海南氣候康養(yǎng)指數(shù)的構建及評估

張京紅，張明潔，張亞杰，楊 靜

（1.海南省氣候中心，?？?570203; 2.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，?？?570203）

諸多生理疾病和心理疾病的發(fā)生都與氣候條件密切相關。優(yōu)越的氣候環(huán)境，可以加快病癥康復、療養(yǎng)身心，還能通過積極刺激性氣候訓練，增強自身機能韌性，提高人體免疫力[1-2]。氣候康養(yǎng)是指以特定的氣候條件為依托，使人體從有害的氣候環(huán)境中轉移到有益的氣候環(huán)境，接受新的氣候刺激，并配套相關產(chǎn)品和服務，從而使機體功能向好的方向轉化，提高對疾病的抵抗力，達到治療的目的[3]。中國的氣候康養(yǎng)服務起步較晚，1985年王衍文等[4]首次研究了影響心肌梗塞的氣象因子，并根據(jù)逐日天氣形勢圖來進行預報，隨后許多機構開展了氣象因子對疾病的影響研究，發(fā)現(xiàn)與人體健康密切相關的氣候要素主要包括氣溫、相對濕度、氣壓、日照及負氧離子等[5]，如氣溫對體溫調(diào)節(jié)、關節(jié)性疾病等有重要影響，適宜人體康養(yǎng)的氣溫在18～26 ℃[6]；相對濕度在氣溫異常時對人體熱平衡和溫熱感有較大的影響，適宜康養(yǎng)的相對濕度在55%～75%之間[7]；氣壓的變化會引起人體內(nèi)肺泡氧分壓及動脈血氧飽和度的變化，適度的低氧環(huán)境可改善呼吸機能，輔助治療高血壓、糖尿病、心臟病等慢性病[8-10]；陽光輻射能夠起到促進生長和殺菌消毒的作用[11-12]；負氧離子能夠改善呼吸功能、心臟功能，增大肺活量，被稱作“長壽素”和“空氣維生素”[13]。由此可見，適宜的氣候環(huán)境能夠調(diào)節(jié)和改善人體健康狀況。盧山等[14]基于“黃金分割法”的人體舒適度指數(shù)，在云南省麗江市、貴州省習水市和錦屏縣3個旅游城市構建了體感溫度計算公式并進行等級劃分，探究其氣候康養(yǎng)效應。徐靜等[15]通過調(diào)整計算氣候舒適度指數(shù)，分析秦皇島地區(qū)的氣候舒適度變化趨勢，為到秦皇島康養(yǎng)的群體提供生活和出游氣象服務指導。朱保美等[16]采用溫濕指數(shù)、風效指數(shù)、穿衣指數(shù)和綜合舒適度指數(shù)對比分析了青島和濟南的氣候舒適度差異。孔欽欽等[17]采用通用熱氣候指數(shù)(UTCI) 對我國氣候舒適度時空變化進行了分析。綜上所述，以往的研究大多單純地分析氣候條件對人體健康，而氣象要素之外的氣候康養(yǎng)影響要素研究相對不足。

海南具有獨特的氣候、生態(tài)、清潔空氣等資源優(yōu)勢，這些優(yōu)勢資源的氣候康養(yǎng)作用如何，如何綜合評估各市縣氣候康養(yǎng)條件，哪個月份、哪些市縣的康養(yǎng)氣候條件最佳，其在全國的地位和優(yōu)勢如何，是亟需分析的科學問題。本研究在考慮氣候條件、空氣質量、生態(tài)環(huán)境等與氣候康養(yǎng)密切相關的自然環(huán)境資源條件的基礎上，構建氣候康養(yǎng)指數(shù)，開展海南省康養(yǎng)氣候條件評估及其與國內(nèi)主要城市康養(yǎng)氣候條件的對比分析研究，得出海南最佳康養(yǎng)地和康養(yǎng)旅居時間，為來海南進行氣候康養(yǎng)的人群提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 海南省 2016—2019年18 個國家氣象站和北京、太原、長春、哈爾濱、上海、杭州、黃山、福州、青島、鄭州、長沙、廣州、深圳、珠海、南寧、北海、重慶、攀枝花、貴陽、昆明、西雙版納、西安、蘭州等國內(nèi)23個主要城市國家氣象站逐日氣象觀測數(shù)據(jù)，包括平均氣溫、最低氣溫、平均風速、相對濕度等要素，來自海南省氣象局和國家氣象科學數(shù)據(jù)中心；海南省18個市縣2016—2019年逐月環(huán)境空氣質量綜合指數(shù)，來源于海南省環(huán)境監(jiān)測中心站發(fā)布的海南省環(huán)境空氣質量月報；歸一化植被指數(shù)（NDVI）來源于美國航空航天局（NASA，http://reverb.echo.nasa.gov）提供的MOD13Q1數(shù)據(jù)，時間尺度為2016年1月至2019年12月，時間分辨率為16 d，空間分辨率為250 m。通過Modis Reprojection Tools軟件對MOD13Q1數(shù)據(jù)進行投影和格式轉換[18]，然后采用最大合成法（MVC）得到月平均NDVI數(shù)據(jù)[19]。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候康養(yǎng)指數(shù)的構建 從氣候環(huán)境康養(yǎng)角度出發(fā)，綜合考慮氣候條件、空氣質量、生態(tài)環(huán)境等方面的影響，選取人體舒適度指數(shù)、環(huán)境空氣質量綜合指數(shù)、歸一化植被指數(shù)作為評價指標，采用加權指數(shù)求和的方法構建了氣候康養(yǎng)指數(shù)（CRI）：

式中，HBI為人類生物學家提出的城市人體舒適度指數(shù)[20]，該指數(shù)反映了人體對空氣的溫度、濕度、風等氣象要素的感受，提示人們根據(jù)氣象因子來調(diào)節(jié)生理，適應環(huán)境以及防范冷熱突變。本研究利用該指數(shù)代表某地的氣候條件。AQCI為描述城市環(huán)境空氣質量綜合狀況的環(huán)境空氣質量綜合指數(shù)，無量綱，其值隨著污染程度的加重而增大[21]。本研究利用該指數(shù)評價某地環(huán)境空氣質量。NDVI為歸一化植被指數(shù)，是目前評估植被狀況最有效的參數(shù)之一[22]，能夠反映出植物冠層的背景影響，范圍為-1～1?？捎肗DVI判斷植物生長狀態(tài)，值越大，表明植物長勢越好。植被的狀況決定著生態(tài)環(huán)境的質量，本研究利用NDVI代表某地生態(tài)環(huán)境質量。a、b、c為各項指數(shù)的權重，在咨詢相關專家的基礎上，采用層次分析法獲得，各項指標權重均為1/3。

1.2.2 指標值的歸一化處理方法 為了消除各個指標量綱不統(tǒng)一給計算帶來的不利影響，在不同指標進行加權之前，需對各指標進行歸一化處理，采用極差標準化處理方法。

式中，Xi為無量綱化處理后第i個指標的均一化值，xmax和xmin分別為該指標的最大值和最小值。經(jīng)過上述處理后，Xi范圍為0～1。

2 結果與分析

2.1 全國 41 個城市康養(yǎng)氣候條件對比

2.1.1 月康養(yǎng)氣候條件對比分析 根據(jù) 1.2中氣候康養(yǎng)指數(shù)的研究方法，計算2016—2019年逐月的 HBI、AQCI、NDVI和 CRI，得到海南省（三沙除外）18個市縣和長春、北京、杭州、福州、廣州、西雙版納國內(nèi)23個主要城市逐月的氣候康養(yǎng)指數(shù)并進行了排名（圖1）。從圖1可見，在41個城市的排名中，海南省18個市縣的氣候康養(yǎng)指數(shù)排名在12個月中均處于前列。1-3月和12月，海南省18個市縣均排在前20位，說明1月和12月在絕佳的人體舒適度、空氣質量和生態(tài)環(huán)境下，海南全省康養(yǎng)氣候條件優(yōu)于全國其他城市，十分適合進行氣候康養(yǎng)。4月海南有16個市縣排在前20位。5月海南有11個市縣排在前20位，5月海南中部和北部的大部分市縣人體舒適度、空氣質量和生態(tài)環(huán)境質量優(yōu)越，康養(yǎng)氣候條件仍優(yōu)于全國大部分城市，此時隨著氣溫升高，位于華東、華南和西南地區(qū)的部分城市人體舒適度水平提高，也適合進行氣候康養(yǎng)。6、7、8月海南有8、13、11個市縣排在前20位，夏季到來，大部分城市人體舒適度水平、空氣質量和生態(tài)環(huán)境質量提高，全國從東北、華北、華東到西南地區(qū)，均有城市氣候康養(yǎng)指數(shù)排在前20位，這些城市的康養(yǎng)氣候條件也優(yōu)于其他城市，適合進行氣候康養(yǎng)。9月海南有10個市縣排在前20位，主要為中部及西部沿海的市縣，全國從東北、華北、華東到西南地區(qū)，仍有部分城市氣候康養(yǎng)指數(shù)排在前20位，這些城市也適合進行氣候康養(yǎng)。10月海南有13個市縣排在前20位，隨著秋季的到來，東北地區(qū)的城市的人體舒適度、生態(tài)環(huán)境質量下降，氣候康養(yǎng)指數(shù)排名相對靠后，不再適合開展氣候康養(yǎng)活動。11月海南有17個市縣排在前20位，說明隨著冬季的到來，海南熱帶氣候條件優(yōu)越性得到充分體現(xiàn)，人體舒適度、空氣質量和生態(tài)環(huán)境均優(yōu)于全國其他城市，全省各市縣康養(yǎng)氣候條件優(yōu)于其他城市。

圖1 全國 41 個城市月氣候康養(yǎng)指數(shù)排名

2.1.2 四季康養(yǎng)氣候條件對比分析 由表1 可見，冬季海南省18個市縣全部排在前20位，春季和秋季分別有17和15個市縣排在前20位。夏季海南除東北部和西南部的個別市縣不適合進行氣候康養(yǎng)外，大部分市縣康養(yǎng)條件仍然優(yōu)于其他城市，適合進行氣候康養(yǎng)，有10個市縣排在前20位。

表1 全國 41 個城市四季氣候康養(yǎng)指數(shù)排名

續(xù)表1

2.2 海南各市縣氣候康養(yǎng)條件分析 根據(jù)各月氣候康養(yǎng)指數(shù)，海南省全年各月康養(yǎng)氣候條件最優(yōu)的市縣分別為：1月的白沙、五指山、保亭、三亞；2月的五指山和保亭；3月的白沙、五指山和瓊中，氣候康養(yǎng)指數(shù)均小于0.100；4月的五指山和瓊中，氣候康養(yǎng)指數(shù)在0.101～0.150之間；5-7月的五指山、白沙和瓊中，氣候康養(yǎng)指數(shù)在0.151～0.200之間；8月的五指山、白沙、瓊中、屯昌和定安，氣候康養(yǎng)指數(shù)在0.151～0.200之間；9月的五指山，氣候康養(yǎng)指數(shù)小于0.100；10和11月的五指山、白沙，12月的五指山、白沙、保亭、三亞最優(yōu)，氣候康養(yǎng)指數(shù)均小于0.100。根據(jù)四季氣候康養(yǎng)指數(shù)，五指山、瓊中和白沙的氣候康養(yǎng)指數(shù)在春、夏、秋三季均排在全省前三名，保亭、五指山、白沙和三亞冬季的氣候康養(yǎng)指數(shù)排在全省前三名，瓊中冬季氣候康養(yǎng)指數(shù)排在全省第五。總體上，各市縣全年在人體舒適度、空氣質量、生態(tài)環(huán)境等方面均具有良好的條件，氣候康養(yǎng)指數(shù)均小于0.350，康養(yǎng)氣候條件優(yōu)良，適宜進行氣候康養(yǎng)活動。相對而言，中部地區(qū)的五指山、白沙、瓊中等康養(yǎng)氣候條件更優(yōu)。

3 討 論

本研究從氣候環(huán)境康養(yǎng)角度出發(fā)，不僅考慮了氣候條件對康養(yǎng)效應的影響，還考慮了生態(tài)環(huán)境、空氣質量等方面對氣候康養(yǎng)的影響，在此基礎上，采用加權求和的方法構建了氣候康養(yǎng)指數(shù)，對全國41個城市的氣候康養(yǎng)指數(shù)進行計算和對比分析。發(fā)現(xiàn)海南省18個市縣月、季、年的康養(yǎng)氣候條件均優(yōu)于全國其他城市，在夏季，也有其他個別城市適宜進行氣候康養(yǎng)。其中，海南各市縣氣候康養(yǎng)條件以中部五指山、白沙、瓊中最好，其次為保亭、三亞。研究結果可為氣候康養(yǎng)評估提供技術支撐。然而，在評估生態(tài)環(huán)境、空氣質量時，由于資料獲取的限制，選取的指標還相對較為簡單。例如，在目前僅選用歸一化指標指數(shù)來評估生態(tài)環(huán)境，還可增加水質達標率、氧平衡指標、大氣相對含氧量指標等來豐富對生態(tài)環(huán)境的評價；在評估空氣質量時還可增加空氣質量優(yōu)良天數(shù)占比、花粉過敏指數(shù)、飄絮指數(shù)等指標。此外，氣候康養(yǎng)指數(shù)僅從氣候、空氣質量、生態(tài)等氣候康養(yǎng)自然資源出發(fā)，未考慮醫(yī)療、經(jīng)濟、交通、住宿、文化等生活經(jīng)濟因素的影響，在今后的研究中需進一步完善。