1955—2019年天门市气候特征和人体舒适度变化分析

2021-11-12刘望平鞠英芹马德栗

湖北农业科学 2021年20期

刘望平，鞠英芹，马德栗，3，黄忠

（1.天门市气象局，湖北天门 431700；2.中国气象局气象干部培训学院湖北分院，武汉 430074；3.武汉区域气候中心，武汉 430074）

生态环境与气候条件的优劣，直接影响着人们的生活品质和身心健康［1-3］。以生态气候资源为主题的休闲养生活动逐渐成为旅游业发展的新热点，国内不少城镇已打出宜居、宜游、宜养的生态气候品牌［4，5］。国内外学者开展气候条件与生态环境、人类活动、城乡规划等方面的研究［6，7］，研究认为［8-10］气温是影响人们出游的一个最重要的气候因素，最适用于人类活动的气候月气温在15～18 ℃，该温度下人感觉心情舒畅、精力充沛，又被称为“康乐气候”；范业正等［11］采用生理气候模型分析评估了中国渤海湾沿岸海滨城市和海南南部城市中国海滨旅游地气候适宜性；马丽君等［12］利用温室指数、综合舒适指数分析北京旅游气候舒适度变化；任健美等［13］分析五台山气候状况和气象景观，采用舒适度指数、寒冷指数和平均着衣指数，对各月旅游气候适应性进行分析评价；因此，生态气候资源与生态环境和气候条件密切关联。

天门市属于北亚热带季风气候，具有光照充足、气候湿润、生长期长、严寒短的气候特点。近年来，天门市围绕服务武汉市都市圈的功能定位，大力发展康养休闲旅游产品；本研究在分析天门市气象要素和要素舒适期变化特征的基础上，分析人居舒适度指数，以期服务天门市旅游业的高质量发展。

1 资料与方法

1.1 资料

本研究资料来自天门市气象局1955—2019年逐日最高气温、平均气温、最低气温、降水量、相对湿度、日照、风速等气象数据，所有资料均经过质量控制。

1.2 方法

1.2.1 温湿指数温湿指数（I）是使用气温、湿度相结合用于估计炎热程度的一个综合指标［14］。

式中，T为平均气温（℃）；RH为空气相对湿度（%）。I的等级划分标准如表1 所示。

1.2.2 风效指数风效指数（K）是表征人类裸露皮肤在气温和风速不同组合作用下体感冷暖程度。

式中，T为平均气温（℃）；V为平均风速（m/s）；S为平均日照时数（h）。K的等级划分标准如表1 所示。

表1 温湿指数和风效指数等级划分

1.2.3 舒适度指数（BCMI）舒适度指数是根据人类机体与大气环境之间的热交换而制定的生物气象指标，从气象角度评价在不同气候条件下人的舒适感。BCMI的分级标准如表2 所示。

2 结果与分析

2.1 气候特征

2.1.1 气温由图1 可知，1955—2019年天门市年平均气温呈上升趋势，每10年上升0.29 ℃；常年（1981—2010年）气温平均值为17.4 ℃，最高值为18.9 ℃（2007年）；最低值为16.0 ℃（1956年）；最高气温常年均值为21.4 ℃，最高值为22.9 ℃（2007年）；最低值为19.8 ℃（1989年），上升趋势为0.21 ℃/10年；天门市年平均最低气温每10年上升0.30 ℃，常年均值为13.5 ℃，最高值为14.8 ℃（2007年）；最低值为11.8 ℃（1956年）。

图1 1955—2019年天门市平均气温距平

综合分析发现，天门市最高气温、平均气温、最低气温均呈升温趋势，升温幅度表现为最低气温>平均气温>最高气温［15］。最高气温、最低气温和平均气温年代际变化特征趋势一致，前高后低，20 世纪50—90年代气温偏低，20 世纪90年代至今气温偏高，但2010年后气温变化趋缓。

2.1.2 降水量 1955—2019年天门市年降水量无明显变化（图2），常年平均值为1 130.6 mm，20世纪80、90年代降水量偏多，2010年以来降水量基本以偏少为主［16］；降水量最大值出现在1983年，达1 751.2mm；最小值出现在1984年，为737.8 mm。

图2 1955—2019年天门市年降水量距平

2.1.3日照时数近65年天门市日照时数呈显著下降趋势（图3），趋势率达90.7 h/10年，且通过α=0.05 的显著性检验。年代际变化表现出2000年之前以日照偏多为主，之后以偏少为主的特征；1981—2010年常年日照时数平均值为1 648.8 h，最高值为2 371.1 h（1956年），最低值为1 564.5 h（2002年）。

图3 1955—2019年天门市日照时数距平变化

2.1.4 相对湿度近65年天门市相对湿度呈明显下降趋势，每10年减少1.1%，且通过α=0.05 的显著性检验（图4）。相对湿度常年平均值为75.7%，最高值为81.2%，出现在1989年；最小值为68.4%，出现在2004年；年代际变化分析表明，2000年之前以偏高为主，之后以偏低为主。

图4 1955—2019年天门市相对湿度距平变化

2.1.5 风速 1980—2019年天门市最大风速呈下降趋势，每10年下降0.27 m/s，且通过了α=0.05 的显著性检验（图5），这与全国风速变化趋势相一致［17］。1981—2010年30年常年最大风速均值为4.17 m/s，呈现明显的年代际特征，20 世纪80年代之前最大风速偏大，20 世纪90年代和21 世纪前10年最大风速偏小，而2012年以后最大风速有所增大。

图5 1980—2019年天门市最大风速变化

2.2 气候风险

2.2.1 适宜温度和适宜降水等级适宜温度和适宜降水是表征人体舒适性的重要指标，定义日平均气温在15～25 ℃为适宜温度，统计1955—2019年逐年适宜温度日数；年适宜温度日数达150 d 以上为优，120～150 d 为良；定义年降水量在800～1 200 mm 为优，400～800 mm 和1 200～1 600 mm 为良。

近65年天门市逐年适宜日数变化特征如图6 所示，年适宜温度日数呈增长趋势，每10年增加1.1 d。1981—2010年30年平均适宜日数达121 d，达到了良好等级；统计逐年适宜温度日数等级发现，25年达到了良好等级。近65年天门市年降水量达到优良等级有62年，占比为95%。分析降水量季节均匀度（冬季降水量与夏季降水量之比）发现，天门市常年平均值达0.31，处于降水优良等级；统计65年降水季节均匀度发现，有53年达到优良等级，占比为82%。

图6 1955—2019年适宜日数变化

2.2.2 适宜湿度和适宜日照等级定义年平均相对湿度在50%以上为优良，一年内出现相对湿度大于50%的日数达180 d 以上为适宜湿度日数优良；夏季日照时数大于400 h 和冬季日照时数大于250 h为优良。

统计分析天门市1955—2019年适宜湿度和适宜日照等级，近65年天门市适宜相对湿度日数均值为200 d，处于优良等级，其中有50年适宜相对湿度等级达到优良的占比为80%；夏季日照时数均值为510 h，超过优良水平（400 h），且出现82%的年份夏季日照时数达优良水平；冬季日照时数均值达265 h，其中有50年冬季日照时数超过优良标准，占比达77%。

图7 1955—2019年天门市夏季日照时数等级

2.3 人体舒适度

气候舒适性是人体对气候的直观感受，是居住、旅游、度假等的重要影响因素之一，利用天门市多年气温、降水、风速、相对湿度计算温湿指数、风效指数和舒适度指数，并分析其变化规律。

2.3.1 温湿指数由1955—2019年天门市全天和白天温湿指数变化特征（图8）可以看出，近65年天门市白天、全天温湿指数呈上升趋势，每10年分别上升0.105 和0.220，且均通过了α=0.05 的显著性检验。白天的温湿指数上升趋势高于全天温湿指数，表明温湿指数的上升主要由白天气温、降水、日照和相对湿度的良好配置所贡献。两者年代际呈高-低-高的变化特征，即20 世纪50—80年代偏高，20世纪80—90年代前期偏低，20 世纪90年代后期至今温湿指数偏高。

图8 1955—2019年天门市温湿指数变化

根据人居环境舒适度等级划分分析可知，天门市近65年白天和全天的温湿指数平均值分别为19.48 和16.80；结合表1 温湿指数分类等级分析可知，白天温湿指数处于舒适等级，全天温湿指数则略偏低，处于偏冷等级，这也从侧面表明天门市早晚气候略偏凉。从逐年温湿等级分布分析，近65年天门市白天温湿指数均处于舒适等级，全天的温湿指数自20 世纪90年代后期至今全部处于舒适等级。

2.3.2 风效指数 1955—2019年天门市风效指数变化特征（图9）分析表明，近65年风效指数呈显著上升趋势，每10年风效指数升高11.1，且呈明显的年代际特征，20 世纪50—90年代风效指数偏低，20世纪90年代至今则偏高。由表1 风效指数等级分析可知，近65年天门市风效指数均值为-313.79，处于偏冷的等级；20 世纪50—90年代天门市风效指数处于偏冷等级，而20 世纪90年代至今则处于舒适等级，这主要是由气温上升，而风速变化不大所引起。

图9 1955—2019年天门市风效指数

2.3.3 舒适度指数天门市近65年人体舒适度指数呈上升趋势，每10年上升0.54，且通过α=0.05 的显著性检验（图10）。天门市舒适度指数常年均值为58.77，最大值为60.49（2007年），最小值为56.15（1969年）；根据表2 人体舒适度指数分级分析可知，20 世纪50—90年代舒适度指数等级处于偏凉等级，20 世纪90年代至今舒适度处于最为舒适等级。从舒适度的月分布进行分析，5—9月为天门市最为舒适的月份，4、10、11月夜晚则感觉略微偏凉，大部分时间人体感觉很舒适。