海南气候康养指数的构建及评估

张京红，张明洁，张亚杰，杨 静

（1.海南省气候中心，海口 570203; 2.海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海口 570203）

诸多生理疾病和心理疾病的发生都与气候条件密切相关。优越的气候环境，可以加快病症康复、疗养身心，还能通过积极刺激性气候训练，增强自身机能韧性，提高人体免疫力[1-2]。气候康养是指以特定的气候条件为依托，使人体从有害的气候环境中转移到有益的气候环境，接受新的气候刺激，并配套相关产品和服务，从而使机体功能向好的方向转化，提高对疾病的抵抗力，达到治疗的目的[3]。中国的气候康养服务起步较晚，1985年王衍文等[4]首次研究了影响心肌梗塞的气象因子，并根据逐日天气形势图来进行预报，随后许多机构开展了气象因子对疾病的影响研究，发现与人体健康密切相关的气候要素主要包括气温、相对湿度、气压、日照及负氧离子等[5]，如气温对体温调节、关节性疾病等有重要影响，适宜人体康养的气温在18～26 ℃[6]；相对湿度在气温异常时对人体热平衡和温热感有较大的影响，适宜康养的相对湿度在55%～75%之间[7]；气压的变化会引起人体内肺泡氧分压及动脉血氧饱和度的变化，适度的低氧环境可改善呼吸机能，辅助治疗高血压、糖尿病、心脏病等慢性病[8-10]；阳光辐射能够起到促进生长和杀菌消毒的作用[11-12]；负氧离子能够改善呼吸功能、心脏功能，增大肺活量，被称作“长寿素”和“空气维生素”[13]。由此可见，适宜的气候环境能够调节和改善人体健康状况。卢山等[14]基于“黄金分割法”的人体舒适度指数，在云南省丽江市、贵州省习水市和锦屏县3个旅游城市构建了体感温度计算公式并进行等级划分，探究其气候康养效应。徐静等[15]通过调整计算气候舒适度指数，分析秦皇岛地区的气候舒适度变化趋势，为到秦皇岛康养的群体提供生活和出游气象服务指导。朱保美等[16]采用温湿指数、风效指数、穿衣指数和综合舒适度指数对比分析了青岛和济南的气候舒适度差异。孔钦钦等[17]采用通用热气候指数(UTCI) 对我国气候舒适度时空变化进行了分析。综上所述，以往的研究大多单纯地分析气候条件对人体健康，而气象要素之外的气候康养影响要素研究相对不足。

海南具有独特的气候、生态、清洁空气等资源优势，这些优势资源的气候康养作用如何，如何综合评估各市县气候康养条件，哪个月份、哪些市县的康养气候条件最佳，其在全国的地位和优势如何，是亟需分析的科学问题。本研究在考虑气候条件、空气质量、生态环境等与气候康养密切相关的自然环境资源条件的基础上，构建气候康养指数，开展海南省康养气候条件评估及其与国内主要城市康养气候条件的对比分析研究，得出海南最佳康养地和康养旅居时间，为来海南进行气候康养的人群提供参考。

1 数据与方法

1.1 数据来源 海南省 2016—2019年18 个国家气象站和北京、太原、长春、哈尔滨、上海、杭州、黄山、福州、青岛、郑州、长沙、广州、深圳、珠海、南宁、北海、重庆、攀枝花、贵阳、昆明、西双版纳、西安、兰州等国内23个主要城市国家气象站逐日气象观测数据，包括平均气温、最低气温、平均风速、相对湿度等要素，来自海南省气象局和国家气象科学数据中心；海南省18个市县2016—2019年逐月环境空气质量综合指数，来源于海南省环境监测中心站发布的海南省环境空气质量月报；归一化植被指数（NDVI）来源于美国航空航天局（NASA，http://reverb.echo.nasa.gov）提供的MOD13Q1数据，时间尺度为2016年1月至2019年12月，时间分辨率为16 d，空间分辨率为250 m。通过Modis Reprojection Tools软件对MOD13Q1数据进行投影和格式转换[18]，然后采用最大合成法（MVC）得到月平均NDVI数据[19]。

1.2 研究方法

1.2.1 气候康养指数的构建 从气候环境康养角度出发，综合考虑气候条件、空气质量、生态环境等方面的影响，选取人体舒适度指数、环境空气质量综合指数、归一化植被指数作为评价指标，采用加权指数求和的方法构建了气候康养指数（CRI）：

式中，HBI为人类生物学家提出的城市人体舒适度指数[20]，该指数反映了人体对空气的温度、湿度、风等气象要素的感受，提示人们根据气象因子来调节生理，适应环境以及防范冷热突变。本研究利用该指数代表某地的气候条件。AQCI为描述城市环境空气质量综合状况的环境空气质量综合指数，无量纲，其值随着污染程度的加重而增大[21]。本研究利用该指数评价某地环境空气质量。NDVI为归一化植被指数，是目前评估植被状况最有效的参数之一[22]，能够反映出植物冠层的背景影响，范围为-1～1。可用NDVI判断植物生长状态，值越大，表明植物长势越好。植被的状况决定着生态环境的质量，本研究利用NDVI代表某地生态环境质量。a、b、c为各项指数的权重，在咨询相关专家的基础上，采用层次分析法获得，各项指标权重均为1/3。

1.2.2 指标值的归一化处理方法 为了消除各个指标量纲不统一给计算带来的不利影响，在不同指标进行加权之前，需对各指标进行归一化处理，采用极差标准化处理方法。

式中，Xi为无量纲化处理后第i个指标的均一化值，xmax和xmin分别为该指标的最大值和最小值。经过上述处理后，Xi范围为0～1。

2 结果与分析

2.1 全国 41 个城市康养气候条件对比

2.1.1 月康养气候条件对比分析 根据 1.2中气候康养指数的研究方法，计算2016—2019年逐月的 HBI、AQCI、NDVI和 CRI，得到海南省（三沙除外）18个市县和长春、北京、杭州、福州、广州、西双版纳国内23个主要城市逐月的气候康养指数并进行了排名（图1）。从图1可见，在41个城市的排名中，海南省18个市县的气候康养指数排名在12个月中均处于前列。1-3月和12月，海南省18个市县均排在前20位，说明1月和12月在绝佳的人体舒适度、空气质量和生态环境下，海南全省康养气候条件优于全国其他城市，十分适合进行气候康养。4月海南有16个市县排在前20位。5月海南有11个市县排在前20位，5月海南中部和北部的大部分市县人体舒适度、空气质量和生态环境质量优越，康养气候条件仍优于全国大部分城市，此时随着气温升高，位于华东、华南和西南地区的部分城市人体舒适度水平提高，也适合进行气候康养。6、7、8月海南有8、13、11个市县排在前20位，夏季到来，大部分城市人体舒适度水平、空气质量和生态环境质量提高，全国从东北、华北、华东到西南地区，均有城市气候康养指数排在前20位，这些城市的康养气候条件也优于其他城市，适合进行气候康养。9月海南有10个市县排在前20位，主要为中部及西部沿海的市县，全国从东北、华北、华东到西南地区，仍有部分城市气候康养指数排在前20位，这些城市也适合进行气候康养。10月海南有13个市县排在前20位，随着秋季的到来，东北地区的城市的人体舒适度、生态环境质量下降，气候康养指数排名相对靠后，不再适合开展气候康养活动。11月海南有17个市县排在前20位，说明随着冬季的到来，海南热带气候条件优越性得到充分体现，人体舒适度、空气质量和生态环境均优于全国其他城市，全省各市县康养气候条件优于其他城市。

图1 全国 41 个城市月气候康养指数排名

2.1.2 四季康养气候条件对比分析 由表1 可见，冬季海南省18个市县全部排在前20位，春季和秋季分别有17和15个市县排在前20位。夏季海南除东北部和西南部的个别市县不适合进行气候康养外，大部分市县康养条件仍然优于其他城市，适合进行气候康养，有10个市县排在前20位。

表1 全国 41 个城市四季气候康养指数排名

续表1

2.2 海南各市县气候康养条件分析 根据各月气候康养指数，海南省全年各月康养气候条件最优的市县分别为：1月的白沙、五指山、保亭、三亚；2月的五指山和保亭；3月的白沙、五指山和琼中，气候康养指数均小于0.100；4月的五指山和琼中，气候康养指数在0.101～0.150之间；5-7月的五指山、白沙和琼中，气候康养指数在0.151～0.200之间；8月的五指山、白沙、琼中、屯昌和定安，气候康养指数在0.151～0.200之间；9月的五指山，气候康养指数小于0.100；10和11月的五指山、白沙，12月的五指山、白沙、保亭、三亚最优，气候康养指数均小于0.100。根据四季气候康养指数，五指山、琼中和白沙的气候康养指数在春、夏、秋三季均排在全省前三名，保亭、五指山、白沙和三亚冬季的气候康养指数排在全省前三名，琼中冬季气候康养指数排在全省第五。总体上，各市县全年在人体舒适度、空气质量、生态环境等方面均具有良好的条件，气候康养指数均小于0.350，康养气候条件优良，适宜进行气候康养活动。相对而言，中部地区的五指山、白沙、琼中等康养气候条件更优。

3 讨 论

本研究从气候环境康养角度出发，不仅考虑了气候条件对康养效应的影响，还考虑了生态环境、空气质量等方面对气候康养的影响，在此基础上，采用加权求和的方法构建了气候康养指数，对全国41个城市的气候康养指数进行计算和对比分析。发现海南省18个市县月、季、年的康养气候条件均优于全国其他城市，在夏季，也有其他个别城市适宜进行气候康养。其中，海南各市县气候康养条件以中部五指山、白沙、琼中最好，其次为保亭、三亚。研究结果可为气候康养评估提供技术支撑。然而，在评估生态环境、空气质量时，由于资料获取的限制，选取的指标还相对较为简单。例如，在目前仅选用归一化指标指数来评估生态环境，还可增加水质达标率、氧平衡指标、大气相对含氧量指标等来丰富对生态环境的评价；在评估空气质量时还可增加空气质量优良天数占比、花粉过敏指数、飘絮指数等指标。此外，气候康养指数仅从气候、空气质量、生态等气候康养自然资源出发，未考虑医疗、经济、交通、住宿、文化等生活经济因素的影响，在今后的研究中需进一步完善。