基于熵权法的白山市旅游气候资源分析

2021-11-09胥珈珈蔡柠泽姜世楠陈丽楠

气象灾害防御 2021年3期

胥珈珈蔡柠泽姜世楠陈丽楠

（1.白山市气象局，吉林白山 134300；2.东丰县气象局，吉林东丰 136300）

1 引言

气候不仅是一项重要的旅游资源，同时也是开展旅游活动的重要条件之一[1]。气候的舒适性直接影响到旅游项目开发、旅游适宜期长短和旅游收益大小。白山市处于长白山腹地，风景秀丽，旅游开发潜力巨大，利用山区丰富的旅游资源发展生态旅游业是一条很好的山区发展途径，对旅游气候舒适度进行定量评价，可为白山市的旅游规划及旅游资源开发利用提供科学依据。

气候舒适度评价研究已经有近40年的历史。国外早期关于人体舒适度的研究主要以定性描述或采用经验公式进行定量评价，TERjung[2]正式提出舒适度指数和风效指数的概念之后，人体舒适度的研究才进入了定量化阶段。国内有关人体舒适度的研究起步较晚，大多是在国外研究的基础上，确定了人体舒适度的计算模型。比如李正泉[3]选取反映气候综合状况的4项气候指数和表征生态环境质量的5项生态指标，对丽水市生态气候的休闲养生适宜性进行了分析。马丽君等[4]通过对我国东部城市的研究，对温湿指数、风寒指数、穿衣指数的权重通过专家打分的方式进行了分配，建立了综合舒适度公式。目前国内外的旅游气候舒适度研究成果多针对40°N以南的地区，对于40°N以北尤其是对白山市这种复杂山地气候的研究较少，采用前人的公式计算得出的白山市气候舒适度与实际相差较大。因此现有的舒适度指数公式不能在白山市本地很好地应用。有一些研究[5]采用了模糊评价法，数学方法的引入拓展了气候舒适度研究的深度，但是这些方法包含了主观赋值，评价结果不够客观。

熵权法是一种确定权重分配常用的数学方法[6]，基于信息熵原理，利用各指标值所提供的信息量大小确定指标权重，属于客观赋权法。陈力等[7]通过熵权法对洛阳本地的气候舒适度指数进行了权重分配，建立了洛阳市的旅游舒适度公式并进行了旅游气候评价。因此本文采用权重分配常用的熵权法，对白山市旅游气候舒适度指数进行权重分配，重新制定气候舒适度的公式，可对白山市旅游气候舒适度进行定量的分析，对白山的旅游规划设计及旅游资源开发提供科学依据，为游客提供更加丰富、更加完善的旅游服务。

2 资料与方法

旅游人数及收入数据来源于白山市文旅局。采用白山各县（区）观测站1981—2019年的逐日平均气温、平均相对湿度、平均风速及平均日照时数数据，计算各县（区）的温湿指数、风寒指数、穿衣指数，并结合白山市地域特点，通过熵权法，确定影响白山市旅游气候舒适度的因子以及各因子的权重，建立一个适用于白山市的旅游气候舒适度评价模型。并通过该模型分析得出避暑和冰雪旅游的适宜期。

2.1 温湿指数

THI=（1.8t＋32）-0.55（1-f）（1.8t-26）式中，t为平均气温（℃），f为相对湿度（%）。

2.2 风寒指数

式中，t为平均气温（℃），V为风速（m/s）。

2.3 穿衣指数

式中，H为人体代谢率，取75%，单位：W/m2；a表示人体对太阳辐射的吸收情况，取0.06；R表示垂直阳光的单位面积所接收的太阳辐射（W/m2）；α是太阳高度角，α=90°-（本地纬度与太阳入射点的纬度差）；V为风速（m/s）。

2.4 综合气候舒适度指数

式中，XTHI、XWCI、XICL分别为温湿指数、风寒指数和穿衣指数的分级赋值（表1）；C1、C2、C3为各分指数的权重系数。最终得出舒适、较舒适、不舒适等指标。

表1 温湿指数、风寒指数和穿衣指数的分级标准

2.5 熵值法计算权重系数

熵值法的基本思想是系统中的信息量越大，不确定性就越小，熵也就越小，权重越大。反之信息量越小，不确定性就越大，熵也就越大，权重越小。计算熵值来判断某个指标的离散程度，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响越大，熵值作为确定指标权重的一个依据。主要计算步骤如下：

设有n个观测值，m个指标，xij则表示第i个观测值得第j个指标（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）。

将3个指标的数据进行标准化处理得：求3个指标的信息熵：

根据信息熵的计算公式，计算出各个指标的信息熵为E1，E2，……，Ek，通过信息熵计算3项指数的权重：

3 白山市气候舒适度分析

利用白山市平均气温、相对湿度、风速、太阳高度角等数据，先计算出1981—2019年12个月逐月的平均温湿指数、风寒指数、穿衣指数，然后将12个目标的3个指标代入公式，计算出3项指数的熵值分别为0.844、0.762、0.843，权重系数为0.283、0.432、0.285。从而得出白山市旅游气候舒适度的计算公式：

对舒适度指数进行分级，可以分为4个等级：4≤C≤5为舒适；3≤C＜4为较舒适；2≤C＜3为较不舒适；C＜2为不舒适。通过对年内气候舒适度指数进行计算得出白山市1—12月的舒适度指数分别为1.432、1.432、2.000、2.568、4.000、5.000、4.715、4.285、5.000、3.997、2.432、1.432。从而得出5—9月为舒适期；10月为较舒适期；3月、4月、11月为较不舒适期；1月、2月、12月为不舒适期。下面以6—8月的避暑旅游为例，分析白山市旅游气候资源优势。

白山市夏季平均气温20.0℃，西部山区气温低于东部。6月平均气温为17.6℃；7月、8月平均气温分别为20.7℃和19.9℃。白山市夏季很少出现高温，最高气温平均值为25.4℃，高温（≥35℃）日数平均为0.5d，适宜避暑旅游活动的开展。

白山市夏季（6—8月）平均相对湿度77.8%，呈“西湿东干”的特征，长白山山脉地区在78%以上，常年云雾缭绕，时有云雾气象景观出现。6月刚入雨季，相对湿度在72.5%；盛夏7月、8月相对湿度为79.7%和81.1%（图1）。过湿和干燥的气候条件都会影响到游客的舒适感，因此白山市夏季的湿度对人体非常适宜。

图1 白山市1981—2019年6—8月平均相对湿度分布

白山市夏季平均风速为1.6m/s。6月风速最大，为1.8m/s；7月、8月分别为1.5m/s和1.4m/s（图2）。平均大风日数为0.9d。同比吉林省另一个夏季旅游城市延边，白山市风速更小，大风日数更少，人体舒适感更好。适当的和风会增加人体舒适度，对旅游者身体散热、出行和活动都十分有利。

图2 白山市1981—2019年6—8月平均风速分布

白山市夏季（6—8月）是一年当中的降水高峰期，各县（市、区）之间以及月际差异很小，7月降水量占夏季总降水量的36%，6月为31%，8月为33%。考虑到中等以下量级降水对实际出游影响不大，分别统计了1981—2019年夏季白山市白天和夜间出现中雨以上量级（≥10mm）、大雨以上量级（≥25mm）的降水日数，1981—2019年白山市共出现10mm以上量级降水627d，其中6月160d，7月259d，8月208d；共出现25mm以上降水234d，其中6月49d，7月104d，8月81d（图3）。但白山强降雨多在夜间出现，对夏季避暑旅游活动有效时段影响较小。因此从降水分布角度而言，白山市夏季旅游气候适宜性较高。

图3 白山市1981—2019年大于10mm降水日数和大于25mm降水日数分布

对白山市6—8月逐日的旅游气候舒适度进行计算，得出6—8月舒适天数分布。白山市夏季6—8月中不舒适天数为0d，舒适和较舒适的天数占比为95.7%，说明几乎整个夏季的气候均适宜开展旅游活动。6月舒适天数占比为83.3%，较舒适天数为13.3%，舒适和较舒适的天数占比为96.7%。即有25d人体感觉非常舒适，有4d感觉较舒适，仅有1d人体感觉较不舒适。7月舒适天数占比达64.5%，较舒适占32.2%，舒适和较舒适天数总和占96.8%。即7月平均有20d人体感觉非常舒适，10d感觉较舒适，平均30d适宜旅游，仅有1d人体感觉较不舒适。8月舒适天数占比达58.1%，较舒适占35.5%，舒适和较舒适天数总和占93.5%。即8月平均有18d人体感觉非常舒适，11d感觉较舒适，29d适宜旅游出行，有2d人体感觉较不舒适（表2）。