武功山旅游氣候舒適度研究

樊佳明 ,雷星宇 ,任 強(qiáng) ,熊順龍

(1.蘆溪縣氣象局,337200,江西,蘆溪;2. 南昌市氣象局,330038,南昌;3.江西省氣象局機(jī)關(guān)服務(wù)中心,330096,南昌)

0 引言

武功山景區(qū)位于江西省中西部,屬羅霄山脈北支,山體呈東北——西南走向,地跨江西省萍鄉(xiāng)市蘆溪縣、吉安市安福縣和宜春市袁州區(qū)。區(qū)內(nèi)河流縱橫,水系發(fā)達(dá),天然落差較大,形成眾多的溪流,具有明顯的山地立體氣候,獨(dú)特的氣候和地理?xiàng)l件,賦予了武功山得天獨(dú)厚的氣候、生態(tài)環(huán)境等旅游資源。近年來(lái),避暑、天然氧吧、避寒養(yǎng)生及氣候康養(yǎng)等主題已經(jīng)成為旅游新熱點(diǎn),開(kāi)展對(duì)旅游區(qū)的旅游舒適度的氣候特征研究,對(duì)開(kāi)發(fā)旅游資源、居民舒適性出游都具有非常重要的意義。

國(guó)內(nèi)對(duì)旅游氣候舒適度的研究始于 20 世紀(jì) 80 年代,最早有林之光先生的 《氣候風(fēng)光集》[1],主要研究旅游氣候等理論。吳章文教授在 《旅游氣候?qū)W》[2]專著中,全面闡述了旅游景區(qū)與氣候資源的影響與研究,是一部實(shí)踐與理論相互結(jié)合的旅游氣候?qū)W。國(guó)外學(xué)者Terjung[3]設(shè)計(jì)了舒適指數(shù)、風(fēng)效指數(shù),自Terjung提出舒適度指數(shù)的概念后,各國(guó)研究人員陸續(xù)提出許多人體舒適度的表征方法,如人體舒適度、溫濕、風(fēng)效指數(shù)[4]和負(fù)氧離子濃度等評(píng)測(cè)模型。本研究選用武功山地區(qū)21年氣候資料,從氣候資源的角度對(duì)武功山景區(qū)氣候特征及舒適旅游的氣象條件進(jìn)行分析,計(jì)算出人體舒適度指數(shù)、人體舒適度等級(jí)、溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù),并利用這些指數(shù)對(duì)武功山地區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 資料和方法

本文所用數(shù)據(jù)為2001—2021年中國(guó)國(guó)家級(jí)地面氣象站(宜春站(57793)、萍鄉(xiāng)站(57786)、安福站(57798))日值數(shù)據(jù)、2016—2021年武功山區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)以及武功山負(fù)氧離子濃度檢測(cè)數(shù)據(jù),首先采用逐月差值訂正法[5]建立武功山地區(qū)逐日氣象要素?cái)?shù)據(jù)集(包括溫度、濕度、風(fēng)、日照等),再分別計(jì)算武功山景區(qū)逐年各月的人體舒適度指數(shù)、人體舒適度等級(jí)、溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù),最終對(duì)武功山景區(qū)的旅游氣候舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 武功山長(zhǎng)時(shí)氣象要素?cái)?shù)據(jù)集的建立方法

為了得到長(zhǎng)時(shí)的武功山景區(qū)的逐日氣象要素(溫度、濕度、日照等)序列,本文參考使用逐月插值訂正法對(duì)武功山景區(qū)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了序列整合。有研究表明,距離較近的站點(diǎn)由于受到同一天氣系統(tǒng)的影響,其逐日的氣象要素變化趨勢(shì)完全一致,又由于相鄰站點(diǎn)的逐月插值多年平均值穩(wěn)定,因此,可以利用武功山區(qū)域自動(dòng)站附近的站點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行逐年訂正,最終得出氣象要素的序列。為了更加接近真實(shí)實(shí)況,本文利用武功山以北、以西、以南的3個(gè)站點(diǎn)(宜春、萍鄉(xiāng)、安福)的單日氣象要素平均值作為該日武功山景區(qū)自動(dòng)站的臨近站點(diǎn)氣象要素值。

選取武功山各個(gè)方向的臨近站點(diǎn)宜春、安福、萍鄉(xiāng)三站氣象要素平均的5 d滑動(dòng)平均,求月平均,再用三站月平均減去武功山站現(xiàn)有數(shù)據(jù)實(shí)際的月平均,得出一個(gè)差值,按月進(jìn)行逐日要素訂正,得到完整的逐日氣象要素序列,通過(guò)對(duì)武功山地區(qū)逐年各月的人體舒適度指數(shù)、人體舒適度等級(jí)、溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)的運(yùn)算,從氣候資源利用角度對(duì)武功山旅游開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1.2 人體舒適度指數(shù)

人體舒適度指數(shù)是根據(jù)大部分人的感受,將溫度和相對(duì)濕度組合的不同進(jìn)行分類,計(jì)算公式如下:

(1)

式中,T為溫度(℃),RH為相對(duì)濕度(%),V為風(fēng)速(m/s)。

1.3 人體舒適度等級(jí)

王式功等[6]用根據(jù)不同月份(M)和緯度(φ)的人群對(duì)舒適感有所差異,得到最佳舒適溫度:

(2)

當(dāng)Ta≥Ts,RH>RHs時(shí),

Tg=Ta+A{exp[0.05(Ta-Ts)(RH-RHs)]-1}-0.03(Ta-Ts)V

(3)

當(dāng)TaRHs時(shí),

Tg=Ta-A{exp[0.013(Ts-Ta)(RH-RHs)]+1}-0.01(Ts-Ta)V

(4)

式中,Ta為日平均氣溫 ,V為日平均風(fēng)速,RH為日平均相對(duì)濕度,RHs為日最適相對(duì)濕度,Ts為最佳舒適溫度,再由式(3)、(4),得出體感溫度(Tg),再基于體感的溫度舒適度等級(jí)表進(jìn)行劃分,得到當(dāng)天的舒適度等級(jí)。

其中,A=36.75(1-0.618)≈14,當(dāng)無(wú)降水時(shí),最適相對(duì)濕度(RHs)為50%;有降水時(shí),最適相對(duì)濕度(RHs)為62.8%[7]。

利用溫度、濕度、雨量和風(fēng)速,采用式(3)和式(4)分別計(jì)算4個(gè)站點(diǎn)21年每天的體感溫度(Tg),求21年平均值,再用Dt=22.7-Ts計(jì)算出各站點(diǎn)每天相應(yīng)的舒適度等級(jí)。

1.4 溫濕指數(shù)

溫濕指數(shù)[4]計(jì)算公式如下:

I=T-0.55×(1-RH)×(T-14.4)

(5)

式中,I為溫濕指數(shù),T為該評(píng)價(jià)時(shí)段平均溫度(℃),RH為該時(shí)段平均相對(duì)濕度(%)。

1.5 風(fēng)效指數(shù)

風(fēng)效指數(shù)[4]計(jì)算公式如下:

(6)

式中,K為風(fēng)效指數(shù),T為攝氏溫度(℃),V為風(fēng)速(m/s),S為日照時(shí)數(shù)(h/d)。

風(fēng)效指數(shù)越小,人體感覺(jué)越寒冷,風(fēng)效指數(shù)越大,人體感覺(jué)越炎熱。指數(shù)過(guò)高或過(guò)低對(duì)旅游影響都比較明顯。

2 常規(guī)氣象要素分析

2.1 氣溫變化特征

武功山平均海拔都在千米以上,不少山峰高于1 500 m,武功山風(fēng)景名勝區(qū)金頂?shù)淖罡唿c(diǎn)海拔為1 918.3 m。從圖1武功山附近3個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站2001—2021年平均氣溫變化趨勢(shì)圖可看出,近21年來(lái)武功山地區(qū)氣溫整體呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),其線性傾向趨勢(shì)方程為y= 0.054 3x+ 17.854,氣溫傾向率為0.5 ℃/10 a,武功山附近3個(gè)國(guó)家站年平均氣溫為18 ℃,其中最低平均氣溫為17.7 ℃,出現(xiàn)在2012年,年最高平均氣溫為19.5 ℃,出現(xiàn)在2021年。2013年以后各站溫度變化明顯,宜春站平均氣溫低于萍鄉(xiāng)、安福兩站。當(dāng)宜春、萍鄉(xiāng)、安福三站 6月、7 月、8 月和9月份處于高溫酷熱天氣時(shí),武功山的氣溫比較舒適,是天然的避暑旅游勝地。

圖1 宜春、萍鄉(xiāng)、安福平均氣溫年際和月際特征

2.2 風(fēng)速變化特征

從圖2武功山地區(qū)月際變化特征可以看出,武功山地區(qū)因?qū)儆谇鹆甑貛?海拔高度較高,除8月、9月、10月、12月外,其余月份武功山地區(qū)的風(fēng)速比宜春、安福、萍鄉(xiāng)三站(平原站)更大,尤其5月份武功山站平均風(fēng)速為3.07 m/s,較安福站大1.6 m/s。有研究表明,當(dāng)風(fēng)速2～4 m/s左右,人體感覺(jué)最為舒適,全年武功山站平均風(fēng)速2.3 m/s,表明武功山站比其他三站較為舒適。

圖2 宜春、萍鄉(xiāng)、安福和武功山逐月平均風(fēng)速和濕度變化特征

圖3 武功山舒適度指數(shù)年際和月際變化特征

2.3 濕度變化特征

從圖2可以看出,宜春、萍鄉(xiāng)、安福三站平均相對(duì)濕度為78%左右,其中上半年是低溫連陰雨和降水量多的月份,故濕度大,最小相對(duì)濕度一般出現(xiàn)在下半年。武功山因海拔較高,潮濕的空氣沿著山坡上升,溫度隨著海拔的提升而降低,空氣冷卻達(dá)到過(guò)飽和的狀態(tài),空氣所能容納的水汽含量減少,使得全年各月濕度均高于武功山下宜春、萍鄉(xiāng)和安福三站。

2.4 降水量變化特征

從表1可以看出,宜春、萍鄉(xiāng)、安福三地降水日數(shù)分別為164日、165日、155日,暴雨日數(shù)和平均濕度也較為接近,又由圖1、圖2可以看出,武功山附近宜春、安福、萍鄉(xiāng)3個(gè)站點(diǎn)溫度、風(fēng)速、濕度變化趨勢(shì)幾乎一致,可以說(shuō)明武功山地區(qū)3個(gè)站點(diǎn)在同一大氣環(huán)流背景下。三地因?qū)儆谕淮髿猸h(huán)流背景下,可以將宜春、安福、萍鄉(xiāng)平均要素作為該站參考站采用逐月差值訂正法進(jìn)行武功山站氣象要素訂正,在相應(yīng)計(jì)算出武功山站點(diǎn)人體舒適度指數(shù)和等級(jí),溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)。

表1 三站暴雨日數(shù)、降雨日數(shù)、平均濕度

3 各指數(shù)變化特征

3.1 舒適度指數(shù)變化特征

根據(jù)武功山人體舒適度(簡(jiǎn)稱“舒適度”,下同)年際變化特征可以看出,2001年到2021年武功山年平均舒適度指數(shù)有上升趨勢(shì),線性趨勢(shì)傾向率為0.8/10a,平均舒適度指數(shù)為49.9,最小為2012年48.5,最大為2021年51.7,總體感覺(jué)為舒適偏涼爽。根據(jù)武功山四季舒適度指數(shù)可以看出,夏季最高,冬季最低,春季為涼、夏季為舒適、秋季為涼爽舒適、冬季為冷。根據(jù)武功山逐月舒適度指數(shù)變化特征可知,武功山人體舒適度指數(shù)為34～63之間,5—10月份舒適度指數(shù)舒適,冬季(12月—2月)舒適度指數(shù)為冷,3月、4月、11月武功山舒適度指數(shù)為涼。

3.2 舒適度等級(jí)變化特征

選取武功山地區(qū)的武功山區(qū)域自動(dòng)氣象站和附近宜春、萍鄉(xiāng)、安福3個(gè)國(guó)家站,分別代表武功山所屬3個(gè)縣區(qū)和武功山頂,主要利用氣溫、相對(duì)濕度、降水量和風(fēng)速等常規(guī)氣象要素,采取黃金分割法對(duì)武功山地區(qū)進(jìn)行人體舒適度等級(jí)劃分,并統(tǒng)計(jì)不同舒適度等級(jí)年平均各站的日數(shù),繪制為圖4(a)。定義微熱(1級(jí))、舒適(0級(jí))和涼爽(-1級(jí))為舒適等級(jí),統(tǒng)計(jì)舒適日數(shù)繪制為圖4(b)。

圖4 武功山地區(qū)舒適度各等級(jí)年際分布特征和舒適度日數(shù)

根據(jù)圖4(a)所示,可以看出宜春、萍鄉(xiāng)、安福舒適天氣與較熱天氣和較冷天氣日數(shù)相差不大,舒適天氣略高,宜春、萍鄉(xiāng)、安福3個(gè)站點(diǎn)的舒適度等級(jí)非常接近,無(wú)寒冷、嚴(yán)寒天氣,同時(shí)由于武功山地區(qū)海拔高于其他三站,主要為舒適和較冷天氣,其舒適天氣要明顯多于宜春、萍鄉(xiāng)和安福三站,較冷天氣次之169 d,較熱天氣平均全年1 d。

從圖4(b)可以看出,夏季(6月到8月)武功山舒適日數(shù)最多,季節(jié)分布為冬季最少, 秋季比春季舒適日數(shù)略多。宜春、安福、萍鄉(xiāng)三站舒適日數(shù)逐月分布較為一致,平均每年宜春舒適日數(shù)為137 d,萍鄉(xiāng)舒適日數(shù)為134 d,安福舒適日數(shù)為139 d,分別占全年總?cè)諗?shù)的38%,37%,38%,主要分布在3月、4月、5月、10月和11月,武功山地區(qū)為195 d占全年總?cè)諗?shù)的53%,比其他三站高15%,主要分布在4月到10月。尤其是5到9月,武功山幾乎全月都舒適。

3.3 溫濕指數(shù)變化特征

從圖5溫濕指數(shù)可以看出,宜春、萍鄉(xiāng)、安福三站各月平均溫濕指數(shù)非常接近?？偟膩?lái)說(shuō),溫濕指數(shù)在7～27之間,全年差異極大,冬夏兩季尤為明顯,總體人體感覺(jué)程度為寒冷、冷、舒適和熱,感覺(jué)舒適的分別為4月、5月、6月、9月和10月。武功山溫濕指數(shù)在4～20之間,冬夏兩季差異較大,人體總體感覺(jué)程度為寒冷、冷、舒適。武功山舒適天氣為6月、7月、8月和9月,總的來(lái)說(shuō),山上夏季舒適,其他季節(jié)以感覺(jué)冷為主。

圖5 溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)月際變化特征

從圖5溫濕指數(shù)可以看出,宜春、萍鄉(xiāng)、安福三站各月平均溫濕指數(shù)非常接近?？偟膩?lái)說(shuō),溫濕指數(shù)在7～27之間,全年差異極大,冬夏兩季尤為明顯,人體總體感覺(jué)程度為寒冷、冷、舒適和熱,感覺(jué)舒適的分別為4月、5月、6月、9月和10月。武功山溫濕指數(shù)在4～20之間,冬夏兩季差異較大,總體人體感覺(jué)程度為寒冷、冷、舒適。武功山舒適天氣為6月、7月、8月和9月,總的來(lái)說(shuō)山上夏季舒適,其他季節(jié)以感覺(jué)冷為主。

3.4 風(fēng)效指數(shù)變化特征

從圖5風(fēng)效指數(shù)可以看出,宜春、萍鄉(xiāng)、安福三站各月平均風(fēng)效指數(shù)非常一致,總的來(lái)說(shuō),風(fēng)效指數(shù)在-567～-11之間,全年差異較大,人體總體感覺(jué)為寒冷、冷、舒適和熱。舒適天氣主要分布在4月、5月、6月、9月和10月,武功山風(fēng)效指數(shù)在-241～-668之間,人體總體感覺(jué)程度為寒冷、冷和舒適,可以看出武功山舒適天氣主要分布在7月、8月和9月。

根據(jù)《人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)(GB/T27963—2011)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:“當(dāng)兩種指數(shù)不一致時(shí),冬半年使用風(fēng)效指數(shù),夏半年使用溫濕指數(shù)”[8]?？梢缘贸?武功山舒適天氣為6月、7月、8月和9月,其他月份山區(qū)多為偏冷天氣,上山旅游觀光需攜帶御寒衣物。

3.5 氣候舒適度綜合評(píng)價(jià)

本文通過(guò)武功山地區(qū)溫濕度、風(fēng)速、降水情況等氣象要素,分別計(jì)算出其舒適度指數(shù)、舒適度等級(jí)、溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù),對(duì)表2進(jìn)行綜合研判分析發(fā)現(xiàn),武功山地區(qū)4—10月份人體感覺(jué)比較舒適,最適宜月份為6—9月,夏季最為舒適,春秋季涼爽舒適,冬季較為寒冷。

表2 武功山旅游氣候舒適度綜合評(píng)價(jià)

3.6 負(fù)氧離子濃度變化特征

人類生活環(huán)境中負(fù)氧離子含量的濃度與人體健康水平和空氣中的細(xì)菌數(shù)量有著直接關(guān)系,所以負(fù)氧離子又被譽(yù)為“空氣中的維生素”。世界衛(wèi)生組織公布清新空氣的標(biāo)準(zhǔn)為1 cm3空氣負(fù)氧離子含量為1 000～1 500個(gè),負(fù)氧離子濃度多少不僅預(yù)示著空氣質(zhì)量的好壞,同時(shí)高負(fù)氧離子濃度的環(huán)境,對(duì)人體有一定的醫(yī)療保健作用。利用武功山大氣負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)站建站以來(lái)數(shù)據(jù)分析空氣負(fù)氧離子資源的季節(jié)變化特征,可以得出武功山地區(qū)適宜旅游的季節(jié)建議。根據(jù)武功山每月平均負(fù)氧離子濃度個(gè)數(shù),武功山地區(qū)2021年1 cm3空氣負(fù)氧離子含量為1 000個(gè)以上,武功山地區(qū)全年的負(fù)氧離子濃度都對(duì)人體非常有益,一般來(lái)說(shuō),冬季負(fù)氧離子濃度偏大,夏、秋季偏小,春季不穩(wěn)定。

4 結(jié)論與建議

本文通過(guò)對(duì)武功山地區(qū) 2001—2021年的氣象要素的時(shí)空特征統(tǒng)計(jì)分析,評(píng)價(jià)了武功山氣象旅游資源和人體舒適度,進(jìn)一步分析出武功山地區(qū)人體舒適度分布特征,并就武功山氣象旅游資源開(kāi)發(fā)提出建議,總結(jié)如下。

1)氣候分析表示,近21年來(lái)武功山地區(qū)氣候變化顯著,氣溫存在上升趨勢(shì),逐年氣溫傾向率為0.05 ℃/a,年平均風(fēng)速為2.3 m/s,年平均相對(duì)濕度87%。

2)武功山冬季偏冷,3月、4月、11月偏涼,其他月份氣候宜人,變化平穩(wěn),夏無(wú)酷暑。 武功山適宜旅游的時(shí)間為 4—10月,最適宜月份為6—9月,一年長(zhǎng)達(dá) 195 d 以上,舒適日數(shù)率占整年的53%。

3)2001—2021年武功山地區(qū)人體舒適度呈現(xiàn)整體平穩(wěn)趨勢(shì),無(wú)明顯變化,表明武功山近21年氣候旅游舒適度整體處于較適宜狀態(tài),氣候特征、人體舒適度、風(fēng)效和溫濕指數(shù)年際變化特征均表明武功山地區(qū)呈現(xiàn)氣候略偏暖趨勢(shì)。

在全球氣候變暖的趨勢(shì)背景下,武功山旅游氣候舒適度并未降低,反而是不斷提高。因此,未來(lái)武功山地區(qū)避暑旅游還將成為熱點(diǎn),結(jié)合霧凇、日出日落、云海、雪景等氣候景觀資源,合理開(kāi)發(fā)和利用旅游氣候資源還將在未來(lái)值得探討。雖然舒適日數(shù)的增多,有助于武功山旅游發(fā)展,給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來(lái)非常有利的影響。但同時(shí)就如何應(yīng)對(duì)游客增長(zhǎng)對(duì)旅游服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施需要和生態(tài)環(huán)境壓力同樣值得關(guān)注。