唐山市人居环境气候舒适度评价及其变化特征

史有瑜 柴瑞 王爱军

摘要：利用1957—2018年唐山国家基本气象站气象资料，基于人居环境气候舒适度评价方法（温湿指数、风效指数），对唐山市人居环境气候舒适度进行了评价，对其变化特征进行了分析，并对其年及四季变化进行Mann-Kendall突变检验。结果表明，唐山市人居环境气候舒适度1—4月、11—12月感觉寒冷，5—9月感觉舒适，10月感觉冷;年和四季人居环境气候舒适度指数均呈线性上升趋势，月人居环境气候舒适度指数呈倒“V”型变化，7月最高，1月最低;年人居环境气候舒适度指数不存在突变，春季指数在20世纪90年代初期发生了突变，夏季指数突变时间不明显，秋季指数在20世纪70年代初期发生了突变，冬季指数在20世纪70年代中前期发生了突变。

关键词：氣候舒适度;评价;变化特征;唐山市

中图分类号：P463.3         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）15-0075-05

Abstract： Using the meteorological data of Tangshan National Basic Meteorological Station from 1957 to 2018， the climatic comfortability of Tangshan city was evaluated based on the evaluation method of climatic suitability evaluating human settlement， and its changing characteristics were analyzed. The Mann-Kendall mutation test was carried out to analyze the annual and seasonal change of comfort index. The results showed that the climate comfort of Tangshan city was cold from January to April and from November to December， and it was comfortable from May to September and cold in October. The climate comfort index of the human settlement environment showed a linear upward trend. The monthly climate comfort index presented an inverted “V” type change， with the highest in July and the lowest in January. There was no mutation in the annual climate comfort index. The spring index had a mutation in the early 1990s. There was no significant mutation for the summer index. The autumn index had a mutation in the early 1970s， and the winter index had a mutation in the mid-early 1970s.

Key words： climatic comfortability; evaluation; variation characteristics; Tangshan city

随着人们的居住环境在人口迅速增长所造成的压力下不断恶化，人居环境问题越来越受到关注。城市人居环境是人类在城市生活、工作所处的自然、经济、社会和文化环境的总称，舒适度是各种因素综合作用的结果[1]。气候舒适度是健康人群对气候因子感觉的适宜程度[2]，是人们评价宜居城市的重要指标之一[3-6]。因此，开展人居环境气候舒适度的研究，对于城市人居环境的评价、旅游资源的开发、生态宜居城市建设等具有重要的参考价值。

近30年来，中国学者利用温湿指数、风效指数、着衣指数、综合舒适度指数等对气候舒适度开展了一系列卓有成效的研究工作[7-23]，但还鲜有针对唐山市人居环境气候舒适度的研究。唐山市位于河北省东部、华北平原东北部，地处华北与东北通道的咽喉要地，是京津冀城市群东北部副中心城市，具有“北方瓷都”之称。唐山市属暖温带半湿润季风气候，呈现出明显的大陆性气候特征，冬干夏湿，四季分明。本研究采用GB/T 27963—2011[2]中的评价方法，研究评估唐山市1957—2018年的人居环境气候舒适度及其变化规律，以期为唐山市经济转型和生态宜居城市建设提供一定的参考。

1 资料与方法

1.1 资料选取与数据来源

选取唐山国家基本气象站1957—2018年逐月平均气温、平均相对湿度、平均风速和日照时数资料，数据来源于河北省气象信息共享平台，全部数据均经过严格的质量控制。

季节划分以3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至次年2月为冬季。

1.2 研究方法

采用GB/T 27963—2011[2]中的温湿指数和风效指数作为人居环境舒适度评价指标进行研究。当温湿指数和风效指数不一致时，冬半年（10月至次年3月）使用风效指数，夏半年（4—9月）使用温湿指数。

温湿指数和风效指数的计算公式如下：

[I=T-0.55×1-RH×T-14.4]   （1）

[K=-（10v+10.45-v）（33-T）+8.55 S] （2）

式中，[I]为温湿指数，[K]为风效指数，[T]为评价时段平均气温（℃），[RH]为评价时段平均相对湿度（%），v为评价时段平均风速（m/s），[S]为评价时段平均日照时数（h/d）。

GB/T 27963—2011[2]中将温湿指数和风效指数相结合，给出了一套综合考量人居环境舒适度的标准[24]，将温湿指数和风效指数划分为5个等级，如表1所示。

2 结果与分析

2.1 人居环境气候舒适度评价

利用公式（1）、公式（2）计算得到唐山市各月温湿指数和风效指数，并将其转化为对应的感觉程度，按照评价方法形成全年各月的最终评价，如表2所示。从表2可以看出，唐山市全年均无热和闷热2个等级。除10月温湿指数表现为寒冷、风效指数表现为冷外，其余月份二者表现一致，10月处于冬半年，按照评价方法，10月使用风效指数进行评价。因此，唐山市人居环境舒适度评价结果为1—4月和11—12月感觉寒冷，5—9月感觉舒适，10月感觉冷。

2.2 人居环境气候舒适度指数变化特征

2.2.1 年变化 图1为1957—2018年唐山市人居环境气候舒适度指数年际变化趋势。由图1可见，近62年唐山市人居环境气候舒适度指数呈线性上升趋势，20世纪90年代上升趋势最为明显。温湿指数线性变化趋势气候倾向率为0.19/10年，风效指数线性变化趋势气候倾向率为8.97/10年，相关系数均通过了0.001水平的显著性检验。1957年舒适度指数最低，温湿指数为10.8，风效指数为-508;温湿指数2007年最高，为13.5，风效指数2002年最高，为-390。1957—2018年，唐山市温湿指数为10.8～13.5，舒适度等级为1级，感觉寒冷;风效指数为-508～-390，大部分年份舒适度等级为1级，感觉寒冷，2002—2004年和2007年舒适度等级为2级，感觉冷。总体上看，1957—2018年唐山市温湿指数和风效指数整体感觉寒冷，上升的年际变化趋势表明人居环境气候越来越舒适。

2.2.2 季节变化 1957—2018年唐山市人居环境气候舒适度指数四季均呈不同程度的线性上升趋势（图略）。由唐山市四季人居环境气候舒适度指数与温湿指数的线性拟合方程（表3）可知，温湿指数春季上升幅度最大，上升速率为0.33/10年，其次为夏季的0.16/10年 ，二者的相关系数通过了0.001水平的显著性检验;秋季上升速率为0.10/10年，相关系数通过了0.05水平的显著性检验;冬季上升速率为0.12/10年，相关系数未通过显著性检验。由唐山市四季人居环境气候舒适度指数与风效指数的线性拟合方程可知，风效指数冬季上升幅度最大，上升速率为14.84/10年，其次为春季的14.22/10年，二者的相关系数通过了0.001水平的显著性检验;夏季上升速率为4.26/10年，相关系数通过了0.01水平的显著性检验;秋季上升速率为5.26/10年，相关系数通过了0.05水平的显著性检验。

春季温湿指数在10.8～14.8波动，1997年之前各年份舒适度等级均为1级，感觉寒冷，1997年之后舒适度整体向2级发展，其中2001—2004年、2014—2018年达到2級，感觉冷;夏季温湿指数在21.9～24.8波动，舒适度等级为3级，感觉舒适;秋季温湿指数在11.6～14.9波动，1997年之前各年份舒适度等级均为1级，感觉寒冷，1998—2006年舒适度向好，其中2004—2006年连续3年达到2级，感觉冷;冬季温湿指数在-1.7～4.2波动，舒适度等级为1级，感觉寒冷。

春季风效指数在-536～-354波动，1997年之前各年份舒适度等级均为1级，感觉寒冷，2000—2004年、2014—2018年达到2级，感觉冷;夏季风效指数在-181～-72波动，绝大部分年份舒适度等级为3级，感觉舒适，但1994年、1997年、1999—2001年和2018年达到4级，感觉热，这几年风效指数的增加主要是由7月、8月风效指数较高引起的;秋季风效指数在-460～-335波动，1997年之前大部分年份舒适度等级为1级，感觉寒冷，1998—2007年连续10年达到2级，感觉冷;冬季风效指数值在-921～-658波动，舒适度等级为1级，感觉寒冷。

2.2.3 月变化 图2为唐山市人居环境气候舒适度指数月变化趋势。由图2可见，唐山市人居环境气候舒适度指数月变化呈倒“V”型，7月最高，1月最低。温湿指数和风效指数总体均为冬季较低、夏季较高。二者相关系数为0.998，通过了信度为0.001水平的显著性检验，说明二者具有明显的一致性。

冬季唐山市多受西伯利亚较强冷气团影响，盛吹偏北风，各月平均气温均在0 ℃以下，感觉寒冷;夏季受海洋暖湿气团影响，盛吹偏南风，各月平均气温在25 ℃左右，感觉舒适;春、秋两季是夏季风和冬季风的过渡季节，风向多变，各月平均气温为0～20 ℃，人居环境气候舒适度虽也表现为寒冷，但寒冷的程度要比冬季低得多，春季为感觉寒冷向感觉舒适过渡的季节，秋季为感觉舒适向感觉寒冷过渡的季节。

2.3 人居环境气候舒适度指数变化突变分析

利用Mann-Kendall法（简称M-K）对近62年唐山市年及四季人居环境气候舒适度指数进行突变检验，结果如图3和图4所示（仅对风效指数进行分析）。由图3可见，年风效指数1957—2018年呈上升趋势，且在1961—1968年、1975—1986年和1989年之后上升趋势显著，UF和UB曲线在[α=0.05]临界线（±1.96）之间没有交叉点，说明其不存在突变。由图4a可见，春季风效指数1957—2018年呈上升趋势，且在1981—1983年和1997年之后上升趋势显著，UF和UB曲线在临界线之间有1个交叉点，说明其存在突变，突变点出现在1992—1993年;夏季风效指数（图4b）1957—1975年、1978—1985年和2000年之后呈上升趋势，且仅在1963年、1968年和2017—2018年上升趋势显著，UF和UB曲线存在多个交叉点，表明其不存在明显突变;秋季风效指数（图4c）在1959—1962年和1964年之后呈上升趋势，且在1978—1985年、1989—1991年和1998年之后上升趋势显著，UF和UB曲线在临界线之间有2个交叉点，交叉点分别出现在1969—1970年、1972—1973年，说明秋季风效指数在20世纪70年代初期出现突变;冬季风效指数（图4d）在1957—1968年和1971年之后呈上升趋势，且在1962年、1965年和1975年之后上升趋势显著，UF和UB曲线在临界线之间有1个交叉点，说明其存在突变，突变点出现在1973—1974年。

3 小结

温湿指数和风效指数对唐山市人居环境气候舒适度评价有较好的一致性，但风效指数对冬半年较敏感，温湿指数对夏半年较敏感，综合运用2种指数对人居环境舒适度进行评价可取得较理想的评价结果。12个月中，唐山人居环境舒适度有6个月感觉寒冷，5个月感觉舒适，1个月感觉冷，具体为1—4月和11—12月感觉寒冷，5—9月感觉舒适，10月感觉冷。5个月舒适的气候条件表明唐山市适宜人们生活居住和进行旅游开发利用。

从1957—2018年唐山市人居环境气候舒适度指数变化来看，年际变化呈线性上升趋势，20世纪90年代上升趋势最为明显，21世纪初期人居环境气候舒适度略好，总体上唐山市人居环境气候越来越舒适;人居环境气候舒适度指数四季均呈不同程度的线性上升趋势，温湿指数春季上升幅度最大，风效指数冬季上升幅度最大;月变化呈倒“V”型，7月最高，1月最低。夏季的高温高湿导致气候舒适度指数较高，人们感觉舒适，适宜安排出游。

1957—2018年唐山市年人居环境气候舒适度指数不存在突变;春季人居环境气候舒适度指数在1992—1993年存在一次突变，突变趋势为上升趋势;夏季人居环境气候舒适度指数突变不明显;秋季人居环境气候舒适度指数在20世纪70年代初期出现突变;冬季人居环境气候舒适度指数在1973—1974年存在一次突变，突变趋势为上升趋势。

本研究是基于温湿指数和风效指数，利用人居环境气候舒适度等级划分来进行的评价。实际上，影响气候舒适度的因素还有太阳辐射、气压及空气质量等[25]。因此，今后还需考虑多种因子进行进一步深入研究。

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