甘肅省氣候舒適度評價與區劃

鄭燕清,傅志軍,薛甜甜

(寶雞文理學院/陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室，陜西 寶雞 721013)

甘肅省氣候舒適度評價與區劃

鄭燕清,傅志軍*,薛甜甜

(寶雞文理學院/陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室，陜西 寶雞 721013)

利用甘肅省27個臺站1960～2015年氣象數據，采用溫濕指數、風效指數、著衣指數等3個氣候舒適度評價模型，計算得到各月舒適度等級值、時段與年綜合舒適度指數；在此基礎上通過GIS空間插值生成甘肅省綜合舒適度空間分布圖并劃分了旅游氣候區。結果表明：甘肅省各地的氣候舒適期長度多在3～5個月，大部分地區從4月到10月都比較適合開展戶外旅游活動，特別是5月、6月和9月，普遍達到最適宜期。冬季則普遍為不舒適期。全省可劃分為河西走廊文化生態旅游區、隴中黃河文化旅游區、甘南高原民族風情區和隴東南山水文化旅游區等4個旅游氣候舒適區。

氣候舒適度；甘肅省；旅游；舒適度指數

Abstract： According to the meteorological data of 27 stations in Gansu province from 1960 to 2015, by using three models for evaluating climate comfortableness (temperature-humidity index, wind effect index, and index of clothing), we calculated the level of climate comfortableness in each month and the synthetic comfortableness index in each year or in a certain period. On this basis, the spatial distribution map of comprehensive climate comfortableness in Gansu province was generated through the GIS spatial interpolation, and the tourism climate zones were divided. The results showed that the climate comfortable duration in different areas of Gansu province was mostly 3～5 months. In most areas, the outdoor tourism activities were suitable to be carried out from April to October, especially in May, June and September. Winter was generally uncomfortable period. The whole Gansu province could be divided into 4 tourism climate comfortale zones: the cultural and ecological tourism zone in Hexi Corridor, the Yellow River cultural tourism zone in central Gansu, the plateau ethnic custom zone in southern Gansu, and the landscape cultural tourism zone in southeastern Gansu.

Keywords： Climate comfortableness; Gansu province; Tourism; Comfortable index

0 引言

氣候舒適度有多種稱謂，如氣候宜人性、人居氣候舒適度或旅游氣候舒適度等。氣候舒適度是氣溫、日照、風速、濕度等多種體感要素在氣象視角下的綜合反映，是對氣候資源進行橫向比較與科學評判的重要指標之一[1]。有關氣候舒適度的研究已有近百年的歷史[2]，20世紀20年代Houghton等[3]通過室內人體感知實驗，提出了等舒適線和有效溫度指數概念，當時其考慮要素僅包括氣溫和濕度，但由此開啟了采用針對性經驗模型對氣候舒適度進行基于統計結果的定量化評價的序幕；1966年，氣候舒適性指數(Climate Comfortable Index) 的概念由Terjung正式提出[4]。隨著研究的深入，綜合考慮地理緯度、空氣溫度、濕度、太陽輻射、風速和衣著等因素、具有普適性的模型被相繼提出[5]，如有效溫度指數、濕球黑球溫度指數、不舒適指數、著衣指數等，并被廣泛應用于工作環境的醫學檢驗、城市規劃設計、氣象風險評價、旅游氣候資源評估等領域。

旅游活動具有季節性特征，受氣候因素影響較大。一個地方的氣候舒適性及其持續期長短，直接影響地方旅游時間的長短和游客旅游目的地的選擇。科學定量地研究甘肅省各地的氣候舒適性是我們正確認識甘肅省各地氣候適宜性差異的必然選擇，同時這種認識也有利于指導游客合理規劃時間行程，為旅游經營管理部門整合全省旅游資源、合理開發提供必要參考。

1 研究區概況

甘肅省地處黃河的上游，西北內陸，古絲綢之路的鎖匙之地，也是當前國家“一帶一路”戰略的重要節點，介于北緯32°31′～42°57′、東經92°13′ ～108°46′之間，與陜西、四川、新疆等省區相鄰。省界狹長，東西蜿蜒達1600多km，總面積45.37萬km2。因地理跨度較大，加上地形多樣，甘肅省擁有豐富的氣候類型和自然景觀，集大漠、古城、雪山、草原等多種類型旅游資源于一體，富集度位居全國前列，旅游特色鮮明。

2 研究方法與數據來源

2.1研究方法

氣候舒適度表征在不借助外界避暑、驅寒舉措下能夠維持人體正常熱交換、新陳代謝的氣候條件，是溫度、太陽輻射、風速、濕度等多種體感要素在氣象視角下的綜合反映。依據一定氣候條件下人體體溫調節系統正常運轉所達到的臨界閾來確定氣候是否舒適。同時，人體熱交換機制的復雜性也決定了以其為基礎的氣候舒適度模型必須全面綜合地考慮所選取的氣候要素，要素不同、組合不同，其結果大相徑庭。其中，溫濕指數(THI，Temperature-humidity Index)[6]、風效指數(WEI，Index of Wind Effect)[7]和穿衣指數(ICL，Index of Clothing)[8]以其準確性和可計算性而得到廣泛的應用[9-13]，因此本文選取這3項指標對甘肅省氣候舒適度進行分析，其等級分級標準、對應的人體感覺及評分賦值見表1。此3項指標的具體計算方法：

(1)溫濕指數。又稱有效溫度，表征溫暖環境下，溫度和濕度的組合對人體熱交換的影響，是人體氣候感知的首要指標。計算式為：

THI=(1.8t+32)-0.55(1-f)×(1.8t-26)

(1)

公式(1)中：THI為溫濕指數；t為攝氏氣溫(℃)；f為相對濕度(%)。

(2)風效指數。由風寒指數(WCI，Wind Chill Index)發展而來，反映在寒冷環境下，氣溫與風速通過對人體散熱率的作用而影響人體舒適感。相對于風寒指數，風效指數新引入了太陽輻射因子，考慮了人體體表在太陽輻射下的“曬太陽”體感效應，因而比風寒指數更具普適性。其計算公式為：

(2)

公式(2)中：WEI為風效指數；V為風速(m/s)；t為攝氏氣溫(℃)；S為日照時數(h/d)。

(3)著衣指數。在前兩個評價模型的基礎上進一步考慮在實際環境中衣著對人體氣候舒適感的影響，是對人用衣著保持體溫平衡概念模型的量化，單位為CLO。計算式為：

(3)

公式(3)中：t為攝氏氣溫(℃)；H代表人體代謝率的75%(W/m2)，本文取87；a表示人體對太陽輻射的吸收，本文取0.06；R為太陽常數(W/m2)，本文取1367；α表示地區的太陽高度角，在此，太陽直射點緯度統一取平均狀況，春秋季0°，冬夏季23°26′；V為風速(m/s)。

表1 溫濕指數、風效指數和著衣指數的分級標準和評分賦值[14]

(4)綜合舒適度評價模型。溫濕指數、風效指數等氣候舒適度評價模型通過增加氣象變量以及擴展分級標準等做法，在一定程度上解決了以往評價模型僅局限于特定的冷/熱環境問題而得以廣泛應用。同時，由于現有的單一評價模型存在特定的評價方向，如冷熱感、風效感等，還無法做到同時容納氣溫、風速、濕度、太陽輻射這4個核心氣象因子而做出綜合的氣候舒適度評價。鑒于此，通過組合多種單一評價模型而進行氣候舒適度的綜合評價成為一種行之有效的改進措施。Terjung率先將溫濕指數與風效指數進行組合開展研究。在20世紀80年代該評價體系被引入中國，學者們又結合中國的實際情況提出了多種綜合舒適度評價模型和方法進行了大量研究。本文參考劉清春等[15]與馬麗君等[16]提出的氣候舒適度綜合評價方法，采用專家打分和層次分析法對溫濕指數、風效指數和著衣指數進行加權綜合，得出氣候舒適度綜合評價模型，計算式如下：

C=0.6XTHI+0.3XWEI+0.1XICL

(4)

其中XTHI、XWEI和XICL分別為溫濕指數、風效指數和著衣指數的分級賦值；0.6、0.3、0.1為各分指數的權系數。其中7≤C≤9 時為舒適；5≤C<7 時為較舒適；3

2.2數據來源

本文所涉及的氣象資料來源于經過質量控制的中國氣象數據網(http://data.cma.cn)中的中國地面氣候資料月值數據集。根據研究需要和站點分布情況，最終選用甘肅省的27個氣象站點，1960年1月至2015年12月，共計55年的月平均氣溫、相對濕度、風速和日照時數數據。其中，少許站點存在部分月份值缺測情況，例如榆中站1961年1月份平均風速缺測，合作站1967年12月份的平均風速和平均相對濕度等缺測，本文對所缺測數據采用5年移動平均法予以補值。

3 甘肅省氣候舒適度評價

3.1指數計算

根據上文提到的3個經驗公式以及相應的數據進行計算，并按表1的分級方案, 得到甘肅省27個氣象站點各月的溫濕指數、風效指數和著衣指數評價結果；根據綜合舒適度指數評價模型對甘肅省的27個測站的各月平均綜合氣候舒適度進行計算并進行舒適度等級劃分，結果如表2所示(結果按照緯度從高到低排列)。

從部分要素出發的3個氣候舒適度評價指數，經過組合，刻畫出甘肅省各地區不同的氣候舒適度。分析可知，甘肅省各地的氣候舒適期長度多在3～5個月，大部分地區從4月到10月都比較適合開展戶外旅游活動，5月、6月和9月則普遍達到最適宜期。冬季，受累于較低的溫濕指數，普遍體感不舒適。從舒適期月份分布地區來看，敦煌、瓜州等河西走廊西部地區的舒適期在4月、5月和9月，比河西走廊東部地區提前一個月；高臺、張掖、民勤等地舒適期為3個月，榆中、西峰、臨夏、郎木寺等地的旅游舒適期較長，從5月到9月，長達5個月；華家嶺、岷縣等山區的舒適期集中在夏季，而處于亞熱帶向暖溫帶過渡的隴南地區在夏季并不是最舒適期，其最適宜期在4、5月和9、10月，另外沒有不舒適期；而對于烏鞘嶺這樣的高山地區，則沒有最舒適期，只在6月至9月為較舒適期。各站點的年綜合舒適度指數各不相同，舒適度指數集中在58至70間，其中最低的是烏鞘嶺，只有36.8，最高的是武都，為74.8。

3.2基于氣候綜合舒適度的甘肅省旅游氣候區劃

通過ArcGIS對由月綜合舒適度指數求和得到的年綜合舒適度指數進行空間柵格運算，采用自然間斷點法進行分級，以綜合舒適度指數的類似性和發展方向的一致性為主導因素，結合與行政區相協調的原則，把甘肅省劃分為以下4個旅游氣候舒適區(圖1)。

圖1 甘肅省旅游氣候舒適度空間分布及區劃

測站海拔/m1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月綜合指數瓜州1179edeeddcccbbAAAABBCCBDBBDAbAcbAecdede61.8鼎新1178eeeedddcdcbbAAABBCCBDBBCAbAcbbecdede58.4玉門1505eeeededcdcbbbbAAABBBCBACbbAcbbeddeee58.0敦煌1145edeecdcbcbbAAABBBCCBEBBDAABcbAdcdedd64.4酒泉1481edeedddcdcbbbbABABBBCBACbbAcbbecdedd59.0高臺1350edeecddcccbbAbABABBBDBBCbbAcbAecdedd60.4張掖1483edeecddcdcbbbbABABBBCBACbbAcbbecdedd59.6山丹1765edeedddcdcbbbbAAAABACAABbbAcbbecdedd62.4民勤1371edeedddcdcbbAbABBBBBDBBCAbAcbAecdedd60.2永昌1955edeedeecdcbcbbAAbAAABAbAcbAcbcecdede59.6武威1535ecdecddcccbbAbABABBBCBBCbbAcbAeccecd62.2烏鞘嶺3045eeeeeeeeeeddccdcbbcbAcbbccceddeddeee36.8景泰1627eddecdccccbbAbABABBBCBACbbAcbAdcdedd63.8環縣1242ecdecddcccbbAbABABBBCBACbbAcbAeccecd62.8靖遠1395ecdecdcbccbAAAABBCBBDBBDAABcbAebcecd65.8蘭州1525ecdebdcbbcbAAAABBBBBDBBCbABcbAdbbebc68.0榆中1982ecdecddcccbbbbAAAAAABAABbbAcbAeccecd66.4西峰1398eddecddcccbbbbABABBACBABbbAcbAdccecd63.0臨夏1890ecdecddbccbbbbAAAAAACAABbbAcbAebcecd67.4崆峒1377ecdecddcccbbbbABABBBCBACbbAcbAdccecd62.8臨洮1883ecdecddbccbbbbAAAAAACAABbbAcbAebcecd67.4華家嶺2450eeeeeeedddcdcccbbAbbAbbAccbdcceddede46.4合作2883eceecdecddbdcbccbAbbAcbAcbAdbcecdecd51.2天水1169ecdecdcbbbbAAAABBCCBDBBDAABcbAdbbecc67.6岷縣2317ecdecddcdcbccbAbbAAABAABcbAcbAebcecd62.4郎木寺3328eddecddcccbbbbABABBACBABbbAcbAdccecd63.0武都1023dbccbbcbAAbABABBBCCBDCBDBACbbBcbAdbb74.8

注：加邊框表示該月為舒適月份；加下劃線表示該月為較舒適月份；加斜體表示該月為較不舒適月份；其余為不舒適月份。

(1)河西走廊文化生態旅游區。包含兩個旅游亞區：河西西部大敦煌文化旅游亞區和河西東部文化生態旅游亞區。

河西西部大敦煌文化旅游亞區。位于河西走廊的最西端，主要包括敦煌、瓜州、肅北、阿克塞四縣市。該區域歷史悠久，是古絲綢之路的咽喉、中西文明交流的結晶、甘肅旅游的精髓，海內外市場廣闊。該區域的氣候年綜合舒適度指數較之東面的玉門、酒泉等地更高。旅游氣候舒適期為4、5、9月，適宜開展旅游活動；3、6、8、10月也較為舒適。

河西東部文化生態旅游亞區。主要包括武威、永昌、張掖、嘉峪關和酒泉部分地區。馬牙雪山、武威文廟、張掖大佛寺、丹霞地質公園、酒泉西漢勝跡等不同類型、各有特色的旅游資源連成一線，區域組合良好。該區域的氣候年綜合舒適度指數較低，舒適期月份多集中在5月、6月和9月。

(2)隴中黃河文化旅游區。包括蘭州、白銀、定西及臨夏州。黃河自西南向東北蜿蜒穿過，搭建起該區域名山、名水、名城渾然一體的旅游產業格局。黃河母親像、和政古動物化石、永靖黃河三峽等自然資源與人文資源相映成輝。位于北部的景泰地區舒適期在5月、6月和8、9月，中部的蘭州、靖遠等地區舒適期主要在5月和9月，3、4月和7、8、10月份也較為舒適；而臨夏、臨洮等地舒適期較長，從5月至9月都為舒適期；南部的華家嶺和岷縣等山區的舒適期則集中在6、7、8月份。

(3)甘南高原民族風情區。主要包括甘南藏族自治州。位于甘肅省西南部，青藏高原東北邊緣，藏族聚居地。藏族民俗風情、藏傳佛教文化和雪域草原風光構成了甘南旅游鮮明的民族特色和地域風格。該區域地處青藏高原向黃土高原的過渡地帶，地勢西北高東南低，郎木寺所在的西北部為廣闊的草甸草原，5月至9月皆為旅游氣候舒適期，4月和10月也較為舒適；合作所在的東北部山區高寒陰濕，年綜合舒適度指數較低，一年中只有7月為舒適月；東南部的岷迭山區則氣候較為溫和，年綜合舒適度指數較高。

(4)隴東南山水文化旅游區。本區可分為3個旅游亞區。天水文化旅游亞區。主要是天水地區。該區域為中華民族古老文化的發祥地之一，文化底蘊深厚；自然條件較為優越，有“隴上小江南”之譽。同時旅游資源集中，位于市區的就有麥積山石窟、伏羲廟等，其他的有甘谷大象山、秦安大地灣遺址、武山水簾洞等。氣候年綜合舒適度較高，在甘肅僅次于隴南地區，4、5、9月為旅游氣候舒適期，3月，6月至8月及10月也較為舒適。

隴東文化旅游亞區。主要指平涼和慶陽等隴東地區。平涼為道教圣地，崆峒山素有“天下道教第一圣山”之譽。此外還有涇川縣的大云寺·王母宮景區，莊浪的云崖寺等。慶陽地處黃土高原腹心區，是中國農耕文化的起始地，多樣的窯洞民居、社火景觀，以及皮影、剪紙、刺繡等民間工藝美術彰顯其獨特的黃土民俗文化。該區的旅游氣候舒適期主要在5、6月和8、9月。

隴南山水旅游亞區。主要指隴南地區。隴南地處甘肅省東南邊陲，秦巴長江流域，屬亞熱帶向暖溫帶過渡區，氣候溫和濕潤，森林茂密，也是甘肅省唯一擁有亞熱帶氣候的地區，有“隴上江南”的美譽。武都萬象洞，成縣的雞峰山、西峽頌，兩當的云屏三峽，禮縣的秦文化博物館等都很有名氣。隴南地區的氣候年綜合舒適度在甘肅省最高，4、5月和9、10月為旅游氣候舒適期，2、3月，6月至8月及11月為較舒適期，沒有不舒適期。

4 結論與討論

甘肅省各地的氣候舒適期長度多在3至5個月，大部分地區從4月到10月都比較適合開展戶外旅游活動，特別是5月、6月和9月，普遍達到最適宜期。冬季則普遍為不舒適期，烏鞘嶺以北地區11月份也為不舒適期，武都是個例外，沒有不舒適期；大部分地區在5月份迎來舒適月，10月份結束，部分地區如敦煌、天水、武都等在4月就已經進入舒適期，武都在10月仍為舒適期。可以說，各個地區旅游適宜期的差異無疑在時間上延長，在空間上擴展了甘肅省的旅游氣候適宜期，有利于甘肅省的旅游業的發展。同時，對各地氣候舒適期的劃分也為相關管理部門對全省旅游資源因地制宜、統籌規劃、梯度開發提供了理論基礎。

根據旅游氣候綜合舒適度指數可將甘肅省劃分為河西走廊文化生態旅游區、隴中黃河文化旅游區、甘南高原民族風情區和隴東南山水文化旅游區4個旅游氣候舒適區。其中河西走廊文化生態旅游區又可分為河西西部大敦煌文化旅游區和河西東部文化生態旅游區。隴東南山水文化旅游區又分為天水文化旅游亞區、隴東文化旅游亞區和隴南山水旅游亞區。

甘肅省各地區氣候適宜性地域差異明顯。從測得的27個站點來看，烏鞘嶺、華家嶺、合作等高海拔地區年綜合舒適度指數明顯低于同緯度其他地區，但海拔超過3000 m的郎木寺與同海拔的烏鞘嶺相比卻差異甚大，在樣本數量較少的情況下其規律并不明顯。因為氣候舒適度所考慮的4個氣象因子受地理位置、地形等因素的綜合影響，且組合復雜，其變化規律有待在充分的橫/縱向對比之后作進一步探究。同時由于可獲得氣象站點的數量限制以及研究區地形狀況復雜，利用27個站點進行空間插值得到的甘肅省綜合氣候舒適度空間分布還比較粗略，還不能詳實地反映甘肅省每個地區的實際情況，下一步有必要結合DEM高程數據進行精細化空間表達。

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(責任編輯：許晶晶)

EvaluationandDivisionofClimateComfortablenessinGansuProvince

ZHENG Yan-qing, FU Zhi-jun*, XUE Tian-tian

(Baoji University of Arts and Sciences / Key Laboratory of Disaster Monitoring and Mechanism Simulating of Shaanxi Province, Baoji 721013, China)

P49

A

1001-8581(2017)10-0088-05

2017-05-24

鄭燕清(1991─)，男，河南桐柏人，碩士研究生，研究方向：資源開發與環境治理。*通訊作者：傅志軍。