1991—2019年呼和浩特市人体舒适度变化特征分析

2021-07-02贾晓红

内蒙古气象 2021年1期

贾晓红

（内蒙古气象服务中心，内蒙古呼和浩特 010051）

引言

人体舒适度指标作为一项以人类机体与近地大气间的热交换原理为基础, 从气象角度评价人类在不同气候条件下舒适感的生物气象指标[1], 它结合气温、相对湿度、风速等气象要素对人体综合作用，能更全面直观地评价人体在大气环境中舒适与否。随着全球气候变暖和极端天气现象的增加，居民身心健康与旅游资源开发都受到不同程度的影响[2]，因此系统研究人体舒适度的变化对于开展气象保障服务及旅游规划具有极其重要的意义。

目前，我国很多城市的气象部门开展了人体舒适度的研究，如吴世安[3]分析了信阳市人体舒适度指数分布特征并预测了未来变化趋势。张青等[4]探讨了杭州地区人体舒适度对自然死亡人数的影响。金琪等[5]计算武汉城市圈人体舒适度指数，进而分析了人体舒适度的时空变化特征。这些研究也反映出民众及相关部门十分重视气候变化对人体健康的影响。

呼和浩特市位于内蒙古自治区中部，属蒙古高原大陆性气候，具有丰富的旅游资源，但关于人体舒适度的研究较少，已有研究也多采用CIHB经验公式，此公式仅考虑气温、相对湿度和风速。2012 年王式功等[6]基于黄金分割率的理论最佳舒适温度是22.7 ℃，对纬度、季节和海拔高度调整后得到某地的最佳舒适温度，最后构建体感温度，故本文利用呼和浩特气象观测站1991—2019 年逐日气象数据，采用其提出的体感温度计算方法和舒适度等级划分标准，分析了呼和浩特市人体舒适度的时空分布特征，以期提高居民对人体健康与气候变化间关系的认识, 为旅游业相关部门提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料选取

资料来源于内蒙古气象信息中心。选取呼和浩特市7个气象观测站1991－2019年逐日气温、相对湿度、风速和降水量。

1.2 研究方法

1.2.1 人体舒适度计算方法

根据王式功等[6]的研究成果，基于“黄金分割法”计算体感温度的公式为：

式中：Ts为最佳舒适温度；Ø为纬度；M为月份；H为海拔高度，Tg为体感温度；Ta为平均气温；R为相对湿度，Rs为最适相对湿度，有降水时取值0.618，无降水时取值0.500；V 为平均风速。

通过以上公式计算体感温度后划分的人体舒适度等级（表1）。

表1 人体舒适度等级划分[6]

1.2.2 通径分析

通径分析是指利用通径系数分析变量间相关关系的方法，由赖特在1921 年提出，之后不断地进行改进和完善。通径系数包括直接通径系数和间接通径系数，其中直接通径系数用来表示某一自变量对因变量的直接影响，间接通径系数用来表示某一自变量通过其它自变量对因变量的间接影响。

2 结果分析

2.1 不同舒适度等级空间分布特征

2.1.1 不同舒适度等级日数所占比例的空间分布

表2为呼和浩特市不同舒适度等级日数所占比例，由表可知，呼和浩特市及周边旗县不同舒适度等级日数所占比例由大到小都依次为严寒域日数、广义舒适域日数和酷热域日数，这与呼和浩特市冬季漫长严寒、夏季短暂炎热的气候是分不开的。其中严寒域日数所占比例最大的在武川县，最小的在托克托县；广义舒适域日数所占比例最大的在清水河县，最小的在托克托县；酷热域日数所占比例最大的在托克托县，最小的在武川县。此外，酷热、严寒为人体最不舒适的两个等级，酷热等级日数所占比例最大的在托克托县，严寒等级日数所占比例最大的在武川县。

表2 呼和浩特市不同舒适度等级日数所占比例

2.1.2 舒适日数空间分布

图1为呼和浩特市广义舒适域日数的空间分布，由图可知，呼和浩特市广义舒适域日数在130.0～137.9 d，呈现南北多、中间少的分布特征，其中清水河县广义舒适域日数最多，为137.9 d，托克托县广义舒适域日数最少，为130.0 d。各地气候差异可能是造成广义舒适日数出现地域差别的重要原因。

图1 呼和浩特市广义舒适域日数的空间分布

2.2 不同舒适度等级时间变化特征

2.2.1 不同舒适度等级日数所占比例的年代际变化将1991—2019 年划分为：1991—2000 年（20世纪90 年代），2001—2010年（21 世纪00 年代）和2011—2019 年。表3为呼和浩特市各年份区间不同舒适度等级日数所占比例，由表可知，酷热域日数所占比例在1991 年之后呈现“倒V型”，广义舒适域日数所占比例呈现增加趋势，严寒域日数所占比例呈现减少趋势。究其原因，由于人为因素和自然因素的共同作用，全球气候持续变暖。据统计，20 世纪80 年代以来，每个连续10年都比前一个10年更暖。而气温是影响人体舒适度的一个重要因素，所以气温的升高也造成了不同舒适度等级日数的变化。此外，极端天气的发生频率发生改变，最不舒适等级日数随之变化，酷热等级日数所占比例呈现减少趋势，严寒等级日数所占比例呈现“倒V型”。

表3 呼和浩特市各年份区间不同舒适度等级日数所占比例

2.2.2 广义舒适域日数年代际变化

表4为呼和浩特市各年代年均广义舒适域日数及距平百分率，由表可知，年均广义舒适域日数2011—2019 年相比21 世纪00 年代增加5.8 d，21 世纪00年代相比20 世纪90 年代增加3.3 d，距平百分率由负变正，表明年均广义舒适域日数呈现增加趋势。

表4 呼和浩特市年均广义舒适域日数及距平百分率

2.2.3 广义舒适域日数季节变化

呼和浩特市1991—2019年广义舒适域日数基本上集中在春、夏、秋三季，冬季极少，仅为个日，故不作分析。图2为广义舒适域日数及其距平百分率的季节变化，由图可知，大多数年份广义舒适域日数从高到低，依次为夏季、春季和秋季。各季节广义舒适域日数距平百分率表明：20 世纪90 年代春季和秋季距平百分率主要呈负值，夏季主要呈正值；进入21世纪，春季和秋季距平百分率主要呈正值，夏季主要呈负值，这说明广义舒适域日数发生转折，春季和秋季由少变多，夏季由多变少。

图2 广义舒适域日数（a）及其距平百分率（b）的季节变化

2.3 气象因子对体感温度的影响

影响体感温度的4个气象因子为气温、相对湿度、风速和降水量，这些因子之间相互制约、相互作用，故计算其年均值，采用通径分析法来估算它们与体感温度之间的线性关系。表5为体感温度与各气象因子间的相关系数及通径系数，由表可知，体感温度与气温呈正相关性，与相对湿度和降水量呈负相关性，与风速间的相关性较小，通过相关系数绝对值对比，发现影响体感温度的气象因子按照影响力由大到小排序，依次为气温、相对湿度、降水量和风速。

表5 体感温度与各气象因子间的相关系数及通径系数

从通径分析结果来看，气温的直接通径系数为正值且数值大，而通过相对湿度、风速和降水量的间接通径系数数值很小，说明气温对体感温度主要是通过直接影响产生正效应，影响最大。相对湿度和降水量的直接通径系数较小，但通过气温的间接通径系数较大，说明相对湿度和降水量对体感温度主要是通过平均气温产生负效应。风速对体感温度的直接影响为负效应且影响较小。

2.4 人为因素对体感温度的影响

体感温度是每个人和外界空气接触后感觉到的温度，影响因素比较多，如气温、相对湿度、风和太阳辐射等自然因素，除此之外，人为因素对其变化也会产生明显影响。近几十年来呼和浩特市的气温上升趋势离不开全球气候变暖的大背景作用。

随着工业化进程的加快，一方面，化石燃料的焚烧，向大气层排放大量二氧化碳温室气体，致使地球的气温不断上升；另一方面，有毒物品、废料污染对地球表面生态环境也带来了危害，导致气候变暖。此外，人口增多，二氧化碳排放加大，也是温室效应的成因。伴随人口增长和城市化进程加快，水资源短缺，其不合理的开发和利用造成地下水位下降，进而地表植被受到影响，干旱化加剧，造成气候变暖。