氣候變暖背景下甘南高原人體舒適度時(shí)空分布特征

金滿慧，王興麗，張東琴，李小霞，穆臘梅

1.甘南州氣象局，甘肅合作 747000；2.隴西縣氣象局，甘肅隴西 748100

人們通常把環(huán)境的冷熱程度歸結(jié)于氣溫的高低，然而決定人體對(duì)外界感知的舒適情況并非單一要素所決定。人體舒適度主要取決于氣溫、濕度和風(fēng)速，其中氣溫是判斷舒適度最關(guān)鍵的因子[1]?；跉庀笠蜃咏⒌娜梭w舒適度指數(shù)，是以人類機(jī)體與近地層大氣之間的熱交換原理為基礎(chǔ),建立的生物氣象指標(biāo)[2]。氣象條件舒適與否同人類日常生活休戚相關(guān)，如身體健康、交通出行、旅游安排等。

九色甘南位于甘、青、川三省交界的青藏高原東部邊緣，境內(nèi)平均海拔為1 100~4 900 m，西部為廣闊的草原、東部為農(nóng)牧兼顧的丘陵地區(qū)、南部為重巒疊嶂的岷迭山區(qū)[3-4]。甘南高原顯著的地形差異造成了迥然的氣候特征，使得各地人體舒適度差異較大。在全球氣候變暖的大背景下，近年來(lái)，甘南高原極端高/低溫天氣事件嚴(yán)重影響和制約著當(dāng)?shù)鼐用竦木幼∵m宜性和旅游資源的挖掘價(jià)值。因此，基于氣象資料，研究甘南高原近10年人體舒適度時(shí)空分布特征及周期性變化規(guī)律，對(duì)當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)決策部門開展氣象保障服務(wù)，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、宜居環(huán)境及旅游規(guī)劃具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

本文數(shù)據(jù)取自2011—2020年甘南8個(gè)國(guó)家級(jí)基準(zhǔn)（基本）氣象臺(tái)站和12個(gè)國(guó)家級(jí)著名旅游景點(diǎn)氣象觀測(cè)站6—10月逐日平均氣溫、平均相對(duì)濕度和平均風(fēng)速3個(gè)氣象要素。

1.2 人體舒適度指數(shù)計(jì)算方法

針對(duì)當(dāng)?shù)厍闆r，本文采用我國(guó)氣象臺(tái)（站）常用的、也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)較流行的人體舒適度指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：ICHB為人體舒適度指數(shù)；t、r、V分別為氣溫（℃）、相對(duì)濕度（%）、風(fēng)速（m/s）的日平均值[5]。

本文對(duì)中國(guó)氣象局人體舒適度指數(shù)等級(jí)表[6-7]進(jìn)行了本地化修正。

1.3 通徑分析

采用通徑分析法可以線性分析氣象要素（溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速）與人體舒適度之間的相關(guān)性，計(jì)算方法如下[8]。

式中：rij為各自變量之間的相關(guān)系數(shù)；ri為自變量與因變量之間的相關(guān)系數(shù)；rijPi（j≠i）為Xi通過(guò)Xj對(duì)Y形成的間接通徑系數(shù)。

2 甘南高原人體舒適度概況

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，甘南6—10月人體舒適度主要是偏冷、偏涼、涼爽、舒服和暖和，沒有微熱、炎熱和酷熱等級(jí)。其中，冷（25＜ICHB≤50）不舒適等級(jí)占總體的49.69%，偏冷占8.74%，偏涼占40.95% ；廣義舒適等級(jí)（50＜ICHB≤75）占49.76%，其中涼爽占23.79%，舒服占25.97%；暖和占0.55%?？傮w來(lái)說(shuō)，甘南大部分時(shí)間為舒服到偏涼的體感狀態(tài)。

3 甘南高原人體舒適度指數(shù)的時(shí)間特征

3.1 人體舒適度指數(shù)和適宜日數(shù)的年變化

近10年，ICHB呈多峰型分布，存在弱下降趨勢(shì)，平均在49~52之間，最低值出現(xiàn)在2019年，峰值出現(xiàn)在2013年。2015年、2019年、2020年3的年均值不在廣義舒適等級(jí)范圍。可以看出，甘南近10年適宜日數(shù)年際變化與ICHB呈明顯正相關(guān)關(guān)系，6—10月甘南適宜日數(shù)平均為78 d，與不適宜日數(shù)占比持平。2013年適宜日數(shù)最多，2019年最少，僅66 d。據(jù)氣象資料分析，2019年6—10月甘南平均氣溫是10年最低值，而2013年平均氣溫達(dá)到歷年峰值（圖1）。

圖1 甘南人體舒適度指數(shù)和適宜日數(shù)的年變化特征

3.2 人體舒適度指數(shù)和適宜日數(shù)的月（旬）變化特征

甘南ICHB月變化特征與適宜日數(shù)形似，7月適宜日數(shù)最多，10月適宜日數(shù)最少，約4 d。6—8月中旬ICHB緩慢攀升，8—10月下旬變化較為劇烈，ICHB呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)，6月ICHB高于9月。峰值出現(xiàn)在7月下旬—8月上旬，最低值出現(xiàn)在10月下旬。廣義舒適出現(xiàn)在6—9月上旬，其中7—8月甘南各地平均氣溫為15.6℃，平均相對(duì)濕度為71.4%，平均風(fēng)速為1.8 m/s，此時(shí)體感最為舒適，非常適宜戶外旅游活動(dòng)。這也與甘南大部分地區(qū)實(shí)際感受和供暖時(shí)間情況吻合。甘南高原ICHB在75以下，非常適宜避暑旅游。

4 甘南高原人體舒適度指數(shù)和適宜日數(shù)的空間分布

4.1 全州6—10月平均人體舒適度指數(shù)的空間分布

ICHB值自西向東依次升高，呈明顯帶狀分布，空間分布差異顯著，這與甘南高原復(fù)雜的地理氣候環(huán)境緊密相關(guān)。岷迭山區(qū)以東ICHB值介于55~62之間，其中ICHB高值中心是舟曲本站和拉尕山，是甘南總體感覺最為舒適的地方。丘陵山地大部分地區(qū)ICHB介于50~55之間，處于涼爽等級(jí)，大部分人感覺很舒服。這些地區(qū)氣候溫潤(rùn)，自然條件、氣候環(huán)境優(yōu)越，是甘南州重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，人口較為密集。西部草原牧區(qū)海拔高，氣候寒冷干燥ICHB偏低，介于44~50之間，2個(gè)低值中心在阿萬(wàn)倉(cāng)、尕海。夏季氣溫最高時(shí)期，阿萬(wàn)倉(cāng)和尕海等站仍處于偏涼等級(jí)。該分析結(jié)果與實(shí)際情況吻合，這些地方人類活動(dòng)較少，是甘南高原舒適度最不適宜地區(qū)。

4.2 人體舒適度適宜日數(shù)的空間分布

甘南6—10月人體舒適度適宜日數(shù)和ICHB空間分布格局相似，呈現(xiàn)明顯東多西少東高西低，并隨海拔升高而降低的變化特點(diǎn)。岷迭山區(qū)ICHB最高，適宜日數(shù)最多，岷迭山區(qū)以東適宜日數(shù)均在100 d以上，其中舟曲本站適宜日數(shù)達(dá)146 d，是全州適宜日數(shù)最多的地方。西部草原牧區(qū)的ICHB和適宜日數(shù)最低，其中阿萬(wàn)倉(cāng)、黃河第一灣、尕海湖等3站適宜日數(shù)小于30 d ，低值中心阿萬(wàn)倉(cāng)適宜日數(shù)僅19 d；合作、夏河適宜日數(shù)都在54~69 d之間。

5 人體舒適度指數(shù)對(duì)氣象因子的響應(yīng)

通徑分析顯示，甘南全州和岷迭山區(qū)溫度、濕度均達(dá)0.01顯著相關(guān)水平。全州和各區(qū)溫度與ICHB相關(guān)系數(shù)最高，表明溫度是影響甘南高原ICHB的主要因子，呈正相關(guān)；濕度和風(fēng)速是影響ICHB的次要因子，呈負(fù)相關(guān)。濕度與ICHB相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值比風(fēng)速略大，表明濕度對(duì)ICHB的影響比風(fēng)速大[9-10]。溫度直接通徑系數(shù)最大，表明溫度是直接影響ICHB的主要因子，特別是對(duì)岷迭山區(qū)尤為顯著；雖然對(duì)于全州而言，濕度和風(fēng)速的直接通徑系數(shù)均未達(dá)到顯著水平，但岷迭山區(qū)該二要素的間接通徑系數(shù)均達(dá)到了顯著水平，這也說(shuō)明濕度和風(fēng)速對(duì)岷迭山區(qū)ICHB有一定的影響（表1）。

表1 甘南高原人體舒適度指數(shù)與各影響因子通徑系數(shù)

6 結(jié)論與討論

基于甘南 20個(gè)氣象觀測(cè)站2011—2020年逐日氣象資料，研究甘南高原人體舒適度時(shí)空分布特征和各影響因子權(quán)重分析，得出以下結(jié)論。

（1）甘南高原6—10月，人體舒適度主要為偏涼、涼爽、舒服，沒有微熱、炎熱和酷熱，偏冷和暖和占比小，舒服到偏涼的體感狀態(tài)，非常適宜避暑旅游。

（2）適宜日數(shù)的年際變化與舒適度指數(shù)呈明顯正相關(guān)，ICHB和適宜日數(shù)最低值均出現(xiàn)在 2019年，峰值均出現(xiàn)在2013年。據(jù)氣象資料分析，2019年6—10月甘南平均氣溫是10年最低值，而2013年平均氣溫達(dá)到歷年峰值。

（3）在全球氣候變暖的大背景下，適宜日數(shù)與ICHB年際變化均呈現(xiàn)弱下降趨勢(shì)。從人體舒適度的角度來(lái)說(shuō)，隨著ICHB的降低，適宜日數(shù)減少，甘南旅游適宜期變短，氣候變暖對(duì)甘南全域旅游發(fā)展不太有利。

圖2 甘南6—10月人體舒適等級(jí)日數(shù)的空間分布

（4）總體來(lái)看，甘南高原人體舒適度適宜日數(shù)表現(xiàn)為“三多三少”，即低海拔地區(qū)多，高海拔地區(qū)少；岷迭山區(qū)多，其他地區(qū)少；水資源充沛地區(qū)多，其他地區(qū)少。具體來(lái)看，高值分布在以舟曲、迭部為中心的白龍江流域區(qū)、以卓尼為中心的洮河流域；低值主要分布在碌曲和瑪曲，阿萬(wàn)倉(cāng)、黃河第一灣、尕海湖因海拔高，不適宜日數(shù)所占比例大，最佳旅游時(shí)間短。

（5）廣義舒適出現(xiàn)在6—9 月上旬，7月適宜日數(shù)最多，其次是8月，10月適宜日數(shù)最少，ICHB最低，體感最差；一年之中，7—8月甘南各地體感最為舒適，氣象條件非常適宜開展戶外旅游活動(dòng)。

（6）影響甘南高原ICHB的主要因子是溫度，呈正相關(guān)；次要因子是濕度和風(fēng)速，呈負(fù)相關(guān)，且濕度對(duì)ICHB的影響比風(fēng)速大。