基于熵權(quán)法的白山市旅游氣候資源分析

胥珈珈 蔡檸澤 姜世楠 陳麗楠

（1.白山市氣象局，吉林白山 134300；2.東豐縣氣象局，吉林東豐 136300）

1 引言

氣候不僅是一項重要的旅游資源，同時也是開展旅游活動的重要條件之一[1]。氣候的舒適性直接影響到旅游項目開發(fā)、旅游適宜期長短和旅游收益大小。白山市處于長白山腹地，風(fēng)景秀麗，旅游開發(fā)潛力巨大，利用山區(qū)豐富的旅游資源發(fā)展生態(tài)旅游業(yè)是一條很好的山區(qū)發(fā)展途徑，對旅游氣候舒適度進(jìn)行定量評價，可為白山市的旅游規(guī)劃及旅游資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

氣候舒適度評價研究已經(jīng)有近40年的歷史。國外早期關(guān)于人體舒適度的研究主要以定性描述或采用經(jīng)驗公式進(jìn)行定量評價，TERjung[2]正式提出舒適度指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)的概念之后，人體舒適度的研究才進(jìn)入了定量化階段。國內(nèi)有關(guān)人體舒適度的研究起步較晚，大多是在國外研究的基礎(chǔ)上，確定了人體舒適度的計算模型。比如李正泉[3]選取反映氣候綜合狀況的4項氣候指數(shù)和表征生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的5項生態(tài)指標(biāo)，對麗水市生態(tài)氣候的休閑養(yǎng)生適宜性進(jìn)行了分析。馬麗君等[4]通過對我國東部城市的研究，對溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、穿衣指數(shù)的權(quán)重通過專家打分的方式進(jìn)行了分配，建立了綜合舒適度公式。目前國內(nèi)外的旅游氣候舒適度研究成果多針對40°N以南的地區(qū)，對于40°N以北尤其是對白山市這種復(fù)雜山地氣候的研究較少，采用前人的公式計算得出的白山市氣候舒適度與實(shí)際相差較大。因此現(xiàn)有的舒適度指數(shù)公式不能在白山市本地很好地應(yīng)用。有一些研究[5]采用了模糊評價法，數(shù)學(xué)方法的引入拓展了氣候舒適度研究的深度，但是這些方法包含了主觀賦值，評價結(jié)果不夠客觀。

熵權(quán)法是一種確定權(quán)重分配常用的數(shù)學(xué)方法[6]，基于信息熵原理，利用各指標(biāo)值所提供的信息量大小確定指標(biāo)權(quán)重，屬于客觀賦權(quán)法。陳力等[7]通過熵權(quán)法對洛陽本地的氣候舒適度指數(shù)進(jìn)行了權(quán)重分配，建立了洛陽市的旅游舒適度公式并進(jìn)行了旅游氣候評價。因此本文采用權(quán)重分配常用的熵權(quán)法，對白山市旅游氣候舒適度指數(shù)進(jìn)行權(quán)重分配，重新制定氣候舒適度的公式，可對白山市旅游氣候舒適度進(jìn)行定量的分析，對白山的旅游規(guī)劃設(shè)計及旅游資源開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，為游客提供更加豐富、更加完善的旅游服務(wù)。

2 資料與方法

旅游人數(shù)及收入數(shù)據(jù)來源于白山市文旅局。采用白山各縣（區(qū)）觀測站1981—2019年的逐日平均氣溫、平均相對濕度、平均風(fēng)速及平均日照時數(shù)數(shù)據(jù)，計算各縣（區(qū)）的溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、穿衣指數(shù)，并結(jié)合白山市地域特點(diǎn)，通過熵權(quán)法，確定影響白山市旅游氣候舒適度的因子以及各因子的權(quán)重，建立一個適用于白山市的旅游氣候舒適度評價模型。并通過該模型分析得出避暑和冰雪旅游的適宜期。

2.1 溫濕指數(shù)

THI=（1.8t＋32）-0.55（1-f）（1.8t-26）式中，t為平均氣溫（℃），f為相對濕度（%）。

2.2 風(fēng)寒指數(shù)

式中，t為平均氣溫（℃），V為風(fēng)速（m/s）。

2.3 穿衣指數(shù)

式中，H為人體代謝率，取75%，單位：W/m2；a表示人體對太陽輻射的吸收情況，取0.06；R表示垂直陽光的單位面積所接收的太陽輻射（W/m2）；α是太陽高度角，α=90°-（本地緯度與太陽入射點(diǎn)的緯度差）；V為風(fēng)速（m/s）。

2.4 綜合氣候舒適度指數(shù)

式中，XTHI、XWCI、XICL分別為溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和穿衣指數(shù)的分級賦值（表1）；C1、C2、C3為各分指數(shù)的權(quán)重系數(shù)。最終得出舒適、較舒適、不舒適等指標(biāo)。

表1 溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和穿衣指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)

2.5 熵值法計算權(quán)重系數(shù)

熵值法的基本思想是系統(tǒng)中的信息量越大，不確定性就越小，熵也就越小，權(quán)重越大。反之信息量越小，不確定性就越大，熵也就越大，權(quán)重越小。計算熵值來判斷某個指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對綜合評價的影響越大，熵值作為確定指標(biāo)權(quán)重的一個依據(jù)。主要計算步驟如下：

設(shè)有n個觀測值，m個指標(biāo)，xij則表示第i個觀測值得第j個指標(biāo)（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）。

將3個指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得：求3個指標(biāo)的信息熵：

根據(jù)信息熵的計算公式，計算出各個指標(biāo)的信息熵為E1，E2，……，Ek，通過信息熵計算3項指數(shù)的權(quán)重：

3 白山市氣候舒適度分析

利用白山市平均氣溫、相對濕度、風(fēng)速、太陽高度角等數(shù)據(jù)，先計算出1981—2019年12個月逐月的平均溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、穿衣指數(shù)，然后將12個目標(biāo)的3個指標(biāo)代入公式，計算出3項指數(shù)的熵值分別為0.844、0.762、0.843，權(quán)重系數(shù)為0.283、0.432、0.285。從而得出白山市旅游氣候舒適度的計算公式：

對舒適度指數(shù)進(jìn)行分級，可以分為4個等級：4≤C≤5為舒適；3≤C＜4為較舒適；2≤C＜3為較不舒適；C＜2為不舒適。通過對年內(nèi)氣候舒適度指數(shù)進(jìn)行計算得出白山市1—12月的舒適度指數(shù)分別為1.432、1.432、2.000、2.568、4.000、5.000、4.715、4.285、5.000、3.997、2.432、1.432。從 而 得 出5—9月為舒適期；10月為較舒適期；3月、4月、11月為較不舒適期；1月、2月、12月為不舒適期。下面以6—8月的避暑旅游為例，分析白山市旅游氣候資源優(yōu)勢。

白山市夏季平均氣溫20.0℃，西部山區(qū)氣溫低于東部。6月平均氣溫為17.6℃；7月、8月平均氣溫分別為20.7℃和19.9℃。白山市夏季很少出現(xiàn)高溫，最高氣溫平均值為25.4℃，高溫（≥35℃）日數(shù)平均為0.5d，適宜避暑旅游活動的開展。

白山市夏季（6—8月）平均相對濕度77.8%，呈“西濕東干”的特征，長白山山脈地區(qū)在78%以上，常年云霧繚繞，時有云霧氣象景觀出現(xiàn)。6月剛?cè)胗昙荆鄬穸仍?2.5%；盛夏7月、8月相對濕度為79.7%和81.1%（圖1）。過濕和干燥的氣候條件都會影響到游客的舒適感，因此白山市夏季的濕度對人體非常適宜。

圖1 白山市1981—2019年6—8月平均相對濕度分布

白山市夏季平均風(fēng)速為1.6m/s。6月風(fēng)速最大，為1.8m/s；7月、8月分別為1.5m/s和1.4m/s（圖2）。平均大風(fēng)日數(shù)為0.9d。同比吉林省另一個夏季旅游城市延邊，白山市風(fēng)速更小，大風(fēng)日數(shù)更少，人體舒適感更好。適當(dāng)?shù)暮惋L(fēng)會增加人體舒適度，對旅游者身體散熱、出行和活動都十分有利。

圖2 白山市1981—2019年6—8月平均風(fēng)速分布

白山市夏季（6—8月）是一年當(dāng)中的降水高峰期，各縣（市、區(qū)）之間以及月際差異很小，7月降水量占夏季總降水量的36%，6月為31%，8月為33%。考慮到中等以下量級降水對實(shí)際出游影響不大，分別統(tǒng)計了1981—2019年夏季白山市白天和夜間出現(xiàn)中雨以上量級（≥10mm）、大雨以上量級（≥25mm）的降水日數(shù)，1981—2019年白山市共出現(xiàn)10mm以上量級降水627d，其中6月160d，7月259d，8月208d；共出現(xiàn)25mm以上降水234d，其中6月49d，7月104d，8月81d（圖3）。但白山強(qiáng)降雨多在夜間出現(xiàn)，對夏季避暑旅游活動有效時段影響較小。因此從降水分布角度而言，白山市夏季旅游氣候適宜性較高。

圖3 白山市1981—2019年大于10mm降水日數(shù)和大于25mm降水日數(shù)分布

對白山市6—8月逐日的旅游氣候舒適度進(jìn)行計算，得出6—8月舒適天數(shù)分布。白山市夏季6—8月中不舒適天數(shù)為0d，舒適和較舒適的天數(shù)占比為95.7%，說明幾乎整個夏季的氣候均適宜開展旅游活動。6月舒適天數(shù)占比為83.3%，較舒適天數(shù)為13.3%，舒適和較舒適的天數(shù)占比為96.7%。即有25d人體感覺非常舒適，有4d感覺較舒適，僅有1d人體感覺較不舒適。7月舒適天數(shù)占比達(dá)64.5%，較舒適占32.2%，舒適和較舒適天數(shù)總和占96.8%。即7月平均有20d人體感覺非常舒適，10d感覺較舒適，平均30d適宜旅游，僅有1d人體感覺較不舒適。8月舒適天數(shù)占比達(dá)58.1%，較舒適占35.5%，舒適和較舒適天數(shù)總和占93.5%。即8月平均有18d人體感覺非常舒適，11d感覺較舒適，29d適宜旅游出行，有2d人體感覺較不舒適（表2）。

表2 白山市6—8月避暑旅游氣候舒適度各等級平均天數(shù)

4 結(jié)語

（1）利用熵權(quán)法得出白山市旅游氣候舒適度指數(shù)的權(quán)重，從而建立了白山市旅游氣候舒適度公式。

（2）白山市5—9月為舒適期，10月為較舒適期，3月、4月、11月為較不舒適期，1月、2月、12月為不舒適期。

（3）夏季6—8月白山市平均舒適天數(shù)為63d，舒適和較舒適天數(shù)占比為95.7%。6月有25d人體感覺非常舒適，有5d感覺較舒適。7月有20d人體感覺非常舒適，有10d感覺較舒適。8月有18d人體感覺非常舒適，有11d感覺較舒適。