麗水山地海拔對人體舒適環(huán)境的影響

姜燕敏，吳昊旻，宋 丹，孟曉璇

(1.麗水市氣象局，浙江麗水 323000；2.松陽縣氣象局，浙江松陽 323400；3.云和縣氣象局，浙江云和 323600)

氣象環(huán)境是構(gòu)成人類生存環(huán)境的主體，能量交換在人類與大氣環(huán)境之間無時無刻不進(jìn)行著，人體通過自身體溫調(diào)節(jié)中樞使體溫維持恒定[1]。氣溫的高低使人體產(chǎn)生冷或熱的感覺，空氣濕度影響皮膚、呼吸器官粘膜濕潤程度；而風(fēng)直接影響人體皮膚與空氣的熱量交換。人體舒適度正是以人類機(jī)體與近地大氣之間的熱交換原理為基礎(chǔ)，綜合了氣溫、濕度和風(fēng)等氣候要素，從氣象學(xué)角度來評價人類在不同氣候條件下舒適感的一項(xiàng)生物氣象指標(biāo)[2]。人體舒適度評價研究始于1945年，Brunt討論了氣候和人體舒適度的關(guān)系[3]。國內(nèi)關(guān)于人體舒適度的研究，在20世紀(jì)90年代開始才有廣泛的發(fā)展。氣象舒適度指數(shù)[4]、氣候宜人度評價[5]等評價方法和模型的提出，為定量描述人體舒適度奠定了基礎(chǔ)。但由于地域和氣候類型的限制，以上模型的普適性尚待進(jìn)一步驗(yàn)證。同時，GIS[6]等新技術(shù)、新方法和更為精細(xì)的觀測數(shù)據(jù)也被進(jìn)一步引入到人體舒適度的研究，基于熱量交換原理的模型被進(jìn)一步更新和完善。如孫廣祿等[7]通過人體舒適度指數(shù)聚類分析得出京津冀地區(qū)人體舒適度指數(shù)分區(qū)；于庚康等[8]通過線性趨勢以及通徑分析法，對人體舒適度指數(shù)的時空演變特征進(jìn)行了分析；劉玉蘭等[9]計(jì)算了寧夏人體舒適度的變化；周德宏等[10]選取溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)等指標(biāo)，對人體舒適度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；鄭敬剛等[11]對不同類型的綠化區(qū)域進(jìn)行了人體舒適度評價；朱衛(wèi)浩等[12]對人體舒適度指數(shù)時空演變、各影響因子的權(quán)重以及夏季6、7、8月的偏熱天數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；黃鶴樓等[13]研究了城市化進(jìn)程對人體舒適度氣象指數(shù)及相關(guān)氣象要素的影響。

麗水地處浙江西南部，亞熱帶季風(fēng)氣候和山地立體氣候并存，四季分明、雨熱同步、冬暖春早、降水充沛、熱量充足。素有“秀山麗水、養(yǎng)生福地、長壽之鄉(xiāng)”之美稱，擁有中國氣候養(yǎng)生之鄉(xiāng)、中國天然氧吧城市、生態(tài)旅游第一市、國際休閑養(yǎng)生城市、中國優(yōu)秀旅游城市、國家森林城市等諸多美譽(yù)。麗水市氣候指標(biāo)占優(yōu)，生態(tài)指標(biāo)領(lǐng)先，其休閑養(yǎng)生適宜性在國內(nèi)城市中具有突出優(yōu)勢[14]。但以往的研究結(jié)合山地地形特點(diǎn)，分析人體適宜度的相對較少，針對麗水當(dāng)?shù)氐娜梭w舒適度研究則更少。由于人體舒適度在城市環(huán)境氣象服務(wù)中具有重要的基礎(chǔ)性地位，因此結(jié)合麗水地形特點(diǎn)，對山區(qū)的人體舒適度進(jìn)行評價，探究立體優(yōu)勢氣候資源，可以為麗水的避暑、養(yǎng)生、休閑、旅游等資源開發(fā)提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 資料與方法

氣象資料取自麗水市358個區(qū)域自動站(圖1)2016—2020年逐日氣象觀測資料，氣象要素包括各站點(diǎn)逐日平均氣溫、平均相對濕度、平均風(fēng)速等。

圖1 麗水山地地形和站點(diǎn)分布圖

本研究采用人體舒適度指數(shù)K對各站點(diǎn)的人體舒適環(huán)境進(jìn)行評價[15-17]，計(jì)算公式如下。

(1)

式中，K為人體舒適度指數(shù)；t為平均溫度，單位℃；Rh為平均相對濕度(%)；v為平均風(fēng)速，單位m/s。根據(jù)人體舒適度指數(shù)的大小，將舒適等級劃分為：很冷、冷、涼、涼爽、舒適、溫暖、暖、熱、很熱9個等級(表1)。

表1 人體舒適度等級劃分表

本研究根據(jù)以上人體舒適度評價等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，利用麗水市358個區(qū)域自動氣象站2016—2020年逐日氣象觀測資料，重點(diǎn)探究麗水山地海拔高度對人體舒適度指數(shù)的影響，從而對山區(qū)舒適環(huán)境進(jìn)行空間區(qū)劃，為氣候養(yǎng)生資源的開發(fā)利用提供支撐。

2 麗水山地海拔對人體舒適環(huán)境的影響

通過麗水山地人體舒適度與地理要素的相關(guān)性分析可知，經(jīng)度、緯度、海拔高度與人體舒適度的相關(guān)系數(shù)分別為0.102、0.094、-0.913。由于麗水范圍較小，在該區(qū)域內(nèi)經(jīng)度和緯度的變化對人體舒適度影響不顯著；而海拔高度對人體舒適度影響極大，通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)，呈極顯著負(fù)相關(guān)。

2.1 人體舒適度隨海拔的年變化特征

2016—2020年麗水山地年平均人體舒適度指數(shù)為58.6，屬于“涼爽，較舒適”等級，人體舒適度指數(shù)隨海拔變化幅度較大，最低為44.9(“涼，不舒適”等級，位于龍泉黃茅尖，海拔1 919 m)，最高為63.3(“舒適”等級，位于納愛斯廣場，海拔60 m)(圖2)。隨海拔的升高，人體舒適度指數(shù)降低，每上升100 m人體舒適度指數(shù)下降0.8。海拔在300 m以下區(qū)域，人體舒適度以“舒適”級別為主；300～1 500 m區(qū)域，人體舒適度指數(shù)大多屬于“涼爽，較舒適”等級；1 500 m以上區(qū)域，人體舒適度指數(shù)主要屬于“涼，不舒適”等級。

圖2 2016—2020年麗水山地年平均人體舒適度指數(shù)隨海拔變化特征

2.2 人體舒適度隨海拔的月、季變化特征

人體舒適度指數(shù)隨海拔表現(xiàn)為降低趨勢， 但在不同月份、不同季節(jié)人體舒適度指數(shù)隨海拔變化趨勢不一致， 甚至相差較明顯。為了進(jìn)一步探究不同時間尺度海拔對人體舒適環(huán)境的影響，運(yùn)用線性擬合分析方法，建立人體舒適度指數(shù)與海拔高度的推算模型(表2)。不同時間尺度的人體舒適度指數(shù)與海拔高度的相關(guān)系數(shù)均通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)，R2較高。其中春季(3—5月)海拔每上升100 m人體舒適度指數(shù)下降0.7(3月)～0.8(4、5月)，夏季(6—8月)人體舒適度指數(shù)下降0.9(6月)～1.0(7、8月)，秋季(9—11月)人體舒適度指數(shù)下降0.7(11月)～0.9(9、10月)，冬季(12—次年2月)人體舒適度指數(shù)下降0.6?？梢娤陌肽耆梭w舒適度指數(shù)與海拔高度的負(fù)相關(guān)性更為明顯，尤以7—8月最為顯著，夏季可利用山地海拔特點(diǎn)進(jìn)一步開發(fā)避暑優(yōu)勢氣候資源。

表2 基于海拔高度的麗水山地人體舒適度指數(shù)推算模型

2.3 人體舒適度隨海拔的分布

為了更直觀了解海拔對人體舒適環(huán)境的影響，研究不同季節(jié)人體舒適度隨海拔的分布情況，從而為不同時節(jié)合理開發(fā)利用氣象資源提供參考依據(jù)。根據(jù)人體舒適度與海拔的推算模型，進(jìn)一步確定麗水不同月份不同海拔的人體舒適度分布，如表3所示。綠色系表示“舒適”等級，可以明顯看出“舒適”時段主要集中在夏半年，高海拔地區(qū)也表現(xiàn)為“較舒適”等級。僅在盛夏7—8月海拔約300 m以下為“暖，不舒適”等級；隨著海拔升高，300～800 m達(dá)到“溫暖，較舒適”等級，800～1 800 m達(dá)到“舒適”等級，1 800 m以上甚至達(dá)到“涼爽，較舒適”等級?？梢娤募钧愃降乇苁瞽h(huán)境優(yōu)越，可待進(jìn)一步開發(fā)利用。冬半年只有冬季約1 500 m以上的高海拔地區(qū)表現(xiàn)為“冷，很不舒適”，中、低海拔地區(qū)主要表現(xiàn)為“涼，不舒適”。春季和秋季僅在初春(3月)和深秋(11月)高海拔地區(qū)表現(xiàn)為“涼，不舒適”，除此之外1 500 m以下人體感覺“涼爽，較舒適”為主，500 m以下低海拔山區(qū)和平原地區(qū)人體感覺“舒適”為主。

表3 麗水人體舒適度指數(shù)隨海拔高度的月變化特征

2.4 人體舒適度四季的空間區(qū)劃

為了進(jìn)一步明確麗水山地人體舒適度的分布狀況，對麗水山地四季人體舒適度進(jìn)行空間區(qū)劃，如圖3所示。春季和秋季的人體舒適環(huán)境的空間區(qū)劃較為相似，都是高海拔地區(qū)主要表現(xiàn)為“涼，不舒適”，中海拔地區(qū)表現(xiàn)為“涼爽，較舒適”，低海拔和平原地區(qū)表現(xiàn)為“舒適”，其中秋季人體舒適度指數(shù)比春季稍高一些。冬季主要表現(xiàn)為高海拔地區(qū)“冷”，中、低海拔和平原地區(qū)表現(xiàn)為“涼”，沒有“極冷”的情況出現(xiàn)。夏季人體舒適度指數(shù)由西南向東北逐漸增大，人體舒適度指數(shù)范圍為58.5～76.4，橫跨“涼爽”、“舒適”、“溫暖”和“暖”4個等級。各等級中，“涼爽”地區(qū)分布較少，只集中在高海拔山區(qū)；“舒適”地區(qū)分布較廣，主要分布在中、高海拔山區(qū)，如龍泉市鳳陽山、慶元縣百山祖、縉云縣大洋山等；“溫暖”等級在全市面積分布最廣，各條山脈的中、低海拔區(qū)域分布較多；“暖，不舒適”等級主要出現(xiàn)在人類活動較為密集的城區(qū)，主要集中在蓮都區(qū)城區(qū)到碧湖平原、松古平原、青田甌江沿岸，以及云和縣城等地區(qū)?？梢?，麗水人體舒適度分布與海拔高度較為密切，夏季可以向山區(qū)探尋較為舒適的避暑之地。

圖3 麗水山地四季人體舒適度空間區(qū)劃分布(a春季、b夏季、c秋季、d冬季)

3 結(jié)論與討論

(1)麗水山地年平均人體舒適度指數(shù)為58.6，屬于“涼爽，較舒適”等級。海拔與人體舒適度指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，人體舒適度指數(shù)隨海拔的升高而降低，海拔每上升100 m，年平均人體舒適度指數(shù)下降0.8。盛夏7—8月人體舒適度指數(shù)隨海拔遞減率增加至1.0/100 m，冬季遞減率減小至0.6/100 m。

(2)麗水山地“舒適”時段主要集中在夏半年，夏季海拔約300 m以上人體感覺“較舒適”，盛夏7—8月海拔約800～1 800 m感覺“舒適”；春、秋季海拔約1 500 m以下感覺“較舒適”，500 m以下人體感覺“舒適”。冬季海拔約1 500 m以上感覺“冷”，1 500 m以下感覺“涼”。

(3)麗水山地夏季舒適區(qū)域主要集中在中、高海拔山區(qū)，其中龍泉市鳳陽山、慶元縣百山祖、縉云縣大洋山等地較為舒適；春、秋季舒適區(qū)域分布在中、低海拔山區(qū)和平原地區(qū)；冬季適宜在低海拔和平原地區(qū)活動。

(4)本研究結(jié)合了地形要素，分析了海拔對人體舒適環(huán)境的影響，為麗水氣候養(yǎng)生資源開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。不過由于站點(diǎn)要素時間序列長度限制，并且地理信息要素較少，本研究結(jié)論尚存在一定的局限性。今后將引入更為精細(xì)、時間更長的觀測數(shù)據(jù)和更多的地理信息要素，進(jìn)一步提高人體舒適度研究的科學(xué)性。