文成猴王谷森林康養(yǎng)基地環(huán)境因子和氣候舒適度變化特征研究

雷海清 孫高球 季葉紅 陳慶輝

（1. 浙江省亞熱帶作物研究所，浙江 溫州 325005；2. 平陽縣林業(yè)技術(shù)指導(dǎo)站，浙江 平陽 325000；3. 文成縣石垟林場，浙江 文成 325306）

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境和人類健康問題已成為當(dāng)前的研究熱點之一。森林不僅具有涵養(yǎng)水源、減少水土流失、吸收二氧化碳、釋放氧氣、滯塵等良好的生態(tài)功能，還因為潔凈的空氣、較高的負離子含量、舒適的森林小氣候、益身的植物精氣等豐富的保健效益因子而對人體具有調(diào)養(yǎng)、減壓等康體健身作用，是人們游憩、休閑、保健、療養(yǎng)的優(yōu)良場所[1-2]。森林康養(yǎng)以優(yōu)質(zhì)的森林資源和良好的森林環(huán)境為基礎(chǔ)，以健康理論為指引，以傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)相結(jié)合為支撐，開展以森林醫(yī)療、療養(yǎng)、康復(fù)、保健、養(yǎng)生為主，并兼顧休閑游憩和度假等一系列有益人類身心健康的活動[3-4]。森林康養(yǎng)基地具備優(yōu)質(zhì)森林、濕地資源和生態(tài)環(huán)境，結(jié)合地方特色康養(yǎng)資源，開展休閑、健身、養(yǎng)生、養(yǎng)老、療養(yǎng)、認知、體驗等活動，能夠提供促進人們身心健康的環(huán)境空間場地、配套設(shè)施和相應(yīng)服務(wù)體系的康養(yǎng)綜合體[5]。

森林作為改善生態(tài)環(huán)境的主體，其本身健康及其與環(huán)境的關(guān)系得到了重視和關(guān)注[6]。森林調(diào)節(jié)小氣候的效應(yīng)根據(jù)海拔、林分類型等會有所不同[7]。氣候舒適度是指人體對環(huán)境中溫度、濕度、風(fēng)、光照輻射等氣象要素的生理感受，在森林旅游和氣象學(xué)的研究中被廣泛采用[8-13]，成為人居環(huán)境氣候評估、旅游氣候資源評價的重要內(nèi)容之一。但在森林康養(yǎng)基地中未開展這一研究。本研究選擇了文成猴王谷森林康養(yǎng)基地，對森林康養(yǎng)基地的主要環(huán)境因子進行連續(xù)原位和定位監(jiān)測[14-15]，目的是摸清環(huán)境因子和氣候舒適度的時間變化規(guī)律，對基地的環(huán)境資源進行評價。

1 研究方法

1.1 研究地概況

試驗地點在浙江省文成縣猴王谷森林康養(yǎng)基地，基地位于文成石垟森林公園境內(nèi)，地處浙江省文成縣西北部，東經(jīng)119°46′45″～119°53′26″，北緯27°48′18″～27°55′48″，海拔高度為380～1 362 m。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候特點四季分明，夏季涼爽，春秋宜人，冬季寒冷，年平均氣溫13.7 ℃，最熱月（7月）均溫23.6 ℃，極端最高溫36.4 ℃；最冷月（1月）均溫3.3 ℃，極端最低溫-6.4 ℃；年平均降水量2 161 mm，平均相對濕度達80%以上，無霜期285 d，平均年霧日220 d，平均年降雪天數(shù)15 d。所在的南田山脈屬洞宮山脈的羅山支脈，系福建武夷山脈由西向東延伸而來，山體土壤系火成巖母質(zhì)形成的山地紅壤和山地黃壤，土層厚度一般為60 cm左右，深山區(qū)土壤疏松，富含腐殖質(zhì)。基地總面積682 hm2，森林覆蓋率93%，基地林分類型為次生常綠闊葉林，樹種有甜櫧（Castanopsis eyrei）、青岡（Cyclobalanopsis glauca）、木荷（Schima superba）、含笑（Michelia figo）等，平均年齡60 a，平均樹高18 m，平均胸徑22 cm[16]。

1.2 樣點設(shè)置

在整個基地的核心位置閑云閣附近，設(shè)置1個監(jiān)測樣點（東經(jīng)119°48′08.42″，北緯27°50′00.83″），海拔943 m，該樣點位于整個基地的中心，也是海拔最低點，位于常綠闊葉林中，距離溪水瀑布2 m。

1.3 測定方法

1.3.1 環(huán)境因子測定

利用大氣負離子觀測ZK-FO系統(tǒng)（中科正奇（北京）科技有限公司，中國），測定空氣溫度、濕度、風(fēng)速、負氧離子、PM2.5，系統(tǒng)設(shè)定為每分鐘測定1次，24 h連續(xù)測定。觀測時間為2017年9月—2018年8月。

1.3.2 氣候舒適度計算方法

根據(jù)陸鼎煌[8]的方法，按公式（1）計算氣候綜合舒適指數(shù)（S）。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

式中：T為空氣溫度，F(xiàn)為空氣相對濕度，V為風(fēng)速。

表 1 氣候舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation criteria of climate comfort index

1.3.3 PM2.5質(zhì)量濃度

根據(jù)GB/T 3095—2012[17]，參照古琳[9]的評價方法，PM2.5濃度用質(zhì)量濃度標(biāo)識，并用其日平均、年平均質(zhì)量濃度值標(biāo)準(zhǔn)對林內(nèi)顆粒物污染程度進行評價。具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表 2 PM2.5質(zhì)量濃度評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria of PM2.5 concentration

1.4 分析方法

在Excel軟件中統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并繪制相關(guān)圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候舒適度全年總體特征

由圖1可知，猴王谷基地全年的氣候舒適度指數(shù)呈現(xiàn)明顯的月變化，其中2018年5—9月的氣候舒適度指數(shù)低于4.55，屬于很舒適；2017年10月—2018年4月，氣候舒適度指數(shù)在4.55～6.95之間，屬于舒適；2018年3月和2017年11月，氣候舒適度指數(shù)大于6.95，屬于不舒適；2017年12月—2018年2月，氣候舒適度指數(shù)大于9，屬于極不舒適。

圖 1 氣候舒適度指數(shù)季節(jié)變化Fig. 1 The seasonal variations of climate comfort index

2.2 小氣候季節(jié)變化特征

由圖2可知，年平均溫度為16.37 ℃，最低月氣溫出現(xiàn)在2018年2月，為7.89 ℃，最高月氣溫出現(xiàn)在2018年7月，為24.13 ℃，由于地處山區(qū)，總體氣候比較涼爽。全年濕度變化不是很明顯，年平均濕度為80.86%，全年濕度都比較大。全年風(fēng)速變化變化也不是很明顯，年平均風(fēng)速為0.75 m/s，2017年10月份風(fēng)速最小，在0.47 m/s，2018年6月份風(fēng)速最大，為0.9 m/s。

在2017年9月至2018年8月間，對極端天氣值進行分析，氣溫最高的時刻為2017年9月9日下午17點，為30.6 ℃，溫度最低的為2018年2月11日凌晨12點，為3.2 ℃；濕度最大的1個時刻為2018年8月26日晚上8點，為95.4%；風(fēng)速最大的1個時刻為2017年9月15日上午10點，為8 m/s。

圖 2 小氣候因子季節(jié)變化Fig. 2 The seasonal variations of microclimate index

2.3 小氣候和氣候舒適度日變化特征

由圖3可知，四季的氣溫日變化都比較明顯，總體上都表現(xiàn)為先升高后下降的單峰變化趨勢，日最高氣溫都出現(xiàn)在14：00—16：00，其中夏季在14：00達到最高，春季和秋季都延后了1 h，冬季延后了2 h到16：00才達到最高。

圖 3 小氣候因子和氣候舒適度指數(shù)日變化Fig. 3 The diurnal variations of microclimate index and climate comfort index

空氣相對濕度在四季的日變化趨勢與氣溫相反，總體都呈現(xiàn)出先下降后上升的單谷型變化特征，且白天低、夜間高。四季的空氣濕度低谷都出現(xiàn)在 14：00，日最大濕度一般出現(xiàn)規(guī)律性不強，這個跟當(dāng)天的天氣關(guān)系比較大，如春季、夏季和冬季，日最大相對濕度出現(xiàn)在0：00，而秋季，日最大相對濕度則出現(xiàn)在上午9：00?？傮w來說，猴王谷基地地處海拔800 m的山地，空氣濕度較大，1天當(dāng)中濕度變化在春秋時較為大，冬季日變化幅度較小。

四季的風(fēng)速都沒有明顯的日變化規(guī)律，全天都處于不斷波動的狀態(tài)。不同季節(jié)的風(fēng)速日變化幅度差異明顯，春季最大，達到1.09 m/s，其他3個季節(jié)差異不大，都在0.5 m/s左右，各季節(jié)間差異明顯。

四季的氣候舒適度日變化呈現(xiàn)不同的規(guī)律，秋季和冬季的氣候舒適度在1天之內(nèi)先降低后升高，最低值分別出現(xiàn)在14：00和16：00；夏季的則先升高后降低，最高值出現(xiàn)在15：00；春季變化最大，1天之內(nèi)出現(xiàn)2個低谷，分別在中午12：00和下午16：00。從變化幅度來看，冬季變異系數(shù)最小，只有0.05，春季和秋季日變異比較大，變異系數(shù)在0.33～0.35，夏季變異系數(shù)居中，在0.13。夏季全天的舒適度最高，平均值為3.03，并且全天變化不大，非常適宜在基地康養(yǎng)。

2.4 空氣顆粒物質(zhì)量濃度變化特征

2.4.1 PM2.5季節(jié)變化特征

由圖4a可知，本研究地的PM2.5質(zhì)量濃度的在不同季節(jié)間有一定差異，全年平均值為37.54 μg/m3，根據(jù)GB/T 3095—2012[17]，全年空氣質(zhì)量未達到二級標(biāo)準(zhǔn)。但是2018年1—8月的PM2.5質(zhì)量濃度都在35 μg/m3以下，8個月平均值為32.45 μg/m3，達到國家二級標(biāo)準(zhǔn)，說明整個基地的空氣質(zhì)量還是比較優(yōu)良的。2017年基地處于建設(shè)期，9月至12月的PM2.5質(zhì)量濃度稍微有點高，后期建設(shè)完成后，空氣質(zhì)量比較優(yōu)良。

2.4.2 PM2.5日變化特征

由圖4b可知，不同季節(jié)的PM2.5質(zhì)量濃度日變化沒有統(tǒng)一的規(guī)律，僅秋季日變化呈現(xiàn)先降低后升高的規(guī)律，最低值出現(xiàn)在中午14：00，僅為12 μg/m3，隨后升高。四季的日均值都在35 μg/m3以下，達到國家一級標(biāo)準(zhǔn)。

圖 4 PM2.5季節(jié)變化和日變化Fig. 4 Seasonal variations and diurnal variations of PM2.5 concentrations

2.5 氣候舒適度及空氣顆粒物質(zhì)量濃度評價和森林康養(yǎng)利用

根據(jù)氣候舒適度在四季的日變化規(guī)律，將一天中的不同時段進行了其舒適度的劃分（見表3），同時對各時段的空氣顆粒物質(zhì)量濃度進行了評價，得到了顆粒物的評價等級（見表4），提出了文成猴王谷森林康養(yǎng)基地最適宜的森林康養(yǎng)時間（見表5），春季適宜時間為10：00—22：00，最佳時間為16：00—18：00；夏季的適宜時間最長，全天適宜，最佳時間是10：00—22：00；秋季的適宜時間跟春季類似，但時長比春季略長，為12：00—22：00，最佳時間為12：00—18：00，原因應(yīng)該是春季潮濕，秋季更為干燥；冬季由于溫度較低，不適宜進行森林康養(yǎng)。春、夏、秋季適宜時間分別占全天的50%、100%、41.6%；三季的最佳森林康養(yǎng)時間占全天的8.3%、50%、25%。整體來說，猴王谷森林康養(yǎng)基地適宜的時間為春、夏、秋三季。

表 3 各時間段氣候舒適度等級Table 3 Comfort grade in different time

表 4 各時間段空氣顆粒物（PM2.5）質(zhì)量濃度評價Table 4 Evaluation grade of PM2.5 concentration in different time

表 5 猴王谷適宜森林康養(yǎng)時間推薦Table 5 Suitable forest therapy time in the Monkey King Valley

3 結(jié)論與討論

森林康養(yǎng)基地具備優(yōu)質(zhì)森林資源和生態(tài)環(huán)境，能夠提供促進人們身心健康的環(huán)境[18]。在基地環(huán)境質(zhì)量方面，要求大氣環(huán)境質(zhì)量符合國家三級標(biāo)準(zhǔn)，對于森林康養(yǎng)基地的氣候舒適度，目前還沒有相關(guān)的研究結(jié)果。我國氣候舒適度研究大約始于20世紀(jì)80年代，利用舒適度模型開展了一系列的研究工作，在大空間尺度上，唐焰等[19]利用溫濕度指數(shù)分析了氣候舒適度的空間格局，對人居環(huán)境的氣候舒適性進行了定量評價；在小空間尺度方面，孟蕾等[20]研究了湖南韶山氣候舒適度的變化特征，韓文堂等[12]研究了新疆天山天池景區(qū)氣候舒適度，杜田恬等[21]對陜西紅河谷森林公園夏季整體舒適度隨海拔升高而降低。氣候舒適度指數(shù)對于森林旅游有很好地指導(dǎo)作用，對于景區(qū)空間規(guī)劃、游客出行活動的安排都有很好的指導(dǎo)作用。氣候舒適度的季節(jié)性來看，在城市森林做過類似的研究，段文軍[22]在深圳園山對3種山地森林的氣候舒適度進行研究的結(jié)果表明，林地在春、秋季的氣候綜合舒適度指數(shù)都≤4.55，達到了“很舒適”等級。在夏季都達到了“舒適”級別。同時園山3種森林在春、秋季的全天所有時間段都達到了“很舒適”級別。古琳[9]在江蘇無錫惠山的研究表明，林內(nèi)氣候舒適度春季最好，春、夏、秋季達到“舒適”。辛學(xué)飛等[11]在湖南張家界森林公園的氣候舒適度研究表明，張家界國家森林公園一年中最為舒適的時間段是夏季，而極不舒適的時間段則是冬季，春季舒適時間段要比秋季長。本研究結(jié)果與前面學(xué)者的研究基本相符，文成猴王谷森林康養(yǎng)基地地處浙南山區(qū)，冬季略為寒冷，再考慮到濕度、風(fēng)速等綜合因素，夏季為最適宜的康養(yǎng)季節(jié)。該基地氣候舒適度整體水平較高，4—10月氣候舒適度指數(shù)低于6.95，屬于舒適或很舒適。

氣候舒適度的日變化來看，段文軍[22]在深圳園山3種城市森林在春、秋季全天的人體舒適度都達到“很舒適”水平，適宜人們進行游憩活動；在夏季，3種游憩林的小氣候在1：00—7：00，21：00—23：00都達到“舒適”水平[21]。古琳[9]在江蘇無錫惠山的研究表明，春季氣候舒適度在11：00—17：00 達到“很舒適”，夏季則提前到5：00—7：00，秋季多數(shù)時間為“舒適”，冬季全天均“不舒適”[9]。根據(jù)在文成猴王谷的研究，夏季全天“很舒適”，適宜康養(yǎng)的時長比深圳和無錫都要長，說明浙南山區(qū)在夏季開展森林康養(yǎng)優(yōu)勢明顯。

從小氣候的季節(jié)變化來看，溫度的季節(jié)變化最為明顯，濕度和風(fēng)速變化不明顯，這與無錫惠山和深圳園山的情況基本一致[9,22]，但本研究中的文成猴王谷基地樣點夏季最高溫度只有24.13 ℃，比其他兩個點的最高溫度都要低，其中比無錫惠山林內(nèi)最高溫度低5.83 ℃，說明該森林康養(yǎng)基地的森林的降溫增濕效應(yīng)最大，夏季樹木的蒸騰作用最強，林內(nèi)濕度明顯增大，同時蒸騰作用不斷從環(huán)境中吸收熱量，使林內(nèi)溫度降低。

從小氣候的日變化來看，溫度、濕度的日變化明顯，并且溫度在1天當(dāng)中先升高后降低，而濕度則為先下降后上升，風(fēng)速的日變化不明顯，這與無錫惠山和深圳園山的情況基本一致。

猴王谷基地的PM2.5質(zhì)量濃度全年平均值為37.54 μg/m3，PM2.5質(zhì)量濃度的在不同季節(jié)間有一定差異，不同季節(jié)的PM2.5質(zhì)量濃度日變化沒有統(tǒng)一的規(guī)律，部分時段PM2.5質(zhì)量濃度值低于35 μg/m3，達到國家二級標(biāo)準(zhǔn)，整體空氣質(zhì)量優(yōu)良。

本研究對基地的溫度、濕度、風(fēng)速、PM2.5質(zhì)量濃度進行了連續(xù)定位監(jiān)測，獲得了較為全面的數(shù)據(jù)，研究證明，文成猴王谷森林康養(yǎng)基地氣候舒適度整體水平較高，空氣質(zhì)量優(yōu)良，適宜開展森林康養(yǎng)活動。從氣候舒適度和空氣顆粒物質(zhì)量濃度的時間變化規(guī)律來看，夏季適宜開展全天候的森林康養(yǎng)活動，春季和秋季也適宜在一定時間段開展森林康養(yǎng)活動，本研究結(jié)果對于基地后續(xù)開展森林康養(yǎng)活動的時間安排上將有一定的指導(dǎo)作用。目前全國都在開展森林康養(yǎng)基地的建設(shè)，但對于康養(yǎng)基地的環(huán)境評價尚缺乏系統(tǒng)的研究，本研究結(jié)果將為后續(xù)康養(yǎng)基地的建設(shè)提供一定的參考經(jīng)驗。但由于條件限制，目前的研究僅限于1個采樣點，對于整個基地的代表性還略有不足，今后將計劃增設(shè)更多的采樣點來進行更加深入的研究。