唐山市人居環境氣候舒適度評價及其變化特征

史有瑜 柴瑞 王愛軍

摘要：利用1957—2018年唐山國家基本氣象站氣象資料，基于人居環境氣候舒適度評價方法（溫濕指數、風效指數），對唐山市人居環境氣候舒適度進行了評價，對其變化特征進行了分析，并對其年及四季變化進行Mann-Kendall突變檢驗。結果表明，唐山市人居環境氣候舒適度1—4月、11—12月感覺寒冷，5—9月感覺舒適，10月感覺冷;年和四季人居環境氣候舒適度指數均呈線性上升趨勢，月人居環境氣候舒適度指數呈倒“V”型變化，7月最高，1月最低;年人居環境氣候舒適度指數不存在突變，春季指數在20世紀90年代初期發生了突變，夏季指數突變時間不明顯，秋季指數在20世紀70年代初期發生了突變，冬季指數在20世紀70年代中前期發生了突變。

關鍵詞：氣候舒適度;評價;變化特征;唐山市

中圖分類號：P463.3 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）15-0075-05

Abstract： Using the meteorological data of Tangshan National Basic Meteorological Station from 1957 to 2018， the climatic comfortability of Tangshan city was evaluated based on the evaluation method of climatic suitability evaluating human settlement， and its changing characteristics were analyzed. The Mann-Kendall mutation test was carried out to analyze the annual and seasonal change of comfort index. The results showed that the climate comfort of Tangshan city was cold from January to April and from November to December， and it was comfortable from May to September and cold in October. The climate comfort index of the human settlement environment showed a linear upward trend. The monthly climate comfort index presented an inverted “V” type change， with the highest in July and the lowest in January. There was no mutation in the annual climate comfort index. The spring index had a mutation in the early 1990s. There was no significant mutation for the summer index. The autumn index had a mutation in the early 1970s， and the winter index had a mutation in the mid-early 1970s.

Key words： climatic comfortability; evaluation; variation characteristics; Tangshan city

隨著人們的居住環境在人口迅速增長所造成的壓力下不斷惡化，人居環境問題越來越受到關注。城市人居環境是人類在城市生活、工作所處的自然、經濟、社會和文化環境的總稱，舒適度是各種因素綜合作用的結果[1]。氣候舒適度是健康人群對氣候因子感覺的適宜程度[2]，是人們評價宜居城市的重要指標之一[3-6]。因此，開展人居環境氣候舒適度的研究，對于城市人居環境的評價、旅游資源的開發、生態宜居城市建設等具有重要的參考價值。

近30年來，中國學者利用溫濕指數、風效指數、著衣指數、綜合舒適度指數等對氣候舒適度開展了一系列卓有成效的研究工作[7-23]，但還鮮有針對唐山市人居環境氣候舒適度的研究。唐山市位于河北省東部、華北平原東北部，地處華北與東北通道的咽喉要地，是京津冀城市群東北部副中心城市，具有“北方瓷都”之稱。唐山市屬暖溫帶半濕潤季風氣候，呈現出明顯的大陸性氣候特征，冬干夏濕，四季分明。本研究采用GB/T 27963—2011[2]中的評價方法，研究評估唐山市1957—2018年的人居環境氣候舒適度及其變化規律，以期為唐山市經濟轉型和生態宜居城市建設提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 資料選取與數據來源

選取唐山國家基本氣象站1957—2018年逐月平均氣溫、平均相對濕度、平均風速和日照時數資料，數據來源于河北省氣象信息共享平臺，全部數據均經過嚴格的質量控制。

季節劃分以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季。

1.2 研究方法

采用GB/T 27963—2011[2]中的溫濕指數和風效指數作為人居環境舒適度評價指標進行研究。當溫濕指數和風效指數不一致時，冬半年（10月至次年3月）使用風效指數，夏半年（4—9月）使用溫濕指數。

溫濕指數和風效指數的計算公式如下：

[I=T-0.55×1-RH×T-14.4] ? （1）

[K=-（10v+10.45-v）（33-T）+8.55 S] （2）

式中，[I]為溫濕指數，[K]為風效指數，[T]為評價時段平均氣溫（℃），[RH]為評價時段平均相對濕度（%），v為評價時段平均風速（m/s），[S]為評價時段平均日照時數（h/d）。

GB/T 27963—2011[2]中將溫濕指數和風效指數相結合，給出了一套綜合考量人居環境舒適度的標準[24]，將溫濕指數和風效指數劃分為5個等級，如表1所示。

2 結果與分析

2.1 人居環境氣候舒適度評價

利用公式（1）、公式（2）計算得到唐山市各月溫濕指數和風效指數，并將其轉化為對應的感覺程度，按照評價方法形成全年各月的最終評價，如表2所示。從表2可以看出，唐山市全年均無熱和悶熱2個等級。除10月溫濕指數表現為寒冷、風效指數表現為冷外，其余月份二者表現一致，10月處于冬半年，按照評價方法，10月使用風效指數進行評價。因此，唐山市人居環境舒適度評價結果為1—4月和11—12月感覺寒冷，5—9月感覺舒適，10月感覺冷。

2.2 人居環境氣候舒適度指數變化特征

2.2.1 年變化 圖1為1957—2018年唐山市人居環境氣候舒適度指數年際變化趨勢。由圖1可見，近62年唐山市人居環境氣候舒適度指數呈線性上升趨勢，20世紀90年代上升趨勢最為明顯。溫濕指數線性變化趨勢氣候傾向率為0.19/10年，風效指數線性變化趨勢氣候傾向率為8.97/10年，相關系數均通過了0.001水平的顯著性檢驗。1957年舒適度指數最低，溫濕指數為10.8，風效指數為-508;溫濕指數2007年最高，為13.5，風效指數2002年最高，為-390。1957—2018年，唐山市溫濕指數為10.8～13.5，舒適度等級為1級，感覺寒冷;風效指數為-508～-390，大部分年份舒適度等級為1級，感覺寒冷，2002—2004年和2007年舒適度等級為2級，感覺冷。總體上看，1957—2018年唐山市溫濕指數和風效指數整體感覺寒冷，上升的年際變化趨勢表明人居環境氣候越來越舒適。

2.2.2 季節變化 1957—2018年唐山市人居環境氣候舒適度指數四季均呈不同程度的線性上升趨勢（圖略）。由唐山市四季人居環境氣候舒適度指數與溫濕指數的線性擬合方程（表3）可知，溫濕指數春季上升幅度最大，上升速率為0.33/10年，其次為夏季的0.16/10年 ，二者的相關系數通過了0.001水平的顯著性檢驗;秋季上升速率為0.10/10年，相關系數通過了0.05水平的顯著性檢驗;冬季上升速率為0.12/10年，相關系數未通過顯著性檢驗。由唐山市四季人居環境氣候舒適度指數與風效指數的線性擬合方程可知，風效指數冬季上升幅度最大，上升速率為14.84/10年，其次為春季的14.22/10年，二者的相關系數通過了0.001水平的顯著性檢驗;夏季上升速率為4.26/10年，相關系數通過了0.01水平的顯著性檢驗;秋季上升速率為5.26/10年，相關系數通過了0.05水平的顯著性檢驗。

春季溫濕指數在10.8～14.8波動，1997年之前各年份舒適度等級均為1級，感覺寒冷，1997年之后舒適度整體向2級發展，其中2001—2004年、2014—2018年達到2級，感覺冷;夏季溫濕指數在21.9～24.8波動，舒適度等級為3級，感覺舒適;秋季溫濕指數在11.6～14.9波動，1997年之前各年份舒適度等級均為1級，感覺寒冷，1998—2006年舒適度向好，其中2004—2006年連續3年達到2級，感覺冷;冬季溫濕指數在-1.7～4.2波動，舒適度等級為1級，感覺寒冷。

春季風效指數在-536～-354波動，1997年之前各年份舒適度等級均為1級，感覺寒冷，2000—2004年、2014—2018年達到2級，感覺冷;夏季風效指數在-181～-72波動，絕大部分年份舒適度等級為3級，感覺舒適，但1994年、1997年、1999—2001年和2018年達到4級，感覺熱，這幾年風效指數的增加主要是由7月、8月風效指數較高引起的;秋季風效指數在-460～-335波動，1997年之前大部分年份舒適度等級為1級，感覺寒冷，1998—2007年連續10年達到2級，感覺冷;冬季風效指數值在-921～-658波動，舒適度等級為1級，感覺寒冷。

2.2.3 月變化 圖2為唐山市人居環境氣候舒適度指數月變化趨勢。由圖2可見，唐山市人居環境氣候舒適度指數月變化呈倒“V”型，7月最高，1月最低。溫濕指數和風效指數總體均為冬季較低、夏季較高。二者相關系數為0.998，通過了信度為0.001水平的顯著性檢驗，說明二者具有明顯的一致性。

冬季唐山市多受西伯利亞較強冷氣團影響，盛吹偏北風，各月平均氣溫均在0 ℃以下，感覺寒冷;夏季受海洋暖濕氣團影響，盛吹偏南風，各月平均氣溫在25 ℃左右，感覺舒適;春、秋兩季是夏季風和冬季風的過渡季節，風向多變，各月平均氣溫為0～20 ℃，人居環境氣候舒適度雖也表現為寒冷，但寒冷的程度要比冬季低得多，春季為感覺寒冷向感覺舒適過渡的季節，秋季為感覺舒適向感覺寒冷過渡的季節。

2.3 人居環境氣候舒適度指數變化突變分析

利用Mann-Kendall法（簡稱M-K）對近62年唐山市年及四季人居環境氣候舒適度指數進行突變檢驗，結果如圖3和圖4所示（僅對風效指數進行分析）。由圖3可見，年風效指數1957—2018年呈上升趨勢，且在1961—1968年、1975—1986年和1989年之后上升趨勢顯著，UF和UB曲線在[α=0.05]臨界線（±1.96）之間沒有交叉點，說明其不存在突變。由圖4a可見，春季風效指數1957—2018年呈上升趨勢，且在1981—1983年和1997年之后上升趨勢顯著，UF和UB曲線在臨界線之間有1個交叉點，說明其存在突變，突變點出現在1992—1993年;夏季風效指數（圖4b）1957—1975年、1978—1985年和2000年之后呈上升趨勢，且僅在1963年、1968年和2017—2018年上升趨勢顯著，UF和UB曲線存在多個交叉點，表明其不存在明顯突變;秋季風效指數（圖4c）在1959—1962年和1964年之后呈上升趨勢，且在1978—1985年、1989—1991年和1998年之后上升趨勢顯著，UF和UB曲線在臨界線之間有2個交叉點，交叉點分別出現在1969—1970年、1972—1973年，說明秋季風效指數在20世紀70年代初期出現突變;冬季風效指數（圖4d）在1957—1968年和1971年之后呈上升趨勢，且在1962年、1965年和1975年之后上升趨勢顯著，UF和UB曲線在臨界線之間有1個交叉點，說明其存在突變，突變點出現在1973—1974年。

3 小結

溫濕指數和風效指數對唐山市人居環境氣候舒適度評價有較好的一致性，但風效指數對冬半年較敏感，溫濕指數對夏半年較敏感，綜合運用2種指數對人居環境舒適度進行評價可取得較理想的評價結果。12個月中，唐山人居環境舒適度有6個月感覺寒冷，5個月感覺舒適，1個月感覺冷，具體為1—4月和11—12月感覺寒冷，5—9月感覺舒適，10月感覺冷。5個月舒適的氣候條件表明唐山市適宜人們生活居住和進行旅游開發利用。

從1957—2018年唐山市人居環境氣候舒適度指數變化來看，年際變化呈線性上升趨勢，20世紀90年代上升趨勢最為明顯，21世紀初期人居環境氣候舒適度略好，總體上唐山市人居環境氣候越來越舒適;人居環境氣候舒適度指數四季均呈不同程度的線性上升趨勢，溫濕指數春季上升幅度最大，風效指數冬季上升幅度最大;月變化呈倒“V”型，7月最高，1月最低。夏季的高溫高濕導致氣候舒適度指數較高，人們感覺舒適，適宜安排出游。

1957—2018年唐山市年人居環境氣候舒適度指數不存在突變;春季人居環境氣候舒適度指數在1992—1993年存在一次突變，突變趨勢為上升趨勢;夏季人居環境氣候舒適度指數突變不明顯;秋季人居環境氣候舒適度指數在20世紀70年代初期出現突變;冬季人居環境氣候舒適度指數在1973—1974年存在一次突變，突變趨勢為上升趨勢。

本研究是基于溫濕指數和風效指數，利用人居環境氣候舒適度等級劃分來進行的評價。實際上，影響氣候舒適度的因素還有太陽輻射、氣壓及空氣質量等[25]。因此，今后還需考慮多種因子進行進一步深入研究。

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