長江中下游地區(qū)十大湖泊氣候舒適度時(shí)空分布特征

任宇杰+唐曉嵐

摘要：以長江中下游地區(qū)15個(gè)氣象站1981-2010年的氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料，采用綜合氣候舒適度評(píng)價(jià)模型對(duì)長江中下游地區(qū)具有代表性的十大湖泊的氣候舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)氣候舒適度在不同時(shí)間和空間的分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明，長江中下游地區(qū)十大湖泊氣候舒適度普遍較高，舒適期一般分布在4-5月和9-10月，不舒適期分布在7-8月；春、秋兩季氣候舒適度明顯高于冬、夏兩季；全年氣候舒適度指數(shù)變化趨勢(shì)呈M形。長江中下游地區(qū)十大湖泊氣候舒適度隨經(jīng)度降低而呈下降趨勢(shì)；隨緯度降低呈上升趨勢(shì)；隨海拔升高呈上升趨勢(shì)。長江流域下游湖泊的氣候舒適度略高于中游湖泊。

關(guān)鍵詞：長江中下游；湖泊；氣候舒適度；時(shí)空分布

中圖分類號(hào)：P49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）01-0041-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.01.011

Abstract： Taking the 15 meteorological stations during 1981 to 2010 meteorological data in the Yangtze River area as the basic data， climate comfort degree of ten big lakes that are representative the middle and lower reaches of Yangtze River in China was evaluated using a comprehensive climate comfort evaluation model， and the distribution characteristics of climate comfort in different time and space were also studied. The results show that， the comfort degree of the ten lakes in the middle and lower reaches of Yangtze River is generally higher， and the comfort period is generally distributed in April to May and September to October， and the discomfort period is distributed in July to August. The climate comfort degree of spring and autumn is obviously higher than that of winter and summer. The variation trend of climate comfort index present "M" in the whole year. The climate comfort degree of the ten lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River decrease with longitude， and increase with the decrease of latitude， and increased with the elevation. The climate comfort of the lakes in the lower reaches of the Yangtze River is slightly higher than that in the middle reaches.

Key words： the middle and lower reaches of Yangtze river； lakes； climate comfort degree； spatio-temporal distribution

近些年，中國的氣候環(huán)境受快速城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響日趨惡化，極端天氣事件頻發(fā)，嚴(yán)重阻礙中國社會(huì)進(jìn)步和居民生活質(zhì)量提高。長江中下游地區(qū)作為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，近年來也頻繁遭遇暴雨的侵襲，其周邊湖泊水系的氣候環(huán)境也受到了相應(yīng)的影響。因此，在監(jiān)控大氣環(huán)境質(zhì)量的同時(shí)，研究長江中下游地區(qū)湖泊的氣候舒適度，衡量人體體感健康程度，具有重要意義[1，2]。國外學(xué)者對(duì)氣候舒適度研究已經(jīng)有超過百年的歷史，提出了很多針對(duì)氣候舒適度評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)模型和計(jì)算機(jī)肌理模型[3]，如有效溫度、溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)、著衣指數(shù)等[4-6]。國內(nèi)學(xué)者對(duì)于氣候舒適度領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)80年代，研究成果主要是利用國外成熟的評(píng)價(jià)模型[7-9]對(duì)國內(nèi)各個(gè)城市、地區(qū)的氣候狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)[10，11]。本研究利用中國長江中下游地區(qū)十大湖泊（鄱陽湖、洞庭湖、太湖、西湖、東湖、南湖、瘦西湖、淀山湖、玄武湖和千島湖）的氣象數(shù)據(jù)資料，采用溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)十大湖泊的氣候舒適度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并分析十大湖泊氣候舒適度的時(shí)空分布特征。

1 資料來源與方法

1.1 氣象數(shù)據(jù)來源與處理

在長江中下游地區(qū)十大湖泊所在地及周圍選取了15個(gè)氣象站（圖1、表1），收集各個(gè)氣象站1981-2010年逐日平均氣溫、平均相對(duì)濕度、平均降水、平均風(fēng)速和平均日照時(shí)間數(shù)據(jù)，部分缺失的數(shù)據(jù)由周邊站臺(tái)觀測數(shù)據(jù)代替。資料由中國氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心（http：//data.cma.cn/site/index.html）提供。由于氣象站空間分布均勻兼顧了地形情況因素，所以數(shù)據(jù)具有較好的科學(xué)性和代表性，能滿足研究需要。

1.2 氣候舒適度評(píng)價(jià)模型的建立endprint

選取由溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、著衣指數(shù)構(gòu)成的綜合氣候舒適度指數(shù)對(duì)長江中下游十大湖泊型風(fēng)景區(qū)的氣候舒適度進(jìn)行分析研究。

1.2.1 溫濕指數(shù) 溫濕指數(shù)（Temperature humidity index，THI）是1959年美國國家氣象局提出的一個(gè)反映夏季不同溫度和濕度條件下，氣候環(huán)境對(duì)人體舒適度的影響的氣候舒適度指數(shù)。起初是用來評(píng)價(jià)夏季美國旅游景點(diǎn)的舒適度，并預(yù)測夏季居民每周工作時(shí)間的，其計(jì)算公式：

式中，THI為溫濕指數(shù)，t為攝氏氣溫（℃），f為空氣相對(duì)濕度（%）。

1.2.2 風(fēng)效指數(shù) 風(fēng)效指數(shù)（Wind effect index，WEI）是生物學(xué)家特吉旺針對(duì)風(fēng)寒指數(shù)中缺少對(duì)太陽輻射要素的考慮，對(duì)風(fēng)寒指數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行修改，在收集計(jì)算大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上將太陽輻射引入其中，提出了風(fēng)效指數(shù)這一改進(jìn)指標(biāo)，其計(jì)算公式：

WEI=-（10+10.45-V）×（33-t）+8.55S （2）

式中，WEI為風(fēng)效指數(shù)，V為風(fēng)速（m/s），t為攝氏氣溫（℃），s為日照時(shí)間（h/d）。

1.2.3 著衣指數(shù) 著衣指數(shù)（Clothing index，CI）是澳大利亞學(xué)者弗雷塔斯提出的，他認(rèn)為當(dāng)氣溫低于25 ℃時(shí)，人的體表溫度就會(huì)降到32 ℃以下，人體體感就有了涼的感覺，需要通過著衣來改變體感舒適度。著衣指數(shù)就是用來反映衣服厚度的指標(biāo)，其計(jì)算公式：

式中，CI為著衣指數(shù)；t為攝氏氣溫（℃）；H代表人體代謝率的75%（W/m2），一般取輕活動(dòng)量下的代謝率，此時(shí)H=87 W/m2；a表示人體對(duì)太陽輻射的吸收情況，最大取0.06；R表示垂直陽光的單位面積土地所接收的太陽輻射，R=（1 385±7）W/m2；α表示地區(qū)的太陽高度角。

1.2.4 綜合舒適度指數(shù) 綜合舒適度指數(shù)（Comprehensive comfort index，CCI）是國內(nèi)學(xué)者馬麗君等[12]基于層次分析法和專家打分法，結(jié)合溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)、著衣指數(shù)構(gòu)建的綜合氣候舒適度指數(shù)，其計(jì)算公式：

CCI=0.6ITHI+0.3IWEI+0.1ICI （4）

式中，ITHI、IWEI、ICI分別代表溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)的賦值，3個(gè)指數(shù)的賦值標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。綜合舒適度指數(shù)的賦值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為綜合舒適度指數(shù)在7～9代表舒適，在5～7代表較舒適；3～5代表較不舒適；1～3代表不舒適。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候舒適度時(shí)間分布特征

根據(jù)長江中下游地區(qū)十大湖泊的原始?xì)庀髷?shù)據(jù)，利用公式（1）～公式（3）以及氣候舒適度指數(shù)賦值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得出十大湖泊月際溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)。并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行賦值，將賦值評(píng)價(jià)結(jié)果帶入公式（4），得到十大湖泊的氣候舒適度時(shí)間分布情況，如表3所示。

2.1.1 氣候舒適期分布規(guī)律分析 根據(jù)綜合氣候舒適度指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)長江中下游地區(qū)十大湖泊不同等級(jí)的氣候舒適期進(jìn)行劃分，并分析其分布規(guī)律，結(jié)果如下：

1）長江流域中游水系的鄱陽湖、洞庭湖和東湖地處中國中部地區(qū)，屬于季風(fēng)氣候區(qū)，具有南北過渡地帶的天氣氣候特征。冬冷夏熱，四季分明，夏冬長春秋短。鄱陽湖的舒適期為4-5月和10月，共計(jì)3個(gè)月；洞庭湖的舒適期共計(jì)2個(gè)月，為4月和9月；東湖的舒適期共計(jì)2個(gè)月，為4月和10月。結(jié)果表明，這三大湖泊的氣候舒適期持續(xù)時(shí)間較短，平均每年2個(gè)月，具體分布在在4月和10月；氣候不舒適期一般為1個(gè)月，分布在每年的7月。

2）長江流域下游水系的瘦西湖、太湖、淀山湖、千島湖、南湖、西湖、玄武湖地理位置靠近中國東部沿海，年平均氣溫較高，每年有明顯的春、秋兩季。太湖的氣候舒適期為每年4-5月和10-11月，共計(jì)4個(gè)月；玄武湖、西湖、南湖、千島湖、瘦西湖的氣候舒適期普遍分布在每年4-5月和10月，共計(jì)3個(gè)月。淀山湖因?yàn)榈靥幧虾Ｊ袇^(qū)，受城市熱島效應(yīng)的影響，舒適期較短，共計(jì)2個(gè)月，分布在5月和10月。

由此可知，長江流域下游湖泊的氣候舒適期略長于中游地區(qū)，不舒適期略短于中游地區(qū)。因此，從長江流域十大湖泊的氣候舒適期分布規(guī)律分析結(jié)果看，長江流域下游湖泊的氣候舒適度略高于中游地區(qū)。

2.1.2 氣候舒適度年內(nèi)變化規(guī)律 根據(jù)長江流域中游水系三大湖泊和下游水系七大湖泊的綜合氣候舒適度指數(shù)年內(nèi)變化規(guī)律，進(jìn)一步探究長江中下游地區(qū)氣候舒適度的時(shí)間分布特征。由圖2、圖3可知，長江中游和下游水系的十大湖泊氣候舒適度指數(shù)的最高值普遍出現(xiàn)在4月和10月，最低值均出現(xiàn)在1月、7月和12月。整體變化趨勢(shì)呈M形。每年12月至次年1月，長江中下游地區(qū)十大湖泊氣溫驟降，靠近湖泊水域的地區(qū)寒風(fēng)刺骨，局部地區(qū)甚至?xí)霈F(xiàn)大雪和湖面冰封的極端情況，氣候舒適度較差，人體體感寒冷。每年3-6月和9-11月，長江中下游十大湖泊的綜合氣候舒適度高于7，是氣候舒適度最高的時(shí)間段，濕潤的氣候和宜人的湖風(fēng)可以為湖泊周圍的居民和前來游玩的游客提供最佳人體體感舒適度。每年7-8月，長江中下游地區(qū)十大湖泊氣候舒適度指數(shù)小于3。此時(shí)中國南方地區(qū)也遭受高溫侵襲，暴雨頻發(fā)，導(dǎo)致湖泊水質(zhì)下降，污染物在高溫輻射的催化下?lián)]發(fā)到空氣中，導(dǎo)致氣候舒適度進(jìn)一步惡化，此時(shí)長江中下游十大湖泊的氣候舒適度指數(shù)全年最低?？傮w而言，研究區(qū)域內(nèi)湖泊的氣候舒適度在春、秋兩季較高，夏、冬兩季較低，整體變化趨勢(shì)非常明顯，變化幅度很大，可以劃分出界限分明的各級(jí)別舒適期。

此外，在對(duì)氣候舒適度指數(shù)的年內(nèi)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析的過程中，還可以發(fā)現(xiàn)長江中游水系湖泊的氣候舒適度在每年1-4月略高于下游水系的湖泊（圖4），其結(jié)果是由十大湖泊的空間分布差異導(dǎo)致。

2.2 氣候舒適度空間分布特征

在分析長江中下游十大湖泊氣候舒適度的時(shí)間分布特征的過程中，發(fā)現(xiàn)氣候舒適度除了在全年12個(gè)月、4個(gè)季節(jié)存在特定的分布規(guī)律以外，長江中游水系和下游水系的湖泊氣候舒適度的分布規(guī)律存在差別。為了進(jìn)一步探究研究區(qū)內(nèi)十大湖泊氣候舒適度的分布規(guī)律，從經(jīng)度、緯度和海拔3個(gè)空間要素的變化出發(fā)，對(duì)十個(gè)湖泊的氣候舒適度分布情況作進(jìn)一步分析。endprint

2.2.1 氣候舒適度隨經(jīng)度和緯度變化的分布特征 由表3可知，本研究目標(biāo)空間分布范圍廣，均勻分布在中國4個(gè)省份和直轄市，東西跨越約1 200 km（換算成經(jīng)度約10°18′），南北向跨越約500 km（換算成緯度約4°36′）。重點(diǎn)分析長江中下游地區(qū)十大湖泊在不同經(jīng)緯度條件下的氣候舒適度年變化規(guī)律和季節(jié)變化規(guī)律，結(jié)果見圖5。

由圖5（a）和5（c）可知，長江中下游十大湖泊的年綜合氣候舒適度指數(shù)隨著經(jīng)度的降低呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，隨著緯度降低呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。其中玄武湖的年綜合氣候舒適度指數(shù)最高，達(dá)到70.1，南湖的年指數(shù)最低，為65.2。

由圖5（b）和圖5（d）可知，夏季隨著經(jīng)度和緯度的降低，長江中下游十大湖泊的氣候舒適度指數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，冬季的情況則與夏季相反，隨著經(jīng)度和緯度下降氣候舒適度上升。而春、秋兩季度，中國長江中下游地區(qū)的十大湖泊的氣候舒適度普遍較高，隨經(jīng)度和緯度變化不明顯。

2.2.2 氣候舒適度隨海拔變化的分布特征 由表3可知，本研究目標(biāo)區(qū)域分布在不同的海拔高度，最高海拔處與最低處相差超過100 m，其中分布在海拔0～10 m的湖泊共計(jì)3個(gè)，分布在10～50 m的共計(jì)6個(gè)，千島湖所處海拔最高，達(dá)到了100 m。重點(diǎn)分析長江中下游地區(qū)十大湖泊在不同海拔高度下的氣候舒適度年變化規(guī)律和季節(jié)變化規(guī)律，結(jié)果見圖6。

從圖6可知，長江中下游地區(qū)十大湖泊的年綜合氣候舒適度指數(shù)在海拔10 m以下范圍內(nèi)，隨著海拔的升高呈下降趨勢(shì)；在10～50 m范圍內(nèi)，隨著海拔的升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)海拔超過50 m時(shí)，氣候舒適度指數(shù)隨海拔的升高明顯下降?？傮w而言，長江中下游地區(qū)十大湖泊的氣候舒適度隨著海拔的升高呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢(shì)。夏、冬兩季，長江中下游地區(qū)十大湖泊氣候舒適度隨著海拔的升高而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；春、秋兩個(gè)季節(jié)舒適度指數(shù)較高。此外還可以發(fā)現(xiàn)，低海拔地區(qū)的湖泊四季氣候舒適度差異明顯，氣候舒適度變化幅度較大，四季分明。

結(jié)合以上分析結(jié)果，驗(yàn)證了長江中下游地區(qū)十大湖泊的氣候舒適度確實(shí)存在較強(qiáng)的地帶性分布規(guī)律（圖7），總體而言，十大湖泊氣候舒適度隨著經(jīng)度增加，緯度降低，海拔升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這一規(guī)律可能也適用于長江中下游地區(qū)其他湖泊中。

3 小結(jié)

以長江中下游十大湖泊周圍的15個(gè)氣象站1981-2010年的原始?xì)夂驍?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)作為評(píng)價(jià)因子。運(yùn)用氣候舒適度綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)中國長江中下游地區(qū)具有典型代表性的十大湖泊的候舒適度進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：

1）長江中下游地區(qū)十大湖泊的氣候舒適度指數(shù)總體都較高，環(huán)境舒適宜人。十大湖泊的氣候舒適期普遍在分布在4-5月和9-10月，不舒適期普遍分布在7月和8月。春、秋兩季氣候舒適度明顯高于冬、夏兩季。

2）長江流域下游湖泊的氣候舒適度略高于中游地區(qū)，氣候舒適期也略長于中游地區(qū)。長江中游和下游水系的十大湖泊氣候舒適度指數(shù)的最高值普遍分布在4月和10月，最低值普遍分布在1月、7月和12月。十大湖泊的氣候舒適度指數(shù)整體變化趨勢(shì)呈M形。

3）長江中下游十大湖泊的年度綜合氣候舒適度指數(shù)隨經(jīng)度的降低呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，隨緯度降低呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。夏季長江中下游地區(qū)十大湖泊的氣候舒適度隨著經(jīng)度和緯度的降低呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，冬季的情況則與夏季相反，隨著經(jīng)度和緯度下降氣候舒適度上升。春、秋季的變化趨勢(shì)不明顯。

4）長江中下游地區(qū)十大湖泊的年綜合氣候舒適度指數(shù)在海拔10 m以下范圍內(nèi)，隨海拔升高呈下降趨勢(shì)；在10～50 m范圍內(nèi)，隨著海拔的升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)海拔超過50 m時(shí)，氣候舒適度指數(shù)隨海拔的升高明顯下降。

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