近60年廬山旅游氣候舒適度變化特征分析

黎景銳, 羅懷良,2*, 嚴(yán)椰籬, 肖 賢

(1. 四川師范大學(xué) 地理與資源科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610101; 2. 四川師范大學(xué) 西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610066)

在全球變暖背景下,氣候變化對(duì)旅游業(yè)的影響機(jī)制及效應(yīng)受到廣泛關(guān)注[1].旅游氣候舒適度是建立在人體與環(huán)境之間熱交換原理的基礎(chǔ)上,從氣象學(xué)和生物學(xué)角度評(píng)價(jià)人類在不同氣候條件下舒適感的一項(xiàng)指標(biāo)[2].開展旅游氣候舒適度評(píng)價(jià)對(duì)于科學(xué)指導(dǎo)旅游出行、客觀評(píng)價(jià)城市人居環(huán)境等都具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義[3].氣候舒適度研究已有近百年的歷史[4].在國(guó)外,早期通常以儀器直接觀測(cè)結(jié)果作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),如空氣溫度、濕球溫度和卡他度等[5].

20世紀(jì)20年代以后,相關(guān)研究進(jìn)入經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)代.經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪且匀说闹饔^感受作為評(píng)價(jià)依據(jù),利用經(jīng)驗(yàn)公式或統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)建的人體舒適度模型,典型的有有效溫度指數(shù)(ET)[6]、風(fēng)寒指數(shù)(WCI)[7]、溫濕指數(shù)(THI)[8]和實(shí)感溫度(AT)[9].20 世紀(jì)60 年代,研究進(jìn)入機(jī)理模型時(shí)代.機(jī)理模型是基于人體熱平衡而提出的一種模型,典型的有預(yù)測(cè)平均投票數(shù)(PMV)[10]、生理等效溫度(PET)[11]和通用熱氣候指數(shù)(UTCI)[12].

在我國(guó),氣候舒適度研究起步于20 世紀(jì)80 年代中期.研究方法主要采用風(fēng)濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)等,研究?jī)?nèi)容包括不同空間尺度上氣候舒適度的空間分布及時(shí)間變化特征[3].在大空間尺度方面,孔欽欽等[13]利用UTCI模型研究了中國(guó)氣候舒適度空間格局,認(rèn)為氣候舒適度除在青藏高原呈環(huán)島狀分布外,在我國(guó)均呈緯向分布;馬麗君等[1]、王勝等[14]和曹云等[15]分別對(duì)陜西省、安徽省和京津冀地區(qū)的氣候舒適度進(jìn)行了綜合區(qū)劃與評(píng)價(jià).在小尺度空間方面,吳菲等[16]、吳芳芳等[17]利用溫濕指數(shù)對(duì)城市廣場(chǎng)、綠地和河岸帶等區(qū)域進(jìn)行了氣候舒適度的細(xì)化研究.此外,還有相關(guān)學(xué)者利用溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)等指數(shù)模型,展開氣候舒適度對(duì)景區(qū)游客數(shù)量的影響研究[18-19].廬山作為四大避暑勝地之一,在全球變暖的大背景下,未來必將迎來更多游客的關(guān)注和青睞.本文對(duì)廬山旅游氣候舒適度進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),以期為未來旅游發(fā)展戰(zhàn)略提供理論依據(jù),也為旅游者選擇較為舒適的旅游時(shí)期提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況廬山位于江西省九江市,整個(gè)山體南北長(zhǎng)29 km,東西寬約16 km,山體面積302 km2,海拔25～1 473.8 m,介于東經(jīng)115°52′～116°8′,北緯29°26′～29°41′之間.多年平均最高氣溫32 ℃,最低氣溫-16.8 ℃,年平均氣溫11.4 ℃.廬山雨量豐沛,年降雨量1 917 mm,年平均有雨日達(dá)168 d,廬山云霧較多,全年平均有霧日達(dá)192 d.1996年廬山被世界遺產(chǎn)委員會(huì)列入《世界遺產(chǎn)名錄》,擁有中國(guó)十大名山、四大避暑勝地等榮譽(yù)稱號(hào),是首批全國(guó)文明風(fēng)景旅游區(qū)示范點(diǎn).主要名勝古跡有觀音橋、白鹿洞、周瑜點(diǎn)將臺(tái)、愛蓮池、三疊泉、仙人洞、含鄱口、美廬、會(huì)址等.為更好地對(duì)廬山旅游進(jìn)行管理和規(guī)劃,2016年5月設(shè)立廬山市,自設(shè)市以來,旅游經(jīng)濟(jì)主要指標(biāo)保持高位高速增長(zhǎng),2019年接待游客6 180萬人次,較上一年增長(zhǎng)23.3%,旅游總收入400.17億元,增長(zhǎng)16.8%.

1.2 數(shù)據(jù)本文數(shù)據(jù)來自國(guó)家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/),包括《中國(guó)地面氣候資料年值數(shù)據(jù)集》《中國(guó)地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集》和《中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0) 》3個(gè)主要數(shù)據(jù)集.選取廬山氣象站(29°25′N,115°59′E)1960—2019年逐年、逐月及逐日平均氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)等氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),為氣候舒適度指數(shù)的計(jì)算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

1.3 方法

1.3.1Mann-Kendall突變檢驗(yàn) Mann-Kenddall突變檢驗(yàn)[20]是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法,最初由曼(H.B.Mann)和肯德爾(M.G.Kendall)提出,故稱曼-肯德爾(Mann-Kendall)法.該方法可以判斷氣候序列中是否存在氣候突變,如果存在,可確定突變發(fā)生的時(shí)間,具體計(jì)算過程由Matlab軟件實(shí)現(xiàn).

1.3.2氣候舒適度指數(shù)模型 氣候是否舒適是根據(jù)一定條件下皮膚的溫度、出汗量、熱感和人體調(diào)節(jié)系統(tǒng)所承受的負(fù)荷來確定的,主要受最高 (最低) 氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)力大小和日照4個(gè)因素的制約[1].在大量的舒適度評(píng)價(jià)的研究中,形成了很多種評(píng)價(jià)方法,在前人研究的基礎(chǔ)上,選取運(yùn)用較為廣泛的溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、著衣指數(shù)以及綜合舒適度指數(shù)對(duì)廬山旅游氣候舒適度進(jìn)行研究.

1) 溫濕指數(shù)(temperature-humidity index,THI)[8,15],是通過溫度和相對(duì)濕度的組合,反映人體與周圍環(huán)境的熱量交換,是氣候舒適度的重要指標(biāo).計(jì)算如下：

ITH=(1.8×T+32)-0.55×

(1-RH)×(1.8×T-26)，

(1)

式中,T為溫度(℃),RH為相對(duì)濕度(%).

2) 風(fēng)效指數(shù)(wind-effect index,WEI)[21],是指風(fēng)速和氣溫對(duì)裸露人體熱量散失的影響,既考慮體表的散熱,也考慮了太陽(yáng)輻射后人體的增熱,反映了體表與周圍環(huán)境之間的熱交換,即皮膚溫度為33 ℃時(shí),體表單位面積的熱交換量(正值為吸熱,負(fù)值為散熱).計(jì)算式如下：

(33-T)+8.55×S，

(2)

式中,V為風(fēng)速(m/s),T為溫度(℃),S為日照時(shí)數(shù)(h/d).

3) 著衣指數(shù)(index of cloth loading,ICL)[22],綜合了溫度、太陽(yáng)輻射、人體代謝和風(fēng)速等多種因素,人們可以根據(jù)著衣指數(shù)的大小來選擇不同的衣服而改變氣候的不舒適性.計(jì)算式如下：

ICL=

(3)

式中,T為攝氏氣溫(℃);H代表人體代謝率的75%,文中取輕活動(dòng)量下的代謝率,此時(shí)H=87 W/m2;A表示人體對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收情況,文中取0.06;R表示垂直陽(yáng)光的單位面積土地所接收的太陽(yáng)輻射(W/m2),一般取太陽(yáng)常數(shù)R=1 367 W/m2;α是太陽(yáng)高度角,設(shè)緯度為β,夏季各地太陽(yáng)高度角為90-β+23°26′,冬季時(shí)各地太陽(yáng)高度角為90-β-23°26′,春秋各地太陽(yáng)高度角為90-β;V為風(fēng)速(m/s).

4) 綜合舒適度指數(shù)(Comprehensive Comfort Index,CCI)，綜合舒適指數(shù)以溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)為基礎(chǔ),采用專家打分和層次分析法確定各指數(shù)的權(quán)重,建立氣候舒適性綜合評(píng)價(jià)模型,能更準(zhǔn)確、更方便地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,本文借用馬麗君等[23]的計(jì)算公式：

ICC=0.6×XT+0.3XW+0.1×XI，

(4)

式中,XT、XW和XI分別為溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)的分級(jí)賦值,0.6、0.3、0.1為各指數(shù)權(quán)重系數(shù).

根據(jù)人們戶外感受相對(duì)程度,在馬麗君等[23]的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上,將3個(gè)指數(shù)分為5個(gè)等級(jí),1～5級(jí)分別對(duì)應(yīng)：舒適、較舒適、較不舒適、不舒適、極不舒適.

賦值為1、2、3、4、5,其數(shù)值越接近1,氣候舒適程度就越高.其中1≤I≤2 時(shí)為舒適等級(jí),2

表 1 溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值

2 廬山近60年氣候變化特征

2.1 廬山近60年各氣候要素變化趨勢(shì)氣候變化會(huì)直接影響旅游氣候舒適度,根據(jù)三大舒適度指數(shù)所涉及的主要?dú)夂蛞?筆者選取了廬山1960—2019年溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度和日照4個(gè)要素,采用5 a滑動(dòng)平均、線性擬合進(jìn)行分析,結(jié)果如圖1所示.

由圖1(a)氣溫變化可知,廬山近60年年平均氣溫總體呈明顯的波動(dòng)性上升趨勢(shì),平均氣溫為11.8 ℃;由線性擬合趨勢(shì)線可知,氣候傾向率為0.213 ℃/(Da),年均溫共上升約1.278 ℃.由圖1(b)風(fēng)速變化可知,年平均風(fēng)速呈明顯下降趨勢(shì),由1960年的5.9 m/s降為2019年的3.5 m/s,共下降2.4 m/s.由圖1(c)相對(duì)濕度變化可知,整體較為穩(wěn)定,相對(duì)濕度穩(wěn)定在78%左右,2000年以來波動(dòng)較大,2010年以來有所增加.由圖1(d)日照變化可知,整體呈減少趨勢(shì),日照時(shí)數(shù)由5.5 h/d減少為4.3 h/d,共減少1.2 h/d.

2.2 各氣候要素的Mann-Kendall突變檢驗(yàn)采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn),通過Matlab軟件,分別繪制UF和UB曲線圖,結(jié)果如圖2所示.

如果UF和UB曲線交點(diǎn)在置信水平線(圖2中虛線,采用置信水平P=0.05,置信水平線為±1.96)之間,那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間.若UF值大于0,則表明序列呈上升趨勢(shì),小于0則表明呈下降趨勢(shì).由圖2(a)氣溫可知,從UF曲線可以看出,1977年以氣溫略微下降,1977年以后開始上升,2004年以后,UF值遠(yuǎn)超臨界值U0.05=±1.96,氣溫顯著上升.從UF和UB曲線的交點(diǎn)可以看出,2001年出現(xiàn)了突變,且通過0.05置信度水平.由圖2(b)風(fēng)速可知,UF曲線呈明顯下降趨勢(shì),1970年以后,UF值遠(yuǎn)超臨界值U0.05,風(fēng)速開始顯著下降.突變點(diǎn)出現(xiàn)在1981年，但超過了0.05的置信度水平區(qū)間,故突變時(shí)間不明顯.由圖2(c)相對(duì)濕度可知,UF曲線1978年以前有小幅波動(dòng),1978年以后開始降低,沒有超過臨界值U0.05,下降不明顯,直到2004年超過臨界值U0.05,出現(xiàn)明顯的下降,2010年以后又明顯上升.UF和UB曲線共3個(gè)交點(diǎn),表明出現(xiàn)了4次干濕交替.由圖2(d)日照可知,UF曲線1970年以前小幅上升,1970年以后開始下降,并在1982年超過臨界值U0.05,開始顯著下降.有兩個(gè)突變點(diǎn),分別是1976年和1980年.

3 氣候舒適度變化特征分析

3.1 年際舒適天數(shù)變化特征首先,根據(jù)廬山1960—2019逐日氣象數(shù)據(jù),計(jì)算三大舒適度指數(shù).然后,根據(jù)表1分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行賦值,得到逐日綜合舒適度.最后,得到各年份不同等級(jí)(舒適、較舒適、較不舒適、不舒適4個(gè)等級(jí))的舒適天數(shù).選取4個(gè)等級(jí)中具有代表性的舒適天數(shù)、不舒適天數(shù)以及舒適率(舒適天數(shù)占全年天數(shù)的比重)為對(duì)象進(jìn)行分析,結(jié)果如圖3所示.

由圖3可知,從整體來看,舒適天數(shù)增加趨勢(shì)明顯(3.38 d/Da),不適天數(shù)減少明顯(-2.98 d/Da),舒適率有微弱上升趨勢(shì)(0.935%/Da).從波動(dòng)范圍來看,舒適天數(shù)在102～171 d之間,不舒適天數(shù)在44～87 d之間,舒適率在27.73%～46.85%之間.從波動(dòng)頻率來看,1983年以前3個(gè)指標(biāo)的波動(dòng)頻率均較1983年以后高,且波動(dòng)范圍更大,說明1983年以來各舒適天數(shù)更為穩(wěn)定.

圖 3 1960—2019年廬山舒適天數(shù)、不舒適天數(shù)以及舒適率的變化

Fig.3Thecomfortabledays,uncomfortabledaysandcomfortableratevariationinMountLufrom1960to2019

3.2 月際舒適天數(shù)變化特征氣候舒適性在月份上具有明顯的集中性,通過分析各月份舒適天數(shù),可以確定一年內(nèi)的舒適期分布.筆者將廬山近60年分為6個(gè)年代,即每10年為一個(gè)年代,利用10年的平均值計(jì)算各月的舒適度天數(shù)以及綜合舒適度指數(shù),以期分析各年代之間的變化關(guān)系.將各月份達(dá)到舒適和較舒適兩個(gè)舒適等級(jí)的天數(shù)疊加,生成舒適天數(shù)的柱狀堆積圖,并結(jié)合各月綜合舒適度指數(shù),得到月舒適天數(shù)變化,如圖4所示.

由圖4可知,從各月份舒適天數(shù)的分布來看,6個(gè)年代的5月、6月和9月舒適天數(shù)均>23 d,是廬山最佳旅游舒適期;4月、7月、8月和10月舒適和較舒適天數(shù)也在15 d以上,是次旅游舒適期;3月和11月是舒適與不舒適月份的過渡期;12月至次年2月舒適天數(shù)均為0,為廬山氣候的不舒適期.從綜合舒適度指數(shù)來看,6個(gè)年代均呈“W”型,即存在春夏、夏秋兩種類型的舒適期.從各年代的變化來看,3月的舒適天數(shù)經(jīng)歷了從20世紀(jì)60年代到90年代的減少,再?gòu)?0年代以后增加的過程,此外,由于近年來氣溫的持續(xù)升高,使7月和8月的舒適等級(jí)有從舒適等級(jí)向較舒適等級(jí)遷移的趨勢(shì).

3.3 近60年(1960—2019)舒適期變化特征舒適期是指舒適度從穩(wěn)定進(jìn)入較舒適等級(jí)到穩(wěn)定結(jié)束較舒適等級(jí)之間的時(shí)期.將1960—2019共60年以每10年為間隔分為6個(gè)年代,以方便分析其年代變化特征,利用每10年各氣象要素的均值,計(jì)算得到全年的舒適期,結(jié)果中出現(xiàn)兩個(gè)明顯的舒適期,如表2所示.

表 2 1960—2019年不同年代間舒適期的變化特征

注：SD為start date(舒適期開始日期)，ED為end date(舒適期結(jié)束日期)

由表2可知,從舒適期變化來看,近10年(2010—2019)與近60年(1960—2019)均值相比,第一期的舒適開始日期與結(jié)束日期均提前,開始日期從4月18日提前到4月16日(2 d左右),結(jié)束日期從7月3日提前到6月28日(5 d左右);第二期的舒適開始日期與結(jié)束日期均明顯延后,開始日期從8月17日延后到8月24日(7 d左右),結(jié)束日期從10月16日延后到10月24日(8 d左右).從總天數(shù)和舒適率來看,都有明顯增加趨勢(shì),其中第一個(gè)年代(1960—1969)總天數(shù)和舒適率均最低,第四個(gè)年代(1990—1999)總天數(shù)和舒適率均最高.從60年均值來看,全年共有2個(gè)舒適期,第一期大致從4月8日至7月3日,占73 d,第二期大致從8月17日至10月16日,占61 d;全年舒適天數(shù)在137 d左右,舒適率約為37.5%.

4 結(jié)果與討論

基于近60年廬山氣象數(shù)據(jù),在分析氣候變化的基礎(chǔ)上,以溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、著衣指數(shù)和綜合舒適度指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo),來探討廬山旅游氣候舒適度變化特征,得到結(jié)論如下.

1) 氣候分析顯示,近60年廬山氣候變化顯著,氣溫上升趨勢(shì)明顯,氣候傾向率為0.213 ℃/Da;年均溫60年累計(jì)上升約1.278 ℃,年平均風(fēng)速共下降2.4 m/s,相對(duì)濕度穩(wěn)定在78%左右,日照時(shí)數(shù)共減少1.2 h/d.

2) Mann-Kendall突變檢驗(yàn)顯示,除氣溫突變點(diǎn)在2001年外,平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和相對(duì)濕度突變點(diǎn)均集中在20世紀(jì)80年代.其中,2004年以后氣溫顯著上升,1970年以后風(fēng)速開始顯著下降,相對(duì)濕度從1978年開始分別出現(xiàn)了4次干濕交替,1982年以后日照時(shí)數(shù)開始顯著下降.

3) 從年際舒適天數(shù)變化特征來看,舒適天數(shù)增加趨勢(shì)明顯(3.38 d/Da),不適天數(shù)減少明顯(-2.98 d/Da),舒適率有微弱上升趨勢(shì)(0.935%/Da).廬山旅游舒適日數(shù)在年際間呈增多的趨勢(shì),對(duì)該地區(qū)旅游業(yè)發(fā)展是一個(gè)有利因素.

4) 從月際舒適天數(shù)變化特征看,廬山最佳旅游舒適期為5月、6月和9月(舒適天數(shù)均>23 d),廬山旅游氣候的不舒適期為12月至次年2月(適天數(shù)均為0);近60年均值顯示,舒適期為4月8日至7月3日和8月17日至10月16日,全年舒適天數(shù)在137 d左右,舒適率約為37.5%.

在全球氣溫變暖的背景下,廬山旅游氣候舒適度并未降低，而是不斷提高,因此,未來該地區(qū)避暑旅游還將成為熱點(diǎn),如何發(fā)展避暑旅游項(xiàng)目,開發(fā)旅游氣候資源在未來研究中值得探討.舒適期的變長(zhǎng),會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來有利影響,但如何應(yīng)對(duì)游客增長(zhǎng)對(duì)旅游服務(wù)設(shè)施和生態(tài)環(huán)境帶來的壓力等同樣值得注意.