氣候舒適度評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停夯仡櫯c展望

[摘要]氣候舒適度表征了人體在外界氣象環(huán)境綜合作用下感覺舒適或不舒適的程度，其對(duì)建筑設(shè)計(jì)、人體健康、旅游活動(dòng)等均有著重要影響，尤其是對(duì)度假旅游地的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。氣候舒適度研究在其100多年的發(fā)展歷史中出現(xiàn)過上百個(gè)評(píng)價(jià)模型，總體上可劃分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型這兩個(gè)大類。雖然以熱平衡方程為基礎(chǔ)的機(jī)理模型自20世紀(jì)60年代產(chǎn)生以來，在氣候舒適度評(píng)價(jià)的“理論研究”中日趨主流，但產(chǎn)生于20世紀(jì)20年代的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿栽凇皩?shí)踐應(yīng)用”中占據(jù)著半壁江山。然而，由于缺乏對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)而細(xì)致的梳理，在大量“引入性”實(shí)踐應(yīng)用中，對(duì)模型適用條件的判別分析不足且對(duì)評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也缺乏針對(duì)性調(diào)整，制約了氣候舒適度評(píng)價(jià)的科學(xué)性和實(shí)用性。文章力圖從發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域、現(xiàn)實(shí)局限和未來展望等視角，對(duì)氣候舒適度評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行較為全面的梳理。研究為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸蠢粘鲆粋€(gè)相對(duì)清晰的整體圖景，詳細(xì)闡明了眾多經(jīng)典模型的起源背景、計(jì)算公式和適用條件，并明確了這些模型之間的邏輯聯(lián)系和演進(jìn)脈絡(luò)；同時(shí)，研究在總結(jié)其應(yīng)用領(lǐng)域和分析其現(xiàn)實(shí)局限的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣候舒適度評(píng)價(jià)“經(jīng)驗(yàn)一機(jī)理”的演化態(tài)勢(shì)，進(jìn)一步提出了融入熱交換機(jī)理、發(fā)展專門化模型、制定針對(duì)性標(biāo)準(zhǔn)等3個(gè)未來的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]人體舒適度；溫濕指數(shù)；風(fēng)效指數(shù)；旅游季節(jié)性；旅游氣候?qū)W

[中圖分類號(hào)]F59

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1002-5006（2015）12-0019-16

Doi：10.3969/j.issn.1002-5006.2015.12.007

引言

氣候舒適度是為了從氣象角度評(píng)價(jià)不同天氣氣候條件下人體的舒適狀態(tài)，根據(jù)人類機(jī)體與大氣環(huán)境之間的熱交換而制定的生物氣象指標(biāo)，它對(duì)建筑設(shè)計(jì)、人體健康等領(lǐng)域都有著重要影響，而對(duì)旅游業(yè)尤其是度假旅游地發(fā)展更是意義深遠(yuǎn)。氣候舒適度相關(guān)研究最早可追溯到20世紀(jì)初，在其100多年的發(fā)展歷史中出現(xiàn)過諸如人體舒適度、人生氣候指數(shù)、氣候舒適度、生物氣象指數(shù)、人體熱應(yīng)力指數(shù)等多種稱謂（根據(jù)其科學(xué)內(nèi)涵，筆者認(rèn)為“氣候舒適度”和“人體舒適度”較能達(dá)意，如無特殊說明，兩種稱謂在本文中意指相同），并有160多種各類評(píng)價(jià)模型被相繼提出。目前，國內(nèi)外氣候舒適度評(píng)價(jià)研究中最常見的模型可劃分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型這兩個(gè)大類。其中機(jī)理模型以人體熱量平衡方程為基礎(chǔ)，于20世紀(jì)60年代被提出之后，因其科學(xué)的生理學(xué)機(jī)理和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢頇C(jī)制分析而廣受關(guān)注，成為近50年來舒適度模型“理論研究”的主流方向。然而，機(jī)理模型中人體熱平衡方程的計(jì)算既涉及平均輻射溫度和體感平均風(fēng)速等非常規(guī)氣象觀測(cè)資料，又涉及衣著表面均溫、皮膚平均溫度、人體出汗率等多個(gè)待估變量（這些待估變量受到氣象參數(shù)、衣著狀況、活動(dòng)水平和個(gè)體差異等因素的共同影響），這一方面使得大樣本（多區(qū)域）評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)逐個(gè)樣本（區(qū)域）的個(gè)性化處理會(huì)變得工程浩大且繁瑣復(fù)雜，而另一方面若對(duì)這些變量（或參數(shù)）統(tǒng)一取值或進(jìn)行參數(shù)化估計(jì)，則又會(huì)使評(píng)價(jià)模型的精準(zhǔn)性大打折扣從而顯著降低模型效度。由于機(jī)理模型的這種局限，計(jì)算簡便而又相對(duì)合理的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅愠蔀椤皩?shí)踐應(yīng)用”中最為廣泛的一類氣候舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

20世紀(jì)20年代開始出現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪且匀说闹饔^感受或生理反應(yīng)作為評(píng)價(jià)依據(jù)，基于情景實(shí)驗(yàn)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)構(gòu)建的人體舒適度模型，該類模型通過40多年的發(fā)展到20世紀(jì)60年代特吉旺組合模型評(píng)價(jià)體系的提出而臻于成熟。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵话阃ㄟ^氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和太陽輻射等幾個(gè)常規(guī)氣象觀測(cè)要素的局部組合來評(píng)價(jià)氣候舒適度，雖然缺乏對(duì)氣象參數(shù)、衣著狀況、活動(dòng)水平和個(gè)體差異等所有相關(guān)因素的全面考量且存在不少“適用條件”的制約，但其模型結(jié)構(gòu)簡單、要素指標(biāo)易得，自提出后就在實(shí)踐中廣為傳播而持續(xù)不衰。在國內(nèi)實(shí)踐應(yīng)用中，諸如溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)等一些經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停捌涓倪M(jìn)形式），已經(jīng)成為氣象學(xué)界人體舒適度預(yù)報(bào)和地理學(xué)界氣候舒適度評(píng)價(jià)中經(jīng)常使用的測(cè)度指標(biāo)，并被制定為《人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)》的國家標(biāo)準(zhǔn)（GBIT 27963-2011）而在全國普及推廣。

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷摹皩?shí)踐應(yīng)用”主要涉及兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：其一，評(píng)價(jià)模型的科學(xué)選擇，即針對(duì)特定評(píng)估區(qū)域，根據(jù)模型適用條件分析選擇出最匹配的評(píng)價(jià)模型，從而避免評(píng)價(jià)模型應(yīng)用上的“放之四海而皆準(zhǔn)”；其二，計(jì)算結(jié)果的合理定級(jí)，即針對(duì)特定評(píng)估模型，根據(jù)區(qū)域人群體感分析擬定一個(gè)合理的舒適指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，從而對(duì)計(jì)算結(jié)果的“舒適與否”給出一個(gè)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)等級(jí)。在國內(nèi)，可能受到特吉旺組合模型“示范效應(yīng)”的巨大影響，多模型組合成為區(qū)域氣候舒適度評(píng)價(jià)的主流形式。例如，范業(yè)正和郭來喜選用溫濕指數(shù)（THI）和風(fēng)效指數(shù)（WEI）對(duì)中國海濱旅游地氣候進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)；劉清春等結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械臏貪裰笖?shù)與風(fēng)效指數(shù)以及具有“機(jī)理模型”特征的著衣指數(shù)（ICL）分析了中國城市旅游的氣候舒適性；馬麗君等將溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)（WCI）和著衣指數(shù)加權(quán)累加為一個(gè)綜合模型，對(duì)中國東部沿海城市的旅游氣候舒適度開展了評(píng)價(jià)。然而遺憾的是，一方面由于普遍缺乏對(duì)模型適用條件的判別分析，導(dǎo)致這些多模型組合形式的科學(xué)性解釋顯得不足；另一方面由于普遍缺乏對(duì)“舒適與否”分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的針對(duì)性調(diào)整，難以消除在舒適等級(jí)劃分上“水土不服”的疑義。因此，有必要對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)展的歷史脈絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，明確一些典型模型的產(chǎn)生背景和適用條件，指出經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮趯?shí)踐應(yīng)用中的主要領(lǐng)域和存在問題，進(jìn)而探索其未來發(fā)展的可能方向，從而為氣候舒適度評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)踐應(yīng)用勾勒一個(gè)相對(duì)清晰的整體圖景。

1發(fā)展歷程

氣候舒適度評(píng)價(jià)模型的分類梳理研究由來已久，并在近年來受到格外關(guān)注。一個(gè)最新的成果是de Freitas和Grigorieva較全面地收集到近100年來相關(guān)研究中出現(xiàn)過的162個(gè)氣候舒適度評(píng)價(jià)指數(shù)，根據(jù)模型原理和應(yīng)用目的將其劃分為8種類型，并試圖在后續(xù)研究中從多個(gè)方面對(duì)這些指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而為特定應(yīng)用（或調(diào)查）中對(duì)相關(guān)指數(shù)的定位、比較和選擇提供一個(gè)簡易指南。國際上的上述綜述性研究總體上遵循著“分類”視角的切入傳統(tǒng)，力圖為氣候舒適度評(píng)價(jià)模型勾勒出一幅較清晰的“截面”結(jié)構(gòu)輪廓；在國內(nèi)，一些學(xué)者在開展人體舒適度預(yù)報(bào)研究時(shí)，涉及到對(duì)相關(guān)模型的綜述，但主要是對(duì)一些測(cè)度指標(biāo)的簡要介紹或針對(duì)少數(shù)幾個(gè)模型的詳細(xì)分析，全面性和系統(tǒng)性較弱。而最近閆業(yè)超等學(xué)者已經(jīng)開始注意到國際上分類梳理的研究思路，將國外氣候舒適度評(píng)價(jià)研究劃分為直接觀測(cè)、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型等3個(gè)發(fā)展階段，并進(jìn)一步指出經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭小斑m用于熱環(huán)境”和“適用于冷環(huán)境”的區(qū)分。但無論國際還是國內(nèi)，相關(guān)研究整體上著眼于評(píng)價(jià)模型的總體進(jìn)展，一方面難以就“經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀眴为?dú)給出細(xì)致周全的梳理，另一方面也缺乏對(duì)各種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g歷史脈絡(luò)和邏輯關(guān)系的呈現(xiàn)。實(shí)際上，從20世紀(jì)20年代有效溫度的提出到20世紀(jì)60年代機(jī)理模型的出現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诮?jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的繁榮發(fā)展后趨于成熟的實(shí)踐應(yīng)用，在總體思路上遵循了一個(gè)從“多要素建模”到“多模型組合”的發(fā)展歷程，其中一些模型經(jīng)反復(fù)論證得到廣泛應(yīng)用，另一些因原理不清或測(cè)度復(fù)雜而逐漸淡出舒適度研究領(lǐng)域。

1.1冷熱感的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)

當(dāng)衡量人體對(duì)外界環(huán)境的感知時(shí)，最直觀也是最重要的一個(gè)因素就是溫度，因此氣溫也就成為在氣候舒適度研究之初最先想到的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。隨后開始有學(xué)者意識(shí)到單一的氣溫指標(biāo)不能準(zhǔn)確全面地反映人體熱感覺，除溫度之外，濕度、氣流以及輻射也是重要的環(huán)境影響因素，并且這些氣象要素在不同天氣/氣候條件下的影響程度各異。例如，高溫環(huán)境中人體需加大排汗量來維持代謝平衡，此時(shí)空氣濕度對(duì)人體舒適感的影響會(huì)更明顯；而身處嚴(yán)寒時(shí)，人體對(duì)環(huán)境的感覺與風(fēng)速的變化更緊密相關(guān)。遵循這種思路，在20世紀(jì)初發(fā)展出了測(cè)量“溫度一濕度”組合的濕球溫度計(jì)（Wet-bulbthermometer）和測(cè)量“溫度一風(fēng)速”組合的卡他溫度計(jì)（Kata thermometer）等簡易設(shè)備，尤其是根據(jù)卡他溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果計(jì)算而得的卡他度在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。但隨后很多反饋信息表明這些指標(biāo)與實(shí)際的舒適感覺并不相符，此類模擬設(shè)備測(cè)度方法的準(zhǔn)確性備受質(zhì)疑。于是相關(guān)研究在延續(xù)高溫環(huán)境關(guān)注“溫度一濕度”組合和低溫環(huán)境關(guān)注“溫度一風(fēng)速”組合這一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，開始嘗試設(shè)計(jì)情景實(shí)驗(yàn)（溫度、濕度、風(fēng)速和輻射等氣象參數(shù)的不同組合）來記錄人體感覺，根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析提出相應(yīng)評(píng)測(cè)指標(biāo)，這也即開啟了氣候舒適度評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)代。

1.2熱環(huán)境模型

在適用于暖熱環(huán)境的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校詼囟群拖鄬?duì)濕度兩種氣象要素進(jìn)行組合的一些評(píng)價(jià)指標(biāo)在特定國家或地區(qū)熱不舒適氣象預(yù)報(bào)中得到較好的應(yīng)用，如加拿大使用的濕熱指數(shù)（Humiture/Humidex）、美國和澳大利亞使用的熱應(yīng)力指數(shù)（Heat StressIndex，HSI）及其改進(jìn)指標(biāo)體感溫度（ApparentTemperature，AT）等。然而就全球范圍而言，有效溫度及其基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展的濕球黑球溫度和溫濕指數(shù)（/不舒適指數(shù)）則受到更為廣泛的關(guān)注，成為經(jīng)典模型。

1.2.1有效溫度：提供基礎(chǔ)模型

1923年，Houghten和Yaglou通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)環(huán)境并開展系列被試調(diào)查，繪制出不同氣溫一相對(duì)濕度組合下具有相同熱感覺的“等舒適線”，并由此定義和提出了有效溫度（實(shí)感溫度）（Effective Temperature，ET）指數(shù)，開創(chuàng)了氣候舒適度經(jīng)驗(yàn)測(cè)度模型的先河。最初有效溫度是根據(jù)氣象數(shù)據(jù)查找相應(yīng)列線表進(jìn)行測(cè)算，后來出現(xiàn)了如式（1）和式（2）的近似計(jì)算公式：

ET=t-0.4（t-10）（1-O.OIRH） （1）

ET=0.4（t_df+t_w）+4.8 （2）

式（1）和式（2）中：t為氣溫（℃），RH為相對(duì)濕度（%），t_d和t_w分別是干球溫度（℃）和濕球溫度（℃）。

有效溫度簡潔地反映了溫度和濕度這兩個(gè)基本氣象要素對(duì)人體舒適感覺的綜合作用，適用于室內(nèi)偏暖熱環(huán)境的舒適度評(píng)測(cè)，另由于其比之前單一指標(biāo)測(cè)算相對(duì)合理，經(jīng)提出后即在北美地區(qū)、澳大利亞等地的氣候舒適度評(píng)價(jià)研究中得到廣泛應(yīng)用。但與此同時(shí)，也有學(xué)者陸續(xù)指出此模型本身的局限性并分別從變量構(gòu)成和系數(shù)權(quán)重兩個(gè)角度對(duì)其加以改進(jìn)，逐漸發(fā)展出以有效溫度模型為基礎(chǔ)的一系列衍生指數(shù)。

1.2.2從有效溫度到濕球黑球溫度：考慮輻射影響

針對(duì)有效溫度中存在的忽略輻射對(duì)人體影響的問題，Vernon和Wamer提出用黑球溫度來代替有效溫度中的干球溫度進(jìn)行測(cè)度，產(chǎn)生了修正等效溫度（Corrected Effective Temperature. CET）。黑球溫度反映了在輻射熱環(huán)境中人或物體受輻射熱和對(duì)流熱綜合作用時(shí)的實(shí)際感覺溫度，使輻射對(duì)人體熱舒適感覺的影響開始得到重視和體現(xiàn)。以CET為基礎(chǔ)，Yaglou和Minard在為美國海軍預(yù)防軍事訓(xùn)練時(shí)出現(xiàn)熱損傷事故而進(jìn)行的研究中提出了濕球黑球溫度（Wet Bulb Globe Temperature，WBGT）指數(shù)。WBGT指數(shù)由黑球、自然濕球、干球3個(gè)部分溫度簡單加權(quán)求和構(gòu)成，相對(duì)CET來說，是一個(gè)更加方便使用的替代模型，其計(jì)算公式分為戶外與室內(nèi)兩種環(huán)境：

WBGT（戶外環(huán)境）=0.7t_nw+0.2t_g+O.lt_d （3）

WBGT（室內(nèi)環(huán)境）=0.7t_nw+0.3t_g （4）

式（3）和式（4）中：t_nw指自然濕球溫度（℃），t_g指黑球溫度（℃），t_d指干球溫度（℃）。

隨著在軍隊(duì)中的成功應(yīng)用，WBGT指數(shù)普遍被公眾接受并廣泛使用，美國將WBGT指數(shù)作為評(píng)價(jià)高溫環(huán)境下熱負(fù)荷的評(píng)價(jià)指標(biāo)，英國（BS EN27243-1994）和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（IS0 7243-1989）也分別將之列為正式標(biāo)準(zhǔn)，我國的高溫作業(yè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GBIT4200-2008）也采用了WBGT指數(shù)作為綜合評(píng)價(jià)人體接觸作業(yè)環(huán)境熱負(fù)荷的一個(gè)基本參量。當(dāng)然，作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停琖BGT指數(shù)本身也存在一些局限性，如沒有靈活考慮濕度變化的影響（表達(dá)式中濕球溫度t_nw的固定權(quán)重0.7在低溫時(shí)過高，在高溫時(shí)又偏低），同時(shí)也缺乏考慮風(fēng)速對(duì)模型的影響等問題，并且計(jì)算涉及的三種溫度變量在測(cè)量時(shí)存在的誤差也影響了模型整體的準(zhǔn)確性。但瑕不掩瑜，濕球黑球溫度仍然是目前為止全世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的經(jīng)驗(yàn)熱環(huán)境評(píng)價(jià)指數(shù)。

1.2.3從有效溫度到溫濕指數(shù)：調(diào)整系數(shù)權(quán)重

20世紀(jì)早期，美國政府部門及空調(diào)制冷相關(guān)行業(yè)開始致力于提出一個(gè)通用的度量建筑物制冷耗能的制冷度日值系統(tǒng)（Cooling-degree-day System），而其中的關(guān)鍵就是確定計(jì)算制冷度日數(shù)的基礎(chǔ)溫度（溫度基數(shù)）指標(biāo)，不舒適指數(shù)（Discomfort Index.DI）就是在此背景下由美國氣象局的研究人員Thom在1959年提出。可能因?yàn)楹谇驕囟仁且环N非常規(guī)的氣象觀測(cè)資料并且空調(diào)制冷行業(yè)更關(guān)注室內(nèi)而非室外環(huán)境條件下的熱感覺，DI最初的計(jì)算公式（式5）并沒有繼續(xù)沿著濕球黑球溫度（WBGT）重視輻射參數(shù)的軌道，而是簡單的干球和濕球溫度的線性組合，其無論在模型思想還是模型形式上都與有效溫度（式2）高度相似。Thom（1959）根據(jù)美國地區(qū)的研究結(jié)果認(rèn)為該指數(shù)能夠很好地衡量人們的熱不舒適程度，進(jìn)而根據(jù)DI值提出了熱不舒適等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）。隨后，Sohar等通過在以色列進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)公式進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)也驗(yàn)證了DI模型的生理學(xué)意義并再次確認(rèn)了DI與有效溫度（ET）間的高度相關(guān)性。此外，Epstein和Moran的計(jì)算表明DI與濕球黑球溫度（WBGT）也呈現(xiàn)很高的相關(guān)性，進(jìn)一步顯示了ET作為此類模型源頭對(duì)后續(xù)改進(jìn)模型（WBGT和DI）的深遠(yuǎn)影響。或許是為了更直接地傳遞出建模思路并避免名稱上帶來的誤解，DI提出一段時(shí)間后，美國氣象學(xué)界和新聞媒體普遍使用溫濕指數(shù)（Temperature HumidityIndex，THI）來替代不舒適指數(shù)的稱謂（下文中統(tǒng)一使用溫濕指數(shù)/THI）。目前溫濕指數(shù)常用的表達(dá)式如式（6）和式（7）所示：

D/=0.4（T_d+T_w）+15 （5）

THI=T_d-0.55（1-O.O1RH）（T_d-58） （6）

THI=t_d0.55（1-O.O1RH）（t_d-14.5） （7）

式（5）-式（7）中：T_d和T_w分別為干球溫度和濕球溫度（°F），t_dd為干球溫度（℃），RH為相對(duì)濕度（%）。溫濕指數(shù)沿用了有效溫度（式1）的氣象參數(shù)，僅對(duì)氣象參數(shù)的系數(shù)權(quán)重進(jìn)行修正調(diào)整。相關(guān)的改進(jìn)使THI更符合特定區(qū)域的人體熱感知實(shí)際，但更重要的是試圖讓THI在形式上更具生理學(xué)意義。例如，式（6）和式（7）中“（T_d-58）”和“t_d（-14.5）”的出現(xiàn)，其中的58°F和14.5℃是等價(jià)的，代表了人體產(chǎn)生明顯冷感的分界溫度（氣溫），顯示出一定的生理學(xué)機(jī)理。

缺乏考慮環(huán)境中風(fēng)速和輻射對(duì)人體的影響是溫濕指數(shù)模型本身最大的局限性（更適用于室內(nèi)而非室外環(huán)境），但這并沒有妨礙它極其廣泛的應(yīng)用性。THI是美國國家氣象局預(yù)報(bào)夏季不舒適的指標(biāo)之一，也被很多學(xué)者應(yīng)用于全世界多個(gè)國家和地區(qū)的相關(guān)研究，主要集中在氣候舒適度評(píng)價(jià)、熱環(huán)境與人體健康、城市化對(duì)氣候的影響等方面，成為除了濕球黑球溫度外另一個(gè)最為人們熟知的濕熱環(huán)境適用的人體舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3冷環(huán)境模型

在熱環(huán)境評(píng)價(jià)模型不斷發(fā)展的同時(shí)，嚴(yán)寒氣候下的人體舒適度測(cè)度也同樣受到氣象及生理學(xué)家的關(guān)注，并最終發(fā)展出風(fēng)寒指數(shù)這一具有全球影響的經(jīng)典模型。1939-1941年，美國地理學(xué)者Siple和Passel等人在美國位于南極地區(qū)的小美利堅(jiān)科考站進(jìn)行一系列科學(xué)考察，發(fā)現(xiàn)惡劣的嚴(yán)寒氣候比普通環(huán)境狀況更需要有適合的人體舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)。他們自制了一套測(cè)量裝置開展了寒冷環(huán)境下人體熱損耗的實(shí)驗(yàn)研究，通過80余組的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)記錄，分析了各種風(fēng)速與溫度組合狀況下的人體散熱率及其與人體舒適狀態(tài)之間的關(guān)系，從而提出了計(jì)算人體散熱率的經(jīng)驗(yàn)公式，即風(fēng)寒指數(shù)（Wind ChillIndex，WCI）：

式（8）中，WCI的單位為kcal/㎡·h，v為風(fēng)速（m/s），t為氣溫（℃）。公式中“（33-t）”項(xiàng)的出現(xiàn)考慮了33℃的生理學(xué)意義，即人體在舒適狀態(tài)下皮膚表面的平均溫度。

風(fēng)寒指數(shù)的初衷是提供一個(gè)簡易途徑來計(jì)算干燥有遮擋條件下（即不考慮太陽輻射的“躲陰涼”條件）的人體熱損耗，但普遍的經(jīng)驗(yàn)表明風(fēng)寒指數(shù)與人體在寒冷環(huán)境下的不舒適程度和忍耐極限有很好的一致性，因此Wilson認(rèn)為風(fēng)寒指數(shù)不應(yīng)用來計(jì)算實(shí)際的熱損耗，而應(yīng)該看作是一個(gè)相對(duì)范圍內(nèi)的冷感經(jīng)驗(yàn)表，并可根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)換算成為更易理解的風(fēng)寒等效溫度（Wind Chill EquivalentTemperature，WCT）。20世紀(jì)60年代，美國軍隊(duì)最早使用風(fēng)寒等效溫度作為寒冷環(huán)境的測(cè)度指標(biāo)，之后WCI與WCT兩種等價(jià)形式都被廣泛應(yīng)用于公眾御寒指導(dǎo)、氣候舒適度評(píng)價(jià)等研究領(lǐng)域。目前風(fēng)寒指數(shù)較新的版本是2001年美國和加拿大氣象部門聯(lián)合發(fā)布的新風(fēng)寒等效溫度（NWCT），適用于風(fēng)速大于1.4 m/s的寒冷環(huán)境。

1.4普適類模型

早期流行的有效溫度、濕球黑球溫度、溫濕指數(shù)以及風(fēng)寒指數(shù)等模型，適用于單一的熱環(huán)境或冷環(huán)境，在實(shí)踐應(yīng)用中存在較大局限，因此一些學(xué)者開始尋求建立對(duì)四季冷熱環(huán)境都適用的普適類評(píng)價(jià)指標(biāo)。這種努力首先是通過增加氣象要素或擴(kuò)展分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單一環(huán)境適用模型加以改進(jìn)，然后在此基礎(chǔ)上形成了組合模型體系的氣候舒適度評(píng)價(jià)策略。

1.4.1增加氣象變量

若不考慮人體熱平衡的復(fù)雜機(jī)制，單純從氣象環(huán)境的角度評(píng)價(jià)人體舒適度時(shí)，溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和太陽輻射等4個(gè)要素就成為最重要的氣象變量。傳統(tǒng)的“溫度一濕度”（熱環(huán)境評(píng)價(jià)）組合和“溫度一風(fēng)速”組合（冷環(huán)境評(píng)價(jià)）中，每個(gè)評(píng)價(jià)指數(shù)均只選取其中的兩個(gè)核心氣象變量參與模型構(gòu)建，因此在從“單一環(huán)境適用”到“冷熱環(huán)境普適”的適用條件拓展進(jìn)程中，首先想到的就是在經(jīng)典的熱環(huán)境評(píng)價(jià)模型和冷環(huán)境評(píng)價(jià)模型中分別納入更多的的核心氣象變量。

在熱環(huán)境評(píng)價(jià)中，除了濕球黑球溫度（WBGT）和溫濕指數(shù)（THI）這兩個(gè)基于有效溫度（ET）的典型改進(jìn)外，另一個(gè)基于ET的重要改進(jìn)指數(shù)則是Missenard于1937年提出的凈有效溫度（NetEffective Temperature，NET），又稱合成溫度（ Resultant Temperature，RT），它消除了ET中存在“瞬時(shí)感覺”的缺陷。隨后，Gregorczuk進(jìn)一步改進(jìn)了NET指數(shù)，在模型中增加了風(fēng)速的影響（見式9），使其適用條件從暖熱環(huán)境延展至寒冷環(huán)境，成為一個(gè)普適類的評(píng)價(jià)模型：

式（9）中：t_a為環(huán)境溫度（℃），v為風(fēng)速（m/s），RH為相對(duì)濕度（%）。Li和Chan指出NET具有計(jì)算簡便、冷熱環(huán)境均適用等優(yōu)勢(shì)，并以NET為基礎(chǔ)制定了香港地區(qū)惡劣天氣的公共預(yù)警指標(biāo)。

在冷環(huán)境評(píng)價(jià)中，風(fēng)寒指數(shù)（WCI）雖然考慮了寒冷環(huán)境下風(fēng)速對(duì)人體舒適感的影響，但卻忽略了輻射（寒冷時(shí)“曬太陽”對(duì)舒適感的提升是顯而易見的）這一重要的氣象參數(shù)。氣候生物學(xué)家特吉旺注意WCI的這種缺陷，將太陽輻射因子引入到WCI之中，形成了風(fēng)效指數(shù)（Wind Effect Index，WEI）這一改進(jìn)指標(biāo)：

式（10）中：v為風(fēng)速（m/s），t為氣溫（℃），S為日照時(shí)數(shù)（h），D為晝長（h）。在引入太陽輻射因子后，WEI在“躲陰涼”的基礎(chǔ)上兼顧了“曬太陽”的體感效應(yīng)，自然也就成為一個(gè)普適類的氣候舒適度評(píng)價(jià)模型。WEI總計(jì)12級(jí)的體感劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2）雖然以“風(fēng)”命名人體感覺，但其值域從負(fù)到正，具有寬泛的冷熱環(huán)境普適性。

1.4.2擴(kuò)展分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

單一環(huán)境適用模型向普適類模型轉(zhuǎn)化的另一個(gè)做法是對(duì)評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的“反向延伸”，例如將熱環(huán)境模型指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)由“熱感分級(jí)”擴(kuò)展到“冷感分級(jí)”，其中較為典型的是舒適指數(shù)（Comfort Index，CI）和溫濕指數(shù)（THI）。1966年，Terjung以有效溫度ET為基礎(chǔ)，根據(jù)受試者的經(jīng)驗(yàn)感覺把溫度和相對(duì)濕度的組合劃分為從“極冷”到“極熱”的11個(gè)等級(jí)（表2），并在“干球溫度一相對(duì)濕度”列線表中給予呈現(xiàn)，并被命名為舒適指數(shù)。CI的這種劃分實(shí)際上改進(jìn)了傳統(tǒng)ET忽略“冷感部分”評(píng)價(jià)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了模型適用條件的普適性拓展。

如前文所述，溫濕指數(shù)（THl）最初以不舒適指數(shù)（DI）的名稱提出，早期應(yīng)用于評(píng)價(jià)濕熱環(huán)境下的人體不舒適等級(jí)，但隨著這一簡易經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槭澜绺鞯氐膶W(xué)者廣泛應(yīng)用和研究，THI的評(píng)價(jià)范圍也隨之?dāng)U展至寒冷環(huán)境下的分級(jí)部分。Kyle在研究香港的生物氣候環(huán)境時(shí)給出了溫濕指數(shù)從“極度冰冷”到“酷熱”等10個(gè)等級(jí)（表3標(biāo)準(zhǔn)I），認(rèn)為THI舒適的最優(yōu)取值范圍是15℃到20℃之間。國內(nèi)學(xué)者在20世紀(jì)80年代開始引入溫濕指數(shù)對(duì)局部地區(qū)的氣候（或旅游氣候）舒適度進(jìn)行分析探討，隨后也出現(xiàn)了2類稍有差異的THI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：一種是采用澳大利亞以攝氏度為單位的6級(jí)劃分（表3標(biāo)準(zhǔn)11）；另一種是在國內(nèi)廣泛應(yīng)用的以華氏度表示的9級(jí)劃分（表3標(biāo)準(zhǔn)III），究其來源并不清楚，但很可能是參考溫濕指數(shù)（DI）原本的“熱不舒適”分級(jí)（表1）并將其按指數(shù)等間隔劃分?jǐn)U展至“舒適”和“冷不舒適”的部分，從而開拓了THI評(píng)價(jià)的冷熱環(huán)境普適性。

1.4.3組合模型策略

氣候舒適度評(píng)價(jià)模型通過擴(kuò)展分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)固然在形式上實(shí)現(xiàn)了“單一環(huán)境適用”向“冷熱環(huán)境普適”的轉(zhuǎn)化，但相對(duì)增加氣象變量的做法而言局限明顯。例如，在舒適指數(shù)（CI）分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中（表2），-3、-4、-5和-6等4個(gè)寒冷等級(jí)的劃分受相對(duì)濕度的影響已經(jīng)非常微弱，難以從列線表上區(qū)分，而只能通過ET公式（式1和式2）近似計(jì)算而得。這是因?yàn)樽鳛镃I源頭的ET本身是一個(gè)“熱環(huán)境適用”的模型，相對(duì)濕度這一變量對(duì)高溫環(huán)境下的舒適感影響顯著，而對(duì)低溫環(huán)境是不敏感的。因此，在氣候舒適度評(píng)價(jià)中全面考慮溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和太陽輻射等4個(gè)核心氣象變量（也是常規(guī)氣象觀測(cè)要素）的影響，對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪M(jìn)化而言更具理論說服力和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，這也為凈有效溫度（NET）和風(fēng)效指數(shù)（WEI）等最初發(fā)展的“普適類模型”所采用。然而，在一個(gè)單一評(píng)價(jià)模型中同時(shí)納入4個(gè)核心氣象變量，一方面會(huì)使得計(jì)算公式顯得繁瑣，另一方面更為重要的是變量之間的相互制約會(huì)使模型公式缺乏足夠的理論支持。這種情況下，將幾個(gè)單一模型組合起來開展氣候舒適度評(píng)價(jià)，既能發(fā)揮單一模型各自的優(yōu)勢(shì)特色，又能兼顧4個(gè)核心氣象變量的全面影響，自然成為一種有益的改進(jìn)思路。Terjung首先就此作出嘗試，在改進(jìn)ET為CI、改進(jìn)WCI為WEI的同時(shí)，提出了以CI和WEI組合開展氣候舒適度評(píng)價(jià)的組合模型策略。舒適指數(shù)（CI）與風(fēng)效指數(shù)（WEI）提出后被廣泛應(yīng)用于不同地區(qū)的氣候舒適度評(píng)價(jià)。特吉旺認(rèn)為舒適指數(shù)比風(fēng)效指數(shù)更加重要，但在用于生物氣候評(píng)價(jià)時(shí)不能僅僅考慮一個(gè)指數(shù)，因?yàn)閮烧呋檠a(bǔ)充才能全面反映外界環(huán)境對(duì)人體舒適的影響。特吉旺評(píng)價(jià)方法適用于任意時(shí)空尺度，并且除了氣候舒適度評(píng)價(jià)外，還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)地理、軍事地理、旅游、建筑以及服裝等領(lǐng)域。而相比于評(píng)價(jià)模型本身，其更大的貢獻(xiàn)可能在于這種將多個(gè)模型組合進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用的思想。尤其在中國，自20世紀(jì)80年代引入特吉旺評(píng)價(jià)體系以來，學(xué)者們運(yùn)用多種經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)測(cè)度模型組合開展了大量的氣候舒適度評(píng)價(jià)研究（表4）。

總體而言，氣候舒適度經(jīng)驗(yàn)測(cè)度模型在“單設(shè)備測(cè)量”的基礎(chǔ)上歷經(jīng)了從“多要素建模”到“多模型組合”的發(fā)展歷程，并實(shí)現(xiàn)了從“單一環(huán)境適用”到“冷熱環(huán)境普適”的進(jìn)化（圖1）。

2 應(yīng)用領(lǐng)域

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?0世紀(jì)60年代后已經(jīng)趨于成熟，機(jī)理模型開始登上氣候舒適度評(píng)價(jià)的歷史舞臺(tái)，并在“理論研究”中漸趨主流；然而在“實(shí)踐應(yīng)用”上，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵琅f雄踞半壁江山，至今仍被廣泛應(yīng)用在區(qū)域氣候評(píng)價(jià)、環(huán)境氣象預(yù)報(bào)以及城市規(guī)劃設(shè)計(jì)等多個(gè)研究領(lǐng)域。

2.1區(qū)域氣候評(píng)價(jià)

目前，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮趨^(qū)域氣候舒適度評(píng)價(jià)方面應(yīng)用廣泛，并且與旅游密切關(guān)聯(lián)，這在國內(nèi)相關(guān)研究中表現(xiàn)尤其突出，總體呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

在模型選擇上，應(yīng)用最多的是溫濕指數(shù)（THI）、風(fēng)寒指數(shù)（WCI）以及風(fēng)效指數(shù)（WEI）等經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停⑶乙远鄠€(gè)模型組合的形式為主開展評(píng)價(jià)分析（見表4）。雖然國內(nèi)研究大多是基于原始公式的應(yīng)用，但已經(jīng)有學(xué)者開始嘗試方法改進(jìn)從而提出新的評(píng)價(jià)指標(biāo)。例如，馬麗君等在溫濕指數(shù)、風(fēng)寒指數(shù)和著衣指數(shù)的基礎(chǔ)上，采用專家打分和層次分析法分別確定3個(gè)指數(shù)的權(quán)重，建立了一個(gè)新的旅游氣候舒適性綜合評(píng)價(jià)模型。該改進(jìn)指數(shù)綜合多個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停娓采w了4個(gè)核心（常規(guī)）氣象參數(shù)，方法綜合而數(shù)據(jù)易得，受到國內(nèi)學(xué)者的廣泛引用。

在時(shí)間尺度上，以分月的氣候舒適度和舒適期的計(jì)算和評(píng)價(jià)為主，例如范業(yè)正和郭來喜利用溫濕指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)渤海灣沿岸城市和海南南部城市有長達(dá)4-6個(gè)月適合度假療養(yǎng)的氣候條件；吳普和葛全勝用特吉旺評(píng)價(jià)體系計(jì)算得到1 1月至次年3月是海南旅游的最適宜期。同時(shí)，細(xì)化到舒適日數(shù)的研究也開始出現(xiàn)，如王勝等計(jì)算了安徽省的氣候舒適日數(shù)及其變化特征，結(jié)果表明安徽省總體上全年氣候舒適日數(shù)逐年增多。

在空間尺度上，除了個(gè)別全國性的研究外，其他多以省區(qū)或城市為研究對(duì)象，如劉清春等采用溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)和著衣指數(shù)衡量全國44個(gè)城市的旅游氣候舒適性；以馬麗君和孫根年為代表的研究團(tuán)隊(duì)陸續(xù)對(duì)陜西省、東西部旅游城市、北京市等地的旅游氣候舒適度進(jìn)行了計(jì)算和時(shí)空變化規(guī)律的研究。

2.2環(huán)境氣象預(yù)報(bào)

除了區(qū)域氣候舒適度評(píng)價(jià)外，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵仓饾u成為一個(gè)常規(guī)指標(biāo)，被氣象部門用于人體舒適度預(yù)報(bào)和惡劣天氣健康預(yù)警的實(shí)踐中，為公眾日常生活居住、旅游休閑、健康防護(hù)等提供參考依據(jù)。

在模型選擇上，溫濕指數(shù)、濕熱指數(shù)、熱應(yīng)力指數(shù)以及風(fēng)寒指數(shù)或風(fēng)寒等效溫度等受到較多關(guān)注。例如，美國和加拿大分別將濕熱指數(shù)和熱應(yīng)力指數(shù)用作熱不舒適的預(yù)報(bào)，使用新風(fēng)寒等效溫度作為冬季嚴(yán)寒的預(yù)報(bào)指標(biāo)。國內(nèi)氣象預(yù)報(bào)研究中出現(xiàn)的模型一般是由原始模型再結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)所建立的具有區(qū)域針對(duì)性的預(yù)報(bào)指數(shù)，如黃靜在對(duì)有效溫度進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上根據(jù)廣東中山市的氣候特點(diǎn)劃分9級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)當(dāng)?shù)氐娜梭w舒適度進(jìn)行預(yù)報(bào)；此外還有針對(duì)北京、江蘇等地提出的舒適度預(yù)報(bào)指數(shù)。

在時(shí)間尺度上，主要以短時(shí)的人體舒適度預(yù)報(bào)為主。例如雷桂蓮等在溫濕指數(shù)基礎(chǔ)上建立了南昌市人體舒適度指數(shù)，每天分時(shí)段發(fā)布舒適度預(yù)報(bào)和關(guān)照語；夏立新基于溫濕指數(shù)建立了鄭州市人體舒適度模型，進(jìn)行次日的舒適度預(yù)報(bào)。需要指出的是，與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖啾龋谌梭w熱平衡的機(jī)理模型能更好地表達(dá)人體實(shí)際的舒適感受，且所涉及的非常規(guī)氣象要素觀測(cè)資料和個(gè)體生理數(shù)據(jù)對(duì)局地氣象部門而言并不構(gòu)成太大制約，正在成為城市環(huán)境氣象領(lǐng)域研究和應(yīng)用的一種發(fā)展趨勢(shì)。

除了日常性的人體舒適度預(yù)報(bào)外，結(jié)合人體舒適度模型開展惡劣天氣預(yù)警正成為氣象環(huán)境與醫(yī)療衛(wèi)生部門的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。例如，美國國家天氣服務(wù)中心根據(jù)溫濕指數(shù)建立熱浪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)；蔡子穎等建立了濕球黑球溫度統(tǒng)計(jì)方程，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出未來6小時(shí)勞動(dòng)休息時(shí)間安排建議。

2.3城市規(guī)劃設(shè)計(jì)

舒適度模型在城市規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域通常被稱為熱舒適指數(shù)（Thermal Comfort Index），通過相關(guān)指標(biāo)的測(cè)算可以反映人們?cè)诮ㄖh(huán)境中的舒適性，也能衡量該環(huán)境設(shè)計(jì)的人性化水平。Tahbaz指出公共空間的熱舒適條件是建筑設(shè)計(jì)需要考慮的因素之一，并對(duì)多種舒適度指數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹和對(duì)比分析。其中以溫濕指數(shù)和風(fēng)寒指數(shù)為代表的一些重要經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍壳皬V泛應(yīng)用在不同空間尺度的研究中。例如，在城市總體空間布局上，Emmanuel以斯里蘭卡大都會(huì)區(qū)為例根據(jù)溫濕指數(shù)和熱應(yīng)力指數(shù)（HIS）研究城市建設(shè)對(duì)氣候舒適度的影響，并針對(duì)氣候敏感型的熱帶城市提出了規(guī)劃設(shè)計(jì)建議。在進(jìn)行城市內(nèi)部局地生態(tài)空間設(shè)計(jì)時(shí)，曹丹以溫濕指數(shù)量化人體感覺，研究上海城區(qū)不同開放空間類型中的小氣候特征及其對(duì)人體舒適度的調(diào)節(jié)作用。此外，在更小的空間尺度上，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦€被用來評(píng)價(jià)建筑布局對(duì)人體舒適度的影響。

3 現(xiàn)實(shí)局限

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗m然在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的實(shí)踐應(yīng)用，但也受到諸多的質(zhì)疑，以往相關(guān)批評(píng)主要集中在其生理學(xué)機(jī)理的缺乏。實(shí)際上，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃笃诎l(fā)展中通過增加氣象變量和擴(kuò)展分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等方法而進(jìn)化為普適類模型并臻于成熟，但這種源于“經(jīng)驗(yàn)”而非“機(jī)理”的改進(jìn)在實(shí)踐應(yīng)用中同時(shí)也伴生著與“氣象參數(shù)”和“分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”相關(guān)的兩個(gè)現(xiàn)實(shí)局限。

3.1氣象參數(shù)的相關(guān)性問題

增加氣象變量是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷摹盁岘h(huán)境適用”或“冷環(huán)境適用”進(jìn)化為“冷熱環(huán)境普適”的一個(gè)典型方法。例如，凈有效溫度（NET）在有效溫度（ET）模型中加入了風(fēng)速的影響、風(fēng)效指數(shù)（WEI）在風(fēng)寒指數(shù)（WCI）模型中考慮了輻射（日照）的作用。但即便有所改進(jìn)，現(xiàn)有的單個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵参茨芎w影響人體舒適度的全部4個(gè)核心氣象參數(shù)（溫度、風(fēng)速、濕度和輻射）。“周全性”不足的局限在“單一環(huán)境適用”條件下并不突出，但拓展到“冷熱環(huán)境普適”時(shí)，被忽略的氣象參數(shù)可能會(huì)具有不能忽略的影響，風(fēng)效指數(shù)即是一個(gè)典型。

風(fēng)效指數(shù)的風(fēng)速敏感性測(cè)算（圖2，控制指標(biāo)為：晝長12小時(shí)、日照時(shí)數(shù)8小時(shí)）表明，其基本特點(diǎn)是“風(fēng)速較小時(shí)敏感性強(qiáng)，氣溫較高時(shí)敏感性弱”。例如，當(dāng)氣溫為30℃時(shí)（較高溫度），風(fēng)速為2、20和40（單位：m/s）所對(duì)應(yīng)的風(fēng)效指數(shù)分別是65.6、27.5和32.2（單位：kcal/㎡h），在人體舒適度分級(jí)中均屬于同一等級(jí)（表2，n級(jí)：皮感不明顯風(fēng)），敏感性較弱，風(fēng)速的影響幾乎可以被忽視。然而同樣在氣溫30。C的條件下，相對(duì)濕度20%、50%、80%對(duì)應(yīng)的溫濕指數(shù)（THI，式7）則分別為23.2、25.8、28.3（單位：℃），這在THI標(biāo)準(zhǔn)II和標(biāo)準(zhǔn)III中分屬3個(gè)等級(jí)而在標(biāo)準(zhǔn)I中分屬2個(gè)等級(jí)（表3），顯示出較大的人體舒適度差異，也符合高溫條件下相對(duì)濕度影響顯著的日常經(jīng)驗(yàn)感知。這就提出了一個(gè)問題：在現(xiàn)實(shí)中，高溫條件下風(fēng)速與相對(duì)濕度之間是否具有相關(guān)性？如果兩者間存在顯著相關(guān)性，那么風(fēng)效指數(shù)模型在風(fēng)速敏感性弱的情況下未能考慮相對(duì)濕度影響的缺陷就會(huì)凸顯。也就是說，現(xiàn)實(shí)中的“風(fēng)不同而濕相異”不能在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械玫接行Х从常@會(huì)導(dǎo)致風(fēng)效指數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果與人體實(shí)際感覺之間出現(xiàn)較大偏離。

本文根據(jù)中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http：//cdc.nmic.cn/）提供的中國大陸823個(gè)氣象站點(diǎn)1951-2010年的地面氣象要素日值數(shù)據(jù)集（包括氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)等氣象參數(shù)），篩選較近10年中（2001-2010年）日均氣溫高于22℃（氣候?qū)W上人夏的溫度標(biāo)志，實(shí)踐應(yīng)用時(shí)涉及5天氣溫的滑動(dòng)平均值）時(shí)的站點(diǎn)日值數(shù)據(jù)，在全國和省區(qū)尺度上對(duì)日平均風(fēng)速和相對(duì)濕度的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在全國尺度上以及除了上海和寧夏外的29個(gè)省區(qū)中，風(fēng)速與相對(duì)濕度在0.01水平上顯著相關(guān)（表5）。這說明風(fēng)速的變化能明顯地改變空氣中相對(duì)濕度的大小，從而在高溫條件下間接地對(duì)人體舒適感產(chǎn)生顯著影響，而這種影響沒能在風(fēng)效指數(shù)模型中得到有效反映。因此，單個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓逃刑攸c(diǎn)（例如WEI在高溫條件下對(duì)風(fēng)速的弱敏感性）和“周全性”不足（例如WEI沒有考慮相對(duì)濕度變量）的局限，在氣象參數(shù)間存在相關(guān)性的情況下（例如高溫條件下風(fēng)速與相對(duì)濕度顯著相關(guān)）可能被放大突顯，客觀上制約著此類模型的普適性應(yīng)用。這一方面為特吉旺倡導(dǎo)的組合模型評(píng)價(jià)策略（舒適指數(shù)與風(fēng)效指數(shù)）提供了某種注腳，另一方面也暗合著貫徹《人居環(huán)境氣候舒適度評(píng)價(jià)》國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T 27963-2011）時(shí)“冬半年使用風(fēng)效指數(shù)，夏半年使用溫濕指數(shù)”的建議。

3.2分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的適用性問題

擴(kuò)展分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷摹皢我画h(huán)境適用”進(jìn)化為“冷熱環(huán)境普適”的另一個(gè)典型方法，例如在有效溫度（ET）基礎(chǔ)上擴(kuò)展的舒適指數(shù)（CI），以及不舒適指數(shù)（DI）改稱擴(kuò)展后的溫濕指數(shù)（THI）。其中，溫濕指數(shù)（THI）在擴(kuò)展至普適類模型時(shí)就出現(xiàn)了多個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表3）且均在國內(nèi)得到一定應(yīng)用。但將這些源于國外的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)照搬引入中國時(shí)，其合理與否就成為一個(gè)需要評(píng)估的關(guān)鍵問題。本文擬根據(jù)1951-2010年中國大陸823個(gè)氣象站點(diǎn)的地面氣象要素日值數(shù)據(jù)，計(jì)算這些典型溫濕指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中不同等級(jí)所對(duì)應(yīng)溫度的范圍、均值及方差等統(tǒng)計(jì)信息，進(jìn)而圍繞“舒適范圍”的劃分來比較不同分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在中國大陸的適用性，具體思路如下：我國《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50736-2012）中指出，室內(nèi)溫度在18-24℃之間是人體感覺舒適的范圍。因此我們認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用中，一方面，在滿足模型舒適范圍標(biāo)準(zhǔn)的所有樣本中，落人18-24℃這一經(jīng)驗(yàn)舒適溫度閾值的樣本占比應(yīng)該足夠大，才符合人們對(duì)氣溫的日常經(jīng)驗(yàn)感受；另一方面，模型舒適范圍外的其他等級(jí)中屬于18-240C的樣本要盡可能的少，才能減少把“舒適”當(dāng)成“不舒適”的“犯錯(cuò)概率”，這樣的模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)才更加合理可信。

計(jì)算結(jié)果（表6）表明：①THI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)I中，“舒適”等級(jí)內(nèi)屬于18—24℃溫度閾值的樣本比例為54.9%，勉強(qiáng)過半，偏離經(jīng)驗(yàn)舒適溫度的樣本被劃人“舒適”等級(jí)的概率略顯偏大；而“炎熱”感覺中舒適溫度的樣本數(shù)比例竟高達(dá)45.9%，說明其中存在大量的感覺舒適卻被劃人“炎熱”的樣本。②源于澳大利亞地區(qū)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)lI分級(jí)較粗，但“舒適”等級(jí)中落入18-24℃溫度閾值的樣本比例達(dá)到70.3%，具有一定的合理性。③分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)III中，“暖，舒適”等級(jí)內(nèi)屬于18-24℃溫度閾值的樣本比例為99.2%，相對(duì)合理；但定義為“涼，非常舒適”的評(píng)價(jià)等級(jí)中，該比重僅為37.1%，明顯偏低而難以擔(dān)當(dāng)“非常舒適”的評(píng)價(jià)。實(shí)際上，如果將標(biāo)準(zhǔn)III中THI值屬于12.8-23.9℃的4個(gè)等級(jí)看做是對(duì)“舒適程度”的某種細(xì)分，那么該范圍內(nèi)的總體樣本數(shù)中落入18-24℃這一溫度閾值的比重僅為50.3%，比重偏低，這很可能是該標(biāo)準(zhǔn)將大量經(jīng)驗(yàn)感覺不舒適的樣本也劃定為“舒適”等級(jí)所致。總之，溫濕指數(shù)在由單一“熱環(huán)境”適用向“舒適”和“冷環(huán)境”方向擴(kuò)展中，出現(xiàn)了多個(gè)莫衷一是的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這種擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)一方面本身缺乏嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)證的科學(xué)依據(jù)，另一方面在引入中國時(shí)又缺乏針對(duì)性的分級(jí)調(diào)整，其合理性和可信度均需要進(jìn)一步深入探究。

4 未來展望

20世紀(jì)60年代以來，雖然機(jī)理模型在氣候舒適度評(píng)價(jià)的“理論研究”中日趨主流，但經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿栽凇皩?shí)踐應(yīng)用”中占據(jù)著半壁江山。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒倌臧l(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)表明，強(qiáng)化理論基礎(chǔ)、拓展應(yīng)用領(lǐng)域、面向區(qū)域?qū)嵺`的持續(xù)進(jìn)化是其長盛不衰的生存之道，也是其未來進(jìn)一步發(fā)展的3個(gè)努力方向。

4.1融入熱交換機(jī)理

缺乏考慮個(gè)體生理學(xué)特征一直是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ兔媾R的最大挑戰(zhàn)，以人體熱量平衡方程為基礎(chǔ)的機(jī)理模型則突破了這個(gè)局限，為氣候舒適度評(píng)價(jià)提供了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮跉v史進(jìn)化中也曾經(jīng)就此嘗試借鑒，通過融人人體熱交換機(jī)理，以加強(qiáng)其理論基礎(chǔ)并更加精準(zhǔn)地表征人體舒適度。例如，Gonzalez等人在有效溫度的基礎(chǔ)上，以人體溫度調(diào)節(jié)的兩節(jié)點(diǎn)模型（將人體簡化為核心層和皮膚層來分析代謝與熱交換過程）為理論基礎(chǔ)，提出了新有效溫度（New Effective Temperature，NET），并將之進(jìn)一步完善為標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（Standard EffectiveTemperature，SET），結(jié)果表明其比早期ET能更好地表征冷、熱環(huán)境的不舒適感。再如，針對(duì)風(fēng)寒指數(shù)存在的缺乏理論基礎(chǔ)、沒有考慮人體著裝等缺陷，Steadman在模型中加入了著衣厚度、活動(dòng)代謝率并且考慮到了人體散熱的所有途徑，使改進(jìn)后的風(fēng)寒指數(shù)更加完善合理。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)人體熱交換機(jī)理的吸納，無疑為其發(fā)展注入了新的理論力量，但同時(shí)考慮生理和氣象參數(shù)也使模型變得復(fù)雜，一定程度上背離了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸逃械暮啙嵭浴Ｒ虼耍磥斫?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谌谌藷峤粨Q機(jī)理時(shí)，需要在機(jī)理性和簡潔性之間尋求平衡，一種可行的思路是基于機(jī)理分析來構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停缰轮笖?shù)已對(duì)此有所探索。Burton和Edholm根據(jù)衣物熱阻單位clo的物理學(xué)意義提出了維持人體熱量平衡時(shí)所需著裝的概念模型，隨后Auliciems和de Freitas用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)概念模型進(jìn)行量化，將之發(fā)展成為適用于任何時(shí)間和空間尺度的著衣指數(shù)（Index of Clothing，ICL）。在這里，ICL的思想基礎(chǔ)是人體熱平衡原理，但有所簡化（沒有考慮人體出汗、顫栗等生理效應(yīng)），同時(shí)考慮了氣溫、風(fēng)速和輻射等經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ统Ｓ玫臍庀髤?shù)，較好地兼顧了模型思想上的機(jī)理性和測(cè)度方法上的簡潔性，是一個(gè)具有機(jī)理思想的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｒ虼耍磥硌芯恐袑?duì)著衣指數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化并發(fā)展類似的評(píng)價(jià)模型，將是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯黄啤皩?shí)踐應(yīng)用”框架開啟“理論研究”前景的關(guān)鍵所在。

4.2發(fā)展專門化模型

人們?cè)诓煌墓ぷ饕恍菹顟B(tài)組合以及不同的運(yùn)動(dòng)量水平時(shí)，對(duì)適宜環(huán)境條件的要求是存在差異的，不能用一個(gè)統(tǒng)一的氣候舒適度模型來衡量。舉例來說，與居家生活和室外散步相比，從事足球、籃球等活動(dòng)量大的競(jìng)技運(yùn)動(dòng)時(shí)，略低的氣溫可能是適宜的，但若要在海水中游泳或在沙灘上享受日光浴，那么略高的氣溫可能更受歡迎。一般的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ǔ＜俣遂o坐或輕微活動(dòng)水平（實(shí)驗(yàn)情景），沒有充分考慮活動(dòng)水平差異對(duì)人體舒適度的影響，其對(duì)日常居家生活的指導(dǎo)意義較大，但對(duì)專門的活動(dòng)類型而言則顯得不足。相關(guān)研究已經(jīng)注意到這個(gè)局限，一種改進(jìn)是在評(píng)價(jià)模型中考慮人體活動(dòng)水平參數(shù)，例如著衣指數(shù)；另一種改進(jìn)則是發(fā)展專門化的人體舒適度評(píng)價(jià)模型，例如針對(duì)旅游活動(dòng)的旅游氣候指數(shù)（ Tourism Climate Index，TCI）。但即便同是旅游活動(dòng)，山地滑雪與海濱度假對(duì)適宜性氣候條件的要求也存在顯著差異，因此在未來的研究中需要針對(duì)特別的活動(dòng)類型，發(fā)展更加專門化的氣候舒適度評(píng)價(jià)模型，進(jìn)一步拓展和豐富經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膽?yīng)用領(lǐng)域。

4.3制定針對(duì)性標(biāo)準(zhǔn)

缺乏針對(duì)性的評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)踐應(yīng)用中的一個(gè)重要現(xiàn)實(shí)局限，這種針對(duì)性既有區(qū)域性又有個(gè)體性。實(shí)際上，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域差異性早已被相關(guān)研究提及，例如就有效溫度（ET）的“舒適范圍”而言，英國為15.0-18.9℃，歐洲大陸和印度尼西亞為20.0-25.6℃，印度和馬來西亞為21.1-25.6℃，澳大利亞為17.0-24.9℃；而像美國這樣經(jīng)緯度跨度大的國家，區(qū)域內(nèi)部還存在細(xì)分差異，其北部為20.0-22.2℃，而南部為21.1-25.O℃。因此，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑u(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在引入不同國家和地區(qū)時(shí)，有必要根據(jù)各國各地的人體環(huán)境適應(yīng)性差異作出相應(yīng)調(diào)整。此外，老年人群和青壯年人群對(duì)氣候條件的適應(yīng)性也存在客觀差異（其他如性別也可能形成差異），相對(duì)而言，老年人在“舒適范圍”上具有偏暖傾向（經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)），對(duì)過冷和過熱的忍耐程度低于青年人，需要制定具有個(gè)體（特定人群）針對(duì)性的人體舒適度評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。總之，未來研究中對(duì)評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要給予充分關(guān)注，對(duì)一些經(jīng)典的氣候舒適度模型開展實(shí)證研究，科學(xué)合理地?cái)M訂出具有區(qū)域針對(duì)性和人群針對(duì)性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，積極提升經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

本文從發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域、現(xiàn)實(shí)局限和未來展望等視角，對(duì)氣候舒適度評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了較為系統(tǒng)的梳理，研究表明：

（l）經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥?0世紀(jì)20年代開始出現(xiàn)到20世紀(jì)60年代臻于成熟，在單設(shè)備測(cè)量的基礎(chǔ)上經(jīng)歷了一個(gè)從“多要素建模”到“多模型組合”的歷程，并實(shí)現(xiàn)了從“單一環(huán)境適用”到“冷熱環(huán)境普適”的進(jìn)化，其在區(qū)域氣候評(píng)價(jià)、環(huán)境氣象預(yù)報(bào)和城市規(guī)劃設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有著廣泛的實(shí)踐應(yīng)用。

（2）經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷摹皢我画h(huán)境適用”進(jìn)化為“冷熱環(huán)境普適”的典型做法是增加氣象變量或擴(kuò)展分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但氣象變量的增加不能完全克服單個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄈ鏦EI）氣象參數(shù)的“非周全性”局限，而這種局限在遠(yuǎn)離原適用環(huán)境的條件下會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)氣象要素間的“相關(guān)性”而放大，從而造成評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際感知的較大偏離。因此，通過組合“熱環(huán)境模型”（如WHI）和“冷環(huán)境模型”（如WEI）的組合模型策略，兼顧氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和太陽輻射等4個(gè)核心氣象變量（也是常規(guī)氣象變量）的影響，也就成為20世紀(jì)60年代以來應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷_展氣候舒適度評(píng)價(jià)的典型做法。

（3）20世紀(jì)60年代以來，雖然機(jī)理模型在氣候舒適度評(píng)價(jià)的“理論研究”中日趨主流，但經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿栽凇皩?shí)踐應(yīng)用”中占據(jù)著半壁江山。未來發(fā)展中，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪紫刃枰M(jìn)一步融人熱交換機(jī)理以強(qiáng)化其理論基礎(chǔ)，從而突破“實(shí)踐應(yīng)用”框架并開啟“理論研究”前景；其次，需要針對(duì)不同的活動(dòng)類型，構(gòu)建更加專門化的評(píng)價(jià)模型，以拓展和豐富經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域；最后，需求通過經(jīng)典模型的實(shí)證研究，制定出一系列具有區(qū)域針對(duì)性和人群針對(duì)性的評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)一步提升經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)踐應(yīng)用價(jià)值。