文成猴王谷森林康养基地环境因子和气候舒适度变化特征研究

雷海清 孙高球 季叶红 陈庆辉

（1. 浙江省亚热带作物研究所，浙江 温州 325005；2. 平阳县林业技术指导站，浙江 平阳 325000；3. 文成县石垟林场，浙江 文成 325306）

随着经济社会的快速发展，生态环境和人类健康问题已成为当前的研究热点之一。森林不仅具有涵养水源、减少水土流失、吸收二氧化碳、释放氧气、滞尘等良好的生态功能，还因为洁净的空气、较高的负离子含量、舒适的森林小气候、益身的植物精气等丰富的保健效益因子而对人体具有调养、减压等康体健身作用，是人们游憩、休闲、保健、疗养的优良场所[1-2]。森林康养以优质的森林资源和良好的森林环境为基础，以健康理论为指引，以传统医学和现代医学相结合为支撑，开展以森林医疗、疗养、康复、保健、养生为主，并兼顾休闲游憩和度假等一系列有益人类身心健康的活动[3-4]。森林康养基地具备优质森林、湿地资源和生态环境，结合地方特色康养资源，开展休闲、健身、养生、养老、疗养、认知、体验等活动，能够提供促进人们身心健康的环境空间场地、配套设施和相应服务体系的康养综合体[5]。

森林作为改善生态环境的主体，其本身健康及其与环境的关系得到了重视和关注[6]。森林调节小气候的效应根据海拔、林分类型等会有所不同[7]。气候舒适度是指人体对环境中温度、湿度、风、光照辐射等气象要素的生理感受，在森林旅游和气象学的研究中被广泛采用[8-13]，成为人居环境气候评估、旅游气候资源评价的重要内容之一。但在森林康养基地中未开展这一研究。本研究选择了文成猴王谷森林康养基地，对森林康养基地的主要环境因子进行连续原位和定位监测[14-15]，目的是摸清环境因子和气候舒适度的时间变化规律，对基地的环境资源进行评价。

1 研究方法

1.1 研究地概况

试验地点在浙江省文成县猴王谷森林康养基地，基地位于文成石垟森林公园境内，地处浙江省文成县西北部，东经119°46′45″～119°53′26″，北纬27°48′18″～27°55′48″，海拔高度为380～1 362 m。属亚热带季风气候区，气候特点四季分明，夏季凉爽，春秋宜人，冬季寒冷，年平均气温13.7 ℃，最热月（7月）均温23.6 ℃，极端最高温36.4 ℃；最冷月（1月）均温3.3 ℃，极端最低温-6.4 ℃；年平均降水量2 161 mm，平均相对湿度达80%以上，无霜期285 d，平均年雾日220 d，平均年降雪天数15 d。所在的南田山脉属洞宫山脉的罗山支脉，系福建武夷山脉由西向东延伸而来，山体土壤系火成岩母质形成的山地红壤和山地黄壤，土层厚度一般为60 cm左右，深山区土壤疏松，富含腐殖质。基地总面积682 hm2，森林覆盖率93%，基地林分类型为次生常绿阔叶林，树种有甜槠（Castanopsis eyrei）、青冈（Cyclobalanopsis glauca）、木荷（Schima superba）、含笑（Michelia figo）等，平均年龄60 a，平均树高18 m，平均胸径22 cm[16]。

1.2 样点设置

在整个基地的核心位置闲云阁附近，设置1个监测样点（东经119°48′08.42″，北纬27°50′00.83″），海拔943 m，该样点位于整个基地的中心，也是海拔最低点，位于常绿阔叶林中，距离溪水瀑布2 m。

1.3 测定方法

1.3.1 环境因子测定

利用大气负离子观测ZK-FO系统（中科正奇（北京）科技有限公司，中国），测定空气温度、湿度、风速、负氧离子、PM2.5，系统设定为每分钟测定1次，24 h连续测定。观测时间为2017年9月—2018年8月。

1.3.2 气候舒适度计算方法

根据陆鼎煌[8]的方法，按公式（1）计算气候综合舒适指数（S）。具体划分标准见表1。

式中：T为空气温度，F为空气相对湿度，V为风速。

表 1 气候舒适度评价标准Table 1 Evaluation criteria of climate comfort index

1.3.3 PM2.5质量浓度

根据GB/T 3095—2012[17]，参照古琳[9]的评价方法，PM2.5浓度用质量浓度标识，并用其日平均、年平均质量浓度值标准对林内颗粒物污染程度进行评价。具体评价标准见表2。

表 2 PM2.5质量浓度评价标准Table 2 Evaluation criteria of PM2.5 concentration

1.4 分析方法

在Excel软件中统计数据，并绘制相关图表。

2 结果与分析

2.1 气候舒适度全年总体特征

由图1可知，猴王谷基地全年的气候舒适度指数呈现明显的月变化，其中2018年5—9月的气候舒适度指数低于4.55，属于很舒适；2017年10月—2018年4月，气候舒适度指数在4.55～6.95之间，属于舒适；2018年3月和2017年11月，气候舒适度指数大于6.95，属于不舒适；2017年12月—2018年2月，气候舒适度指数大于9，属于极不舒适。

图 1 气候舒适度指数季节变化Fig. 1 The seasonal variations of climate comfort index

2.2 小气候季节变化特征

由图2可知，年平均温度为16.37 ℃，最低月气温出现在2018年2月，为7.89 ℃，最高月气温出现在2018年7月，为24.13 ℃，由于地处山区，总体气候比较凉爽。全年湿度变化不是很明显，年平均湿度为80.86%，全年湿度都比较大。全年风速变化变化也不是很明显，年平均风速为0.75 m/s，2017年10月份风速最小，在0.47 m/s，2018年6月份风速最大，为0.9 m/s。

在2017年9月至2018年8月间，对极端天气值进行分析，气温最高的时刻为2017年9月9日下午17点，为30.6 ℃，温度最低的为2018年2月11日凌晨12点，为3.2 ℃；湿度最大的1个时刻为2018年8月26日晚上8点，为95.4%；风速最大的1个时刻为2017年9月15日上午10点，为8 m/s。

图 2 小气候因子季节变化Fig. 2 The seasonal variations of microclimate index

2.3 小气候和气候舒适度日变化特征

由图3可知，四季的气温日变化都比较明显，总体上都表现为先升高后下降的单峰变化趋势，日最高气温都出现在14：00—16：00，其中夏季在14：00达到最高，春季和秋季都延后了1 h，冬季延后了2 h到16：00才达到最高。

图 3 小气候因子和气候舒适度指数日变化Fig. 3 The diurnal variations of microclimate index and climate comfort index

空气相对湿度在四季的日变化趋势与气温相反，总体都呈现出先下降后上升的单谷型变化特征，且白天低、夜间高。四季的空气湿度低谷都出现在 14：00，日最大湿度一般出现规律性不强，这个跟当天的天气关系比较大，如春季、夏季和冬季，日最大相对湿度出现在0：00，而秋季，日最大相对湿度则出现在上午9：00。总体来说，猴王谷基地地处海拔800 m的山地，空气湿度较大，1天当中湿度变化在春秋时较为大，冬季日变化幅度较小。

四季的风速都没有明显的日变化规律，全天都处于不断波动的状态。不同季节的风速日变化幅度差异明显，春季最大，达到1.09 m/s，其他3个季节差异不大，都在0.5 m/s左右，各季节间差异明显。

四季的气候舒适度日变化呈现不同的规律，秋季和冬季的气候舒适度在1天之内先降低后升高，最低值分别出现在14：00和16：00；夏季的则先升高后降低，最高值出现在15：00；春季变化最大，1天之内出现2个低谷，分别在中午12：00和下午16：00。从变化幅度来看，冬季变异系数最小，只有0.05，春季和秋季日变异比较大，变异系数在0.33～0.35，夏季变异系数居中，在0.13。夏季全天的舒适度最高，平均值为3.03，并且全天变化不大，非常适宜在基地康养。

2.4 空气颗粒物质量浓度变化特征

2.4.1 PM2.5季节变化特征

由图4a可知，本研究地的PM2.5质量浓度的在不同季节间有一定差异，全年平均值为37.54 μg/m3，根据GB/T 3095—2012[17]，全年空气质量未达到二级标准。但是2018年1—8月的PM2.5质量浓度都在35 μg/m3以下，8个月平均值为32.45 μg/m3，达到国家二级标准，说明整个基地的空气质量还是比较优良的。2017年基地处于建设期，9月至12月的PM2.5质量浓度稍微有点高，后期建设完成后，空气质量比较优良。

2.4.2 PM2.5日变化特征

由图4b可知，不同季节的PM2.5质量浓度日变化没有统一的规律，仅秋季日变化呈现先降低后升高的规律，最低值出现在中午14：00，仅为12 μg/m3，随后升高。四季的日均值都在35 μg/m3以下，达到国家一级标准。

图 4 PM2.5季节变化和日变化Fig. 4 Seasonal variations and diurnal variations of PM2.5 concentrations

2.5 气候舒适度及空气颗粒物质量浓度评价和森林康养利用

根据气候舒适度在四季的日变化规律，将一天中的不同时段进行了其舒适度的划分（见表3），同时对各时段的空气颗粒物质量浓度进行了评价，得到了颗粒物的评价等级（见表4），提出了文成猴王谷森林康养基地最适宜的森林康养时间（见表5），春季适宜时间为10：00—22：00，最佳时间为16：00—18：00；夏季的适宜时间最长，全天适宜，最佳时间是10：00—22：00；秋季的适宜时间跟春季类似，但时长比春季略长，为12：00—22：00，最佳时间为12：00—18：00，原因应该是春季潮湿，秋季更为干燥；冬季由于温度较低，不适宜进行森林康养。春、夏、秋季适宜时间分别占全天的50%、100%、41.6%；三季的最佳森林康养时间占全天的8.3%、50%、25%。整体来说，猴王谷森林康养基地适宜的时间为春、夏、秋三季。

表 3 各时间段气候舒适度等级Table 3 Comfort grade in different time

表 4 各时间段空气颗粒物（PM2.5）质量浓度评价Table 4 Evaluation grade of PM2.5 concentration in different time

表 5 猴王谷适宜森林康养时间推荐Table 5 Suitable forest therapy time in the Monkey King Valley

3 结论与讨论

森林康养基地具备优质森林资源和生态环境，能够提供促进人们身心健康的环境[18]。在基地环境质量方面，要求大气环境质量符合国家三级标准，对于森林康养基地的气候舒适度，目前还没有相关的研究结果。我国气候舒适度研究大约始于20世纪80年代，利用舒适度模型开展了一系列的研究工作，在大空间尺度上，唐焰等[19]利用温湿度指数分析了气候舒适度的空间格局，对人居环境的气候舒适性进行了定量评价；在小空间尺度方面，孟蕾等[20]研究了湖南韶山气候舒适度的变化特征，韩文堂等[12]研究了新疆天山天池景区气候舒适度，杜田恬等[21]对陕西红河谷森林公园夏季整体舒适度随海拔升高而降低。气候舒适度指数对于森林旅游有很好地指导作用，对于景区空间规划、游客出行活动的安排都有很好的指导作用。气候舒适度的季节性来看，在城市森林做过类似的研究，段文军[22]在深圳园山对3种山地森林的气候舒适度进行研究的结果表明，林地在春、秋季的气候综合舒适度指数都≤4.55，达到了“很舒适”等级。在夏季都达到了“舒适”级别。同时园山3种森林在春、秋季的全天所有时间段都达到了“很舒适”级别。古琳[9]在江苏无锡惠山的研究表明，林内气候舒适度春季最好，春、夏、秋季达到“舒适”。辛学飞等[11]在湖南张家界森林公园的气候舒适度研究表明，张家界国家森林公园一年中最为舒适的时间段是夏季，而极不舒适的时间段则是冬季，春季舒适时间段要比秋季长。本研究结果与前面学者的研究基本相符，文成猴王谷森林康养基地地处浙南山区，冬季略为寒冷，再考虑到湿度、风速等综合因素，夏季为最适宜的康养季节。该基地气候舒适度整体水平较高，4—10月气候舒适度指数低于6.95，属于舒适或很舒适。

气候舒适度的日变化来看，段文军[22]在深圳园山3种城市森林在春、秋季全天的人体舒适度都达到“很舒适”水平，适宜人们进行游憩活动；在夏季，3种游憩林的小气候在1：00—7：00，21：00—23：00都达到“舒适”水平[21]。古琳[9]在江苏无锡惠山的研究表明，春季气候舒适度在11：00—17：00 达到“很舒适”，夏季则提前到5：00—7：00，秋季多数时间为“舒适”，冬季全天均“不舒适”[9]。根据在文成猴王谷的研究，夏季全天“很舒适”，适宜康养的时长比深圳和无锡都要长，说明浙南山区在夏季开展森林康养优势明显。

从小气候的季节变化来看，温度的季节变化最为明显，湿度和风速变化不明显，这与无锡惠山和深圳园山的情况基本一致[9,22]，但本研究中的文成猴王谷基地样点夏季最高温度只有24.13 ℃，比其他两个点的最高温度都要低，其中比无锡惠山林内最高温度低5.83 ℃，说明该森林康养基地的森林的降温增湿效应最大，夏季树木的蒸腾作用最强，林内湿度明显增大，同时蒸腾作用不断从环境中吸收热量，使林内温度降低。

从小气候的日变化来看，温度、湿度的日变化明显，并且温度在1天当中先升高后降低，而湿度则为先下降后上升，风速的日变化不明显，这与无锡惠山和深圳园山的情况基本一致。

猴王谷基地的PM2.5质量浓度全年平均值为37.54 μg/m3，PM2.5质量浓度的在不同季节间有一定差异，不同季节的PM2.5质量浓度日变化没有统一的规律，部分时段PM2.5质量浓度值低于35 μg/m3，达到国家二级标准，整体空气质量优良。

本研究对基地的温度、湿度、风速、PM2.5质量浓度进行了连续定位监测，获得了较为全面的数据，研究证明，文成猴王谷森林康养基地气候舒适度整体水平较高，空气质量优良，适宜开展森林康养活动。从气候舒适度和空气颗粒物质量浓度的时间变化规律来看，夏季适宜开展全天候的森林康养活动，春季和秋季也适宜在一定时间段开展森林康养活动，本研究结果对于基地后续开展森林康养活动的时间安排上将有一定的指导作用。目前全国都在开展森林康养基地的建设，但对于康养基地的环境评价尚缺乏系统的研究，本研究结果将为后续康养基地的建设提供一定的参考经验。但由于条件限制，目前的研究仅限于1个采样点，对于整个基地的代表性还略有不足，今后将计划增设更多的采样点来进行更加深入的研究。