康海濱 李衣長 陳雪芹 李仁忠 鄭文君 呂 飛

(1.三明市氣象局，福建 三明 365000；2.清流縣氣象局，福建 三明 365300)

氣候是人類賴以生存的自然環(huán)境要素，氣候舒適與否直接關(guān)系到人體健康，也影響到療養(yǎng)度假、養(yǎng)生養(yǎng)老、休閑旅游等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。人體對環(huán)境溫度的感受程度受到氣溫、濕度、風(fēng)速等氣候因子的綜合作用。多數(shù)學(xué)者以人的主觀感受和生理反應(yīng)為評價依據(jù)，構(gòu)建了有效溫度、溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、著衣指數(shù)等舒適度模型，后續(xù)一些研究通過對上述指標(biāo)賦予權(quán)重值，建立了新的綜合氣候舒適度評價模型[1]。賦權(quán)常用到的方法有模糊層次分析法(FAHP)和旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗正交函數(shù)分解法(REOF)等。FAHP是一種經(jīng)過改進的系統(tǒng)分析方法，能夠反映氣候舒適度等級的模糊性和連續(xù)性，也能實現(xiàn)對舒適度分析的定量化，有利于對不同季節(jié)、年份、區(qū)域氣候舒適度的分析與比較[2]。

三明市位于福建省西北部，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，地形以丘陵和低山為主，素有中國綠都美譽。當(dāng)前三明市大力發(fā)展全域森林康養(yǎng)旅游，打造國家森林康養(yǎng)示范市[3]，市區(qū)分布在沙溪河階地，集中了全市最優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療、文娛、交通等資源，是康養(yǎng)旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要節(jié)點?，F(xiàn)有關(guān)于三明市氣候舒適度的研究中，廖善剛[4]以綜合舒適度指標(biāo)分析福建代表性旅游城市(含三明市泰寧縣)的氣候資源；高愛仙[5]通過計算氣候舒適度指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)確定三明市宜人氣候時段是4～6月和9～11月；鄭衡宇等[6]以福建主要城市(含三明市)周邊平緩高地為研究區(qū)域，分析每日不同時段的氣候舒適度。上述研究距今年份較久，評價指標(biāo)相對單一，也沒有揭示氣候舒適度的年際變化。近幾十年三明市的平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫均表現(xiàn)出一致的緩慢升溫趨勢[7]，氣溫對氣候舒適度指數(shù)的影響是主要的、直接的[8]，這一氣候變化對三明市氣候舒適度帶來何種影響亦值得探討。因此，本文通過統(tǒng)計三明市1961—2018年的氣象資料，基于FAHP構(gòu)建綜合氣候舒適度評價模型，揭示三明市氣候舒適度的演變規(guī)律，并對研究結(jié)果進行驗證，以期從氣候角度為三明市康養(yǎng)旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 構(gòu)建常規(guī)氣候舒適度指數(shù)

選取三明市國家氣象觀測站1961—2018年的氣溫、相對濕度、風(fēng)速的日平均值和日照時數(shù)的日合計值。溫濕指數(shù)(Temperature and Humidity Index，THI)是以靜止飽和大氣作為參照標(biāo)準(zhǔn)，采用溫度和濕度來評價人體的熱耐受程度，在濕熱環(huán)境且有遮蔽的氣候條件下適用性好；風(fēng)效指數(shù)(Wind Effect Index，WEI)由風(fēng)寒指數(shù)演變而來，風(fēng)寒指數(shù)是皮膚溫度為33℃時皮膚表面的冷卻速率，風(fēng)效指數(shù)將太陽輻射后人體增熱等情況納入考慮，反映人體體表與周圍環(huán)境之間的熱量交換，在寒冷有風(fēng)的氣候條件下適用性好；著衣指數(shù)(Index of Cloth Loading，ICL)以生理學(xué)和服裝材料學(xué)的相關(guān)理論為基礎(chǔ)，反映人體通過穿衣來改變氣象條件的不舒適性。計算公式[2，8]如下：

THI=(1.8T+32)-0.55(1-RH)(1.8T-26)

式中，T為攝氏溫度(℃)；RH為相對濕度(%)；V為平均風(fēng)速(m· s-1)；S為日照時數(shù)(h· d-1)；H代表人體代謝率的75%，取87W· m-2；a表示人體對太陽輻射的吸收情況，取0.06；R為太陽常數(shù)，取1366W· m-2；α為太陽高度角，以正午太陽高度計，根據(jù)三明市氣象站緯度26.3°和太陽回歸運動，5～7月α取夏至的87.2°，11月、12月、1月α取冬至的40.2°，2～4月和8～10月α取春分和秋分的63.7°。在國家標(biāo)準(zhǔn)《人居環(huán)境氣候舒適度評價》[9]的基礎(chǔ)上，借鑒前人研究結(jié)果[8，10-11]，進行指數(shù)生理氣候分級，詳見表1。

表1 溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)的級別和賦值

1.2 基于FAHP構(gòu)建綜合氣候舒適度指數(shù)

首先，建立近58年三明市氣候舒適度評價的層次結(jié)構(gòu)模型[12-13]：一級指標(biāo)為綜合氣候舒適度指數(shù)A，二級指標(biāo)為溫濕指數(shù)B1、風(fēng)效指數(shù)B2和著衣指數(shù)B3。

其次，建立模糊一致性矩陣。

再次，確定指標(biāo)權(quán)重值。三個常規(guī)氣候舒適度指數(shù)的排序值可由下式計算：

CCI=0.5THI+0.333WEI+0.167ICL

綜合氣候舒適度指數(shù)的劃分定級未見到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，本文根據(jù)THI和WEI對應(yīng)的感覺程度和ICL對應(yīng)的穿衣厚度，綜合確定出綜合氣候舒適度：7≤CCI≤9為舒適等級，5≤CCI<7為較舒適等級，3

1.3 M-K檢驗方法

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氣候舒適度日數(shù)的分布和比例

三明市多年平均不同氣候舒適度日數(shù)比例由高到低依次是舒適、較舒適、較不舒適、不舒適(見表2)。舒適日數(shù)占35.7%，舒適和較舒適合計66.8%，不舒適日數(shù)占7.6%。以舒適日數(shù)為主的月份是3月、4月、10月、11月，平均每月有19～23d；以較舒適日數(shù)為主的月份是1月、2月、5月、12月，平均每月有12～17d；以較不舒適日數(shù)為主的月份是6月、7月、8月、9月，平均每月有15～20d；無以不舒適日數(shù)為主的月份，不舒適日數(shù)最多的是7月，有13d，其次是8月，有8d。

表2 1961—2018年三明市各月不同氣候舒適度平均日數(shù)

2.2 氣候舒適度的月季變化

以旬為單位的多年平均綜合氣候舒適度指數(shù)呈M型變化(圖1)。從6月下旬到9月上旬共8個旬的指數(shù)介于3～5，屬于較不舒適等級，表明較不舒適期集中在夏季，為熱不舒適。3月中旬到4月下旬、10月中旬到11月下旬共10個旬的指數(shù)≥7，屬于舒適等級，即舒適時段分布在春季和秋季。其余18個旬的氣候舒適度等級為較舒適，冬季也以較舒適等級為主。這與高愛仙[5]的研究結(jié)果基本一致。三明市氣候舒適度的季節(jié)變化與地形、大氣環(huán)流關(guān)系密切，閩西和閩中兩大山帶對南下和北上氣流的阻擋作用明顯，靜風(fēng)頻率大[15]，夏季受副熱帶高壓和850hPa暖中心控制[16]，以上條件容易造成三明市夏季悶熱、冬季較溫和的氣候環(huán)境。

圖1 1961—2018年三明市旬氣候舒適度變化

2.3 不同氣候舒適度日數(shù)的年際變化

氣候舒適日數(shù)和不舒適日數(shù)呈增加趨勢，平均上升率分別是1.6、2.3d/10a；較舒適日數(shù)和較不舒適日數(shù)呈減少趨勢，平均上升率分別是-0.5、-3.4d/10a(圖略)。進而分析對人群有重要影響的氣候舒適和氣候不舒適日數(shù)在不同季節(jié)的年際變化。舒適日數(shù)在春季平均上升率為0.4d/10a(圖2)，在冬季為1.9d/10a，在夏季和秋季均為-0.4d/10a。不舒適日數(shù)在夏季平均上升率為2.0d/10a(圖3)，在冬季為-0.2d/10a，在春秋季變化不明顯。在氣候變暖背景下，廣西西江流域冷不舒適日數(shù)均呈減少趨勢[17]，多數(shù)市(縣)熱不舒適日數(shù)呈增加趨勢。三明市夏季不舒適日數(shù)的增多、冬季不舒適日數(shù)的減少、冬季舒適日數(shù)的增多很可能與氣候變暖的環(huán)境背景密切相關(guān)。

圖2 1961—2018年三明市不同季節(jié)舒適日數(shù)變化

圖3 1961—2018年三明市不同季節(jié)不舒適日數(shù)變化

自20世紀(jì)90年代初期以來，冬季舒適日數(shù)有一個明顯增加趨勢，見圖4的UF曲線。21世紀(jì)00年代初期至今，這種增加趨勢超過顯著性水平0.05臨界線。UF和UB曲線的交點在置信水平區(qū)間[-1.96 1.96]內(nèi)，根據(jù)對應(yīng)時間確定冬季舒適日數(shù)在20世紀(jì)90年代中期的增加是一個突變現(xiàn)象。同理，夏季不舒適日數(shù)在上世紀(jì)80年代初期快速增加(圖5)，之后在顯著性水平線偏下波動，直到2013年以后達到顯著水平，而突變起始時間是2009年。夏季不舒適日數(shù)突變時間和達到顯著水平的起始時間均滯后于冬季舒適日數(shù)的變化。表明冬季氣候舒適度對氣候變暖的敏感性比夏季高。

圖4 1961—2018年三明市冬季舒適日數(shù)M-K檢驗

圖5 1961—2018年三明市夏季不舒適日數(shù)M-K檢驗

2.4 高氣象敏感行業(yè)與舒適度指數(shù)的相關(guān)性

氣候較舒適時，旅游過夜人數(shù)和餐飲消費人數(shù)增多，相關(guān)產(chǎn)業(yè)增加值增加。住宿和餐飲業(yè)屬于高氣象敏感行業(yè)[18]。為驗證基于FAHP的三明市氣候舒適度研究結(jié)果的可靠性，選取2016—2018年三明市四個季度住宿和餐飲業(yè)增加值(下簡稱產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值)作指標(biāo)，資料來自三明市統(tǒng)計局網(wǎng)站。產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值主峰在第四季度(圖6)，次高峰在第一季度，這與季度舒適和較舒適總?cè)諗?shù)遞減分布相符。但是在舒適和較舒適總?cè)諗?shù)最少的第三季度，僅2016年的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值最低，且近三年第三季度總?cè)諗?shù)的環(huán)比增幅與產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的環(huán)比增幅存在明顯差異，這些反映了舒適度與產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的偏離。在季度產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與季度月均氣候舒適度指數(shù)的相關(guān)分析中(圖7)，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.425，顯著性為0.084，屬于中等程度相關(guān)。綜上，一定程度上說明本研究結(jié)果是可信的。

圖6 2016—2018年三明市季度住宿和餐飲業(yè)增加值與季度舒適和較舒適總?cè)諗?shù)

圖7 2016—2018年三明市季度住宿和餐飲業(yè)增加值與季度月均舒適度指數(shù)線性關(guān)系

3 結(jié)論

三明市氣候舒適期長，較舒適和舒適日數(shù)合計占全年的66.8%。季節(jié)上，春秋季舒適，冬季較舒適，夏季較不舒適。月季變化上，3月中旬～4月下旬、10月中旬～11月下旬屬于舒適等級；6月下旬～9月上旬屬于較不舒適等級。

三明市的舒適期和不舒適期均在變長，不舒適日數(shù)增幅大于舒適日數(shù)。夏季不舒適日數(shù)增多、冬季不舒適日數(shù)減少、冬季舒適日數(shù)增多很可能與氣候變暖有關(guān)。冬季氣候舒適度對氣候變暖的敏感性比夏季高。

三明市在今后發(fā)展康養(yǎng)旅游產(chǎn)業(yè)時，可以充分利用春季和秋季，增加對冬季的利用，積極開展全地域、多層次、多種類的經(jīng)營開發(fā)活動。同時應(yīng)加大對避暑型康養(yǎng)基地、項目和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，做好長期氣候變暖下氣候舒適度向熱不舒適演變的應(yīng)對。