贵阳地区人体舒适度指数变化特征分析

彭科曼，陈海凤，周博扬，李 扬

(贵州省贵阳市气象台，贵州 贵阳 550001)

1 引言

人体舒适度是依据人类机体和大气之间的热量交换而确定的一项生物气象指标，是从气象学的角度来评价在不同气候条件下人的舒适程度。它不仅直接影响人们的日常生活，还对旅游、生产等诸多领域都有影响。目前，我国多地的气象部门都对人体舒适度进行了一定的研究，如：石春娥等[1]深入探究了对于人体舒适度指数的预报；闵俊杰等[2]对南京地区的人体舒适度指数和气象要素之间的相关关系进行了分析；于庚康等[3]对江苏地区人体舒适度指数的变化特征进行了研究；赵群剑等[4]将水城与729个台站的夏季人体舒适度及气温进行比较，发现水城在夏季是全国最凉爽舒适的城市。这些研究说明人们对于人体舒适度的研究非常重视。

贵州的省会城市贵阳是一座“山中有城，城里有山，林在城里，城在林中”的现代化都市，以得天独厚的气候优势，问鼎过“中国十大避暑旅游城市”榜首，荣获过“中国避暑之都”的称号[5]。贵阳良好的气候资源每年都吸引着大量的中外游客前来游玩，但目前人们对贵阳地区的人体舒适度研究还较少，因此本文通过分析贵阳地区的气候特征、人体舒适度指数的时空分布特征以及各气象要素与人体舒适度指数之间的相关关系，以期能为当地的旅游业发展提供科学的依据，从而为贵阳创造更好的经济和社会效益。

2 资料与方法

2.1 资料

本文对贵阳地区8个国家级地面观测站(图1)1987—2016年的逐日地面观测资料来进行分析。根据地理位置将贵阳地区划分为北部、中部和南部3个区域来研究，包含的国家级地面观测站点见表1。

图1 贵阳地区各站点分布图Fig.1 The distribution of stations in Guiyang

区域站数/个站名北部3修文、息烽、开阳中部4清镇、白云、贵阳、乌当南部1花溪

2.2 研究方法

2.2.1 利用统计分析、相关分析等方法来分析气象要素的气候特征以及人体舒适度的时空分布特征。

2.2.2 通径分析法 采用通径分析法来探讨各气象要素与人体舒适度指数之间的相关关系。

通径分析是建立在多元回归的基础上形成的一种多元统计技术，它把相关系数分解成为直接通径系数与间接通径系数，直接通径系数用来表示某一自变量对因变量的直接效应，间接通径系数是指某一自变量通过其他变量对因变量的间接效应来反映该自变量和因变量之间的关系。

对自变量和因变量进行相关分析，求得相关系数以后，建立通径系数的方程组，通过求解方程组，便可得到各自变量的直接通径系数aj，再计算每一个自变量xj通过其他变量xk对因变量y的间接通径系数rkjak(j≠k)。

a1+r12a2+r13a3=r1

(1)

r21a1+a2+r23a3=r2

(2)

r31a1+r32a2+a3=r3

(3)

其中aj是直接通径系数；rkj是各自变量间的相关系数；rkjak是间接通径系数；rj是自变量与因变量的相关系数。[3]

3 贵阳地区的气候特征分析

3.1 气温

根据1987—2016年贵阳地区的月平均气温资料(表2)来看，贵阳地区的气温分布存在南北差异，南部最高，中部次之，北部最低。从各月气温分布来看，每月的平均气温均高于0 ℃。12月—次年2月的月平均气温较低，均在10 ℃以下；其中，1月平均气温为全年最低，均低于5 ℃。3—5月是由冷到热的过渡时期，月平均气温呈线性回升；6—8月的月平均气温均在20～25 ℃之间，其中7月的平均气温均为全年最高，均高于23 ℃；9—11月是从热到冷的过渡时期，月平均气温逐月降低。

表2 1987—2016年贵阳地区月平均气温 (单位：℃)

3.2 相对湿度

相对湿度是衡量人体舒适度的指标之一，由表3可知，贵阳各地的各月平均相对湿度变化较小，各月的平均相对湿度都很大，均在75%以上，这与贵阳常受来自孟加拉湾的西南暖湿气流和南海的偏南气流影响有关。其中，全年最湿润的月份为1月份。

表3 1987—2016年贵阳地区月平均相对湿度 (单位：%)

3.3 风速

风速是影响人体舒适度的另一个指标。一般情况下，吹风能促进热量散失，从而影响人体的热代谢。由表4可以看出，贵阳各地的月平均风速均分布在1.5～2.5 m/s之间，空间分布差异不大。

表4 1987—2016年贵阳地区月平均风速 (单位：m/s)

4 贵阳市人体舒适度指数的特征分布

本文选用了我国气象台站常用的人体舒适度指数经验公式[6]来进行计算，具体公式为：

其中，Z是人体舒适度指数，T是气温(℃)，RH是相对湿度(%)，V是平均风速(m/s)，常数1.8是摄氏温度和华氏温度之间的转换系数，常数-0.55和-3.2是通过试验推导而得到的。该公式将人体舒适度指数划分为9个等级(表5)

4.1 人体舒适度指数的年际变化

从图2可以看出，近30 a来，全市年平均人体舒适度指数存在着比较明显的年际变化，振荡周期大约是3～4 a。从趋势线来看，全市人体舒适度指数呈缓慢上升趋势，上升趋势不是很明显。其中，1987—2007年呈波动上升趋势，在1998年达到峰值，2007—2012年为下降趋势，2012年为低谷，2013年以后又迅速上升。

表5 人体舒适度指数的等级划分Tab.5 The grades of comfort index of human

图2 1987—2016年贵阳地区人体舒适度指数的年际变化Fig.2 The annual variation of comfort index of human in Guiyang from 1987 to 2016

贵阳各地的人体舒适度指数分布大体在51～58之间，属于-1等级(凉爽、较舒适)。全市人体舒适度指数南北之间存在着一定的差异，总体来看，南部的人体舒适度指数最高，中部次之，北部最低，其中2000—2010年，中北部和全市平均的人体舒适度指数较为接近，与南部差异较大。

4.2 人体舒适度指数的季节变化

从图3来看，夏季的人体舒适度指数最高，为0等级，是最为舒适的等级，为全年最佳的旅游季节；冬季最低，在35～40.9之间，为-3等级(冷，很不舒适)；春、秋两季差异不大，均在51～60.9之间，为-1等级(凉爽，较舒适)。从空间分布来看，四季中，人体舒适度指数分布为南部>中部>北部。

图3 1987—2016年贵阳地区人体舒适度指数的季节变化Fig.3 The seasonal variation of comfort index of human in Guiyang from 1987 to 2016

4.3 人体舒适度的月际变化

表6 1987—2016年贵阳地区人体舒适度指数的月际变化Tab.6 The monthly variation of comfort index of human in Guiyang from 1987 to 2016

从表6中可以看出，贵阳各区域各月的人体舒适度指数均在30～70之间，其中1月人体舒适度指数最低，舒适等级均为-3，天气较冷，很不舒适，之后，舒适度指数逐月提升，4月开始，舒适度指数上升到-1等级，6—9月，各区域的舒适等级均为0，为舒适度最高的月份；10月以后，各区域的舒适等级又逐月降低。从空间分布来看，也是南部的人体舒适度指数最高，中部次之，北部最低。综上所述，4—10月，来贵阳各地旅游都较为舒适，尤其是在6—9月，贵阳各地的人体舒适度指数为全年最佳，等级为0，最为舒适。

5 通径分析

由于影响人体舒适度指数的各因子之间相互制约、相互作用，因此本文采用通径分析法来估算气温、相对湿度和风速这3个影响因子与人体舒适度指数之间的线性关系。

表7 人体舒适度指数与各气象要素的通径系数(用年均值计算)Tab.7 The path coefficients of comfort index of human and each influence factor

由表7可以看出，气温与人体舒适度指数呈明显的正相关关系，相对湿度、风速与人体舒适度指数为负相关关系，3个影响因子中，气温对人体舒适度指数的影响作用最为显著。从数据可以看出，气温的直接通径系数为0.993，为正值且绝对值最大，通过相对湿度和风速的间接通径系数均较小，说明气温对人体舒适度指数主要为直接影响，影响最大且为正效应；相对湿度的直接通径系数比较小，说明相对湿度对人体舒适度指数的直接影响较小，但它通过气温对人体舒适度指数的间接通径系数的绝对值较大，说明相对湿度对人体舒适度指数的负影响主要是通过气温间接产生的；风速的直接通径系数为-0.315，间接通径系数的总和为0.141 612，因此风速对人体舒适度指数的影响为负效应。

6 结论

①贵阳地区的气温分布存在南北差异，南部最高，中部次之，北部最低；1月平均气温为全年最低，均低于5 ℃，7月平均气温均为全年最高，均高于23 ℃。贵阳各地的各月平均相对湿度变化较小，各月的平均相对湿度都很大，均在75%以上。贵阳各地的月平均风速均分布在1.5～2.5 m/s之间，空间分布差异不大。

②从年际变化来看，贵阳地区的年均人体舒适度指数大体在51～58之间，属于-1等级，比较舒适。从季节变化来看，夏季的人体舒适度指数最高，等级为0，为全年最佳的旅游季节；冬季的人体舒适度指数最低，等级为-3；春、秋两季差异不大，比较舒适。从月际变化来看，4—10月，贵阳各地旅游都较为舒适，尤其是在6—9月，贵阳各地的人体舒适度指数为全年最佳，最为舒适。从空间分布来看，人体舒适度指数为南部>中部>北部。

③气温与人体舒适度指数为明显的正相关关系，相对湿度、风速与人体舒适度指数为负相关关系，3个影响因子中，气温对人体舒适度指数的影响作用最为显著。气温对人体舒适度指数主要为直接影响，影响最大且为正效应；相对湿度对人体舒适度指数的直接影响较小，主要是通过气温间接产生负影响；风速对人体舒适度指数的直接影响大于间接影响，且为负影响。