2.1 溫濕指數(shù)。溫濕指數(shù)即描述人體對環(huán)境溫度和濕度綜合感受的指數(shù)。其中，溫度是主要因素，當(dāng)溫度適宜時(shí)，濕度對人體舒適程度的影響不顯著，當(dāng)溫度過高時(shí)，濕度對人體的影響開始顯著[16]。

式中，I 為溫濕指數(shù)（保留一位小數(shù)）；T 為某一評價(jià)時(shí)間段平均溫度（℃）；RH 為某一評價(jià)時(shí)段平均空氣相對濕度（%）。

1.2.2 風(fēng)效指數(shù)。風(fēng)效指數(shù)即描述人體對風(fēng)、溫度和

日照綜合感受的指數(shù)。

式中，K 為風(fēng)效指數(shù)（取整數(shù)）；T 為某一評價(jià)時(shí)段平均溫度（℃）；V 為某一評價(jià)時(shí)段平均風(fēng)速（m/s）；S為某一評價(jià)階段平均日照時(shí)數(shù)（h/d）。

1.2.3 評價(jià)方法。氣候舒適度采用溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)評價(jià)。當(dāng)兩種數(shù)據(jù)不一致時(shí)，冬半年使用風(fēng)效指數(shù)，夏半年使用溫濕指數(shù)，當(dāng)評價(jià)時(shí)段風(fēng)速大于3 m/s 的地區(qū)使用風(fēng)效指數(shù)。并依據(jù)人居環(huán)境舒適度等級劃分表（表1）進(jìn)行評價(jià)。

表1 人居環(huán)境氣候舒適度等級劃分表

2 東北三省氣候適宜性時(shí)空分析

2.1 人居環(huán)境氣候舒適度年內(nèi)變化趨勢分析

對東北三省各氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)按以上研究方法處理后，得到東北三省各氣象站點(diǎn)人居環(huán)境氣候舒適度具體情況，運(yùn)用ArcGIS 10.6 軟件空間分析方法對東北三省氣象站點(diǎn)進(jìn)行可視化表達(dá)，并通過掩膜提取分析進(jìn)行分級，得到人居環(huán)境氣候舒適度空間分布狀況（圖2）。

從宏觀布局來看，東北三省氣候舒適度分布整體變化趨勢分為東北—西南走向和西北—東南走向兩部分，冬季東北—西南走向較突出，深入吉林大部分；夏季西南—東北走向突出直達(dá)黑龍江東北部。

從具體的省級行政區(qū)以及地級市來看，對東北地區(qū)各省級行政區(qū)以及地級市舒適度等級情況進(jìn)行分析（表2）。在3～5月份，黑龍江省北部以及南部區(qū)域月平均氣溫低于7℃，是東北三省春季月平均氣溫最低的地區(qū)。在東部區(qū)域包括齊齊哈爾市南部地區(qū)，大慶市、綏化與哈爾濱市交界區(qū)域氣溫在8～10℃之間。在南部區(qū)域與朝俄交界區(qū)域氣溫低于7℃，在市中心及其周邊輻射區(qū)域平均氣溫在8℃左右。吉林省大部分區(qū)域月平均氣溫介于8～11℃之間，在吉林省西南部區(qū)域包括延邊朝鮮族自治州以及白山市部分地區(qū)氣溫低于8℃。遼寧省東部地區(qū)包括鐵嶺市、撫順市、本溪市以及丹東市部分地區(qū)月平均氣溫介于9～12℃之間，其他區(qū)域如遼西以及遼寧南部地區(qū)平均氣溫在13℃左右，是東北三省月平均氣溫最高的地區(qū)，但該區(qū)域平均氣溫仍低于14℃。總體上看，在3～5月份，東北三省各地區(qū)的感覺程度為寒冷層級，舒適度等級為1。

在6～8月份，黑龍江省克山縣、海倫市以及伊春市以北地區(qū)，綏芬河市、東寧縣以及雞西市中俄交界地區(qū)月平均氣溫低于20℃，是夏季平均氣溫最低的區(qū)域，但仍然高于17.9℃。在黑龍江中部以及西部地區(qū)介于20～22℃之間。吉林省月平均氣溫由東南向西北方向逐級遞增，延邊朝鮮族自治州以及白山市平均氣溫低于20℃，吉林市與延邊朝鮮族自治州交界地區(qū)以及通化市與白山市交界地區(qū)平均氣溫大約在21℃，吉林市與通化市大部分區(qū)域以及兩市東南方向的吉林省地區(qū)氣溫在21～22℃之間。遼寧省皮口港平均氣溫低于20℃，是遼寧省夏季月平均氣溫最低的地區(qū)。與吉林接壤的四個(gè)地級市氣溫在22℃左右，其他遼寧省地區(qū)包括遼西地區(qū)以及大連市中心周圍區(qū)域平均氣溫高于23℃，是東北地區(qū)夏季氣溫最高的地區(qū)，該地區(qū)平均氣溫低于25.5℃?？傮w上看，在6～8月份，東北三省各地區(qū)感覺程度為舒適層級，舒適度等級為3。

圖2 東北三省人居環(huán)境氣候舒適度空間分布

表2 東北地區(qū)各省級行政區(qū)及地級市舒適度等級統(tǒng)計(jì)表

在9～11月份，黑龍江省大興安嶺地區(qū)，黑河市以及伊春市月平均氣溫低于6℃，是東北地區(qū)秋季氣溫最低的地區(qū)。黑龍江南部地區(qū)平均氣溫在6～10℃之間。吉林省延邊朝鮮族自治州，白山市以及吉林市平均氣溫介于6～9℃之間，其他區(qū)域尤其是吉林省與遼寧省交界地區(qū)氣溫約為9℃。遼寧省除與吉林省交界的地級市平均氣溫約為9℃，其他遼寧省內(nèi)陸地區(qū)平均氣溫介于10～13℃，沿渤海灣的地級市平均氣溫高于13℃，是東北秋季氣溫最高地區(qū)，但除大連市中心及其周邊區(qū)域平均氣溫介于14～17℃之間，其他地級市仍然低于14℃。總體上看，在9～11月份，雖然大連市地區(qū)感覺程度為冷層級，舒適度等級為2，但其他各地級市區(qū)域月平均溫度均低于14℃，綜合統(tǒng)計(jì)，東北各省感覺程度為寒冷層級，舒適度等級為1。

從12月到第二年2月中旬，黑龍江省全境月平均氣溫低于零下10℃。吉林省通榆縣、長嶺縣、長春市、梅河口以及臨江市西南方向與遼寧省交界地區(qū)平均氣溫介于零下10℃到零下7℃之間，東北方向與黑龍江交界地區(qū)與黑龍江冬季氣溫狀況大體類似，低于零下10℃。遼寧省沿海地區(qū)氣溫高于0℃，遼中地區(qū)氣溫普遍為零下3℃左右，個(gè)別地區(qū)如彰武縣等區(qū)域平均氣溫低于零下7℃。在冬季，整個(gè)東北地區(qū)平均氣溫普遍低于0℃，溫度較高的沿渤海灣地區(qū)平均氣溫也很少超過5℃，感覺程度為寒冷層級，舒適度等級為1。

基于東北各省級行政區(qū)及地級市舒適度等級統(tǒng)計(jì)表所得出的結(jié)果，東北三省及其地級市區(qū)域在春、秋、冬三個(gè)季節(jié)整體上在舒適度等級方面呈現(xiàn)為1級，感受程度為寒冷層級。在夏季6～8月份舒適度等級為3 級，感受程度為舒適層級。

2.2 人居環(huán)境氣候舒適度年際變化趨勢分析

以東三省整體為研究對象，基于1980～2019年東北三省各站點(diǎn)的基本氣象要素?cái)?shù)據(jù)，依據(jù)人居環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)加權(quán)平均，并略做修正，通過spss 分析得到其溫濕指數(shù)（圖3）和風(fēng)效指數(shù)（圖4）的年際變化規(guī)律。1980～2019年溫濕指數(shù)介于-18.5～24 之間，風(fēng)效指數(shù)處于-1573～-32 之間。溫濕指數(shù)整體波動幅度較大，2000年出現(xiàn)最低值，2010年以前呈現(xiàn)似周期性波動，其后至今上升幅度明顯增大。風(fēng)效指數(shù)整體波動上升，變化幅度較平緩。

圖3 1980～2019年際溫濕指數(shù)變化

圖4 1980～2019年際風(fēng)效指數(shù)變化

以各城市為研究對象進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：東三省大多數(shù)城市全年中占舒適等級的月份均為3個(gè)月，即分別為6月、7月和8月。大興安嶺地區(qū)舒適度等級最低，部分區(qū)域全年僅有7月這一個(gè)月舒適度等級為舒適；朝陽、沈陽兩城市舒適度等級最高，全年中氣候舒適等級占5個(gè)月，分別為5月、6月、7月、8月和9月。此外，葫蘆島、錦州、丹東、營口和大連等沿海城市舒適度等級較好，全年中氣候舒適等級占4個(gè)月。

3 結(jié)論

本文基于東北三省1980～2019年氣象站點(diǎn)的各氣象要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依據(jù)《人居環(huán)境氣候舒適度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，通過計(jì)算溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)對東北三省人居環(huán)境舒適度時(shí)空規(guī)律進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果表明：（1）從宏觀布局來看，東北三省冬季整體變化趨勢分為東北—西南走向和西北—東南走向兩部分。（2）從具體的省級行政區(qū)以及地級市來看，東北三省及其地級市區(qū)域在春、秋、冬三個(gè)季節(jié)整體上在舒適度等級方面呈現(xiàn)為1 級，感受程度為寒冷層級。在夏季6～8月份舒適度等級為3 級，感受程度為舒適層級。（3）從年變化趨勢來看，6～8月目前舒適度等級仍為3 級，是一年中人居環(huán)境氣候舒適度最適宜的時(shí)間段。（4）從年際變化趨勢來看，溫濕指數(shù)整體波動幅度較大，2000年出現(xiàn)最低值，2010年以前呈現(xiàn)似周期性波動，其后至今上升幅度明顯增大。風(fēng)效指數(shù)整體波動上升，變化幅度較平緩。

近年來，人居環(huán)境評價(jià)體系日臻完善，有關(guān)人居環(huán)境氣候舒適度方面的研究方法以及研究手段也日趨完善。本文僅從氣候舒適度方面探討了東三省的人居環(huán)境狀況，研究指標(biāo)較單一，有待于進(jìn)一步完善。接下來會結(jié)合人居環(huán)境五大子系統(tǒng)對東北三省人居環(huán)境方面進(jìn)行深入研究。