基于不同气象指数的舒适度评价方法＊

刘自牧 ，文 雯 ，袁 梦 ，3，黄 瑶

（1.四川省气象服务中心，四川 成都 610072；2.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川 成都 610072；3.四川省农村经济综合信息中心，四川 成都 610072）

随着社会各行业对气象的依赖程度逐渐加深，人体气象舒适度越来越受到国内外学者的广泛关注，早期学者已对舒适度评价模型开展了较多研究，如温湿指数、风效指数、CIHB 人体舒适度指数等，这些指标计算数据易于观测、算法简捷，成为现目前气候舒适度评价的常用方法。但以往模型多基于经验模型，气象要素较少，无法与人体热生理状态高度吻合。进入21 世纪后，国际生物气象学协会综合了生理、医学、气象学多领域，制定出热气候指标（UTCI）。UTCI 特别突出了以往经验模型没有考虑的太阳辐射对体感温度的影响[1]，本研究通过对比多个舒适度模型，以期揭示各舒适度指标的适用性，为今后康养旅游气候资源的挖掘、电力预测等方面提供新的思路。

1 资料与方法

1.1 温湿指数（THI）

温湿指数为两要素指数，是利用大气温度和相对湿度表征人体在气象环境中身体的舒服程度，温湿指数计算公式为：

式（1）中：I为温湿指数；Rh为某一评价时段平均空气相对湿度，%；T为某一评价时段平均温度，℃。

1.2 风效指数（WEI）

风效指数为三要素指数，是根据风速、气温和日照时数得出的综合指数，风效指数计算公式为：

式（2）中：K为风效指数，取整数；V为某一评价时段平均风速，m/s；T为某一评价时段平均温度，℃；S为某一评价时段平均日照时数，h/d。

温湿指数与风效指数对人体舒适度判定分级为5 级，标准如表1 所示。

表1 温湿指数与风效指数舒适度分级标准

1.3 人体舒适度指数（CIHB）

人体舒适度指数是根据人体与大气环境之间的热交换而制定的指标，由温度、湿度和风速构建的非线性经验方程，计算公式为：

式（3）中：T为温度，℃；Rh为相对湿度，%；V为风速，m/s。

人体舒适度指数分为9 级，标准如表2 所示。

1.4 热气候指数

热气候指数是国际生物气象学协会考虑多种气候类型建立的多要素评估模型，综合了人体热调节模型[2]和自适应穿衣模型[3]两个模块，是当前考虑因素较全面，具有一定普适性的人体舒适度指标。其计算较为复杂，Universal Thermal Climate Index 官网已给出计算程序，计算原理及其标准参考环境如图1 所示。

热气候指数由温度、相对湿度、风速、辐射温度四个气象要素进行计算。其中气温、风速、相对湿度可以通过气象观察数据直接获得，辐射温度的计算公式[4]为：

式（4）中：R为辐射强度，W·m-2·s-1。

表2 人体舒适度指数分级标准

图1 通用热气候指数（UTCI）模型

现目前辐射强度的观测数据较少，根据缪启龙等[5]统计的西部山区晴天总辐射日总量及修订方法推算得到。米易县逐月晴天总辐射日总量如表3 所示。

国际生物气象学协会给出的热气候评定标准分级如表4所示。

2 舒适度对比

为对比以上4 种气象舒适度标准评价结果，本文选取位于四川省攀枝花市米易县作为评价对象。米易县位于青藏高原东南缘，四川省西南角，攀校花市东北部，安宁河与雅砻江交汇区。介于北纬 26°42′—27°10′，东经 101°44′—102°15′之间，米易县属于南亚热带为基带的干热河谷气候，因其优越的气候资源条件，快速成为气候康养旅游的热点城市。本文使用米易30 年历史（1981—2010 年）气象资料作为基础数据。

表3 米易县逐月晴天总辐射日总量（单位：J·cm-2·d-1）

表4 热气候指数舒适度分级标准

米易县逐月温湿指数计算结果如表5 所示，3—10 月均为舒适度最高的3 级；2 月、11 月为2 级，感觉程度为“冷”；1 月、12 月为1 级，感觉程度为“寒冷”。根据温湿指数计算的米易气候舒适度总体呈现出冬季偏冷，春夏秋季舒适度高的气候特征。

米易县逐月风效指数计算结果如表6 所示，3—10 月人体舒适度等级均为3 级，人体感觉程度“舒适”；11 月至次年2 月人体舒适度等级为2 级，人体感觉程度为“冷”。总体结论与温湿指数一致，冬季偏冷，但没有1 级“寒冷”，其余季节气候舒适度高。

表 5 1981—2010 年米易各月温湿指数及等级

表 6 1981—2010 年米易各月风效指数及等级

米易县逐月人体舒适度（CIHB）计算结果如表7 所示，CIHB 舒适度等级共有9 级，较温湿指数、风效指数的分级更为丰富。米易县4—6 月、8—10 月为舒适度最高的0 级“舒适”，11 月至次年3 月舒适度等级为-1 级的“凉爽舒适”，7 月为1 级“温暖舒适”。全年的舒适度等级均较好，表现为冬季略凉，夏季7 月略热。

米易县逐月热气候指数（UTCI）计算结果如表8 所示，热气候指数标准制定的舒适度分级较为严格，共有10 级。米易县1—3 月、11—12 月舒适度等级为最高的0 级“舒适”，4 月、5 月、9 月、10 月舒适度等级为 1 级“暖”，6—8 月舒适度等级为2 级“热”。

表 8 1981—2010 年米易各月热气候指数及等级

根据热气候指数计算的米易人体舒适度表现为冬季舒适，春秋季温暖，夏季偏热。计算结果与温湿指数、风效指数和人体舒适度指数的结果存在一定差异。通过分析米易30 年气候特征，不难发现，米易县冬季平均气温达13 ℃，冬季平均日最高气温22.3 ℃，且冬季阳光充沛，日照百分率达到66.6%，平均日照时数为7.2 h，这也正好与米易县打造的冬季阳光康养旅游的方向吻合。

通过对比4 种不同气象指数的判定，结果出现了差异性的结论，主要由于各指数所使用的气象要素和判定方法不同。温湿指数使用气温和湿度，风效指数使用温度、风速和日照时数，人体舒适度指数使用温度、湿度和风速，热气候指数使用温度、湿度、风速和辐射温度进行判定。热气候指数即考虑了大气的热量直接来源——总辐射强度，又加入了正常人体对于气温变化的热生理状态。因此更加接近实际的舒适度感觉。

3 结论与探讨

基于4 种气象指数对舒适度进行评价，其结果各有优劣。

温湿指数、风效指数的算法简捷，容易理解，所需气象要素易于观测，是目前使用较为广泛的舒适度评判指数，基于经验模型建立，适用性及准确性存在一定局限。

人体舒适度指数（CIHB）对舒适度分级更细，由3 个人体感知最明显的气象要素建立，数据易于获取，能够较好地反映人体对气象的感知程度。

热气候指数（IUTC）是由气温、湿度、风速、辐射温度4 个气象要素组成的算法，对舒适度的分级最细，共10级，通过各指数对米易县人体舒适度评价对比结果，热气候指数对高舒适度气候的判定更加苛刻，但更为接近实际的人体感觉程度，是一种考虑较全面的通用气候指数。

热气候指数的算法虽较复杂，但国际生物气象学协会已经公开其计算程序，另外，辐射温度作为热气候指数中的关键性气象要素，其观测资料稀缺，为该指数的业务推广造成阻碍，根据总辐射变化规律，通过修订相邻日射站点辐射量得到米易县辐射强度，为计算热气候指数提供新的途径，可进一步尝试将热气候指数应用于电力负荷预测、气候旅游资源挖掘等专业气象服务领域。