貴州梵凈山旅游氣候舒適度分析

聶 云，周繼先，楊 群，胡 萍，陳 超，徐大紅

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

引 言

梵凈山位于貴州省銅仁市中部，海拔500～2570 m，是喀斯特海中的變質(zhì)巖孤島，武陵山脈主峰，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美。梵凈山擁有豐富的山岳型旅游資源，森林覆蓋率在95%以上，負氧離子含量每立方厘米約6～12萬個，是度假和旅游勝地。但梵凈山天氣復雜多變，一方面可形成佛光、云瀑等奇特氣象景觀，另一方面又影響旅游舒適度，當出現(xiàn)災害性天氣時，可能威脅游客生命安全，如2011年11月5日，梵凈山景區(qū)雷擊事件造成34名游客受傷[1]。因此，開展梵凈山旅游氣候舒適度分析，構建適宜于梵凈山的旅游氣象指數(shù)預報方程，對指導游客開展安全舒適的旅游活動具有重要意義。

氣候舒適度是影響游客戶外活動最重要的環(huán)境因素之一[2-3]，且氣候舒適度評價模型已多達162種[4]。1966年TERJUNG[5]提出舒適指數(shù)和風效指數(shù)的概念；1985年MIECZKOWSKI[6]根據(jù)應用氣象學和人類生物氣象學原理提出旅游氣候舒適度指數(shù)概念。目前，溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)和人體舒適度指數(shù)等廣泛應用于旅游氣候適宜度評估[7-12]、旅游資源評價[13-14]及旅游適宜期劃分[15-16]等方面。同時，針對不同的地區(qū)，各種旅游氣象指數(shù)預報模型也在陸續(xù)構建[17-19]。

近年來，在全球氣候變暖背景下，梵凈山區(qū)短時暴雨、大風、雷電等災害性天氣頻發(fā)。自2018年梵凈山列入世界自然遺產(chǎn)名錄后，景區(qū)游客接待量迅速增長，2019年梵凈山接待游客達143.56萬人次[20]，給旅游氣象服務工作提出了更高要求。目前，針對梵凈山開展旅游舒適度評價與預報的研究甚少，謝仁波等[21]利用2012—2013年梵凈山高山站資料對其旅游氣候特點進行了初步分析，認為梵凈山具有優(yōu)越的氣候條件和豐富的氣候景觀。但梵凈山區(qū)災害性天氣多發(fā)，尚未建立本地化的旅游氣象指數(shù)預報方程。本文利用梵凈山及周邊氣象站2011—2019年逐日氣象資料，綜合分析梵凈山旅游氣候舒適度特征，同時結合景區(qū)旅游特點，考慮旅游的安全性、舒適性和觀賞性，建立梵凈山旅游氣象指數(shù)預報方程，以期為游客安全舒適出行和做好梵凈山旅游氣象預報服務工作提供參考。

1 資料與方法

1.1 資 料

由于梵凈山及周邊氣象站建站時間不統(tǒng)一，特別是區(qū)域站基本在2010年以后投入業(yè)務運行，為確保資料的完整性、代表性和比較性，剔除數(shù)據(jù)缺測較多和距離梵凈山較遠的氣象站點。選取2011—2019年江口國家站以及梵凈山區(qū)不同海拔高度的黑灣河(542 m)、護國寺(1345 m)和梵凈山(2255 m)區(qū)域站逐日氣溫、降水、風速和相對濕度等資料，所有數(shù)據(jù)均通過均一性檢驗和訂正。其中，黑灣河及護國寺站是溫度和降水兩要素氣象站。

1.2 旅游氣候舒適度指數(shù)的計算與評價模型

1.2.1 溫濕指數(shù)和風寒指數(shù)

溫濕指數(shù)(THI)是通過溫度和濕度組合來反映人體與周圍環(huán)境的熱量交換[14]。風寒指數(shù)(WCI)是溫度和風速的組合，用于表征寒冷環(huán)境條件下裸露人體感受到風的寒冷程度[16]。具體計算公式如下：

(1)

式中：t(℃)為溫度；f(%)為相對濕度；v(m·s-1)為風速。

1.2.2 著衣指數(shù)

著衣指數(shù)(ICL)是人類通過穿衣來改變氣候變化帶來的不舒適性[14]。計算公式如下：

ICL=(33-t)/0.155H-(H+a×R×cos α)/

(2)

式中：H(W·m-2)為人體代謝率的75%，本文取輕活動量下的代謝率，H=87W·m-2；a為人體對太陽輻射的吸收率(a=0.06)；R(W·m-2)為垂直于太陽光的單位面積土地接收的太陽輻射量；v(m·s-1)為風速；α(°)為太陽高度角，設β為緯度，春秋季α=90°-β，夏季α=90°-β+23°26′，冬季α=90°-β-23°26′。

1.2.3 旅游氣候舒適度評價模型

旅游氣候是一個復雜系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的組成和結構可劃分為4層(圖1)：第一層由溫度、濕度、風速、太陽輻射及人體代謝組成；第二層為對應要素組合形成的3個評價指標(溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)和著衣指數(shù))；第三層以各要素日值為基礎，3個評價指標綜合作用構建梵凈山逐日旅游氣候舒適度指數(shù)(F)；第四層為建立在月、季、年尺度上的梵凈山旅游氣候舒適度評價。

圖1 梵凈山旅游氣候舒適度指數(shù)構成

根據(jù)馬麗君等[22]研究思路確定梵凈山旅游氣候舒適度評價模型，該模型以溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)和著衣指數(shù)為基礎，采用專家打分法[23]和層次分析法[24]確定各指數(shù)的權重，具體計算公式如下：

F=0.6XTHI+0.3XWCI+0.1XICL

(3)

式中：F為梵凈山旅游氣候舒適度指數(shù)；XTHI、XWCI、XICL分別為溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)和著衣指數(shù)的分級賦值，0.6、0.3、0.1分別為各指數(shù)的權重系數(shù)。表1列出各分指數(shù)的分級與賦值。7≤F≤9為舒適，5≤F<7為較舒適，3≤F<5為較不舒適，1≤F<3為不舒適。

表1 溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)和著衣指數(shù)的分級標準與賦值

2 氣象要素分析與評價

2.1 氣 溫

氣溫是影響旅游氣候舒適度的重要指標之一。當環(huán)境溫度大于32 ℃時，人會明顯感覺炎熱，當環(huán)境溫度大于等于35 ℃時，人會感覺悶熱，甚至出現(xiàn)中暑現(xiàn)象[25]。圖2為2011—2019年梵凈山各代表站月平均氣溫和月平均最高氣溫變化?？梢钥闯?，近9 a梵凈山月平均氣溫在-0.7～16.4 ℃之間，1月最小、7月最大，比江口城區(qū)偏低5.8～11.4 ℃。梵凈山月平均最高氣溫在2.9～20.1 ℃之間，比江口城區(qū)偏低5.5～13.7 ℃，較山下鄉(xiāng)村(黑灣河)偏低4.1～11.9 ℃；其中6—8月梵凈山月平均最高氣溫比江口城區(qū)偏低12 ℃以上，說明炎熱的夏季梵凈山上格外涼爽，適宜避暑、旅游。此外，近9 a梵凈山年平均氣溫8.4 ℃，極端最高氣溫27.8 ℃，極端最低氣溫-15.3 ℃。

圖2 2011—2019年梵凈山區(qū)各代表站月平均氣溫(a)和月平均最高氣溫(b)變化

近9 a梵凈山未出現(xiàn)30 ℃以上的高溫天氣，山上山下氣溫差異大。參考《銅仁地區(qū)志·氣象志》[26]，用梵凈山站月平均氣溫評價梵凈山的寒冷程度：1—2月為“輕寒”，12月為“微寒”，3、4、10、11月為“偏涼”，5—9月為“舒適”。

2.2 降水量、風速與相對濕度

近9 a梵凈山年平均降水量2073.7 mm，比江口城區(qū)偏多500 mm以上；降雨主要集中在5—9月，該時段各月平均降水量為229.6～449.8 mm，可見梵凈山降雨豐沛，雨熱同期。近9 a梵凈山年平均風速為3.8 m·s-1，各月平均風速在3.4～4.3 m·s-1之間，屬于微風等級[27]，人體感覺比較舒適[21]。近9 a梵凈山年平均相對濕度為91%，比江口城區(qū)偏高10%以上，其中1月、2月和5—9月的月平均相對濕度均大于90%，梵凈山濕度大，空氣近飽和，常在山上形成云海、云瀑等獨特自然景觀。

3 溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)、著衣指數(shù)和F指數(shù)

梵凈山站位于梵凈山蘑菇石景點附近，地處梵凈山旅游區(qū)核心，氣象觀測數(shù)據(jù)能代表景區(qū)的天氣和氣候，因此，以梵凈山站為代表，分析梵凈山旅游氣象指數(shù)。目前，計算旅游氣候舒適度指數(shù)時多采用氣象要素的4次定時觀測(02:00、08:00、14:00和20:00，北京時，下同)平均值[8-9,22]，由于梵凈山景區(qū)開放時間為每日08:00—19:00，旅游活動發(fā)生在白天，為有效避免計算的舒適度指數(shù)放大夜間02:00的“低溫”效應，故采用08:00、14:00和20:00的3次定時觀測平均值計算溫濕指數(shù)(THI)、風寒指數(shù)(WCI)和著衣指數(shù)(ICL)，并根據(jù)公式(3)建立梵凈山旅游氣候舒適度評價模型(F指數(shù))。表2列出2011—2019年梵凈山4種指數(shù)的月平均舒適度評價?？梢钥闯?，溫濕指數(shù)顯示，梵凈山5—9月為“涼”或“清涼”，4月、10—11月為“偏冷”，3月為“寒冷”，冬季12月至次年2月為“極冷”。風寒指數(shù)顯示，梵凈山5—9月為“涼風”，10月至次年4月為“稍冷風”，全年未出現(xiàn)“冷風”或“強冷風”。著衣指數(shù)顯示，7、8月著“襯衫和常用便服”，5、6、9月著“春秋常用便服”，4、10月著毛衣或皮夾克等“冬季常用服”，11月至次年3月需著厚冬裝和做好保暖措施。

表2 2011—2019年梵凈山基于4種指數(shù)的月平均舒適度評價

表3為2011—2019年梵凈山基于F指數(shù)的各月平均較舒適和舒適日數(shù)?？梢钥闯?，近9a梵凈山年平均較舒適及以上日數(shù)206.9 d，除冬季(12月至次年2月)各月平均較舒適及以上日數(shù)不足1.0 d以外，其余時段月平均較舒適及以上日數(shù)均在7.0 d以上，其中夏季6、7、8月分別達29.6 d、27.8 d和29.8 d。利用F指數(shù)評定梵凈山旅游氣候適宜期：6—8月為旅游舒適期；4—5月和9—10月為旅游較舒適期；3月和11月為旅游較不舒適期；梵凈山冬季(12月至次年2月)氣溫較低，天氣較濕冷，為旅游不舒適期，但在有利的天氣背景下，梵凈山上可形成積雪、霧凇等我國南方少見的氣象景觀。

表3 2011—2019年梵凈山基于F指數(shù)的各月平均較舒適和舒適日數(shù)

4 旅游氣象指數(shù)預報與服務

4.1 旅游氣象指數(shù)預報方程設計

影響旅游活動的氣象因子主要包括降水、氣溫和風速等[19]。根據(jù)梵凈山的天氣與旅游特點，結合有關此類研究工作的思路[28-30]，構建梵凈山山岳型旅游氣象指數(shù)(Fc)預報方程。方程由舒適度、降雨、云量和災害性天氣4個因子組成，其中舒適度因子由F指數(shù)確定，其綜合考慮氣溫、風速和相對濕度等對旅游舒適度的影響；降雨因子由白天(08:00—20:00)的總降水量(R)確定；云量因子由白天云遮蔽天空的成數(shù)(A)表征；災害性天氣因子(D)為附加因子，當有雷暴大風、冰雹、短時暴雨等災害性天氣出現(xiàn)時，D=-100，直接給出“不適宜”旅游的結論，當無災害性天氣時，D=0。

在設計預報方程時，以銅仁市居民為研究對象，開展問卷調(diào)查，考察游客對方程中各因子變化的感知以及各因子對登山旅游的影響，根據(jù)各因子不同的影響程度給予不同的權重，本次調(diào)查共發(fā)放問卷1000份，收回有效問卷924份。經(jīng)統(tǒng)計分析，舒適度因子占58.68%，降雨因子占31.16%，云量因子占10.16%。在此基礎上，通過咨詢貴州省10位氣象專家，結合梵凈山旅游的客觀事實，將舒適度因子(F)、降雨因子(R)、云量因子(A)的權重分別確定為60%、30%、10%。梵凈山旅游氣象指數(shù)預報方程構建如下：

Fc=6F+3R+1A+D

(4)

Fc實行百分制，各因子的氣象要素變量以及因子(D除外)所占權重詳見表4。預報Fc時，先查表5得到各因子的賦值，將其代入公式(4)計算Fc，最后根據(jù)表6判定梵凈山旅游氣象指數(shù)等級。其中，表5和表6是在調(diào)查問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎上，結合專家打分法制定。

表4 梵凈山旅游氣象指數(shù)Fc的組成因子及其變量與權重

表5 梵凈山旅游氣象指數(shù)Fc的賦值方案

表6 梵凈山旅游氣象指數(shù)Fc的分級標準

4.2 旅游氣象指數(shù)的優(yōu)勢討論

梵凈山旅游氣象指數(shù)預報模型(Fc)綜合考慮安全性、舒適性和觀賞性對梵凈山山岳型旅游的影響，其中安全性和舒適性是影響梵凈山旅游的主要因子。為驗證Fc的預報效果，首先檢驗Fc與舒適度因子(F)的擬合率，將F對應的“舒適”和“較舒適”等級定為A等級，“較不舒適”和“不舒適”定為C等級；同理，將Fc對應的“理想狀況”、“很適宜”、“適宜”和“較適宜”定為A1等級，“可以接受”定為B1等級，“較不適宜”和“不適宜”定為C1等級；當F為“A”、Fc預報為“A1”，或F為“C”、Fc預報為“C1”時，認為Fc與F結論一致。將2011—2019年梵凈山站逐日氣象資料代入公式(4)計算逐日Fc值(其中云量因子用離梵凈山最近的江口國家站逐日總云量資料代替)，經(jīng)統(tǒng)計分析，近9 a梵凈山逐日Fc與F的擬合率高達81.8%。

造成Fc與F18.2%等級偏差的類型有3類：①F為“A”、Fc預報為“C1”；②F為“A”、Fc預報為“B1”；③F為“C”、Fc預報為“B1”。其中，前兩類由于降雨、云量多或出現(xiàn)災害性天氣所致；第三類主要出現(xiàn)在冬季、秋末和初春，該類型出現(xiàn)時氣溫較低，F(xiàn)為“較不舒適”等級，但白天無降雨。結合問卷調(diào)查事實，F(xiàn)c的預報結果更符合梵凈山旅游實際。

綜合分析，梵凈山旅游氣象指數(shù)預報模型Fc主要有3個優(yōu)點：①預報模型以調(diào)查問卷結果為基礎，充分考慮旅游者對各因子的真實感受程度，計算方便；②預報模型既可建立基于數(shù)值模式的短期(1～7 d)逐日旅游氣象指數(shù)預報，又可生成基于實況氣象要素和數(shù)值模式的短臨(0～12h)訂正產(chǎn)品；③Fc與F的擬合率高，且預報模型在考慮旅游舒適度、降雨和云量對登山旅游影響的同時，還考慮了災害性天氣對旅游安全的影響，更實用于梵凈山山岳型旅游氣象預報與服務工作。

4.3 旅游氣象指數(shù)預報與服務思路探討

圖3為梵凈山旅游氣象指數(shù)預報和服務思路結構圖。在短期時段，每日20:00前，將數(shù)值預報訂正后的氣象要素代入公式(1)至公式(4)計算未來7 d各指數(shù)，并給出預報結論，為游客提前規(guī)劃旅游線路和安排旅游時間提供參考。其中，F(xiàn)c首先給出是否適宜旅游的“結論性”預報，同時，降雨因子給出“提示性”預報，若有雨，提示游客備好雨具；云量因子給出“提示性”預報，當晴到多云時，提醒游客注意防曬；災害性天氣因子給出是否有災害性天氣以及災害性天氣的種類和對應防范建議；此外，溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)、著衣指數(shù)和F指數(shù)給出“提示性”預報，如著衣指數(shù)為游客穿衣提供指導。在短臨時段，每日08:00前，根據(jù)天氣實況和最新數(shù)值預報產(chǎn)品對當天的各指數(shù)預報進行更新和訂正，及時彌補短期預報偏差；同時，根據(jù)實時雨量、風速、雷達回波等資料對當天的災害性天氣進行跟蹤監(jiān)測，特別是夏季，梵凈山局地強對流多發(fā)，通過監(jiān)測，實時更新災害性天氣因子預報，當有可能或即將出現(xiàn)對游客安全有重大影響的災害性天氣時，及時提醒相關部門和游客提前做好防范應對措施。

圖3 梵凈山旅游氣象指數(shù)預報與服務思路結構圖

5 結論與討論

(1)梵凈山氣溫適宜，近9 a平均氣溫8.4 ℃，冬季極端最低氣溫-15.3 ℃，夏季極端最高氣溫27.8 ℃，冬無嚴寒夏無酷暑；梵凈山降雨豐沛，雨熱同期，近9 a平均降水量2073.7 mm，且降水主要集中在5—9月；梵凈山近9 a平均風速3.8 m·s-1，各月平均風速3.4～4.3 m·s-1，為舒適的微風；梵凈山近9 a平均相對濕度達91%，濕度大，空氣近飽和，有利于形成云海、云瀑等景觀。

(2)2011—2019年梵凈山年平均較舒適及以上天數(shù)206.9 d；其中，6—8月為旅游舒適期，4—5月和9—10月為旅游較舒適期，3月和11月為旅游較不舒適期，12月至次年2月為旅游不舒適期。

(3)梵凈山旅游氣象指數(shù)預報方程包括旅游舒適度、降雨、云量和災害性天氣4個因子，可為游客提供短期(1～7 d)的逐日旅游氣象指數(shù)預報產(chǎn)品和短臨(0～12 h)的訂正產(chǎn)品；在實際應用中可為游客提前規(guī)劃旅游活動和旅游安全提供指導，特別是夏季6—8月旅游舒適期，梵凈山局地強對流天氣多發(fā)，短臨訂正產(chǎn)品對游客旅游安全的指導尤為重要。

本文從旅游氣候舒適度的角度出發(fā)，在溫濕指數(shù)、風寒指數(shù)和著衣指數(shù)的基礎上，構建梵凈山旅游氣候舒適度指數(shù)；同時，基于問卷調(diào)查事實，充分考慮梵凈山山岳型旅游的安全性、舒適性和觀賞性，建立一個新的旅游氣象指數(shù)綜合評價模型，該模型采用加權疊加將各因子綜合成一個標量，計算方便，綜合性強，對分析和評價梵凈山的旅游適宜性更精細合理，可為梵凈山游客開展安全舒適的旅游活動提供科學指導。但由于梵凈山高山站建站時間較晚，歷史氣象資料時間序列相對較短，目前的分析結果尚存在一定局限性，今后隨著時間積累，需加強對梵凈山旅游氣象指數(shù)預報方程的檢驗和訂正，不斷優(yōu)化和完善梵凈山旅游氣象指數(shù)預報與服務結構。