四川省攀枝花市氣候舒適度時(shí)空特征分析①

李佳恩， 劉永吉， 劉園園

1.吉林建筑大學(xué) 測(cè)繪與勘查工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118； 2.攀枝花市外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，四川 攀枝花 617000

近年來(lái)，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活質(zhì)量的提升，環(huán)境和氣候等問(wèn)題逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)．在旅游業(yè)中，氣候不僅造就了美麗的自然景觀，而且還會(huì)影響旅游者旅游活動(dòng)的體驗(yàn)感，除個(gè)人偏好、環(huán)境差異和最大信息量等因素之外，旅游者在選擇目的地時(shí)還十分關(guān)注旅游地的氣候舒適度[1]．對(duì)旅游氣候的研究最早始于國(guó)外，且偏重于對(duì)評(píng)價(jià)氣候舒適度的原理和方法的探索．美國(guó)學(xué)者Terjung[2]通過(guò)構(gòu)建人體舒適指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)的模型，來(lái)評(píng)價(jià)美國(guó)大陸的氣候舒適度； Oliver[3]在前人研究的評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上加入自創(chuàng)風(fēng)寒指數(shù)量表和溫濕指數(shù)，更為全面地對(duì)人體所感受的氣候舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)．相較于國(guó)外，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究雖起步較晚且側(cè)重實(shí)證，但對(duì)氣候舒適度的研究更加深入，研究者們通過(guò)加入如地理因子、經(jīng)濟(jì)因子等，結(jié)合實(shí)例從多角度對(duì)氣候舒適度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)．關(guān)于氣候?qū)β糜斡绊懽钤绲奶剿鞒霈F(xiàn)于著名氣象學(xué)家林之光先生所著的《氣候風(fēng)光集》一書(shū)中，相關(guān)理論的探索由此開(kāi)始深入．如余志康等[4]結(jié)合地理位置條件，對(duì)40°N以北的地區(qū)的夏季氣候舒適度進(jìn)行了研究從而得出其消夏旅游潛力； 杜正靜等[5]利用我國(guó)氣候類(lèi)型結(jié)合旅游氣候適宜性指數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)中國(guó)旅游氣候資源的精細(xì)化分析．探索旅游氣候舒適度在我國(guó)多聚焦于東、中部平原地區(qū)，對(duì)西部高原、山地地區(qū)旅游氣候的研究仍然較為缺乏．

氣候資源作為旅游業(yè)發(fā)展極為重要的支柱，對(duì)區(qū)域旅游流的季節(jié)性變化和旅游區(qū)景觀的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響．氣候舒適度的優(yōu)劣通常是從氣象學(xué)角度出發(fā)，依據(jù)人體在不同天氣以及氣候條件下的各種感知的狀態(tài)[6-7]進(jìn)行評(píng)價(jià)的．攀枝花市以山地地形為主，其山地面積約占總面積的90%，由于各種山地地形因素如地勢(shì)起伏不一、坡向不同及溝壑縱橫等，加之植被等造成的遮蔽度不同和海拔高度相對(duì)差異較大，從而形成“一山有四時(shí)，百里不同天”的氣象條件．基于此，本研究利用2000—2020年累計(jì)21年的氣候資料，通過(guò)數(shù)字高程模型提取高程及山勢(shì)走向等地形要素后結(jié)合GIS空間分析方法，對(duì)該區(qū)域的溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、著衣指數(shù)以及綜合舒適指數(shù)做出分析，并推算由于海拔升高而導(dǎo)致的氣溫變化，從而較為精確地對(duì)攀枝花市山地氣候舒適度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為攀枝花山地旅游業(yè)科學(xué)合理地梯級(jí)性利用氣候資源提供了指導(dǎo)與依據(jù)．

1 研究區(qū)域及研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

攀枝花市位于北緯26°05′～27°21′，東經(jīng)101°08′～102°15′，地處四川省西南部攀西裂谷的中南段，是川、滇兩地經(jīng)濟(jì)的交匯處，全市轄區(qū)面積約7 440 km2，轄東區(qū)、西區(qū)、仁和區(qū)及米易縣、鹽邊縣； 東鄰大涼山山脈，西跨橫斷山脈，南抵金沙江，北倚大雪山[8]； 地形特征為東南低西北高，地貌類(lèi)型以低中山和中山為主，約占全市面積的88.4%．氣候類(lèi)型為南亞熱帶季風(fēng)，存在顯著的干、濕兩季； 位于鹽邊縣境內(nèi)的最高海拔點(diǎn)約4 195.5 m，海拔最低點(diǎn)位于仁和區(qū)境內(nèi)，約937 m，相對(duì)高差大，垂直差異明顯[9]，河谷地區(qū)全年無(wú)冬，無(wú)霜期高達(dá)300 d以上； 全年日照時(shí)間長(zhǎng)、溫度變化小，但日較差大，雨量少且集中，具有四季差異不明顯等特點(diǎn)．

圖1 攀枝花市氣象站點(diǎn)分布

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http：//cdc.cma.gov.cn/home.do)，主要包括2000—2020年攀枝花市仁和區(qū)、米易縣和鹽邊縣的4個(gè)氣象站點(diǎn)(圖1)的逐日風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)等氣象資料．

2 研究方法

2.1 加權(quán)平均

某一地區(qū)長(zhǎng)期記錄并統(tǒng)計(jì)的平均氣象數(shù)據(jù)才是該地區(qū)旅游氣候舒適性評(píng)價(jià)最科學(xué)的依據(jù)，而不是以某幾年的特殊情況進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]．攀枝花市主要以山地為主，其氣候適宜度受海拔高度影響較大．本研究采用各氣象站點(diǎn)的海拔高度作為權(quán)重指數(shù)，計(jì)算風(fēng)速、氣溫及相對(duì)濕度等氣象資料，其公式為：

式中：Y為各基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值，Xi為各站點(diǎn)各基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)的月平均值，Pi為各站點(diǎn)的權(quán)重，H為所有站點(diǎn)海拔總高程，hi為各站點(diǎn)海拔高程．

2.2 旅游氣候舒適度評(píng)價(jià)

本研究對(duì)氣候舒適度的分析主要利用溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)[10]，并結(jié)合3種指數(shù)進(jìn)行模糊層次分析得出的綜合舒適指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)．

2.2.1 溫濕指數(shù)

溫濕指數(shù)(Temperature and Humidity Index，ITH)是通過(guò)氣象要素中的溫度和濕度，體現(xiàn)人在氣象環(huán)境中的熱量交換，從而獲得評(píng)價(jià)身體舒適程度的重要指標(biāo)之一．其公式為：

ITH=(1.8t+32)-0.55×(1-f)(1.8t-26)

(3)

式中：ITH為溫濕指數(shù)；f為相對(duì)濕度(%)；t為氣溫(℃)．

2.2.2 風(fēng)效指數(shù)

風(fēng)效指數(shù)(Wind Efficiency Index，K)是指通過(guò)氣象要素中的氣溫、風(fēng)速和日照對(duì)人體舒適度的影響，反映人體皮膚在裸露狀態(tài)下感知外界的冷暖程度，是氣候舒適度評(píng)價(jià)指數(shù)中的一個(gè)細(xì)化指標(biāo)．其公式為：

(4)

2.2.3 著衣指數(shù)

著衣指數(shù)(Index of Cloth Loading，ICL)是指人們通過(guò)添減衣物來(lái)改變氣候帶來(lái)的影響，該計(jì)算模型由Freitas[16]考慮平均溫度t(℃) 、風(fēng)速v(m/s)、人體代謝率(H) 、人體對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收情況(A)、太陽(yáng)常數(shù)(R)和太陽(yáng)高度角(α)等6種因素后提出，其公式為：

(5)

式中：ICL為著衣指數(shù)；t為平均溫度(℃)；v為風(fēng)速(m/s)；H代表75%的人體代謝率，取H=87 W/m2(輕活動(dòng)量下的代謝率)；a表示太陽(yáng)輻射被人體的吸收情況，取a=0.06(黑色衣料情況下最大值)；R表示垂直陽(yáng)光下的單位面積土地所接收的太陽(yáng)輻射，取R=1 366(人造衛(wèi)星測(cè)得值)；α是太陽(yáng)高度角(°)，隨緯度發(fā)生變化，設(shè)某地的緯度為β，則夏季α=90°-β+23.43°； 冬季α=90°-β-23.43°； 春秋季α=90°-β．

2.2.4 綜合舒適指數(shù)

參考王妍方等[11]提出的方法以ITH，K和ICL為基礎(chǔ)，采用模糊層次分析作為評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系(表1)，從而確定各指數(shù)的權(quán)重來(lái)構(gòu)建旅游氣候舒適性評(píng)價(jià)模型．

表1 旅游氣候舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

先建立優(yōu)先關(guān)系矩陣，再逐步開(kāi)展模糊層次分析．F=(fij)n×m，F(xiàn)即為模糊互補(bǔ)矩陣：

(6)

式中：s(i)和s(j)分別表示因素i和j的相對(duì)重要性程度．根據(jù)二級(jí)指標(biāo)重要性構(gòu)建模糊一致判斷矩陣，最后利用行和歸一法求得排序向量ω=(0.55 0.3 0.15)T．綜上所述，構(gòu)建的旅游氣候舒適度模型(Climatic Comfortable Index，ICC) 為：

ICC=0.55XITH+0.30XK+0.15XICL

(7)

式中：XITH，XK和XICL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； 0.55，0.30，0.15分別為各指數(shù)的權(quán)重系數(shù)．根據(jù)各指數(shù)被賦值等級(jí)值(采用9，7，5，3，1進(jìn)行賦值，對(duì)應(yīng)最適宜、適宜、較不適宜、不適宜和極不適宜)與模型構(gòu)建的權(quán)重為依據(jù)，本研究確定將旅游氣候舒適度標(biāo)準(zhǔn)劃分為：7

表2 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

2.3 山區(qū)月平均氣溫的空間推算

2.3.1 數(shù)字高程模型的建立

本研究利用四川省攀枝花市1∶10 000地形圖和行政縣界線圖進(jìn)行投影變換后制得攀枝花市1∶10 000數(shù)字高程模型(圖2)，并從中提出經(jīng)緯度、坡度和坡向等數(shù)據(jù)．

圖2 攀枝花市數(shù)字高程模型

2.3.2 山區(qū)月平均氣溫的空間推算

采用多元線性回歸方程來(lái)進(jìn)行氣溫的推算，其公式為：

TH=α0+α1λ+α2μ+α3h

(8)

式中：TH為模擬的氣溫值(℃)；λ和μ分別為經(jīng)度和緯度(°)；h為海拔高度(m)；α0為常數(shù)；α1，α2，α3為偏回歸系數(shù)．

常規(guī)的氣溫推算模型沒(méi)能考慮太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的影響，并且太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與地形之間同樣存在函數(shù)關(guān)系，利用EDM數(shù)據(jù)結(jié)合東西坡對(duì)溫度的影響是相同理論[14-15]和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與地形的函數(shù)關(guān)系，將更接近實(shí)際氣溫值TT用函數(shù)簡(jiǎn)化表示[7]為：

TT=TH(cosα-sinαcosβ)

(9)

式中：TH為常規(guī)模型推算的氣溫值(℃)，α為坡度(°)(0≤α<90°)，β為坡向．

3 結(jié)果分析

利用ArcGIS 10.2空間分析模塊，以50 m×50 m作為研究單元，以攀枝花市2000—2020年的累計(jì)21年的各測(cè)站的各月溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速加權(quán)平均值結(jié)合日照時(shí)數(shù)作為基礎(chǔ)的時(shí)間分布數(shù)據(jù)．通過(guò)公式(3)-(7)，獲得該地區(qū)在各月的ITH，K，ICL和ICC(表3)．

表3 2000—2020年攀枝花市各月平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和各舒適度評(píng)價(jià)指數(shù)

3.1 區(qū)域氣候舒適度的時(shí)間分布特征

通過(guò)構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型分析結(jié)果可看出(圖3)，1，2，11，12月的旅游氣候舒適度評(píng)價(jià)指數(shù)均在7以上，評(píng)價(jià)結(jié)果為最適宜，是適宜旅游外出的最佳時(shí)節(jié)，其他月份的評(píng)價(jià)指數(shù)均介于5和7之間，表明該月份氣候舒適度較為適宜，較適宜旅游．評(píng)價(jià)結(jié)果顯示該區(qū)域沒(méi)有月份小于 5 的評(píng)價(jià)指數(shù)，這也說(shuō)明其適游期長(zhǎng)，一年四季氣候宜人．

從二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，溫濕指數(shù)在2-4月、11月時(shí)最為舒適，而整個(gè)夏季(5-8月)則呈現(xiàn)不舒適感的偏熱氣候．著衣指在2-3月、10-11月時(shí)最為舒適．風(fēng)效指數(shù)表明，在1月與12月時(shí)最為舒適，而其他月份則較為舒適．

2000-2020年攀枝花市旅游最舒適日數(shù)占全年的比重較高，全年無(wú)旅游不舒適月份，而且無(wú)論是綜合評(píng)價(jià)還是二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)都表現(xiàn)出較好的效果，說(shuō)明該區(qū)域在旅游氣候上具有自身突出的優(yōu)勢(shì)．

3.2 山地旅游區(qū)的氣候舒適度的空間分布特征

將各評(píng)價(jià)指數(shù)于EDM柵格數(shù)據(jù)在ArcGIS 10.2里進(jìn)行空間分析模塊的疊加運(yùn)算，從而獲得攀枝花市各代表月份的山地旅游氣候適宜度的空間分布圖(表4、圖4-圖7)．

圖3 攀枝花市舒適度評(píng)價(jià)指數(shù)月變化分布

表4 各代表月份旅游氣候舒適度面積分布

圖4 攀枝花市1月人體舒適度空間分布

圖5 攀枝花市4月人體舒適度空間分布

圖6 攀枝花市7月人體舒適度空間分布

圖7 攀枝花市10月人體舒適度空間分布

從表4的各代表月份舒適度面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見(jiàn)，在1，4，10月的舒適區(qū)覆蓋面積都遠(yuǎn)大于7月，該情況說(shuō)明從旅游氣候是否舒適的方面來(lái)看，攀枝花山地旅游景區(qū)在1，4，10月比7月具有更多吸引游客的優(yōu)勢(shì)．以10月為例，通過(guò)ArcGIS 10.2空間分析模塊進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)與各指數(shù)數(shù)值的疊加運(yùn)算，從而獲得以高程(500～4 500 m，即低山至高山)分級(jí)統(tǒng)計(jì)的旅游舒適區(qū)域分布面積(表5)中可見(jiàn)，其舒適區(qū)域面積占攀枝花市總面積的69.7%，各地形的舒適區(qū)域面積分布見(jiàn)圖8和圖9．

表5 攀枝花市10月各地形區(qū)旅游舒適區(qū)域面積分布 km2

圖8 攀枝花市10月

各地形的舒適區(qū)域面積分布

圖9 攀枝花市10月

從表5和圖9餅圖的運(yùn)算處理的結(jié)果可以看出，在10月，中山與次高山的舒適區(qū)域面積分別為3 127.67 km2和1 458.49 km2，占10月總適區(qū)域總面積的比例分別為60.3%和28.1%，兩者之和約占舒適區(qū)域總面積的88.4%．因此，10月舒適區(qū)主要分布在高程范圍為1 500～3 500 m的中山和次高山地區(qū)．可將此區(qū)域作為攀枝花市的山區(qū)旅游重點(diǎn)區(qū)進(jìn)行規(guī)劃和打造．

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

基于2000—2020年攀枝花市21年的全年各月氣溫、相對(duì)濕度、逐日風(fēng)速及日照時(shí)數(shù)等氣象資料，通過(guò)DEM模型推算空間溫度后結(jié)合溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)與著衣指數(shù)進(jìn)行模糊層次分析，構(gòu)建綜合舒適評(píng)價(jià)模型，表明攀枝花市全年旅游氣候綜合舒適指數(shù)區(qū)間為5.0～7.8； 其中1，2，11及12月最適宜旅游； 從空間分布看，舒適區(qū)主要集中分布在地形類(lèi)型為中山和次高山的區(qū)域．

4.2 討論

1) 影響人體舒適度的因素較多，本研究主要選取了溫度、濕度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射及地形因子5個(gè)要素，對(duì)于氣壓、紫外線、霧霾等因素未納入指標(biāo)體系，這可能導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定的偏差，因此在詳細(xì)分析各類(lèi)氣象要素在影響人體舒適度比重的基礎(chǔ)上，應(yīng)引入更多的氣象因子；

2) 雖然本研究應(yīng)用DEM模型數(shù)據(jù)，優(yōu)化了地形及海拔對(duì)氣候的影響，但因氣象站點(diǎn)有限且數(shù)據(jù)覆蓋范圍小，因此存在一定誤差，未來(lái)可加入更多小區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度．