1960—2017 年额济纳胡杨林观赏期旅游气候舒适度分析

魏 学，石 岚，谷新波

（1.赤峰市气象局，内蒙古 赤峰024000；2.内蒙古气象服务中心，内蒙古 呼和浩特010051）

气候舒适度是户外旅游活动最重要的环境影响因素之一，旅游景区温度的高低、降水的多少、风力的大小、 太阳辐射强度等因素都会影响旅客体感舒适程度。 关于旅游适宜度国内外已有很多学者开展了相关研究，国外学者Terjung[1]在1966 年就提出了气候舒适度指数和风效指数的概念， 建立了人体舒适度计算模型。 1987 年Oliver[2]通过户外实验观测，建立了由气温、湿度、风速为主要因子的气候舒适度模型。国内研究主要始于20 世纪80 年代，以温湿指数、风效指数、有效温度指数、寒冷指数、舒适度指数等应用最为广泛[3-6]，前人研究的成果对于当地指导旅游产业发展具有重要意义， 也为其它地区学者开展气候适宜度评价奠定了基础。

胡杨是我国西北干旱区沙漠、 戈壁中特有的落叶乔木，具有很强的抗干旱、御风沙、耐盐碱的能力，是沙漠绿洲植物群落的重要组成部分， 不仅对生态环境起到重要调节作用， 而且因叶片颜色多变具有极高的观赏价值[7-8]。 额济纳旗位于内蒙古阿拉善盟西北部，境内拥有原生胡杨林约2.6 万hm2。 有学者研究认为[9]，额济纳胡杨林叶片颜色和落叶日期与气温密切相关，一般在9 月下旬—10 月下旬，当日最低气温为4～-2 ℃时，胡杨林叶片观赏价值最高。目前， 已有学者从生态角度分析了新疆沙雅胡杨林生态旅游环境的影响及保护对策[8]， 但国内关于胡杨林景区的旅游气候适宜度的研究少见报道，因此，本研究利用1960—2017 年9 月21 日—10 月31 日逐日气象资料，确定额济纳旗胡杨林最佳观赏期，分析评估最佳观赏期旅游气候舒适度， 以期为合理开发利用胡杨林旅游资源和游客合理选择出行提供科学依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

额济纳旗位于内蒙古阿拉善盟西北部， 位于39°52′～42°47′N，97°10′～103°7′E，面积为114 606 km2，气候类型属温带极干旱大陆性季风气候。 该区域年平均气温9.8 ℃， 年降水量37 mm， 年蒸发量3841 mm，相当于降水量的100 多倍，气候干旱，境内的天然胡杨林主要分布于居延海边， 不仅是阻止巴丹吉林沙漠向北扩散的重要生态屏障， 而且还因树叶颜色美观，成为极具观赏价值的旅游区。

1.2 数据来源

气象数据采用额济纳旗气象站点1960—2017年9 月21 日—10 月31 日逐日平均气温、 平均风速、空气湿度等观测资料，通过计算得出人体舒适度指数、温湿指数、风寒指数、着衣指数，根据4 种指数相应权重，计算得出旅游气候舒适度指数（表1）。

1.3 评价指标及方法

1.3.1 人体舒适度指数

人体舒适度指数（Human Comfort Index）是反映人体对周围环境产生的不同舒适感。 采用王妍方[10]的计算方法，公式如下：

式中，Xh为人体舒适指数；t 为平均气温， 单位℃；f为空气相对湿度，单位%；V 为风速，单位m/s。

1.3.2 温湿指数

温湿指数（Temperature Humidity Index）是反映周围环境温度和湿度组合对人体舒适性影响程度的一种指数。 采用刘蕊娟[6]的计算方法，公式如下:

式中，Xt为温湿指数；t 为平均气温，单位℃；f 为空气相对湿度，单位%。

1.3.3 风寒指数

风寒指数（Wind Chill Index）是综合反映周围环境中风速、 温度组合对人体舒适性影响程度的一种指数。 采用长安[11]的计算方法，公式如下：

式中，Xw为风寒指数；t 为平均气温，单位℃；V 为风速，单位m/s。

1.3.4 着衣指数

着衣指数（Index of Cloth Loading）是反映人体通过调整衣物厚度来改变气候条件的不舒适性，采用马丽君[12]的计算方法，公式如下：

式中， Xi为着衣指数；t 为平均气温，单位℃；V 为风速，单位m/s；H 代表人体正常活动下代谢率的75%，取值87 W/m2；A 代表人体对太阳辐射的吸收情况，取黑色衣料情况下最大值0.06；R 为垂直阳光下单位面积土地接收的太阳辐射， 取人造卫星测得的数值1366 W/m2；∂为太阳高度角， 依据所在区域和季节进行计算。

1.3.5 旅游气候舒适度指数

根据人体舒适度指数、温湿指数、风寒指数和着衣指数的大小分5 个等级赋值为9、7、5、3、1， 采用模糊层次分析法（FAHP）确定4 个指数的权重系数分别为0.29、0.35、0.21、0.15， 建立旅游气候舒适度（Tourism Climatic Comfortable Index）评价模型，公式如下:

式中，Yt为旅游气候舒适度，其中7≤Yt≤9 为舒适；5≤Yt＜7 为较舒适；3≤Yt＜5 为较不舒适；1≤Yt＜3 为不舒适，Xh、Xt、Xw、Xi分别为人体舒适度指数、 温湿指数、风寒指数和着衣指数分级赋值。

表1 人体舒适度、温湿指数、风寒指数、着衣指数的分级标准及赋值

2 结果与分析

2.1 胡杨林叶片最佳观赏期

胡杨林叶片颜色变化对温度具有极高的敏感性，当日最低气温≤4 ℃初日叶片开始变黄，到日最低气温≤-2 ℃初日叶片开始脱落，因此将二者出现日期作为胡杨林观赏期开始日期和结束日期。 受气候变暖影响，1960—2017 年胡杨林观赏期的开始日期和结束日期均呈现向后延迟的趋势，每10 a 分别延迟1.4、2.3 d。 58 a 中，观赏期开始日期最早出现在1980 年9 月20 日，最晚出现在2014 年10 月11日；观赏期结束日期最早出现在1962 年10 月3 日，最晚出现在2014 年10 月31 日（图1）。

为了方便统计分析， 将9 月1 日记为1，9 月2日记为2，…，把开始日期和结束日期重新定义时间序列。采用均方差方法计算得出，80%保证率下的开始日期和结束日期分别为9 月25 日和10 月24 日，90%保证率下的开始日期和结束日期分别为9 月23 日—10 月27 日， 确定胡杨林叶片最佳观赏期为每年9 月23 日—10 月27 日。

图1 1960—2017 年研究区最佳观赏期开始日期和结束日期变化趋势

2.2 观赏期内气象要素的年际变化

1960—2017 年，额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期平均气温、最低气温在波动中呈上升趋势，近58 a平均气温升高了2.8 ℃， 升温速度为每10 a 升高0.49 ℃，最低气温升高了4.6 ℃，升温速度为每10 a升高0.80 ℃。 1960—2017 年，额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期相对湿度、 风速均呈波动减少趋势，近58 a 分别减少了4.5%、1.1 m/s， 减少速度分别为每10 a 减少0.78%、0.21 m/s（图2）。说明近58 a 来，额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期内气象要素呈现明显的变化趋势，这是全球气候变化的区域响应所致。

图2 1960—2017 年研究区平均气温（a）、最低气温（b）、相对湿度（c）及风速（d）变化趋势

2.3 4 种指数的变化特征

从图3 可以看出，1960—2017 年额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期人体舒适度指数、温湿指数、风寒指数均呈波动上升趋势，增加速率分别为每10 a 增加1.47、0.56、18.62，着衣指数呈波动下降趋势，下降速率为每10 a 下降0.04。 根据表1 的分级标准，58 a来4 种指数90%以上年份为3 级，其中人体舒适度指数为偏冷不舒适，温湿指数、风寒指数为偏冷较不舒适，着衣指数为“毛衣加外套”。

图3 1960—2017 年研究区4 种指数变化趋势

2.4 最佳观赏期旅游气候舒适度评价

1960—2017 年额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期逐年旅游气候舒适度呈上升趋势， 最大值6.1，最小值4.4，上升速率为每10 a 升高0.10。根据旅游气候舒适度的划分标准，58 a 中有3 a 低于5.0， 为较不舒适等级，其余年份为较舒适。最佳观赏期内逐日旅游气候舒适度呈下降趋势， 最大值7.3， 最小值4.1， 下降速率为每10 d 下降0.93。 9 月23 日—26日为舒适等级，9 月27 日—10 月19 日为较舒适等级，10 月20 日—10 月27 日为较不舒适（图4）。

图4 1960—2017 年研究区逐年（a）、逐日（b）旅游气候舒适度变化趋势

2.5 旅游气候舒适度对气候变化的响应

利用1960—2017 年额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期旅游气候舒适度、 人体舒适度指数、 温湿指数、风寒指数、着衣指数分别与平均气温、最低气温、相对湿度、风速4 个气象因子进行相关分析（表2），旅游气候舒适度、人体舒适度指数、温湿指数均与平均气温、最低气温呈极显著正相关关系，与风速呈极显著负相关关系，风寒指数、着衣指数分别与平均气温、最低气温呈极显著负相关关系，与风速呈极显著正相关关系，均通过了α=0.01 水平的相关显著性检验；5 种指数与相对湿度无显著相关关系。

表2 最佳观赏期旅游气候舒适度与气象要素的相关分析

3 讨论

20 世纪50 年代以来， 全球气候变暖导致气候格局发生了变化，干旱地区气候类型有向“暖干化”发展的趋势，表现出了气温升高、极端气候事件频发的区域响应[13-14]。 黎浩许等[15]研究发现，1957—2009年额济纳旗年平均气温呈升高趋势， 相对湿度和风速呈减小趋势。 程清平等[16]研究认为，梅里雪山1954—2014 年年平均气温、最低气温呈极显著的上升趋势，年相对湿度、平均风速呈不显著的下降或减少趋势。 刘文平等[17]研究结果表明，1971—2008 年山西省旅游景区气温呈上升趋势。 本研究发现额济纳旗属极强型大陆性气候干旱荒漠区， 生态环境对气候依赖性、敏感性极强，因此，对气候变化表现的区域响应更加明显。1960—2017 年额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期平均气温、最低气温呈上升趋势，近58 a 分别升高了2.8、4.6 ℃，相对湿度、风速均呈减少趋势，分别减少了4.5%、1.1 m/s，这与以上研究结论一致。刘普幸等研究[8]发现，1955—2010 年敦煌绿洲胡杨林生长季对气候变化响应十分敏感， 生长季延长，叶片变黄开始日期有推后趋势，叶黄初日和生长期天数均与10 月平均气温存在正相关关系。本研究分析得出，受气候变化影响，尤其是气温的升高，近58 a 额济纳旗胡杨林叶片变为金黄色的开始日期和结束日期， 即观赏期的起止日期均呈现向后延迟的趋势，延迟速率分别为每10 a 延迟1.4、2.3 d。

某一区域气象要素格局的变化必然影响人体舒适度，王学林等[18]认为气候变暖在一定程度上提升了江南地区冷凉季节的舒适度， 增加了炎热季节的人体不舒适感，气温升高是舒适度增加的主导因素。有学者[5]研究发现近55 a 青海省旅游人体舒适度呈极显著上升趋势，马丽君等[19]研究表明，1958—2008年北京地区人体舒适度指数、温湿指数呈上升趋势，风寒指数、着衣指数呈下降趋势，且各指数等级持续时间出现了明显变化。1961—2015 年青海省西宁市人体舒适度指数呈上升趋势[20]，上升速率为每10 a上升2.7 d。 1981—2010 年甘肃省兰州市旅游最舒适时间为5—9 月， 不适宜期主要是冬季的1 月、12月[21-22]。本研究结果表明，近58 a 额济纳旗胡杨林最佳观赏期风寒指数、着衣指数呈下降趋势，人体舒适度指数、 温湿指数和旅游气候舒适度均呈增加的趋势，旅游气候舒适度、人体舒适度指数、温湿指数均与平均气温、最低气温呈极显著正相关关系，与风速呈极显著负相关关系，风寒指数、着衣指数分别与平均气温、最低气温呈极显著负相关关系，与风速呈极显著正相关关系， 说明气温升高对该区域旅游气候舒适增加具有显著正向作用，与以往的研究结论相似。

4 结论

利用额济纳旗1960—2017 年9 月21 日—10月31 日气象资料，分析胡杨林最佳观赏期的气候舒适度，得到如下结论：

（1）1960—2017 年， 胡杨林观赏期的开始日期和结束日期均呈现向后延迟的趋势， 延迟速率分别为每10 a 延迟1.4、2.3 d。 将日最低气温≤4 ℃初日作为开始日期，日最低气温≤-2 ℃初日作为结束日期，90%保证率下的开始日期和结束日期分别为9月23 日和10 月27 日，因此，确定胡杨林叶片最佳观赏期为每年9 月23 日—10 月27 日。

（2）近58 a 额济纳旗胡杨林景区最佳观赏期平均气温、最低气温在波动中呈上升趋势，平均气温升高了2.8 ℃，最低气温升高了4.6 ℃；相对湿度、风速均呈波动减少趋势，分别减少了4.5%、1.1 m/s。该区域气象要素的显著变化，导致了人体舒适度指数、温湿指数、风寒指数、旅游气候舒适度均呈波动上升趋势， 增加速率分别为每10 a 增加1.47、0.56、18.62、0.10，着衣指数呈波动下降趋势，下降速率为每10 a下降0.04。

（3）旅游气候舒适度、人体舒适度指数、温湿指数均与平均气温、最低气温呈极显著正相关关系，与风速呈极显著负相关关系，风寒指数、着衣指数分别与平均气温、最低气温呈极显著负相关关系，与风速呈极显著正相关关系；5 种指数与相对湿度无显著相关关系。 说明气候变暖导致气温升高是影响5 种指数出现明显变化的主要因子， 随着气候变暖的发展， 胡杨林观赏期舒适度会更加舒适， 风寒指数降低，着衣厚度更薄。