北碚區(qū)近50年人體舒適度變化特征分析

吉 莉，李家啟 ，李 強(qiáng)

（重慶市北碚區(qū)氣象局，重慶 400700）

IPCC第四次氣候變化評(píng)價(jià)報(bào)告［1］指出，在最近100年（1906年－2005年）全球地表溫度上升了0.74℃。隨著全球氣候的變暖，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民對(duì)生活質(zhì)量要求不斷的提高，“人體舒適度指數(shù)”作為氣象部門拓展氣象服務(wù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容應(yīng)運(yùn)而生。人體舒適度指數(shù)是結(jié)合溫度、濕度、風(fēng)等氣象要素對(duì)人體綜合作用，表征人體在大氣環(huán)境中舒適與否。人體舒適度指數(shù)不僅提示人們可以根據(jù)天氣的變化，來(lái)調(diào)節(jié)自身生理及適應(yīng)冷暖環(huán)境，以及防范天氣冷熱突變，也便于人們了解在多變的天氣下身體的舒適程度，預(yù)防由某些天氣造成的人體不舒適而導(dǎo)致的疾病等。

國(guó)內(nèi)關(guān)于人體舒適度指數(shù)的研究主要是從20世紀(jì)90年代開始，如：李秋、錢妙芬等應(yīng)用于旅游氣候資源評(píng)價(jià)以及人體舒適度區(qū)域特征研究［2－4］；陳雪等認(rèn)為城市溫度的增加對(duì)城市中居民的居住感受和生活也產(chǎn)生了很大影響，熱不舒適日數(shù)增多，冷不舒適日數(shù)減少，高溫現(xiàn)象加?。?－9］；劉文平、于庚康［10－11］分析氣象因子與人體舒適度指數(shù)關(guān)系等研究。但是目前關(guān)于重慶地區(qū)的人體舒適度研究較少，本文主要是在宜居北碚的大背景下對(duì)北碚區(qū)近50年的人體舒適度進(jìn)行分析研究，為北碚區(qū)委區(qū)府打造“宜居北碚”提供科學(xué)依據(jù)，為人們的生活提供參考。

1 資料來(lái)源和方法

1.1 資料來(lái)源

通過(guò)對(duì)北碚地區(qū)的（1961～2010年）的氣溫、濕度、風(fēng)速等氣候資料分析。

1.2 方法

在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，所用方法主要為氣象中常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)、小波分析、EOF分析等方法。根據(jù)重慶的氣候特點(diǎn)，選取3～5月代表春季，6～8月代表夏季，9～11月代表秋季，12月至翌年2月代表冬季。利用線性擬合方法對(duì)人體舒適度指數(shù)進(jìn)行年、季趨勢(shì)變化分析；運(yùn)用 Mann－Kendal突變檢驗(yàn)對(duì)年、季的舒適天數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)。人體舒適度指數(shù)的公式采用文獻(xiàn)［11］，舒適度等級(jí)劃分則按照中國(guó)氣象局規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，采用9級(jí)分類法（見表1）。級(jí)別的絕對(duì)值越大，則人感覺越不舒適；越小，則人感覺越舒適。

式中t為溫度（單位：℃），Rh為濕度（單位：%），v為風(fēng)速（單位：m／s）。

表1 人體舒適度指數(shù)等級(jí)劃分

2 舒適度指數(shù)變化特征分析

2.1 舒適度指數(shù)變化趨勢(shì)分析

對(duì)1961～2010年人體舒適度指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制年、季人體舒適度指數(shù)趨勢(shì)變化圖（圖1），并求解其一元回歸方程（表2）。

圖1 北碚舒適度指數(shù)逐年（季）變化圖

由圖1可知，近50年來(lái)，北碚年、季人體舒適度指數(shù)隨時(shí)間呈現(xiàn)線性增加趨勢(shì)。由表2給出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，平均增長(zhǎng)率為0.45／10 a，人體舒適度指數(shù)增加了2.24／a，通過(guò)了α＝0.001的顯著性檢驗(yàn)。從各季節(jié)變化趨勢(shì)來(lái)看，都呈現(xiàn)了不同程度的增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中秋季增長(zhǎng)幅度最大，達(dá)0.8／10 a，其次是春、冬兩季，增長(zhǎng)幅度達(dá)0.36／10 a、0.34／10 a，通過(guò)α＝0.10的顯著性檢驗(yàn)，但未通過(guò)α＝0.05顯著性檢驗(yàn)。夏季增長(zhǎng)幅度最小為0.25／10 a，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

表2 1961－2010年年、季人體舒適度指數(shù)線性擬合方程及相關(guān)系數(shù)

2.2 北碚舒適度指數(shù)月分析

根據(jù)表1人體舒適度指數(shù)等級(jí)劃分表，得出北碚氣候舒適度逐月分布圖（圖2）。

圖2 北碚氣候舒適度逐月分布

由圖2可知，北碚氣候舒適度1月為－3級(jí)，人體感覺冷；2月，12月為－2級(jí)，人體感覺“涼”；3月、11月－1級(jí)，人體感覺“涼爽”；4月、10月0級(jí)，人體感覺舒適；5月、9月1級(jí)，溫暖；6月2級(jí)，“熱”；7月、8月3級(jí)，“炎熱”。其中1月指數(shù)為最小值，7月、8月達(dá)到舒適度指數(shù)的最大值，為最不舒適的時(shí)期，3月、4月、5月、9月、10月、11月6個(gè)月具有最舒適的氣候。

2.3 舒適天數(shù)變化趨勢(shì)突變檢驗(yàn)

利用Mann－Kendal方法檢驗(yàn)1961～2010年全年舒適度天數(shù)及季節(jié)舒適度天數(shù)序列的突變狀況。圖中平滑實(shí)線為人體舒適天數(shù)的順序統(tǒng)計(jì)曲線（UF），虛線為人體舒適天數(shù)的逆序統(tǒng)計(jì)曲線（UB），并給出顯著性水平：α＝0.05，信度線為＋（－）2.00（2條直線）。若平滑實(shí)線或虛線的值大于0，則表明序列呈增加趨勢(shì)，小于0則表明呈減少趨勢(shì)。當(dāng)他們超過(guò)信度線則表明趨勢(shì)明顯。如兩條統(tǒng)計(jì)線在信度線之間出現(xiàn)交匯點(diǎn)，則交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為突變開始時(shí)間。在圖3 a中，年人體舒適度天數(shù)第1次突變?cè)?985年，突變趨勢(shì)為減少趨勢(shì)，但到了1986年表現(xiàn)為略有增加趨勢(shì)。第2次突變?cè)?989年。

在圖3 b、3 e中，在信度線內(nèi)存在多個(gè)交點(diǎn)，說(shuō)明春季和冬季人體舒適度天數(shù)存在明顯的突變現(xiàn)象。其中春季第1次突變?cè)?968年，突變趨勢(shì)為減少趨勢(shì)；第2次突變?cè)?971年，呈增加趨勢(shì)；20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)初為突變發(fā)生比較頻繁的時(shí)期。由UF曲線可見，北碚地區(qū)春季人體舒適天數(shù)在20世紀(jì)70年代開始一直呈增加趨勢(shì)，80年代開始人體舒適天數(shù)呈明顯的減少趨勢(shì)，80年代末到90年代初出現(xiàn)了短暫的增加趨勢(shì)之后就又呈明顯的減少趨勢(shì)。冬季的突變點(diǎn)主要在20世紀(jì)60年代及21世紀(jì)初，特別是2006年后冬季人體舒適度天數(shù)呈增加趨勢(shì)，由于UF曲線未超過(guò)2.00線，因此這種增加趨勢(shì)未通過(guò)α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)，增加趨勢(shì)不明顯。

在圖3 c、3 d中，北碚夏季人體舒適天數(shù)在20世紀(jì)60年中期增加趨勢(shì)明顯超過(guò)了信度線，之后就呈減少趨勢(shì)，到70年代初期又再次呈增加趨勢(shì)，直到1983年達(dá)到峰值之后就呈減少趨勢(shì)；北碚夏季、秋季人體舒適天數(shù)突變點(diǎn)主要是出現(xiàn)在21世紀(jì)初。

2.4 人體舒適度指數(shù)影響因子相關(guān)性分析

圖3 1961－2010年人體舒適度天數(shù)M－K檢驗(yàn)

由于氣溫、濕度、風(fēng)速與人體舒適度指數(shù)存在顯著的相關(guān)關(guān)系，而且各個(gè)影響因子之間還存在著相互作用的關(guān)系。因此，對(duì)人體舒適度指數(shù)的相關(guān)因子進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的分析。通過(guò)表3可知，人體舒適度指數(shù)與氣溫存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（通過(guò)了0.01檢驗(yàn)）與風(fēng)、濕度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與風(fēng)的相關(guān)系數(shù)通過(guò)了0.01檢驗(yàn)。這就說(shuō)明了氣溫對(duì)人體舒適度指數(shù)的正影響最大，濕度和風(fēng)速對(duì)人體舒適度指數(shù)的最終影響是通過(guò)氣溫起負(fù)作用。與文獻(xiàn)［10］通過(guò)通徑分析法的結(jié)果一致。

表3 人體舒適度指數(shù)與各個(gè)因子的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

利用北碚近50年來(lái)的逐日氣象資料，對(duì)北碚地區(qū)人體舒適度指數(shù)進(jìn)行了趨勢(shì)變化分析，研究結(jié)果表明：

（1）1961～2010年，北碚地區(qū)年人體舒適度指數(shù)呈現(xiàn)顯著的上升趨勢(shì)，線性趨勢(shì)達(dá)到了2.24／a，通過(guò)了0.001的顯著性檢驗(yàn)。4個(gè)季節(jié)都呈現(xiàn)了不同程度的增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中秋季增長(zhǎng)幅度最大，達(dá)0.8／10 a，其次是春、冬兩季，增長(zhǎng)幅度達(dá)0.36／10 a，0.34／10 a，夏季增長(zhǎng)幅度最小為0.25／10 a，除秋季通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，其他季節(jié)均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

（2）結(jié)合人體舒適度指數(shù)計(jì)算公式及指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)劃分得出北碚3～5月，9～11月為舒適季節(jié)。

（3）利用 Mann－Kendal方法檢驗(yàn)1961～2010年全年舒適度天數(shù)及季節(jié)舒適度天數(shù)序列的突變狀況。年、四季人體舒適度天數(shù)突變趨勢(shì)為減少趨勢(shì)，其中春季和冬季人體舒適度天數(shù)存在明顯的突變現(xiàn)象 ，但未通過(guò)信度檢驗(yàn)。北碚夏季、秋季人體舒適天數(shù)突變點(diǎn)主要是出現(xiàn)在21世紀(jì)初。

（4）人體舒適度指數(shù)與氣溫存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速、濕度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。氣溫對(duì)人體舒適度指數(shù)的正影響最大，濕度和風(fēng)速對(duì)人體舒適度指數(shù)的最終影響是通過(guò)氣溫起負(fù)作用。

［1］IPCC.政府間氣候變化專門委員會(huì)第四次評(píng)估報(bào)告［R］.日內(nèi)瓦 ：IPCC，2007.

［2］李 秋，仲桂清.環(huán)渤海地區(qū)旅游氣候資源評(píng)價(jià)［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005，19（2）：149－153.

［3］錢妙芬，葉 梅.旅游氣候宜人度評(píng)價(jià)方法研究［J］.成都?xì)庀髮W(xué)院學(xué)報(bào)，1996，11（3）：128－134.

［4］高愛仙.三明市旅游氣候資源評(píng)價(jià)及其利用［J］.三明高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004，21（4）：83－87.

［5］范業(yè)正，郭來(lái)喜.中國(guó)海濱旅游地氣候適宜性評(píng)價(jià)［J］.自然資源學(xué)報(bào)，1998，13（4）：304－311.

［6］黃 靜.天氣舒適度的分析和應(yīng)用［J］.氣象，2001，27（11）：47－51.

［7］陳 雪，孫小明，趙聽奕，等.近三十年北京地區(qū)人居氣候舒適度變化研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23（1）：71－76.

［8］張秀麗，孫 燕.近50a北京人居環(huán)境中氣候因子的變化特征［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，30（4）：519－523.

［9］張德山，鄧長(zhǎng)菊，尤煥苓，等.北京地區(qū)中暑氣象指數(shù)預(yù)報(bào)與服務(wù)［J］.氣象科技，2005，33（6）：574－576.

［10］劉文平，劉月麗，安 煒，等.山西省近48a來(lái)人體舒適度變化分析［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2010，25（3）92－95.

［11］于庚康，徐 敏，于 堃，等.近30年江蘇人體舒適度指數(shù)變化特征分析［J］.氣象，2011，37（9）：1 145－1 150.