赤水市人体舒适度指数特征分析

郭晓超，肖 蕾

(1.贵州省赤水市气象局，贵州 赤水 564700；2.贵州省遵义市气象局，贵州 遵义 563002)

0 引言

温度、湿度、风等气象要素构成了人类赖以生存的气象环境，影响着人体与大气环境之间的热量交换，人体通过自身体温调节以维持恒定的体温，当环境温度与体温之差不同时，人体感受到的舒适程度不同。人体舒适度是以人类机体与大气环境之间热交换原理为基础，从气象学角度来定量评价人类在不同气候条件下舒适感的一项生物气象指标[1,2]。为了分析人体舒适度的气候特征及其对人类生产生活的影响，从20世纪90年代开始，国内不少学者对此陆续开展了广泛研究，如肖晶晶等[3-5]使用逐日气象资料采用人体舒适度指数对环境气候适宜度特征进行分析; 柏秦凤等[6]分析了人体舒适度指数与旅游疗养的关系；辛学飞等[7]使用两种人体舒适度评定方法对张家界国家森林公园旅游舒适度进行对比分析和评价；秦海超等[8]人体舒适度指数在短期电力负荷预测中的应用。

人体舒适度指数的计算方法有多种，而影响人体舒适度的气象要素主要有气温、湿度和风速，因此本文选择包含气温、湿度和风速的方法进行计算。气温、湿度、风速等气象要素在一天之中变化较大，前人使用逐日气象资料来分析人体舒适度指数年、季度、月等气候特征具有一定的局限性，本文使用逐小时气象资料来分析人体舒适度的气候特征，为人民生产生活、旅游气候资源优势的综合开发以及气象部门开展旅游气象服务提供科学依据。

1 资料和方法

1.1 资料

使用2005—2017年赤水国家气象观测站逐小时平均气温、相对湿度和10 min平均风速。以上气象要素资料存在少量缺测，其中温度缺测202时次，占比0.18%；湿度缺测191时次，占比0.17%；风速缺测389时次，占比0.34%。

当y年m月d日h时出现缺测时，使用以下方法来进行估算：

(1)

其中，N是2005—2017年m月d日h时有效测量数据个数，xi是对应有效测量数据。

1.2 研究方法

研究表明，人体舒适感及其生理功能受到气温、湿度、风速等多种气象要素的影响[9-10]，其中气温对人体舒适感的影响最大，当有效气温处于17～24 ℃时，人体舒适感最佳，受大气湿度的影响甚微；当气温较高或较低时，大气湿度的波动对人体舒适感的影响很大，相对湿度在60%～70%之间对人类健康最有利；对人体最适宜的风速为2 m/s，当风速在3级以下时，对人体舒适感的影响很小。

本文采用吴兑等人[11]所编著的《环境气象学与特种气象预报》中人体舒适度指数(ITH)的计算公式：

(2)

其中t、f、v分别为气温(℃)、相对湿度(%)、风速(m/s)。

按照中国气象局规定的统一标准[12]，将人体舒适度指数划分为1～9个等级，每个等级分别对应相应的体感状态，如表1所示。

表1 人体舒适度指数等级划分Tab.1 Classification of Human Comfort Index

2 结果与分析

2.1 人体舒适度的等级分布

使用公式(2)计算赤水市2005—2017年逐小时人体舒适度指数，并按照表1将人体舒适度指数分为9个等级，统计每个等级出现时数占总时数的比例(图1)。赤水处于最舒适的时次最多，占比33.88%，处于凉爽到暖和(-1～1等级)的时次占比65.38%；没有寒冷到使人有冻伤危险的天气(-4等级)，有2%的时次为很冷天气(-3等级)，多数人感觉不舒适，需要做好保暖措施；0.01%的酷热天气(4等级)时段使人感觉很不舒适，易中暑，1.57%的炎热天气使多数人感觉不舒适，有中暑危险。总体来说，赤水大部分时段人体感觉舒适，但有少量的酷热和炎热天气时段要注意防暑，少量的偏冷时段需要注意防寒保暖。

图1 赤水市人体舒适度天气等级分布Fig.1 Weather Grade Distribution of Human Comfort in Chishui City

2.2 偏冷天气气候特征分析

赤水没有寒冷天气，为便于分析偏冷天气年、月、日分布特征，将1 d之内存在1 h及以上偏冷天气记为1个偏冷日。统计2005—2017年每年偏冷日数(图2)，呈现显著的下降趋势(图1)，最少为2015年的10 d，最多为2008年的46 d，少于20 d有5 a，20～30 d之间有4 a，30～40 d之间有3 a，大于40 d有1 a。

图2 偏冷日数年际变化Fig.2 Interannual Variation of Partially Cold Days

统计偏冷日数开始日期和结束日期(图3)，可以看出，偏冷天气开始日期最早是2006年的11月6日，最迟是2016—2017年冬季，寒冷天气出现在2017年1月11日，开始日期在12月份的有11 a，占比85%。偏冷天气结束日期最早是2007年的1月29日，最迟是2011年的3月15日，其中在1月份结束的有2 a，在2月份结束的有6 a，在3月份结束的有5 a。

图3 偏冷日数开始日期和结束日期的年际变化Fig.3 Interannual Variations of Start and End Dates of Partially Cold Days

统计11月1日—次年3月31日每个日期出现偏冷天气日数，再除以相同日期的总日数13，作为偏冷天气出现概率(图4)，概率大于50%的日期均在1月份，概率大于40%的日期除12月21日外，其它都出现在1月份，概率大于20%的日期出现在12月中旬—2月中旬，11月上旬—12月上旬和2月下旬—3月中旬可能出现寒冷天气，但概率较低。

图4 偏冷天气出现概率Fig.4 Probability of Partially Cold Weather

统计2005—2017年期间，00—23时出现偏冷天气的次数(图5)，偏冷天气常常出现在后半夜到上午，04—11时均出现150次以上，最多是08时的207次，13—21时均出现100次以下，最少为14时的30次。上午为人民群众外出活动较为集中时段，在偏冷天气要注意采取保暖措施。

图5 不同时间寒冷出现时次Fig.5 Cold occurrence times at different times

2.3 热不舒适天气气候特征分析

将炎热和酷热天气称为热不舒适天气，2005—2017年仅仅出现6个时次酷热天气，其中，2006年有4个时次，分别是7月15日15时、7月16日12时和13时、7月21日15时，2014年有2个时次，分别是7月30日16时和2017年8月7日16时，酷热天气出现次数虽少，但中暑的风险较高，要注意采取防暑措施。将1 d之内存在1 h及以上炎热天气记为1个炎热日(图6)，炎热日数最多为2006年的54 d，最少为2008年的16 d，炎热日数在20～30 d之间有7 a，占比54%，呈缓慢增多的趋势。

图6 炎热日数年际变化Fig.6 Interannual Variation of Hot Days

统计炎热天气开始和结束日期(图7)，炎热天气开始最早是6月10日，最迟是7月8日，开始日期在6月中旬有4次，占比31%，在6月下旬有5次，占比38%，在7月上旬有4次，占比31%。炎热天气结束日期最早是8月8日，最迟是9月23日，结束日期较为分散，在8月中旬有3次，在8月下旬有4次，在9月上旬有1次，在中旬有2次，在9月下旬有2次。

图7 炎热天气开始和结束日期的年际变化Fig.7 Interannual variations in start and end dates of hot weather

统计2005—2017年期间，6月10日—9月30日每天出现炎热天气的概率(图8)，出现概率在50%以上的日期主要在7月下旬—8月中旬，出现概率在30%以上的日期主要集中在7—8月，6月和9月偶尔出现炎热天气，但概率较低。

图8 热不舒适天气出现概率Fig.8 Probability of hot uncomfortable weather

统计2005—2017年不同时间炎热天气出现次数(图9)，炎热天气出现在00—09时的非常少，其中07—08时从来没有出现过，10—12时出现次数急剧上升， 13—15时出现次数均在200次以上，是炎热天气最为集中的时段，16—23时出现次数缓慢下降。

图9 不同时间炎热天气出现次数Fig.9 Number of hot weather occurrences at different times

2.4 舒适天气气候特征分析

将1 d之内所有时次人体舒适度指数均为-1～1等级时记为1个舒适日，统计2005— 2017年舒适日数，呈现逐渐增多趋势，最多为2015年的176 d，最少为2010年的135 d(图10)，年平均舒适天气152 d。

图10 舒适日数年际变化Fig.10 Interannual variation of comfort days

统计平均月舒适日数(图10)，可以看出，舒适天气除1月份外，其他月份均有出现，舒适日数最多为10月的27.8 d，4、5、9、10月均为20 d以上，3、6、11月出现日数在10～20 d之间。因此，4、5、9、10月是最舒适季节，这段时期也是赤水旅游的高峰期。

图11 年平均月舒适天气日数Fig.11 Annual average monthly days of comfortable weather

3 结论和讨论

利用赤水国家气象观测站2005—2017年平均气温、相对湿度、10 min平均风速的小时数据计算人体舒适度指数，着重分析偏冷天气、热不舒适天气和舒适天气的气候特征，研究结果表明：

①赤水冬季较为暖和，没有寒冷天气；偏冷天气较少，主要出现在12月中旬—2月中旬，1月份出现概率最高，最大日偏冷天气概率达62%(1月22日、1月27日)；偏冷天气在04—11时出现概率较高，最高为08时，13—21时出现概率较低，14出现概率最低，上午是人民群众外出活动较为集中时段，需要做好保暖措施。

②酷热天气极少，仅出现6个时次；炎热天气主要出现在7、8月份，其中7月下旬—8月上旬出现概率较高，最大日炎热天气概率达77%(7月21日、7月30日、7月31日)；炎热天气在13—15时出现概率较高，16—23时出现概率缓慢下降，00—09时出现概率较低，在炎热日应尽量减少午后外出。

③赤水凉爽到暖和(-1～1等级)时次占比65.38%，其中最舒适时次占比33.88%；舒适天气最多为2015年的176 d，最少为2010年的135 d，年平均舒适日数152 d；舒适天气4、5、9、10月出现概率较高。

④赤水是重要的旅游城市，外来游客多，赤水舒适天气较多，季节分布特征明显，在4、5、9、10月份应该加大旅游宣传、增加旅游项目，吸引游客到赤水旅游；12月中旬到2月中旬，偏冷天气多，应引导游客下午外出旅游，上午可适当增加室内游玩项目；7、8月份热不舒适天气多，应多开发早晨和上午的旅游项目，如观看日出。

⑤与使用日平均气象要素分析人体舒适度相比，基于小时分析舒适度具有以下特征：可以详细了解一天之内舒适度变化特征，便于人民群众使用人体舒适度气候特征趋利避害，更好指导生产生活；旅游公司可以利用人体舒适度日变化特征和季节变化特征，针对性开发旅游项目，提升游客体验；只要1 d之内有1个时次出现热不舒适天气或偏冷天气，则记为热不舒适日或偏冷日，因此标准更低，相应统计日数更多。

⑥赤水海拔差异大，立体气候特征明显，特别是一些旅游景区和高山度假区与城区气象要素差异大。由于赤水区域气象站数据连续性差，可获取时间短，本文仅使用位于城区的赤水国家气象观测站数据分析人体舒适度气候特征，代表性不够，需要后期继续完善。