甘肃省气候舒适度评价与区划

2017-10-12郑燕清傅志军薛甜甜

江西农业学报 2017年10期

关键词：亚区舒适度甘肃省

郑燕清,傅志军,薛甜甜

(宝鸡文理学院/陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室，陕西宝鸡 721013)

甘肃省气候舒适度评价与区划

郑燕清,傅志军*,薛甜甜

(宝鸡文理学院/陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室，陕西宝鸡 721013)

利用甘肃省27个台站1960～2015年气象数据，采用温湿指数、风效指数、着衣指数等3个气候舒适度评价模型，计算得到各月舒适度等级值、时段与年综合舒适度指数；在此基础上通过GIS空间插值生成甘肃省综合舒适度空间分布图并划分了旅游气候区。结果表明：甘肃省各地的气候舒适期长度多在3～5个月，大部分地区从4月到10月都比较适合开展户外旅游活动，特别是5月、6月和9月，普遍达到最适宜期。冬季则普遍为不舒适期。全省可划分为河西走廊文化生态旅游区、陇中黄河文化旅游区、甘南高原民族风情区和陇东南山水文化旅游区等4个旅游气候舒适区。

气候舒适度；甘肃省；旅游；舒适度指数

Abstract： According to the meteorological data of 27 stations in Gansu province from 1960 to 2015, by using three models for evaluating climate comfortableness (temperature-humidity index, wind effect index, and index of clothing), we calculated the level of climate comfortableness in each month and the synthetic comfortableness index in each year or in a certain period. On this basis, the spatial distribution map of comprehensive climate comfortableness in Gansu province was generated through the GIS spatial interpolation, and the tourism climate zones were divided. The results showed that the climate comfortable duration in different areas of Gansu province was mostly 3～5 months. In most areas, the outdoor tourism activities were suitable to be carried out from April to October, especially in May, June and September. Winter was generally uncomfortable period. The whole Gansu province could be divided into 4 tourism climate comfortale zones: the cultural and ecological tourism zone in Hexi Corridor, the Yellow River cultural tourism zone in central Gansu, the plateau ethnic custom zone in southern Gansu, and the landscape cultural tourism zone in southeastern Gansu.

Keywords： Climate comfortableness; Gansu province; Tourism; Comfortable index

0 引言

气候舒适度有多种称谓，如气候宜人性、人居气候舒适度或旅游气候舒适度等。气候舒适度是气温、日照、风速、湿度等多种体感要素在气象视角下的综合反映，是对气候资源进行横向比较与科学评判的重要指标之一[1]。有关气候舒适度的研究已有近百年的历史[2]，20世纪20年代Houghton等[3]通过室内人体感知实验，提出了等舒适线和有效温度指数概念，当时其考虑要素仅包括气温和湿度，但由此开启了采用针对性经验模型对气候舒适度进行基于统计结果的定量化评价的序幕；1966年，气候舒适性指数(Climate Comfortable Index) 的概念由Terjung正式提出[4]。随着研究的深入，综合考虑地理纬度、空气温度、湿度、太阳辐射、风速和衣着等因素、具有普适性的模型被相继提出[5]，如有效温度指数、湿球黑球温度指数、不舒适指数、着衣指数等，并被广泛应用于工作环境的医学检验、城市规划设计、气象风险评价、旅游气候资源评估等领域。

旅游活动具有季节性特征，受气候因素影响较大。一个地方的气候舒适性及其持续期长短，直接影响地方旅游时间的长短和游客旅游目的地的选择。科学定量地研究甘肃省各地的气候舒适性是我们正确认识甘肃省各地气候适宜性差异的必然选择，同时这种认识也有利于指导游客合理规划时间行程，为旅游经营管理部门整合全省旅游资源、合理开发提供必要参考。

1 研究区概况

甘肃省地处黄河的上游，西北内陆，古丝绸之路的锁匙之地，也是当前国家“一带一路”战略的重要节点，介于北纬32°31′～42°57′、东经92°13′ ～108°46′之间，与陕西、四川、新疆等省区相邻。省界狭长，东西蜿蜒达1600多km，总面积45.37万km2。因地理跨度较大，加上地形多样，甘肃省拥有丰富的气候类型和自然景观，集大漠、古城、雪山、草原等多种类型旅游资源于一体，富集度位居全国前列，旅游特色鲜明。

2 研究方法与数据来源

2.1研究方法

气候舒适度表征在不借助外界避暑、驱寒举措下能够维持人体正常热交换、新陈代谢的气候条件，是温度、太阳辐射、风速、湿度等多种体感要素在气象视角下的综合反映。依据一定气候条件下人体体温调节系统正常运转所达到的临界阈来确定气候是否舒适。同时，人体热交换机制的复杂性也决定了以其为基础的气候舒适度模型必须全面综合地考虑所选取的气候要素，要素不同、组合不同，其结果大相径庭。其中，温湿指数(THI，Temperature-humidity Index)[6]、风效指数(WEI，Index of Wind Effect)[7]和穿衣指数(ICL，Index of Clothing)[8]以其准确性和可计算性而得到广泛的应用[9-13]，因此本文选取这3项指标对甘肃省气候舒适度进行分析，其等级分级标准、对应的人体感觉及评分赋值见表1。此3项指标的具体计算方法：

(1)温湿指数。又称有效温度，表征温暖环境下，温度和湿度的组合对人体热交换的影响，是人体气候感知的首要指标。计算式为：

THI=(1.8t+32)-0.55(1-f)×(1.8t-26)

(1)

公式(1)中：THI为温湿指数；t为摄氏气温(℃)；f为相对湿度(%)。

(2)风效指数。由风寒指数(WCI，Wind Chill Index)发展而来，反映在寒冷环境下，气温与风速通过对人体散热率的作用而影响人体舒适感。相对于风寒指数，风效指数新引入了太阳辐射因子，考虑了人体体表在太阳辐射下的“晒太阳”体感效应，因而比风寒指数更具普适性。其计算公式为：

(2)

公式(2)中：WEI为风效指数；V为风速(m/s)；t为摄氏气温(℃)；S为日照时数(h/d)。

(3)着衣指数。在前两个评价模型的基础上进一步考虑在实际环境中衣着对人体气候舒适感的影响，是对人用衣着保持体温平衡概念模型的量化，单位为CLO。计算式为：

(3)

公式(3)中：t为摄氏气温(℃)；H代表人体代谢率的75%(W/m2)，本文取87；a表示人体对太阳辐射的吸收，本文取0.06；R为太阳常数(W/m2)，本文取1367；α表示地区的太阳高度角，在此，太阳直射点纬度统一取平均状况，春秋季0°，冬夏季23°26′；V为风速(m/s)。

表1 温湿指数、风效指数和着衣指数的分级标准和评分赋值[14]

(4)综合舒适度评价模型。温湿指数、风效指数等气候舒适度评价模型通过增加气象变量以及扩展分级标准等做法，在一定程度上解决了以往评价模型仅局限于特定的冷/热环境问题而得以广泛应用。同时，由于现有的单一评价模型存在特定的评价方向，如冷热感、风效感等，还无法做到同时容纳气温、风速、湿度、太阳辐射这4个核心气象因子而做出综合的气候舒适度评价。鉴于此，通过组合多种单一评价模型而进行气候舒适度的综合评价成为一种行之有效的改进措施。Terjung率先将温湿指数与风效指数进行组合开展研究。在20世纪80年代该评价体系被引入中国，学者们又结合中国的实际情况提出了多种综合舒适度评价模型和方法进行了大量研究。本文参考刘清春等[15]与马丽君等[16]提出的气候舒适度综合评价方法，采用专家打分和层次分析法对温湿指数、风效指数和着衣指数进行加权综合，得出气候舒适度综合评价模型，计算式如下：

C=0.6XTHI+0.3XWEI+0.1XICL

(4)

其中XTHI、XWEI和XICL分别为温湿指数、风效指数和着衣指数的分级赋值；0.6、0.3、0.1为各分指数的权系数。其中7≤C≤9 时为舒适；5≤C<7 时为较舒适；3

2.2数据来源

本文所涉及的气象资料来源于经过质量控制的中国气象数据网(http://data.cma.cn)中的中国地面气候资料月值数据集。根据研究需要和站点分布情况，最终选用甘肃省的27个气象站点，1960年1月至2015年12月，共计55年的月平均气温、相对湿度、风速和日照时数数据。其中，少许站点存在部分月份值缺测情况，例如榆中站1961年1月份平均风速缺测，合作站1967年12月份的平均风速和平均相对湿度等缺测，本文对所缺测数据采用5年移动平均法予以补值。

3 甘肃省气候舒适度评价

3.1指数计算

根据上文提到的3个经验公式以及相应的数据进行计算，并按表1的分级方案, 得到甘肃省27个气象站点各月的温湿指数、风效指数和着衣指数评价结果；根据综合舒适度指数评价模型对甘肃省的27个测站的各月平均综合气候舒适度进行计算并进行舒适度等级划分，结果如表2所示(结果按照纬度从高到低排列)。

从部分要素出发的3个气候舒适度评价指数，经过组合，刻画出甘肃省各地区不同的气候舒适度。分析可知，甘肃省各地的气候舒适期长度多在3～5个月，大部分地区从4月到10月都比较适合开展户外旅游活动，5月、6月和9月则普遍达到最适宜期。冬季，受累于较低的温湿指数，普遍体感不舒适。从舒适期月份分布地区来看，敦煌、瓜州等河西走廊西部地区的舒适期在4月、5月和9月，比河西走廊东部地区提前一个月；高台、张掖、民勤等地舒适期为3个月，榆中、西峰、临夏、郎木寺等地的旅游舒适期较长，从5月到9月，长达5个月；华家岭、岷县等山区的舒适期集中在夏季，而处于亚热带向暖温带过渡的陇南地区在夏季并不是最舒适期，其最适宜期在4、5月和9、10月，另外没有不舒适期；而对于乌鞘岭这样的高山地区，则没有最舒适期，只在6月至9月为较舒适期。各站点的年综合舒适度指数各不相同，舒适度指数集中在58至70间，其中最低的是乌鞘岭，只有36.8，最高的是武都，为74.8。

3.2基于气候综合舒适度的甘肃省旅游气候区划

通过ArcGIS对由月综合舒适度指数求和得到的年综合舒适度指数进行空间栅格运算，采用自然间断点法进行分级，以综合舒适度指数的类似性和发展方向的一致性为主导因素，结合与行政区相协调的原则，把甘肃省划分为以下4个旅游气候舒适区(图1)。

图1 甘肃省旅游气候舒适度空间分布及区划

测站海拔/m1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月综合指数瓜州1179edeeddcccbbAAAABBCCBDBBDAbAcbAecdede61.8鼎新1178eeeedddcdcbbAAABBCCBDBBCAbAcbbecdede58.4玉门1505eeeededcdcbbbbAAABBBCBACbbAcbbeddeee58.0敦煌1145edeecdcbcbbAAABBBCCBEBBDAABcbAdcdedd64.4酒泉1481edeedddcdcbbbbABABBBCBACbbAcbbecdedd59.0高台1350edeecddcccbbAbABABBBDBBCbbAcbAecdedd60.4张掖1483edeecddcdcbbbbABABBBCBACbbAcbbecdedd59.6山丹1765edeedddcdcbbbbAAAABACAABbbAcbbecdedd62.4民勤1371edeedddcdcbbAbABBBBBDBBCAbAcbAecdedd60.2永昌1955edeedeecdcbcbbAAbAAABAbAcbAcbcecdede59.6武威1535ecdecddcccbbAbABABBBCBBCbbAcbAeccecd62.2乌鞘岭3045eeeeeeeeeeddccdcbbcbAcbbccceddeddeee36.8景泰1627eddecdccccbbAbABABBBCBACbbAcbAdcdedd63.8环县1242ecdecddcccbbAbABABBBCBACbbAcbAeccecd62.8靖远1395ecdecdcbccbAAAABBCBBDBBDAABcbAebcecd65.8兰州1525ecdebdcbbcbAAAABBBBBDBBCbABcbAdbbebc68.0榆中1982ecdecddcccbbbbAAAAAABAABbbAcbAeccecd66.4西峰1398eddecddcccbbbbABABBACBABbbAcbAdccecd63.0临夏1890ecdecddbccbbbbAAAAAACAABbbAcbAebcecd67.4崆峒1377ecdecddcccbbbbABABBBCBACbbAcbAdccecd62.8临洮1883ecdecddbccbbbbAAAAAACAABbbAcbAebcecd67.4华家岭2450eeeeeeedddcdcccbbAbbAbbAccbdcceddede46.4合作2883eceecdecddbdcbccbAbbAcbAcbAdbcecdecd51.2天水1169ecdecdcbbbbAAAABBCCBDBBDAABcbAdbbecc67.6岷县2317ecdecddcdcbccbAbbAAABAABcbAcbAebcecd62.4郎木寺3328eddecddcccbbbbABABBACBABbbAcbAdccecd63.0武都1023dbccbbcbAAbABABBBCCBDCBDBACbbBcbAdbb74.8

注：加边框表示该月为舒适月份；加下划线表示该月为较舒适月份；加斜体表示该月为较不舒适月份；其余为不舒适月份。

(1)河西走廊文化生态旅游区。包含两个旅游亚区：河西西部大敦煌文化旅游亚区和河西东部文化生态旅游亚区。

河西西部大敦煌文化旅游亚区。位于河西走廊的最西端，主要包括敦煌、瓜州、肃北、阿克塞四县市。该区域历史悠久，是古丝绸之路的咽喉、中西文明交流的结晶、甘肃旅游的精髓，海内外市场广阔。该区域的气候年综合舒适度指数较之东面的玉门、酒泉等地更高。旅游气候舒适期为4、5、9月，适宜开展旅游活动；3、6、8、10月也较为舒适。

河西东部文化生态旅游亚区。主要包括武威、永昌、张掖、嘉峪关和酒泉部分地区。马牙雪山、武威文庙、张掖大佛寺、丹霞地质公园、酒泉西汉胜迹等不同类型、各有特色的旅游资源连成一线，区域组合良好。该区域的气候年综合舒适度指数较低，舒适期月份多集中在5月、6月和9月。

(2)陇中黄河文化旅游区。包括兰州、白银、定西及临夏州。黄河自西南向东北蜿蜒穿过，搭建起该区域名山、名水、名城浑然一体的旅游产业格局。黄河母亲像、和政古动物化石、永靖黄河三峡等自然资源与人文资源相映成辉。位于北部的景泰地区舒适期在5月、6月和8、9月，中部的兰州、靖远等地区舒适期主要在5月和9月，3、4月和7、8、10月份也较为舒适；而临夏、临洮等地舒适期较长，从5月至9月都为舒适期；南部的华家岭和岷县等山区的舒适期则集中在6、7、8月份。

(3)甘南高原民族风情区。主要包括甘南藏族自治州。位于甘肃省西南部，青藏高原东北边缘，藏族聚居地。藏族民俗风情、藏传佛教文化和雪域草原风光构成了甘南旅游鲜明的民族特色和地域风格。该区域地处青藏高原向黄土高原的过渡地带，地势西北高东南低，郎木寺所在的西北部为广阔的草甸草原，5月至9月皆为旅游气候舒适期，4月和10月也较为舒适；合作所在的东北部山区高寒阴湿，年综合舒适度指数较低，一年中只有7月为舒适月；东南部的岷迭山区则气候较为温和，年综合舒适度指数较高。

(4)陇东南山水文化旅游区。本区可分为3个旅游亚区。天水文化旅游亚区。主要是天水地区。该区域为中华民族古老文化的发祥地之一，文化底蕴深厚；自然条件较为优越，有“陇上小江南”之誉。同时旅游资源集中，位于市区的就有麦积山石窟、伏羲庙等，其他的有甘谷大象山、秦安大地湾遗址、武山水帘洞等。气候年综合舒适度较高，在甘肃仅次于陇南地区，4、5、9月为旅游气候舒适期，3月，6月至8月及10月也较为舒适。

陇东文化旅游亚区。主要指平凉和庆阳等陇东地区。平凉为道教圣地，崆峒山素有“天下道教第一圣山”之誉。此外还有泾川县的大云寺·王母宫景区，庄浪的云崖寺等。庆阳地处黄土高原腹心区，是中国农耕文化的起始地，多样的窑洞民居、社火景观，以及皮影、剪纸、刺绣等民间工艺美术彰显其独特的黄土民俗文化。该区的旅游气候舒适期主要在5、6月和8、9月。

陇南山水旅游亚区。主要指陇南地区。陇南地处甘肃省东南边陲，秦巴长江流域，属亚热带向暖温带过渡区，气候温和湿润，森林茂密，也是甘肃省唯一拥有亚热带气候的地区，有“陇上江南”的美誉。武都万象洞，成县的鸡峰山、西峡颂，两当的云屏三峡，礼县的秦文化博物馆等都很有名气。陇南地区的气候年综合舒适度在甘肃省最高，4、5月和9、10月为旅游气候舒适期，2、3月，6月至8月及11月为较舒适期，没有不舒适期。

4 结论与讨论

甘肃省各地的气候舒适期长度多在3至5个月，大部分地区从4月到10月都比较适合开展户外旅游活动，特别是5月、6月和9月，普遍达到最适宜期。冬季则普遍为不舒适期，乌鞘岭以北地区11月份也为不舒适期，武都是个例外，没有不舒适期；大部分地区在5月份迎来舒适月，10月份结束，部分地区如敦煌、天水、武都等在4月就已经进入舒适期，武都在10月仍为舒适期。可以说，各个地区旅游适宜期的差异无疑在时间上延长，在空间上扩展了甘肃省的旅游气候适宜期，有利于甘肃省的旅游业的发展。同时，对各地气候舒适期的划分也为相关管理部门对全省旅游资源因地制宜、统筹规划、梯度开发提供了理论基础。

根据旅游气候综合舒适度指数可将甘肃省划分为河西走廊文化生态旅游区、陇中黄河文化旅游区、甘南高原民族风情区和陇东南山水文化旅游区4个旅游气候舒适区。其中河西走廊文化生态旅游区又可分为河西西部大敦煌文化旅游区和河西东部文化生态旅游区。陇东南山水文化旅游区又分为天水文化旅游亚区、陇东文化旅游亚区和陇南山水旅游亚区。

甘肃省各地区气候适宜性地域差异明显。从测得的27个站点来看，乌鞘岭、华家岭、合作等高海拔地区年综合舒适度指数明显低于同纬度其他地区，但海拔超过3000 m的郎木寺与同海拔的乌鞘岭相比却差异甚大，在样本数量较少的情况下其规律并不明显。因为气候舒适度所考虑的4个气象因子受地理位置、地形等因素的综合影响，且组合复杂，其变化规律有待在充分的横/纵向对比之后作进一步探究。同时由于可获得气象站点的数量限制以及研究区地形状况复杂，利用27个站点进行空间插值得到的甘肃省综合气候舒适度空间分布还比较粗略，还不能详实地反映甘肃省每个地区的实际情况，下一步有必要结合DEM高程数据进行精细化空间表达。

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