贵州梵净山旅游气候舒适度分析

聂 云，周继先，杨 群，胡 萍，陈 超，徐大红

(贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300)

引 言

梵净山位于贵州省铜仁市中部，海拔500～2570 m，是喀斯特海中的变质岩孤岛，武陵山脉主峰，生态环境优美。梵净山拥有丰富的山岳型旅游资源，森林覆盖率在95%以上，负氧离子含量每立方厘米约6～12万个，是度假和旅游胜地。但梵净山天气复杂多变，一方面可形成佛光、云瀑等奇特气象景观，另一方面又影响旅游舒适度，当出现灾害性天气时，可能威胁游客生命安全，如2011年11月5日，梵净山景区雷击事件造成34名游客受伤[1]。因此，开展梵净山旅游气候舒适度分析，构建适宜于梵净山的旅游气象指数预报方程，对指导游客开展安全舒适的旅游活动具有重要意义。

气候舒适度是影响游客户外活动最重要的环境因素之一[2-3]，且气候舒适度评价模型已多达162种[4]。1966年TERJUNG[5]提出舒适指数和风效指数的概念；1985年MIECZKOWSKI[6]根据应用气象学和人类生物气象学原理提出旅游气候舒适度指数概念。目前，温湿指数、风寒指数和人体舒适度指数等广泛应用于旅游气候适宜度评估[7-12]、旅游资源评价[13-14]及旅游适宜期划分[15-16]等方面。同时，针对不同的地区，各种旅游气象指数预报模型也在陆续构建[17-19]。

近年来，在全球气候变暖背景下，梵净山区短时暴雨、大风、雷电等灾害性天气频发。自2018年梵净山列入世界自然遗产名录后，景区游客接待量迅速增长，2019年梵净山接待游客达143.56万人次[20]，给旅游气象服务工作提出了更高要求。目前，针对梵净山开展旅游舒适度评价与预报的研究甚少，谢仁波等[21]利用2012—2013年梵净山高山站资料对其旅游气候特点进行了初步分析，认为梵净山具有优越的气候条件和丰富的气候景观。但梵净山区灾害性天气多发，尚未建立本地化的旅游气象指数预报方程。本文利用梵净山及周边气象站2011—2019年逐日气象资料，综合分析梵净山旅游气候舒适度特征，同时结合景区旅游特点，考虑旅游的安全性、舒适性和观赏性，建立梵净山旅游气象指数预报方程，以期为游客安全舒适出行和做好梵净山旅游气象预报服务工作提供参考。

1 资料与方法

1.1 资 料

由于梵净山及周边气象站建站时间不统一，特别是区域站基本在2010年以后投入业务运行，为确保资料的完整性、代表性和比较性，剔除数据缺测较多和距离梵净山较远的气象站点。选取2011—2019年江口国家站以及梵净山区不同海拔高度的黑湾河(542 m)、护国寺(1345 m)和梵净山(2255 m)区域站逐日气温、降水、风速和相对湿度等资料，所有数据均通过均一性检验和订正。其中，黑湾河及护国寺站是温度和降水两要素气象站。

1.2 旅游气候舒适度指数的计算与评价模型

1.2.1 温湿指数和风寒指数

温湿指数(THI)是通过温度和湿度组合来反映人体与周围环境的热量交换[14]。风寒指数(WCI)是温度和风速的组合，用于表征寒冷环境条件下裸露人体感受到风的寒冷程度[16]。具体计算公式如下：

(1)

式中：t(℃)为温度；f(%)为相对湿度；v(m·s-1)为风速。

1.2.2 着衣指数

着衣指数(ICL)是人类通过穿衣来改变气候变化带来的不舒适性[14]。计算公式如下：

ICL=(33-t)/0.155H-(H+a×R×cos α)/

(2)

式中：H(W·m-2)为人体代谢率的75%，本文取轻活动量下的代谢率，H=87W·m-2；a为人体对太阳辐射的吸收率(a=0.06)；R(W·m-2)为垂直于太阳光的单位面积土地接收的太阳辐射量；v(m·s-1)为风速；α(°)为太阳高度角，设β为纬度，春秋季α=90°-β，夏季α=90°-β+23°26′，冬季α=90°-β-23°26′。

1.2.3 旅游气候舒适度评价模型

旅游气候是一个复杂系统，根据系统的组成和结构可划分为4层(图1)：第一层由温度、湿度、风速、太阳辐射及人体代谢组成；第二层为对应要素组合形成的3个评价指标(温湿指数、风寒指数和着衣指数)；第三层以各要素日值为基础，3个评价指标综合作用构建梵净山逐日旅游气候舒适度指数(F)；第四层为建立在月、季、年尺度上的梵净山旅游气候舒适度评价。

图1 梵净山旅游气候舒适度指数构成

根据马丽君等[22]研究思路确定梵净山旅游气候舒适度评价模型，该模型以温湿指数、风寒指数和着衣指数为基础，采用专家打分法[23]和层次分析法[24]确定各指数的权重，具体计算公式如下：

F=0.6XTHI+0.3XWCI+0.1XICL

(3)

式中：F为梵净山旅游气候舒适度指数；XTHI、XWCI、XICL分别为温湿指数、风寒指数和着衣指数的分级赋值，0.6、0.3、0.1分别为各指数的权重系数。表1列出各分指数的分级与赋值。7≤F≤9为舒适，5≤F<7为较舒适，3≤F<5为较不舒适，1≤F<3为不舒适。

表1 温湿指数、风寒指数和着衣指数的分级标准与赋值

2 气象要素分析与评价

2.1 气 温

气温是影响旅游气候舒适度的重要指标之一。当环境温度大于32 ℃时，人会明显感觉炎热，当环境温度大于等于35 ℃时，人会感觉闷热，甚至出现中暑现象[25]。图2为2011—2019年梵净山各代表站月平均气温和月平均最高气温变化。可以看出，近9 a梵净山月平均气温在-0.7～16.4 ℃之间，1月最小、7月最大，比江口城区偏低5.8～11.4 ℃。梵净山月平均最高气温在2.9～20.1 ℃之间，比江口城区偏低5.5～13.7 ℃，较山下乡村(黑湾河)偏低4.1～11.9 ℃；其中6—8月梵净山月平均最高气温比江口城区偏低12 ℃以上，说明炎热的夏季梵净山上格外凉爽，适宜避暑、旅游。此外，近9 a梵净山年平均气温8.4 ℃，极端最高气温27.8 ℃，极端最低气温-15.3 ℃。

图2 2011—2019年梵净山区各代表站月平均气温(a)和月平均最高气温(b)变化

近9 a梵净山未出现30 ℃以上的高温天气，山上山下气温差异大。参考《铜仁地区志·气象志》[26]，用梵净山站月平均气温评价梵净山的寒冷程度：1—2月为“轻寒”，12月为“微寒”，3、4、10、11月为“偏凉”，5—9月为“舒适”。

2.2 降水量、风速与相对湿度

近9 a梵净山年平均降水量2073.7 mm，比江口城区偏多500 mm以上；降雨主要集中在5—9月，该时段各月平均降水量为229.6～449.8 mm，可见梵净山降雨丰沛，雨热同期。近9 a梵净山年平均风速为3.8 m·s-1，各月平均风速在3.4～4.3 m·s-1之间，属于微风等级[27]，人体感觉比较舒适[21]。近9 a梵净山年平均相对湿度为91%，比江口城区偏高10%以上，其中1月、2月和5—9月的月平均相对湿度均大于90%，梵净山湿度大，空气近饱和，常在山上形成云海、云瀑等独特自然景观。

3 温湿指数、风寒指数、着衣指数和F指数

梵净山站位于梵净山蘑菇石景点附近，地处梵净山旅游区核心，气象观测数据能代表景区的天气和气候，因此，以梵净山站为代表，分析梵净山旅游气象指数。目前，计算旅游气候舒适度指数时多采用气象要素的4次定时观测(02:00、08:00、14:00和20:00，北京时，下同)平均值[8-9,22]，由于梵净山景区开放时间为每日08:00—19:00，旅游活动发生在白天，为有效避免计算的舒适度指数放大夜间02:00的“低温”效应，故采用08:00、14:00和20:00的3次定时观测平均值计算温湿指数(THI)、风寒指数(WCI)和着衣指数(ICL)，并根据公式(3)建立梵净山旅游气候舒适度评价模型(F指数)。表2列出2011—2019年梵净山4种指数的月平均舒适度评价。可以看出，温湿指数显示，梵净山5—9月为“凉”或“清凉”，4月、10—11月为“偏冷”，3月为“寒冷”，冬季12月至次年2月为“极冷”。风寒指数显示，梵净山5—9月为“凉风”，10月至次年4月为“稍冷风”，全年未出现“冷风”或“强冷风”。着衣指数显示，7、8月着“衬衫和常用便服”，5、6、9月着“春秋常用便服”，4、10月着毛衣或皮夹克等“冬季常用服”，11月至次年3月需着厚冬装和做好保暖措施。

表2 2011—2019年梵净山基于4种指数的月平均舒适度评价

表3为2011—2019年梵净山基于F指数的各月平均较舒适和舒适日数。可以看出，近9a梵净山年平均较舒适及以上日数206.9 d，除冬季(12月至次年2月)各月平均较舒适及以上日数不足1.0 d以外，其余时段月平均较舒适及以上日数均在7.0 d以上，其中夏季6、7、8月分别达29.6 d、27.8 d和29.8 d。利用F指数评定梵净山旅游气候适宜期：6—8月为旅游舒适期；4—5月和9—10月为旅游较舒适期；3月和11月为旅游较不舒适期；梵净山冬季(12月至次年2月)气温较低，天气较湿冷，为旅游不舒适期，但在有利的天气背景下，梵净山上可形成积雪、雾凇等我国南方少见的气象景观。

表3 2011—2019年梵净山基于F指数的各月平均较舒适和舒适日数

4 旅游气象指数预报与服务

4.1 旅游气象指数预报方程设计

影响旅游活动的气象因子主要包括降水、气温和风速等[19]。根据梵净山的天气与旅游特点，结合有关此类研究工作的思路[28-30]，构建梵净山山岳型旅游气象指数(Fc)预报方程。方程由舒适度、降雨、云量和灾害性天气4个因子组成，其中舒适度因子由F指数确定，其综合考虑气温、风速和相对湿度等对旅游舒适度的影响；降雨因子由白天(08:00—20:00)的总降水量(R)确定；云量因子由白天云遮蔽天空的成数(A)表征；灾害性天气因子(D)为附加因子，当有雷暴大风、冰雹、短时暴雨等灾害性天气出现时，D=-100，直接给出“不适宜”旅游的结论，当无灾害性天气时，D=0。

在设计预报方程时，以铜仁市居民为研究对象，开展问卷调查，考察游客对方程中各因子变化的感知以及各因子对登山旅游的影响，根据各因子不同的影响程度给予不同的权重，本次调查共发放问卷1000份，收回有效问卷924份。经统计分析，舒适度因子占58.68%，降雨因子占31.16%，云量因子占10.16%。在此基础上，通过咨询贵州省10位气象专家，结合梵净山旅游的客观事实，将舒适度因子(F)、降雨因子(R)、云量因子(A)的权重分别确定为60%、30%、10%。梵净山旅游气象指数预报方程构建如下：

Fc=6F+3R+1A+D

(4)

Fc实行百分制，各因子的气象要素变量以及因子(D除外)所占权重详见表4。预报Fc时，先查表5得到各因子的赋值，将其代入公式(4)计算Fc，最后根据表6判定梵净山旅游气象指数等级。其中，表5和表6是在调查问卷数据统计分析的基础上，结合专家打分法制定。

表4 梵净山旅游气象指数Fc的组成因子及其变量与权重

表5 梵净山旅游气象指数Fc的赋值方案

表6 梵净山旅游气象指数Fc的分级标准

4.2 旅游气象指数的优势讨论

梵净山旅游气象指数预报模型(Fc)综合考虑安全性、舒适性和观赏性对梵净山山岳型旅游的影响，其中安全性和舒适性是影响梵净山旅游的主要因子。为验证Fc的预报效果，首先检验Fc与舒适度因子(F)的拟合率，将F对应的“舒适”和“较舒适”等级定为A等级，“较不舒适”和“不舒适”定为C等级；同理，将Fc对应的“理想状况”、“很适宜”、“适宜”和“较适宜”定为A1等级，“可以接受”定为B1等级，“较不适宜”和“不适宜”定为C1等级；当F为“A”、Fc预报为“A1”，或F为“C”、Fc预报为“C1”时，认为Fc与F结论一致。将2011—2019年梵净山站逐日气象资料代入公式(4)计算逐日Fc值(其中云量因子用离梵净山最近的江口国家站逐日总云量资料代替)，经统计分析，近9 a梵净山逐日Fc与F的拟合率高达81.8%。

造成Fc与F18.2%等级偏差的类型有3类：①F为“A”、Fc预报为“C1”；②F为“A”、Fc预报为“B1”；③F为“C”、Fc预报为“B1”。其中，前两类由于降雨、云量多或出现灾害性天气所致；第三类主要出现在冬季、秋末和初春，该类型出现时气温较低，F为“较不舒适”等级，但白天无降雨。结合问卷调查事实，Fc的预报结果更符合梵净山旅游实际。

综合分析，梵净山旅游气象指数预报模型Fc主要有3个优点：①预报模型以调查问卷结果为基础，充分考虑旅游者对各因子的真实感受程度，计算方便；②预报模型既可建立基于数值模式的短期(1～7 d)逐日旅游气象指数预报，又可生成基于实况气象要素和数值模式的短临(0～12h)订正产品；③Fc与F的拟合率高，且预报模型在考虑旅游舒适度、降雨和云量对登山旅游影响的同时，还考虑了灾害性天气对旅游安全的影响，更实用于梵净山山岳型旅游气象预报与服务工作。

4.3 旅游气象指数预报与服务思路探讨

图3为梵净山旅游气象指数预报和服务思路结构图。在短期时段，每日20:00前，将数值预报订正后的气象要素代入公式(1)至公式(4)计算未来7 d各指数，并给出预报结论，为游客提前规划旅游线路和安排旅游时间提供参考。其中，Fc首先给出是否适宜旅游的“结论性”预报，同时，降雨因子给出“提示性”预报，若有雨，提示游客备好雨具；云量因子给出“提示性”预报，当晴到多云时，提醒游客注意防晒；灾害性天气因子给出是否有灾害性天气以及灾害性天气的种类和对应防范建议；此外，温湿指数、风寒指数、着衣指数和F指数给出“提示性”预报，如着衣指数为游客穿衣提供指导。在短临时段，每日08:00前，根据天气实况和最新数值预报产品对当天的各指数预报进行更新和订正，及时弥补短期预报偏差；同时，根据实时雨量、风速、雷达回波等资料对当天的灾害性天气进行跟踪监测，特别是夏季，梵净山局地强对流多发，通过监测，实时更新灾害性天气因子预报，当有可能或即将出现对游客安全有重大影响的灾害性天气时，及时提醒相关部门和游客提前做好防范应对措施。

图3 梵净山旅游气象指数预报与服务思路结构图

5 结论与讨论

(1)梵净山气温适宜，近9 a平均气温8.4 ℃，冬季极端最低气温-15.3 ℃，夏季极端最高气温27.8 ℃，冬无严寒夏无酷暑；梵净山降雨丰沛，雨热同期，近9 a平均降水量2073.7 mm，且降水主要集中在5—9月；梵净山近9 a平均风速3.8 m·s-1，各月平均风速3.4～4.3 m·s-1，为舒适的微风；梵净山近9 a平均相对湿度达91%，湿度大，空气近饱和，有利于形成云海、云瀑等景观。

(2)2011—2019年梵净山年平均较舒适及以上天数206.9 d；其中，6—8月为旅游舒适期，4—5月和9—10月为旅游较舒适期，3月和11月为旅游较不舒适期，12月至次年2月为旅游不舒适期。

(3)梵净山旅游气象指数预报方程包括旅游舒适度、降雨、云量和灾害性天气4个因子，可为游客提供短期(1～7 d)的逐日旅游气象指数预报产品和短临(0～12 h)的订正产品；在实际应用中可为游客提前规划旅游活动和旅游安全提供指导，特别是夏季6—8月旅游舒适期，梵净山局地强对流天气多发，短临订正产品对游客旅游安全的指导尤为重要。

本文从旅游气候舒适度的角度出发，在温湿指数、风寒指数和着衣指数的基础上，构建梵净山旅游气候舒适度指数；同时，基于问卷调查事实，充分考虑梵净山山岳型旅游的安全性、舒适性和观赏性，建立一个新的旅游气象指数综合评价模型，该模型采用加权叠加将各因子综合成一个标量，计算方便，综合性强，对分析和评价梵净山的旅游适宜性更精细合理，可为梵净山游客开展安全舒适的旅游活动提供科学指导。但由于梵净山高山站建站时间较晚，历史气象资料时间序列相对较短，目前的分析结果尚存在一定局限性，今后随着时间积累，需加强对梵净山旅游气象指数预报方程的检验和订正，不断优化和完善梵净山旅游气象指数预报与服务结构。