惠安縣濱海旅游氣象指數(shù)研究*

游宇琦 林子倫

(1.福建省惠安縣氣象局，福建 泉州 362100; 2.福建省泉州市氣象局，福建 泉州 362000)

1 概述

泉州市惠安縣年平均氣溫為16～21℃，年平均降水量為1038mm，屬典型的亞熱帶季風氣候，具有氣溫高、光熱豐富、降水充沛等顯著氣候特征?；莅部h瀕臨臺灣海峽，其海岸線全長192km，占福建省的6%，素有“黃金海岸”之稱。崇武港、半月灣、青山灣、惠女灣等都是惠安著名的濱海旅游勝地，崇武海岸更是被《國家地理》雜志評選為“中國最美的八大海岸”之一。作為“濱海休閑度假福地”，惠安沿海自然環(huán)境優(yōu)越，旅游氣象資源十分豐富。因此，開展濱海旅游氣象指數(shù)預報研究不僅能為游客提供濱海旅游的指數(shù)預報產(chǎn)品，豐富惠安縣的特色服務，也為生態(tài)文明建設和鄉(xiāng)村振興貢獻氣象力量。

近年來，沿海地區(qū)旅游業(yè)迅速發(fā)展，濱海度假旅游愈發(fā)受到游客的關注和青睞。各個氣象要素決定了旅游地氣候舒適度的高低和舒適期的長短，是濱海旅游業(yè)發(fā)展的重要因素，也是游客出行和旅游目的地選擇的重要參考。關于氣象指數(shù)，許多學者進行了不少研究。黃歸蘭等[1]、郭曉寧等[2]、陳志泉等[3]選取了重要影響因子對景區(qū)的旅游氣象指數(shù)預報進行研究； 林藝妹等[4]開展了石獅市濱海旅游氣象指數(shù)預報研究；潘星海等[5]根據(jù)影響程度對游泳指數(shù)、紫外線指數(shù)、空氣質(zhì)量指數(shù)賦予不同的權重，綜合評價普陀區(qū)海灘旅游氣象指數(shù)。本文擬從日出日落指數(shù)、濱海日光浴指數(shù)和海風舒適指數(shù)三個方面綜合討論適宜惠安濱海旅游的氣候。

2 資料與方法

2.1 資料

本文所使用的氣象資料取自1980—2020年福建省惠安縣崇武國家基準氣候站整編的氣象觀測資料，包括云量、相對濕度、能見度、溫度、日照、風速等數(shù)據(jù)。

本文的季節(jié)月份定義為：春季3—6月，夏季7—9月，秋季10—11月，冬季12月至次年2月。

2.2 研究方法

本文利用箱形圖法和熵值法計算濱海旅游氣象指數(shù)。

2.2.1 箱形圖法

箱形圖是一種用作顯示一組數(shù)據(jù)分散情況資料的統(tǒng)計圖，能夠反映原始數(shù)據(jù)分布的特征，還可以進行多組數(shù)據(jù)分布特征比較。箱形圖的繪制方法是先找出一組數(shù)據(jù)的上邊緣、下邊緣、中位數(shù)和兩個四分位數(shù)，連接兩個四分位數(shù)畫出箱體，再將上邊緣和下邊緣與箱體相連接，中位數(shù)在箱體中間。

對于標準正態(tài)分布的大樣本，只有 0.7%的值是異常值，中位數(shù)位于上下四分位數(shù)的中央，箱形圖的方盒關于中位線對稱。選取不同自由度的t分布的大樣本，代表對稱重尾分布，t分布的自由度越小，尾部就越重，觀察到異常值的概率就越大。因此，可將其用于氣象濱海旅游指數(shù)的等級劃分。

2.2.2 熵值法

在信息論中，熵是對不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越小，反之亦然。根據(jù)熵的特性，我們可以通過計算熵值來判斷一個事件的隨機性及無序程度，也可以用熵值來判斷某個指標的離散程度，指標的離散程度越大，該指標對綜合評價的影響越大。熵值法是一種客觀賦權法，可根據(jù)各項指標數(shù)值的變異程度來確定指標權數(shù)，可避免人為因素帶來的偏差。因此，可根據(jù)熵值法定義由多項影響因素構成的濱海旅游指數(shù)，具體算法如下。

①數(shù)據(jù)矩陣

其中，Xij為第i個方案第j個指標的數(shù)值。

②數(shù)據(jù)非負數(shù)化處理

由于熵值法計算采用的是各個方案某一指標占同一指標值總和的比值，因此不存在量的影響，不需要進行標準化處理。若數(shù)據(jù)中有負數(shù)，就需要對數(shù)據(jù)進行非負數(shù)化處理。此外，為了避免求熵值時對數(shù)的無意義，需要進行數(shù)據(jù)平移。

對于越大越好的指標：

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

對于越小越好的指標：

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

③計算第j項指標下第i個方案占該指標的比重

④計算第j項指標的熵值

⑤計算第j項指標的差異系數(shù)gj

對于第j項指標，指標值Xij的差異越大，對方案評價的作用越大，熵值就越小。gj=1-ej，gj越大，表示指標越重要。

⑥求權重Wj

⑦計算各方案的綜合得分Sj

3 惠安濱海旅游氣象指數(shù)模型

3.1 日出日落指數(shù)

從惠安縣沿海地區(qū)(崇武)1980—2010年月平均低云量變化特征(見圖1)可以看出，冬季、春季的低云量明顯高于夏季、秋季。在6月中下旬，低云量突變減少，這種晴空或者少云的天氣可能是長期受副熱帶高壓系統(tǒng)控制導致。因此，夏秋兩季有利于海濱地區(qū)觀賞日出日落。

圖1 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年月平均低云量

利用箱形圖對樣本進行歸類分析，以夏季為例，其低云量分布下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)分別為5%、25%、53%，表明在1980—2010年的夏季樣本中，低云量高于5%但小于53%的天數(shù)占總數(shù)的1/2，低于5%和高于53%的天數(shù)則各占1/4(圖2)。對于濱海地區(qū)觀賞日出日落而言，天空云量越少，遮擋性越低，則觀賞性越強。因此，可利用箱形圖的閾值設定夏季的日出日落指數(shù)。當?shù)驮屏緾≤5%時，定義為“優(yōu)”，當5%53%時，定義為“差”。以此標準反算2010—2020年的920個樣本，“優(yōu)”占29.89%，“良”占20.11%，“一般”占22.28%，“差”占27.72%，指數(shù)分布基本符合正態(tài)分布，說明該指數(shù)具有一定的指示意義。

圖2 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年四季及全年低云量分布

3.2 濱海日光浴指數(shù)

日光浴是一種利用日光進行鍛煉或防治慢性病的方法，通過日光照射到人體皮膚上，引起一系列理化反應，以達到健身治病目的。在氣象上，影響日光浴體驗的要素有日照時數(shù)和體感溫度等。日照時數(shù)越長表示天氣狀況越好，可供選擇日光浴的時間更充足；而體感溫度是人體所感受到的冷暖程度，其更能直接反應人體感知的環(huán)境舒適性。因此，可利用日照時數(shù)和體感溫度組合為一個表征濱海日光浴的指數(shù)，即在滿足最優(yōu)體感溫度的情況下，日照條件越好就越適合濱海日光浴，可利用熵值法計算自變量(日照時數(shù)和體感溫度)的權重。

已知體感溫度的計算公式如下：

體感溫度=1.07×T+0.2×e-0.65×V-2.7

(1)

式(1)中，T為氣溫，℃；e為水汽壓，hPa；V為風速，m/s；RH為相對濕度，%。

由于體感溫度的舒適性定義呈現(xiàn)類似正態(tài)分布，即最舒適的區(qū)間位于中間，兩端一般為不舒適區(qū)間。因此，在利用熵值法構造指數(shù)時，需將體感溫度因子項進行變形，如式(2)：

(2)

其中，Tb為體感溫度，T0為中性溫度(23℃)。變形后的因子項滿足其數(shù)值越大，表征舒適性越強的定義。

最終，利用熵值法分別求得體感溫度項和日照時數(shù)項的權重系數(shù)，如式(3)：

(3)

其中，yindex為濱海日光浴指數(shù)，St為日照時數(shù)，a和b為權數(shù)(a=0.1970，b=0.8030)。代入各項氣象數(shù)據(jù)可得1980—2010年濱海日光浴指數(shù)的分布特征(圖3)，同理根據(jù)其25%、75%分布及中位數(shù)定義濱海日光浴指數(shù)，當計算所得指數(shù)越大，越有利于進行濱海日光浴(圖3)：yindex≥12.74為“優(yōu)”，5.16≤yindex<12.74為“良”，yindex<5.16為“差”。以此標準反算2010—2020年的3650個樣本，“優(yōu)”占23.40%，“良”占49.20%，“差”占27.40%，表明指數(shù)分布基本符合正態(tài)分布，該指數(shù)具有一定的指示意義。

圖3 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年濱海日光浴指數(shù)分布

3.3 海風舒適指數(shù)

海陸性質(zhì)不同會形成海風。白天在太陽照射下，陸地升溫快，陸上氣溫比海洋高，空氣受熱膨脹而上升，使低層氣壓降低，高層氣壓升高，海洋則正好相反。海陸交界的小范圍內(nèi)，在不考慮其他因素影響下，受氣壓梯度力影響空氣總是從氣壓高處流向氣壓低處，也就是從洋面上吹向陸地，形成海風。除這種海陸交界的小系統(tǒng)影響沿海地區(qū)風力外，冬春季的海上冷高壓等大尺度系統(tǒng)引起的海上東北大風亦會產(chǎn)生重要影響，而沿海的大風不利于濱海旅游，甚至會帶來一定的風險。

由惠安縣沿海地區(qū)(崇武)1980—2010年海風風速分布可以看出(圖4)，冬季、春季的風力明顯高于夏季和秋季。這是由于冬春兩季的冷空氣活動明顯多于夏季和秋季，而后者風力主要受海陸邊界的海陸風小系統(tǒng)影響的。因此，與構建濱海日出日落指數(shù)方法相似，也對惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年風速樣本進行歸類分析，夏季的平均風速分布下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)分別為3.2m/s，4.3m/s，5.5m/s。以此為閾值可定義出夏季的海風舒適指數(shù)，平均風V≤3.2m/s為“優(yōu)”，3.2m/s<平均風V≤5.5m/s為“良”，平均風V>5.5m/s為“差”。以此標準反算2010—2020年夏季920個樣本，“優(yōu)”占35.55%，“良”占48.80%，“差”占15.65%，指數(shù)分布基本符合正態(tài)分布，該指數(shù)具有一定的指示意義。

圖4 惠安縣沿海地區(qū)1980—2010年海風風速分布

4 結論

①日出日落指數(shù)和海風舒適指數(shù)受季節(jié)的影響較為明顯，因游客更喜愛在夏季到濱海游玩，對夏季的氣象數(shù)據(jù)進行著重分析，計算惠安濱海旅游氣象指數(shù)，更貼合實際。

②統(tǒng)計分析后得出，日出日落指數(shù)低云量C≤5%為“優(yōu)”，5%53%為“差”；濱海日光浴指數(shù)yindex≥12.74為“優(yōu)”，5.16≤yindex<12.74為“良”，yindex<5.16為“差”；海風舒適指數(shù)平均風V≤3.2m/s為“優(yōu)”；3.2m/s<平均風V≤5.5m/s為“良”，平均風V>5.5m/s為“差”。

③總體來看,惠安縣是理想的濱海旅游勝地，冬天不會過于寒冷，夏天不會過于炎熱。通過建立惠安縣濱海旅游指數(shù)分析表明，惠安縣濱海旅游最適宜的季節(jié)是夏季，其次是春季和秋季。