基于GIS的人居环境气候舒适度评价

徐立强

内蒙古自治区宁城县气象局，内蒙古赤峰 024200

基于GIS的人居环境气候舒适度评价，需要针对GIS技术中的勘测、分析、存储等功能，来增加评价的专业性，分别从气温、空气相对湿度、风速、不舒适指数等方面来评价气候舒适度的综合，使评价更加的完整和具体，确保评价结果的真实性。我国地域比较辽阔，要了解某一地区的人居环境气候舒适度，还要针对具体地区具体分析，GIS技术的辅助能够减少评价人员的一定工作量，也是保障人居环境气候舒适度评价准确度的重点，因而被广泛应用。

1 基于GIS的人居环境气候舒适度评价的意义

人类居住环境是人类赖以生存的土地，是与人类各种生活、活动密切相关的地表空间。人类居住环境是人类在自然中生存的基础，是人类利用和改造自然的主要场所。从人类居住环境的内容上看，人居环境包括五大系统，分别是：自然系统、人类系统、社会系统、居住系统和支撑系统。

从居住环境五大系统角度出发，居住环境评价指标要考虑气候、植被、地形、土地利用、水文、人口密度和人均收入、文化水平、公共服务、资源配置、社会稳定、社会福利和居住条件、建筑质量、交通系统、通信系统、计算机信息系统等。显然，人居环境研究的内容非常广泛，涉及政治、社会、文化、技术等方面。其中，气候是最活跃的因素，也是最基本的因素之一，只要一个城市或地区的气候不适合人类居住，无论其他居住环境指标再完善，都不是一个适合居住的城市或地区。

气候的舒适程度决定了居住环境的舒适与否，也是人们评价一个城市或地区宜居性的重要标准之一。气候舒适度评价利用GIS的空间分析功能，除了传统方法从城市中最小单元向外整体评价外，还能显著细化价值评价单元，即传统格点法可以将城市划分为几个单元，使之平面化，即将格点法气候舒适度评价扩展到平面。因此，应用GIS空间分析功能可以更全面、准确地评价气候舒适度，基于GIS的人居环境气候舒适度评价，有利于提高人居环境气候舒适度评价的效率、有利于增加人居环境气候舒适度评价的准确度，同时，也有利于我国人居环境气候舒适度评价的发展。

2 国内外舒适度研究的现状

2.1 国外舒适度研究的现状

国外对舒适度的研究可分为2个阶段：早期研究的重要特点是采用经验公式进行定性描述或定量讨论。Cai 等[1]认为，大气湿度变化对人体舒适度的影响很小，只有在温度较高或较低的情况下，湿度的变化才会对人体热感觉产生影响。后期对舒适度的研究进入定量阶段，主要从人体热平衡的角度研究人体对冷、热的具体程度。后来，Ali等[2]提出了不适指数，我国国家气象局利用温湿度指数对夏季舒适度进行预测，提出了舒适度指数和风效率指数。

2.2 国内舒适度研究的现状

国内对舒适的研究起步较晚，直到1980年之后才开始出现相关的研究，人居环境气候舒适度还只是一种定性描述，并在1991年之后才有更多的学者进行研究与分析，基于舒适洁净的原理提出了“宜人气候度评价模型”，并提出了人体感觉温度模型[3]。还有相关人员研究参考国外相关的不适、温湿度指数等，结合我国的气候特点建立了我国天气舒适与人体的计算公式，用环境健康相关信息的方法，考虑温度、相对湿度和风速对人体舒适度的影响，提出了综合舒适度指标[4]。

3 国内外舒适度的表示方法

影响气候舒适度的主要因素有温度、相对湿度、风速、气压、太阳辐射等，其中，温度对舒适度起主导作用，过高或过低的温度引起的不适是明显的。但是，仅通过空气温度来描述人体对周围环境的冷热感觉是不完全准确的，因为空气相对湿度、风速、气压、太阳辐射等气象因素都会影响人体的热平衡。

湿度变化对人体的健康有着一定的影响，人体本身存在的散热性和排汗性会调节人体的湿度，从而达到一定的平衡，一旦某一地区的湿度较重，人体无法进行自主的排湿，就会给人体造成压力，减轻人体居住的舒适度。一些地区的气温较高，这些气温较高的地区就加速人体中水分的流失，造成人体的不适，这样的地区居住舒适度也比较低。一些早晚温差和季节温差比较大的地区，早晨和夜间的温度比较低，但是中午的温度比较高，人体在这种地区的温度变化下，容易忽冷忽热，形成感冒等疾病，引起人体的不适。

风在人皮肤的接触过程中，微风可以增加人体的舒适度，让人产生一种比较凉爽的感觉，大风会吹起地面的一些物质，这些物质来人体表面会由于风的带动增加人体的痛感，因此，一些地区的风比较小，微风的状态下比较适合人类的居住，居住舒适度也会增加；而那些植被较少的地区，由于其本身的空旷和风力的增加，会造成人体的不适，不适合人类进行居住，居住的舒适度也会大大降低。

气压对居住舒适度有着一定的影响，一些气压比较强的地区，如高山和高原，对部分人群的影响较大，有些人在这些地方进行居住容易呼吸急促，甚至会呼吸困难，因此，这些地区只适合一部分人进行居住，居住的适合度会低于正常气压的地区[5]。

4 实例分析

4.1 研究内容

以宁城县为例，对宁城县2021年度的气候变化进行分析，包括气温变化、湿度变化、风速变化等，并收集相关资料和数据，利用GIS技术综合分析宁城县的居住舒适度，对人居环境气候舒适度进行评价。

4.2 基于GIS的研究方法

人居环境气候舒适度评价需要依靠GIS技术来进行分析，以往我国对某一地区的人居环境气候舒适度评价，都是以一个城市为单位，在该城市中记录一段时间之内的人居环境气候变化，这样的方式只适合分析和评价一个小地区的人居环境气候舒适度，不能够对整个地区乃至其周边地区进行人居环境气候舒适度评价，这样的评价方式过于单一，也会增加人居环境气候舒适度评价的难度，影响人居环境气候舒适度评价的准确性[6]。

GIS技术的出现与应用解决了以往人居环境气候舒适度评价的问题，可以实现区域范围内以及周边的人居环境气候舒适度评价，并对宁城县的气温、湿度、风速、舒适度进行数据化和专业化的分析，提高人居环境气候舒适度评价的准确度，也能增加人居环境气候舒适度评价的效率，达到人居环境气候舒适度评价的最终目的。

4.2.1 气温数据的分析 对宁城县气温数据的分析需以宁城县辖区内的气象站为主，根据宁城县气象站CIMISS系统来查找气温数据变化，并以月为单位制定宁城县各地区的气温变化，根据气温变化的范围和强度来制定相应的数据图。气制定温数据图可以很好地观察宁城县各地区在某一月份的气温变化，也能根据其气温的变化来进行人居环境气候舒适度评价，这样的人居环境气候舒适度评价是比较合理且准确的，宁城县西部大部地区气温较低，中部及东部分气温较高（图1）。

图1 2021年宁城县平均气温分布图

4.2.2 空气相对湿度的分析 宁城县的各地区空气相对湿度的分析，需要综合考虑其海拔和降水概率，把已知的空气相关湿度数据添加在GIS技术平台中，由平台来提取出其中有用的信息来建立空气相关湿度的数据模型[7]。从整体上看，宁城县西部相对湿度较高，向东方向递减，但从局部看，并不完全符合这个规律。中部海拔较高的一些地区，对于宁城县空气相关湿度的变化没有太大的影响，其空气相关湿度的变化较小（图2）。根据空气相对湿度进行人居环境气候舒适度评价，可提高人居环境气候舒适度评价的可行性。

图2 2021年宁城县平均相对湿度分布图

4.2.3 风速数据的分析风速数据需要针对其站点的高度和不同天气的风向来进行综合性的分析，通过GIS技术来对宁城县的风速数据进行分析，并进行人居环境气候舒适度评价。宁城县的平均风速规律：西部偏小，东部偏大，局部风速特征不明显，风向的变化特征不明显。

4.2.4 不舒适指数的计算人居环境气候舒适度评价中，对于不舒适度的计算需要根据各个月份的数据变化来进行，温度较低的地区不舒适指数较高，温度较高的地区不舒适指数也比较高[8]。由此可见，宁城县西部地区的气温偏低，不舒适的指数比较高；而东部地区温度稍高于舒适温度，而中部一些地区由于海拔比东部较高，这样的地区比较适合人类进行居住，所以不舒适的指数就比较低。总体来看，宁城县的不舒适指数比较低，大部分地区都比较适合居住。

4.2.5 气候舒适度的综合评价采用GIS技术，对宁城县进行人居环境气候舒适度的评价，其大部分地区气候的舒适度比较高，比较适合人类进行居住。只有一小部分地区的气候舒适度较低，通过人居环境气候舒适度评价的综合分析表明，宁城县的气候舒适度比较高。

5 结束语

气温数据分析、空气相对湿度分析、风速数据分析、不舒适指数的计算、气候舒适度综合评价等都是基于GIS的人居环境气候舒适度评价的重要组成部分，通过对这些指标进行分析，可以更好地了解一个地区人居环境气候的舒适度，提高了人居环境气候舒适度的评价效率和准确度。另外，利用GIS技术也能在一定程度上减少人居环境气候舒适度评价的问题，缓解了评价人员的工作压力。