1971—2019年廈門氣候環(huán)境舒適性變化特征及影響因子分析

楊秀敏，陳嬌娜，陳 琳，郭 林

（1.廈門市氣象服務(wù)中心，福建 廈門361012；2.廈門市氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，福建 廈門361012）

氣候變暖趨勢下，氣候變化對環(huán)境和健康的影響越來越明顯，城市氣候環(huán)境舒適性受到人們的廣泛關(guān)注。人體舒適度表征著人體在氣候環(huán)境中舒適與否的程度，是衡量城市氣候環(huán)境舒適性的指標(biāo)之一，在城市環(huán)境氣象服務(wù)中具有重要的基礎(chǔ)性地位[1]。

人體舒適度指數(shù)（Comfort of Human BodyⅠndex，以下簡稱“ICHB”），常用來表征人體在某種氣象條件下對環(huán)境感覺舒服的程度[2-3]，主要取決于氣溫、濕度和風(fēng)速。研究人體舒適度指數(shù)有助于提示人們根據(jù)氣候環(huán)境變化來及時采取措施，適應(yīng)環(huán)境。通過對廈門人體舒適度變化特征進(jìn)行分析研究，為廈門市宜居環(huán)境評估、旅游業(yè)發(fā)展及城市環(huán)境氣象服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選取廈門市東渡狐尾山國家基本氣象觀測站1971—2019年逐日氣象資料，包括日平均氣溫、日平均相對濕度、日平均風(fēng)速3個氣象要素。自然天氣季節(jié)劃定為：3—6月為春季，7—9月為夏季，10—11月為秋季，12月至次年2月為冬季[4]。

1.2 指數(shù)計算方法

早期對舒適度的研究多是一些定性的描述或采用經(jīng)驗公式進(jìn)行定量討論，1966年TERJUNG提出氣候舒適性指數(shù)的概念[5]。隨后國內(nèi)外學(xué)者對人體舒適度指數(shù)的計算及舒適度評價提出了多種不同的方法[6-10]，如以溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)等為基礎(chǔ)，建立綜合舒適度指數(shù)；基于GⅠS技術(shù)和風(fēng)環(huán)境特征開展氣候環(huán)境舒適度評價等。

本文選用較常用的方法進(jìn)行計算[3，9]，公式如下：

式（1）中：T為溫度，℃；RH為濕度，%；V為風(fēng)速，m/s。

依據(jù)式（1）計算出來的舒適度指數(shù)劃分為3個級別9種體感，如表1所示。

表1 人體舒適度指數(shù)等級標(biāo)準(zhǔn)

1.3 通徑分析法

影響舒適度指數(shù)的氣象因子有多種，而各種因子之間又相互影響。因此，若要分析影響因子的主次關(guān)系，除簡單相關(guān)分析外，還需進(jìn)行通徑分析。通徑分析將自變量Xi與因變量Y的相關(guān)系數(shù)分解成直接通徑系數(shù)Pi和間接通徑系數(shù)rijPi，Pi為自變量Xi對因變量Y的直接作用結(jié)果，rijPi表示該自變量通過其他自變量產(chǎn)生的間接作用結(jié)果。通過對通徑系數(shù)的求解和分析，可以判斷影響因變量的直接作用因子和間接作用因子[11]。通徑分析在Excel和SPSS中均可實(shí)現(xiàn)[12-13]，本文主要采用SPSS。

2 結(jié)果與分析

2.1 日數(shù)分布特征

2.1.1 年均日數(shù)分布特征

1971—2019年廈門市不同等級舒適度日數(shù)變化趨勢如圖1所示。分析3個等級舒適度日數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果表明，1971年以來，廈門舒適年均日數(shù)占總體的75.8%，冷不舒適和熱不舒適分別占12.7%和11.5%，即1971年以來，廈門整體呈現(xiàn)舒適的特征。廈門市人體舒適度指數(shù)年均日數(shù)比例分布特征如圖2所示。分析日數(shù)變化趨勢可知，舒適和熱不舒適天數(shù)均為增加趨勢，冷不舒適天數(shù)表現(xiàn)為下降趨勢。

圖1 1971—2019年廈門市不同等級舒適度日數(shù)變化趨勢圖

圖2 廈門市人體舒適度指數(shù)年均日數(shù)比例分布特征

廈門市各等級人體舒適度年均日數(shù)及傾向率如表2所示。從9種體感的日數(shù)分布來看，1971年以來，廈門人體舒適度主要集中在涼、涼爽、舒服、暖和和熱，不存在寒冷和酷熱等級。其中舒服比例最大，為41.6%；其次是暖和，為20.7%；涼和涼爽分別為占12.7%和13.5%；熱占11.5%。從日數(shù)變化趨勢來看，涼的負(fù)傾向率最大，以6.570 d/10a-1的速度減少；熱的正傾向率最大，以3.889 d/10a-1的速度增加。

表2 廈門市各等級人體舒適度年均日數(shù)及傾向率

2.1.2 夏季和冬季日數(shù)變化特征

夏季和冬季各等級舒適度日數(shù)及線性傾向率如表3所示。對夏季、冬季不同等級舒適度的日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明廈門夏季舒適、熱不舒適平均日數(shù)占比分別為61%和39%，冬季舒適、冷不舒適平均日數(shù)占比分別為60%和40%；夏季舒適日數(shù)呈下降趨勢，熱不舒適日數(shù)呈上升趨勢；冬季舒適日數(shù)呈上升趨勢，冷不舒適日數(shù)呈下降趨勢。這表明，在氣候變暖的趨勢下，冬季帶給人的冷不舒適感逐漸減弱，而廈門市夏季受西太平洋副熱帶高壓持續(xù)控制，常出現(xiàn)晴熱天氣，因此夏季給人帶來的熱不舒適感覺隨著極端高溫天氣的頻繁發(fā)生逐漸增強(qiáng)。

表3 夏季和冬季各等級舒適度日數(shù)及線性傾向率

2.2 舒適度指數(shù)變化特征

2.2.1 年際變化特征

1971—2019年廈門市人體舒適度指數(shù)年際變化趨勢如圖3所示。

圖3 1971—2019年廈門市人體舒適度指數(shù)年際變化趨勢圖

分析舒適度指數(shù)年際變化趨勢表明，1971年以來，廈門人體舒適度指數(shù)總體為上升趨勢，指數(shù)值在60～65之間，多年平均值為63。總體來說，廈門氣候是舒服的。

2.2.2 季節(jié)和月際變化特征

對不同季節(jié)和月份各等級舒適度指數(shù)均值進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如表4所示。

表4 不同季節(jié)和月份廈門市人體舒適度指數(shù)及線性傾向率

從季節(jié)尺度來看，廈門夏季舒適度指數(shù)最高，為74；冬季指數(shù)最低，為51，但均在舒適范圍內(nèi)。四季舒適度指數(shù)均呈上升趨勢。其中冬季的傾向率最大，為0.673·10a-1；其次是春季，為0.589·10a-1；最小的是夏季，為0.223·10a-1。

從月際尺度來看，廈門7月份舒適度指數(shù)最高，為75；12月份舒適度指數(shù)最低，為53；1—12月份舒適度指數(shù)均表現(xiàn)為上升趨勢，其中2月份的傾向率最大，為0.853·10a-1；11月份次之，為0.838·10a-1；最小的是7月份，為0.154·10a-1。

2.3 舒適度指數(shù)影響因子通徑分析

廈門市人體舒適度指數(shù)影響因子通徑系數(shù)如表5所示。通徑分析結(jié)果表明，氣溫與舒適度指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分為0.987，在0.01水平上顯著，風(fēng)速、相對濕度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.260和0.272，在0.1水平上顯著；氣溫是影響舒適度指數(shù)的最主要因子，風(fēng)速和相對濕度對舒適度的影響接近。氣溫和相關(guān)濕度與舒適度指數(shù)關(guān)系呈正相關(guān)，風(fēng)速為負(fù)相關(guān)。

表5 廈門市人體舒適度指數(shù)影響因子通徑系數(shù)表

氣溫直接通徑系數(shù)最大，為0.962，說明氣溫對舒適度指數(shù)的直接作用最大，風(fēng)速次之，相對濕度最小。氣溫、風(fēng)速和相對濕度的間接通徑系數(shù)均未達(dá)到顯著水平，說明要素之間相互作用不是很明顯。氣溫的間接通徑系數(shù)絕對值小于風(fēng)速和相對濕度，說明氣溫的間接作用較風(fēng)速和相對濕度不明顯，而風(fēng)速和相對濕度的間接作用較明顯，且風(fēng)速和相對濕度的間接通徑系數(shù)絕對值均大于各自的直接通徑系數(shù)，進(jìn)一步說明了風(fēng)速和相對濕度主要是通過其他因素對舒適度指數(shù)產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論與討論

1971年以來，廈門整體呈現(xiàn)舒適的特征，舒適日數(shù)較多，呈上升趨勢；熱不舒適天數(shù)也表現(xiàn)為上升趨勢；冷不舒適的天數(shù)表現(xiàn)為下降的趨勢。從9種體感的舒適度天數(shù)來看，廈門無寒冷和酷熱，人體舒適度主要集中在涼到熱之間，涼的日數(shù)減少趨勢明顯，舒服、熱的日數(shù)增加趨勢明顯，涼爽、暖和的變化趨勢較不明顯。

從夏季和冬季舒適度日數(shù)來看，1971年以來廈門夏季舒適日數(shù)呈下降趨勢，熱不舒適日數(shù)呈上升趨勢；冬季舒適日數(shù)呈上升趨勢，冷不舒適日數(shù)呈下降趨勢。從舒適度指數(shù)均值來看，1971—2019年廈門春季和秋季的舒適度指數(shù)均是5級，即為舒服的，從月份來看，3—5月份和10—12月份是舒服的，1—2月較為舒服。從指數(shù)的變化趨勢來看，1971年以來廈門舒適度指數(shù)表現(xiàn)為上升趨勢，其中以冬季和2月份的上升趨勢最明顯。氣溫、風(fēng)速、相對濕度與舒適度指數(shù)存在顯著的正（負(fù)）相關(guān)性，其中氣溫、相對濕度與舒適度指數(shù)呈正相關(guān)，風(fēng)速與舒適度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。氣溫是影響舒適度指數(shù)的最主要因子。氣溫對舒適度指數(shù)的影響主要表現(xiàn)為直接作用，風(fēng)速和相對濕度的影響主要體現(xiàn)為間接作用，通過氣溫產(chǎn)生影響。