气候变暖背景下保定市人体舒适度变化分析

安海霞 安海涛 张建波 冯志强 韩英杰

摘要：利用保定市12个气象站1971—2010年的气象数据以及人体舒适度指数（DI）公式计算了该地区不同地貌环境下的人体舒适度指数。结果表明，保定市体感较舒适的月份出现在4、5、6、8、9月，山区部分在7月仍维持着偏暖较舒适的状态，平原地区和湿地地区在10月仍然维持较舒适的状态;该地区的冷不舒适天数呈波动减少趋势，变化明显;舒适天数呈波动减少趋势，变化不明显;热不舒适天数呈显著增加的趋势，变化明显;该地区的舒适度指数存在周期性变化，以16年的周期最为明显;该地区冷不舒适的天数由西北部向东南递减。舒适出现天数西部山区和东北部较多，热不舒适出现天数由西北向东南递增。

关键词：人体舒适度指数;皮尔逊相关系数;Morlet小波分析

中圖分类号：P463         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）20-0050-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.20.011           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

The analysis of body comfort index in Baoding city under

the background of climate change

AN Hai-xia1，AN Hai-tao2，ZHANG Jian-bo1，FENG Zhi-qiang1，HAN Ying-jie2

（1.Xingtai Meteorological Bureau，Xingtai 054000，Hebei，China;2.Baoding Meteorological Bureau， Baoding 071000，Hebei，China）

Abstract： Based on the meteorological data from 1971 to 2010 of 12 meteorological stations in Baoding city and the body comfort index （DI） formula， the body comfort index of different landforms in the area was calculated. The results showed that： The time which was more comfortable appeared in April， May， June， August and September in Baoding city. The mountain area maintained comfortable state in July， and the plain and the wetland remained relatively comfortable in October. The trend of change about cold discomfort days was reduced significantly. The trend of change about comfortable days was decreased too， but the change rate was not obvious. The trend of change about heat discomfort was increased significantly， and the change rate was obvious. The body comfort index of this area had some periodic changes， and the most obvious of the cycle was 16-year. The days of cold discomfort were decreased from northwest to the southeast. The days of comfort were more longer in the western and the northeast than the others in Baoding city， the days of thermal discomfort were increased from northwest to southeast in Baoding city.

Key words： the body comfort index; Pearson correlation coefficient; Morlet wavelet analysis

在气候变暖的大背景下，近100年来中国地表气温增加尤为明显，升温幅度为0.5～0.8 ℃/年[1，2]。而华北地区作为增温最为明显的区域之一，1981—1999年年均温增加幅度为0.5～1.0 ℃[3]。以增温为主要特征的气候变化将对中国生态系统和社会经济产生重要影响[4-8]。因此，对区域气候变化在全球气候变暖的大背景下响应的研究就显得尤为必要。

气候舒适度的研究最早起源于国外，1916年，Hill等[9]采用模拟的方法度量环境对人体散热强度的影响，研制出了卡他温度计。20世纪20年代，英国学者Houghton等[10]提出有效温度，用其表征热感觉指标。Olive[11]提出用气温-湿度指数和风效指数来评价气候对人体的影响。随着计算机技术的发展，学者们提出了很多复杂的热量平衡模型，比较著名的有丹麦学者Fanger提出的热舒适方程;美国生物学家Steadman提出的感热温度理论[12，13]。国内的研究起步较晚，在20世纪90年代以后取得了较快的发展。全国各地区结合本地气候特点，建立了适合本地的气候舒适度模型，并进行了各地的气候舒适度的预报服务[14-19]。

保定市地处华北平原北部，位于38°10′—40°00′N，113°40′—116°20′E，境内存在山地、平原、湿地三大地貌单元，旅游资源丰富。在气候变暖的大背景下，多地貌的保定市气候随之改变[20]，因此深入分析该地区人体舒适度的变化规律，对该地区合理利用生态系统、气候资源开发、宜居环境以及旅游具有重要的指导意义。

1  资料与方法

1.1  资料来源

考虑到保定市各气象站建站时间的长短以及观测项目的不同，本研究采用河北省气象局气象信息中心提供的1971—2010年保定市12个气象站的逐日气温、降水、相对湿度、风速的气象数据，进行逐月、各季、年的整理，得到本研究所需的各類气象资料。所采用的气象站的地理坐标见表1。气象站站点分布见图1。

1.2  研究方法

由于地理位置、气候等差异，目前国内没有统一的人体舒适度计算方法，不同地区对于人体舒适度的研究大多针对当地情况，修正推演出当地适用的人体舒适度计算公式。保定市地处华北，且为内陆地区，属大陆性季风气候。因此本研究采用孙广禄等[21]在研究京津冀地区的人体舒适度时空特征时采用的公式。公式如下：

DI=1.8T+0.55（1-RH）+31-3.2

式中，DI为人体舒适度指数;T为平均气温;RH为相对湿度;V为平均风速。

按照中国气象局规定的统一标准，人体舒适度等级划分如表2所示。

统计方法采用皮尔逊相关系数、Morlet小波分析，空间插值采用最优内插法Kriging插值[22-28]。

2  结果与分析

2.1  保定市人体舒适度指数月的年变化

利用1971—2010年保定市12个气象站的逐月平均气温、相对湿度、风速数据进行人体舒适度指数的计算，各项区域平均的人体舒适度指数见表3。由表3可以看出，保定市不同地貌人体舒适度指数变化相似，不舒适的月份均出现在1、2、11、12月，较舒适的月份均出现在4、5、6、8、9月，但不同地貌下的变化又有所不同，具体表现在3月，平原人体舒适度指数较湿地和山区变化较快，由较冷变为偏冷，湿地和山区还维持在较冷的状态，在7月，平原和湿地均进入了偏热不舒适的状态，而山区变化缓慢，还维持在偏暖较为舒适的状态，10月平原和湿地维持在略偏凉较舒适的状态，而山区则进入了较冷不舒适的状态。

由图2可以看出，保定市不同地貌下的人体舒适度指数变化较为一致，其变化特征与温度变化有较高的一致性，最低值均出现在1月，最高值均出现在7月，由人体舒适度指数的月变化（图2）可以发现，在这3个区域中，平原区域的人体舒适度指数在不同月份中始终维持在最大值，山区和湿地的人体舒适度指数随着月份的变化发生着交替，但在7月人体舒适度指数维持在2级偏热的状态，山区人体舒适度指数处于这3个区域中当月的最低值。

2.2  人体舒适度指数的年变化

在人体舒适度指数的变化统计中，将出现-4、-3、-2级出现的天数统称为冷不舒适，将-1、0、1级出现的天数统称为舒适，将2、3、4级出现的天数统称为热不舒适。对1971—2010年上述3个舒适度等级出现的日数进行统计分析，用以发现在气候变化的大气候下人体舒适度指数的变化规律。

2.2.1  趋势变化特征  计算1971—2010年研究区域的12个县市的人体舒适度指数，筛选出不同年份冷不舒适、舒适、热不舒适出现的天数，分别求其区域平均并进行一元趋势分析。由图3a可知，保定市冷不舒适多年平均天数为177 d，呈减少趋势，趋势减少量为2.900 d/10年，近40年减少了12 d。不同地貌条件下，平原区域冷不舒适多年平均天数为174 d，呈减少趋势，趋势减少量为3.500 d/10年，近40年减少了15 d;湿地区域冷不舒适多年平均天数为177 d，呈微弱减少趋势，趋势减少量为0.004 d/10年，近40年减少量微乎其微;山区区域冷不舒适多年平均天数为183 d，呈减少趋势，趋势减少量为2.6 d/10年，近40年减少了11 d。全市、平原和山区的冷不舒适天数减少趋势通过了0.01的显著性检验，湿地的冷不舒适天数几乎无变化。

保定市舒适天数多年平均为151 d，呈减少趋势，趋势减少量为1.6 d/10年，近40年减少了7 d（图3b）。不同地貌条件下，平原区域舒适天数多年平均为151 d，呈减少趋势，趋势减少量为2.5 d/10年，近40年减少了10 d;湿地区域舒适天数多年平均为149 d，呈减少趋势，趋势减少量为2.4 d/10年，近40年减少了10 d;山区区域舒适天数多年平均为151 d，呈减少趋势，趋势减少量为0.2 d/10年，近40年减少了1 d，全市和不同区域的舒适天数的变化趋势没有通过显著性检验。

保定市热不舒适天数多年平均天数为40 d，呈增加趋势，趋势增加量为4.5 d/10年，近40年增加了18 d（图3c）。不同地貌条件下，平原区域热不舒适天数多年平均为43 d，呈增加趋势，趋势增加量为5.9 d/10年，近40年增加了14 d，湿地区域热不舒适天数多年平均天数为40 d，呈增加趋势，趋势增加量为2.4 d/10年，近40年增加了10 d，山区区域热不舒适天数多年平均为34 d，呈增加趋势，趋势增加量为2.4 d/10年，近40年增加了10 d，全地区和不同区域的热不舒适天数的变化趋势均通过了0.05的显著性检验。

2.2.2  周期变化特征  对不同等级的舒适度进行Morlet小波分析，以期找到不同舒适度的周期性变化规律，由图4可以看出，保定市冷不舒适天数的年变化存在3～5年和准16年的变化周期，其中以准16年的周期最为明显;舒适天数的年变化存在准3年、准16年的变化周期，以准16年的周期变化明显;热不舒适天数的年变化存在2～3年和准16年的变化周期，同样以准16年的周期变化较为明显。不同地貌区域的周期性变化与全地区的周期变化相同。

2.2.3  空间变化特征  对12个县市不同舒适度出现天数的多年平均值进行空间分析，由图5a可知，保定市冷不舒适的多年平均值由西北部的山区向东南平原递减，南部山区的阜平-曲阳一线的冷不舒适天数较北部偏少，涿州-高碑店-安新一线冷不舒适天数较南部平原多，冷不舒适天数在唐县满城-保定一带最少;舒适天数在西部山区和东北部的涿州出现较多，平原区向西南递减，其中满城存在1个高值区（150 d），唐县存在1个低值区（144 d）;热不舒适出现天数由西北向东南递增，涞源附近的热不舒适天数仅7 d左右，曲阳-易县-蠡县-定州围成的区域内热不舒适天数最多，其中以唐县-保定一带最为明显。

冷不舒适出现天数的趋势变化由南向北递减，保定市周边（-0.38）由于受城市热岛效应的影响，变化幅度较大，安新由于地处白洋淀中心，受湿地调节的作用，变化幅度最小（0.000 38），涞源-唐县附近是受气候变暖影响最大的地区，冷不舒适天数的变化趋势减少的最多;舒适出现天数的趋势变化明显，阜平-涞源一线和曲阳-易县一线中间的0 d的等值线非常明显，以西、以北表现为增加的趋势，以东、以南为减少的趋势，表明保定市的深山区为舒适天数变化趋势增加的地带，低山区、平原和湿地为舒适天数变化趋势减少的地带，尤其以易县-保定-蠡县以东为减少趋势的高值区;随着气候的变化，保定市热不舒适天数的变化趋势在全区均表现为增加的趋势，趋势变化由西部山区向平原递增，唐县附近的增加趋势最为明显（0.72），其次的高值区为保定市附近和易县附近，受白洋淀湿地的影响，在湿地外围热不舒适天数的变化呈减少的趋势，同样表明湿地对气候变暖的延缓作用。

3  小結

利用人体舒适度指数（DI）公式计算了1971—2010年保定市不同地貌环境下的人体舒适度指数，并对其进行了统计分析，得出结论如下。

1）保定市人体感觉较舒适的月份出现在4、5、6、8、9月，保定市的山区部分在7月维持着偏暖较舒适的状态，平原部分和湿地部分在10月仍然维持较舒适的状态，山区则进入了较冷的天气。

2）保定市冷不舒适天数呈波动减少趋势，且变化明显，除了湿地外全部通过了0.01的显著性检验，舒适天数呈波动减少趋势，但变化趋势没有通过任何显著性检验，趋势变化不明显，热不舒适天数呈显著增加的趋势，趋势变化通过了0.05的显著性检验。

3）保定市冷不舒适天数的年变化存在3～5年和准16年的变化周期，其中以准16年的周期最为明显;舒适天数的年变化存在准3年、准16年的变化周期，以准16年的周期变化明显，热不舒适天数的年变化存在2～3年和准16年的变化周期，同样以准16年的周期变化较为明显。

4）保定市冷不舒适的多年平均值由西北部的山区向东南平原递减;舒适出现天数西部山区和东北部的涿州较多;平原区向西南递减;热不舒适出现天数由西北向东南递增，曲阳-易县-蠡县-定州的区域内热不舒适天数最多，以唐县-保定一带最为明显。冷不舒适出现天数的趋势变化由南向北递减;舒适出现天数的趋势变化明显，阜平-涞源一线和曲阳-易县一线中间的0 d的等值线非常明显，以西、以北表现为增加的趋势，以东、以南为减少的趋势;随着气候的变化，保定市热不舒适天数的变化趋势在全区均表现为增加的趋势，趋势变化由西部山区向平原递增，唐县附近的增加趋势最为明显，其次的高值区为保定市附近和易县附近，受白洋淀湿地的影响，在安新外围热不舒适天数的变化趋势呈减少的趋势。

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