若爾蓋生態(tài)區(qū)旅游氣候資源及空氣清新度分析

袁 夢 ,楊庭瀟 ,馮 曉 ,淡 嘉 ,劉自牧1,

（1.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點實驗室,成都 610072；2.四川省農(nóng)村經(jīng)濟(jì)綜合信息中心,成都 610072；3.四川省氣象服務(wù)中心,成都 610072；4.民航重慶空管分局氣象臺,重慶 401120；5.四川省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心,成都 610072）

引言

若爾蓋國家級生態(tài)功能保護(hù)區(qū)（本文簡稱“若爾蓋生態(tài)區(qū)”）是全國首批十個國家級生態(tài)功能保護(hù)區(qū)之一的“若爾蓋-瑪曲”國家級生態(tài)功能保護(hù)區(qū)的四川部分，位于川西高原北端的阿壩藏族羌族自治州，行政區(qū)劃隸屬于若爾蓋、紅原、阿壩三縣，總面積16228km[1]。若爾蓋生態(tài)區(qū)地處黃河上游源區(qū)，范圍為四川省境內(nèi)的黃河流域區(qū)，境內(nèi)擁有我國著名的高海拔沼澤濕地--若爾蓋沼澤濕地，具有水源涵養(yǎng)、環(huán)境自凈及固碳等輔助等生態(tài)功能，與相鄰的甘肅省瑪曲沼澤濕地共同成為黃河重要的水源涵養(yǎng)地[2]。

近年來國內(nèi)學(xué)者在若爾蓋高原濕地的氣候特征、蒸散量時空變化及植被覆蓋變化等方面開展了一系列研究[3?13]。郭潔等[8]、王燕等[9]、戴洋等[10]和 甄碩等[11]對若爾蓋高原濕地的氣候變化對生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行了分析。彭林英等[12]研究了1971～2000 年若爾蓋旅游舒適期。盧靜等[13]對若爾蓋草原旅游者偏好進(jìn)行了統(tǒng)計，研究表明旅游者被吸引的排名前十的若爾蓋草原自然吸引物高頻詞依次是“花湖”、“太陽”、“白云”、“藍(lán)天”、“日落”、“黃河”、“黃河九曲第一灣”、“日出”、“草地”和“花?！?，其中天氣與天象景觀占到50%，其余的物候景觀或水體景觀也與氣候資源密不可分。若爾蓋生態(tài)區(qū)生態(tài)旅游資源豐富，景點眾多，自然風(fēng)光優(yōu)美，藏族文化底蘊深厚，隨著近年來川西高原生態(tài)旅游熱度的不斷攀升，研究該生態(tài)區(qū)的旅游氣候資源適宜性具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。本文擬利用1980～2019 年若爾蓋生態(tài)區(qū)的氣象觀測資料和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，綜合分析若爾蓋生態(tài)區(qū)的旅游氣候資源，以期為指導(dǎo)游客出行、開發(fā)完善旅游產(chǎn)品以及拓展康養(yǎng)和旅游市場提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

本文使用的地面氣象觀測資料來自若爾蓋生態(tài)區(qū)及其周邊（四川境內(nèi)）5 個國家自動氣象站，選取1980～2019 年氣溫、降水量、風(fēng)速、相對濕度和日照時數(shù)等逐日觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，站點信息見表1。

表1 若爾蓋生態(tài)區(qū)及周邊氣象站點分布

本文用于分析若爾蓋生態(tài)區(qū)空氣清新度的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來自葵花-8（Himawari-8，簡稱H-8）地球同步氣象衛(wèi)星，選用了葵花-8 三級(L3)資料中2018～2019年AOD 月數(shù)據(jù)，空間分辨率均為5km × 5km。已有研究表明[14?15]該衛(wèi)星的氣溶膠光學(xué)厚度（Aerosol Optical Depth，簡稱AOD）數(shù)據(jù)在東亞地區(qū)具有較好的適用性。歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，簡稱NDVI）資料選用了較為成熟的MODIS 衛(wèi)星資料，空間分辨率為250m，通過最大值合成法，削弱大氣和云的影響，得到2018～2019 年的月合成資料。為便于計算，本研究中將NDVI 數(shù)據(jù)通過ArcGIS軟件重采樣[16]為5km × 5km 的空間分辨率，保證計算中兩類遙感數(shù)據(jù)時空分辨率一致性。

為更直觀地了解研究區(qū)域的地理分布，本文還采用了由美國航空航天局（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯(lián)合測量的SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）地形高程模型數(shù)據(jù)（精度為90m），提取得到研究區(qū)域的地理位置、地形、氣象站點分布，如圖1 所示。

圖1 研究區(qū)域氣象站點分布及地形示意

1.2 研究方法

參照四川省預(yù)報員手冊的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行季節(jié)劃分，定義“春季”為3～5 月、“夏季”為6～8 月、“秋季”為9～11 月以及“冬季”為12 月～次年2 月。本文采用5 個站的氣象資料算數(shù)平均值來代表若爾蓋濕地區(qū)域內(nèi)的氣候特征及變化情況，氣溫和降水量的多年平均值以1980～2019 年平均值為基準(zhǔn)。

空氣清新度評價方法本文采用李愷霖等[17]使用的衛(wèi)星遙感空氣清新度指數(shù)RASI（Remote Sensing Atmosphere Index）計算方法，具體計算公式如下：

式中：a、b為權(quán)重系數(shù)。AOD和NDVI數(shù)據(jù)均根據(jù)常用的歸一化公式進(jìn)行歸一化處理，將AOD與NDVI統(tǒng)一在[0～1]區(qū)間，保證其取值范圍和單調(diào)性一致，即：

式中：M為歸一化后結(jié)果，X為像元值，Xmin為像元最小值，Xmax為像元最大值。計算得到的RSAI數(shù)值越大，則表示空氣越清新。表2 為參考世界衛(wèi)生組織關(guān)于空氣清新度等級劃分中的負(fù)氧離子指標(biāo)，結(jié)合實際制定的空氣清新等級分級標(biāo)準(zhǔn)。

表2 衛(wèi)星遙感空氣清新等級分級標(biāo)準(zhǔn)

2 氣候要素及空氣清新度分析

2.1 氣溫

若爾蓋生態(tài)區(qū)位于黃河上游源區(qū)，地處青藏高原東部邊緣地帶，四季溫差分明，區(qū)內(nèi)各站點均呈1 月氣溫最低、7 月氣溫最高的特點。區(qū)內(nèi)各站常年平均氣溫分別為1.7℃（若爾蓋）、13.1℃（九寨溝）、4.2℃（阿壩）、1.9℃（紅原）和6.3℃（松潘）。受區(qū)域海拔高度影響，九寨溝各月平均氣溫高于其余站點，九寨溝站7 月平均氣溫為22.6℃；若爾蓋和紅原各月平均氣溫相對其余站點較低，1 月平均氣溫若爾蓋為?9.3℃，紅原為?9.2℃。若爾蓋生態(tài)區(qū)各站多年平均氣溫逐月變化如圖2 所示。

圖2 若爾蓋生態(tài)區(qū)各站多年平均氣溫逐月變化

若爾蓋生態(tài)區(qū)夏季無極端高溫日出現(xiàn)，具有優(yōu)良的避暑氣溫條件，全區(qū)夏季各月氣溫變化幅度不大。除九寨溝站外，其余站點夏季月平均最高氣溫均低于30℃，若爾蓋、紅原兩站低于25℃。分析1980～2019 年氣溫統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，夏季僅九寨溝有1 天的日平均氣溫超過30℃，其余站點近40a 單日平均氣溫均未高于25℃。全區(qū)夏季氣溫較盆地地區(qū)偏低，各站多年平均的夏季各月最高氣溫如圖3 所示，位于該生態(tài)區(qū)東部的九寨溝、松潘站相對偏高。

圖3 若爾蓋生態(tài)區(qū)各站多年平均的夏季各月最高氣溫

2.2 降水

統(tǒng)計分析歷史降水量資料可知，若爾蓋生態(tài)區(qū)各站年降水量為500～800mm，雨量適中，且雨熱同期，夏季降水量最為充沛。降水量主要集中在5～9 月，分別占全年降水量的75%（若爾蓋）、76%（九寨溝）、81%（阿壩）、77%（紅原）和72%（松潘）。全年中，除若爾蓋站1 月降水量最少（5.2mm），其余4 站均為12 月降水量最少，各站多年平均的降水量逐月變化如圖4所示。

圖4 同圖2，但為降水量

2.3 風(fēng)速

適宜的風(fēng)速可提高人體舒適度，并有利于污染物擴(kuò)散[18]，是可充分利用的寶貴自然氣象資源。風(fēng)速資料分析表明：若爾蓋生態(tài)區(qū)內(nèi)各站年平均風(fēng)速分別為2.3m/s（若爾蓋）、1.9m/s（九寨溝）、1.5m/s（阿壩）、2.3m/s（紅原）、1.5m/s（松潘）；區(qū)域內(nèi)全年風(fēng)速變化小，且風(fēng)速較平緩，風(fēng)感較為舒適。該生態(tài)區(qū)各站風(fēng)速均春季較大，夏、冬兩季較??；全年風(fēng)感舒適，年平均適宜風(fēng)速（日平均風(fēng)速為0.3m～3.3m/s）日數(shù)高達(dá)357.6d，占全年的97%以上。

2.4 日照

太陽能是一種天然無污染的可再生環(huán)保能源，用途十分廣泛，一定區(qū)域內(nèi)充足的日照有助于促進(jìn)人體體內(nèi)維生素D 的合成，并有利于植物進(jìn)行光合作用，充沛的日照也是該生態(tài)區(qū)維持良好生態(tài)環(huán)境的重要因子。日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度達(dá)到或超過120W/m2的時間總和，以小時（h）為單位。若爾蓋生態(tài)區(qū)年平均日照時數(shù)為2128.2h，日照較四川盆地充沛。各站年平均日照時數(shù)分別為2461.4h（若爾蓋）、1649.4h（九寨溝）、2427.2h（阿壩）、2324h（紅原）和1778.8h（松潘）。分析可知，各站全年日照時數(shù)月變化幅度不大，各月均高于100h。除了九寨溝站為7 月日照時數(shù)最高（158.6h），其余4 站均為12 月最高，若爾蓋、阿壩、紅原均達(dá)226.6h。若爾蓋生態(tài)區(qū)冬季雖氣溫較低，但日照時數(shù)普遍較長，為游客日間出行提供了有利的日照條件。

2.5 相對濕度

利用統(tǒng)計分析的相對濕度數(shù)據(jù)結(jié)果，可得到研究區(qū)域空氣干濕程度狀況，進(jìn)而分析生態(tài)區(qū)內(nèi)環(huán)境舒適度。該生態(tài)區(qū)內(nèi)各站年平均相對濕度分別為67%（若爾蓋）、64%（九寨溝）、65%（阿壩）、69%（紅原）和63%（松潘），氣候不干燥。各站月平均相對濕度變化范圍相近，均在50%～80%浮動。人體感受的溫度與實際氣溫之間有一定的差異，會受到氣溫、風(fēng)速、濕度等因素的綜合影響，若爾蓋生態(tài)區(qū)常年平均風(fēng)速適中，夏、秋季濕度值偏高，但是平均氣溫不高，所以游客在戶外體感不會悶熱；冬、春季濕度相對偏低，氣溫也較低，但日間日照充足，為白天游客出行減弱了嚴(yán)寒體感。

一般來說，年平均相對濕度>80%的地區(qū)被認(rèn)為是“潮濕地區(qū)”，而<50%的地區(qū)則被視為是“干燥地區(qū)”。因此，50%～80%的相對濕度是比較適宜的。若爾蓋生態(tài)區(qū)年平均適宜相對濕度日數(shù)為287d，約占全年的79%，大部分時間空氣濕度適宜。

2.6 空氣清新度

利用2018～2019 年若爾蓋生態(tài)區(qū)范圍的葵花-8 衛(wèi)星AOD 數(shù)據(jù)和MODIS 衛(wèi)星資料的NDVI 數(shù)據(jù)，根據(jù)空氣清新度計算方法式（1），對該地區(qū)衛(wèi)星遙感空氣清新指數(shù)（RSAI）進(jìn)行了計算，結(jié)果如表3 所示。

表3 2018～2019 年若爾蓋生態(tài)區(qū)逐月衛(wèi)星遙感空氣清新等級

根據(jù)各月RSAI值和對應(yīng)空氣狀況等級，可以得出若爾蓋生態(tài)區(qū)衛(wèi)星遙感空氣清新等級總體維持在較高水平的基本結(jié)論，再對照表2 衛(wèi)星遙感空氣清新等級分級標(biāo)準(zhǔn)可知：該生態(tài)區(qū)4～10 月空氣清新度等級為4，即空氣非常清新；1、3、12 月等級為3，即空氣清新；其余個別月份等級為2，空氣較清新。結(jié)合表3，RSAI最低值出現(xiàn)在2 月（6.17），次低值出現(xiàn)在11 月（6.82）；最高值出現(xiàn)在7 月（24.16），且6～8 月RSAI均在19 以上，即空氣清新度在夏季最高。

3 旅游氣候資源優(yōu)勢

綜合分析若爾蓋生態(tài)區(qū)氣候要素及空氣清新度可知，該地區(qū)4～10 月旅游氣候資源相對最優(yōu)，空氣清新度等級最高，氣溫、濕度和風(fēng)速適宜且日照充沛，適宜的降水也為眾多自然景觀的形成提供了豐富的水分資源。該地區(qū)夏季濕度、氣溫和風(fēng)速配合較好，體感涼爽舒適，最適宜開展避暑旅游活動；春秋偏涼，但大部分人仍可接受戶外旅行，適逢開花季和紅葉季前后，適宜挖掘物候景觀資源；冬季日照充沛，但氣溫較低，游客需做好御寒措施。對若爾蓋生態(tài)區(qū)旅游氣候資源應(yīng)加強(qiáng)研究利用，不僅有利于深入挖掘該區(qū)域旅游氣象景觀，還有助于保障生態(tài)旅游可持續(xù)發(fā)展。未來應(yīng)在保護(hù)動植物資源的同時，加強(qiáng)對若爾蓋的氣候資源探索和保護(hù)，遵循保護(hù)優(yōu)先，容量限制的原則，實現(xiàn)當(dāng)?shù)刈匀槐Ｗo(hù)和旅游開發(fā)利用綜合發(fā)展。

4 結(jié)論

本文利用1980～2019 年若爾蓋生態(tài)區(qū)周邊5 個國家氣象站的地面觀測資料、葵花-8 衛(wèi)星AOD 數(shù)據(jù)和MODIS 衛(wèi)星資料中的NDVI 數(shù)據(jù)，分析了若爾蓋生態(tài)區(qū)基本氣候特征和空氣清新度變化規(guī)律，得出如下結(jié)論：

（1）若爾蓋生態(tài)區(qū)光能資源豐富，年平均日照時數(shù)達(dá)2128.2h；年平均氣溫為5.5℃，各站月均氣溫為?9.3℃～22.6℃；年均降雨量為685.6mm，干雨季分明，雨熱同期，降雨主要集中在4～10 月，占全年總降水量的80%；年平均相對濕度為65.7%，年平均適宜濕度日數(shù)為287d；年平均風(fēng)速為1.9m/s，年平均適宜風(fēng)速日數(shù)為358d。

（2）若爾蓋生態(tài)區(qū)空氣清新指數(shù)全年均維持在較高水平，皆為“較清新”及以上級別，其中4～10 月空氣清新度等級達(dá)4 級，即“非常清新”級別?？諝馇逍露鹊燃壸罡叩臅r段其旅游氣候資源也相對最優(yōu)，氣溫、濕度、風(fēng)速適宜且日照充沛，適宜的降水量也為眾多自然景觀的形成提供了豐富的水分資源。夏季濕度、氣溫和風(fēng)速配合較好，體感涼爽舒適，最適宜開展避暑旅游活動；春秋偏涼，但對戶外旅行影響不大，且恰逢開花季和紅葉季前后，適宜挖掘物候景觀資源；冬季日照充沛?？傮w而言，若爾蓋生態(tài)區(qū)旅游氣候資源優(yōu)勢突出。