海南氣候康養指數的構建及評估

張京紅，張明潔，張亞杰，楊 靜

（1.海南省氣候中心，海口 570203; 2.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海口 570203）

諸多生理疾病和心理疾病的發生都與氣候條件密切相關。優越的氣候環境，可以加快病癥康復、療養身心，還能通過積極刺激性氣候訓練，增強自身機能韌性，提高人體免疫力[1-2]。氣候康養是指以特定的氣候條件為依托，使人體從有害的氣候環境中轉移到有益的氣候環境，接受新的氣候刺激，并配套相關產品和服務，從而使機體功能向好的方向轉化，提高對疾病的抵抗力，達到治療的目的[3]。中國的氣候康養服務起步較晚，1985年王衍文等[4]首次研究了影響心肌梗塞的氣象因子，并根據逐日天氣形勢圖來進行預報，隨后許多機構開展了氣象因子對疾病的影響研究，發現與人體健康密切相關的氣候要素主要包括氣溫、相對濕度、氣壓、日照及負氧離子等[5]，如氣溫對體溫調節、關節性疾病等有重要影響，適宜人體康養的氣溫在18～26 ℃[6]；相對濕度在氣溫異常時對人體熱平衡和溫熱感有較大的影響，適宜康養的相對濕度在55%～75%之間[7]；氣壓的變化會引起人體內肺泡氧分壓及動脈血氧飽和度的變化，適度的低氧環境可改善呼吸機能，輔助治療高血壓、糖尿病、心臟病等慢性病[8-10]；陽光輻射能夠起到促進生長和殺菌消毒的作用[11-12]；負氧離子能夠改善呼吸功能、心臟功能，增大肺活量，被稱作“長壽素”和“空氣維生素”[13]。由此可見，適宜的氣候環境能夠調節和改善人體健康狀況。盧山等[14]基于“黃金分割法”的人體舒適度指數，在云南省麗江市、貴州省習水市和錦屏縣3個旅游城市構建了體感溫度計算公式并進行等級劃分，探究其氣候康養效應。徐靜等[15]通過調整計算氣候舒適度指數，分析秦皇島地區的氣候舒適度變化趨勢，為到秦皇島康養的群體提供生活和出游氣象服務指導。朱保美等[16]采用溫濕指數、風效指數、穿衣指數和綜合舒適度指數對比分析了青島和濟南的氣候舒適度差異。孔欽欽等[17]采用通用熱氣候指數(UTCI) 對我國氣候舒適度時空變化進行了分析。綜上所述，以往的研究大多單純地分析氣候條件對人體健康，而氣象要素之外的氣候康養影響要素研究相對不足。

海南具有獨特的氣候、生態、清潔空氣等資源優勢，這些優勢資源的氣候康養作用如何，如何綜合評估各市縣氣候康養條件，哪個月份、哪些市縣的康養氣候條件最佳，其在全國的地位和優勢如何，是亟需分析的科學問題。本研究在考慮氣候條件、空氣質量、生態環境等與氣候康養密切相關的自然環境資源條件的基礎上，構建氣候康養指數，開展海南省康養氣候條件評估及其與國內主要城市康養氣候條件的對比分析研究，得出海南最佳康養地和康養旅居時間，為來海南進行氣候康養的人群提供參考。

1 數據與方法

1.1 數據來源 海南省 2016—2019年18 個國家氣象站和北京、太原、長春、哈爾濱、上海、杭州、黃山、福州、青島、鄭州、長沙、廣州、深圳、珠海、南寧、北海、重慶、攀枝花、貴陽、昆明、西雙版納、西安、蘭州等國內23個主要城市國家氣象站逐日氣象觀測數據，包括平均氣溫、最低氣溫、平均風速、相對濕度等要素，來自海南省氣象局和國家氣象科學數據中心；海南省18個市縣2016—2019年逐月環境空氣質量綜合指數，來源于海南省環境監測中心站發布的海南省環境空氣質量月報；歸一化植被指數（NDVI）來源于美國航空航天局（NASA，http://reverb.echo.nasa.gov）提供的MOD13Q1數據，時間尺度為2016年1月至2019年12月，時間分辨率為16 d，空間分辨率為250 m。通過Modis Reprojection Tools軟件對MOD13Q1數據進行投影和格式轉換[18]，然后采用最大合成法（MVC）得到月平均NDVI數據[19]。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候康養指數的構建 從氣候環境康養角度出發，綜合考慮氣候條件、空氣質量、生態環境等方面的影響，選取人體舒適度指數、環境空氣質量綜合指數、歸一化植被指數作為評價指標，采用加權指數求和的方法構建了氣候康養指數（CRI）：

式中，HBI為人類生物學家提出的城市人體舒適度指數[20]，該指數反映了人體對空氣的溫度、濕度、風等氣象要素的感受，提示人們根據氣象因子來調節生理，適應環境以及防范冷熱突變。本研究利用該指數代表某地的氣候條件。AQCI為描述城市環境空氣質量綜合狀況的環境空氣質量綜合指數，無量綱，其值隨著污染程度的加重而增大[21]。本研究利用該指數評價某地環境空氣質量。NDVI為歸一化植被指數，是目前評估植被狀況最有效的參數之一[22]，能夠反映出植物冠層的背景影響，范圍為-1～1。可用NDVI判斷植物生長狀態，值越大，表明植物長勢越好。植被的狀況決定著生態環境的質量，本研究利用NDVI代表某地生態環境質量。a、b、c為各項指數的權重，在咨詢相關專家的基礎上，采用層次分析法獲得，各項指標權重均為1/3。

1.2.2 指標值的歸一化處理方法 為了消除各個指標量綱不統一給計算帶來的不利影響，在不同指標進行加權之前，需對各指標進行歸一化處理，采用極差標準化處理方法。

式中，Xi為無量綱化處理后第i個指標的均一化值，xmax和xmin分別為該指標的最大值和最小值。經過上述處理后，Xi范圍為0～1。

2 結果與分析

2.1 全國 41 個城市康養氣候條件對比

2.1.1 月康養氣候條件對比分析 根據 1.2中氣候康養指數的研究方法，計算2016—2019年逐月的 HBI、AQCI、NDVI和 CRI，得到海南省（三沙除外）18個市縣和長春、北京、杭州、福州、廣州、西雙版納國內23個主要城市逐月的氣候康養指數并進行了排名（圖1）。從圖1可見，在41個城市的排名中，海南省18個市縣的氣候康養指數排名在12個月中均處于前列。1-3月和12月，海南省18個市縣均排在前20位，說明1月和12月在絕佳的人體舒適度、空氣質量和生態環境下，海南全省康養氣候條件優于全國其他城市，十分適合進行氣候康養。4月海南有16個市縣排在前20位。5月海南有11個市縣排在前20位，5月海南中部和北部的大部分市縣人體舒適度、空氣質量和生態環境質量優越，康養氣候條件仍優于全國大部分城市，此時隨著氣溫升高，位于華東、華南和西南地區的部分城市人體舒適度水平提高，也適合進行氣候康養。6、7、8月海南有8、13、11個市縣排在前20位，夏季到來，大部分城市人體舒適度水平、空氣質量和生態環境質量提高，全國從東北、華北、華東到西南地區，均有城市氣候康養指數排在前20位，這些城市的康養氣候條件也優于其他城市，適合進行氣候康養。9月海南有10個市縣排在前20位，主要為中部及西部沿海的市縣，全國從東北、華北、華東到西南地區，仍有部分城市氣候康養指數排在前20位，這些城市也適合進行氣候康養。10月海南有13個市縣排在前20位，隨著秋季的到來，東北地區的城市的人體舒適度、生態環境質量下降，氣候康養指數排名相對靠后，不再適合開展氣候康養活動。11月海南有17個市縣排在前20位，說明隨著冬季的到來，海南熱帶氣候條件優越性得到充分體現，人體舒適度、空氣質量和生態環境均優于全國其他城市，全省各市縣康養氣候條件優于其他城市。

圖1 全國 41 個城市月氣候康養指數排名

2.1.2 四季康養氣候條件對比分析 由表1 可見，冬季海南省18個市縣全部排在前20位，春季和秋季分別有17和15個市縣排在前20位。夏季海南除東北部和西南部的個別市縣不適合進行氣候康養外，大部分市縣康養條件仍然優于其他城市，適合進行氣候康養，有10個市縣排在前20位。

表1 全國 41 個城市四季氣候康養指數排名

續表1

2.2 海南各市縣氣候康養條件分析 根據各月氣候康養指數，海南省全年各月康養氣候條件最優的市縣分別為：1月的白沙、五指山、保亭、三亞；2月的五指山和保亭；3月的白沙、五指山和瓊中，氣候康養指數均小于0.100；4月的五指山和瓊中，氣候康養指數在0.101～0.150之間；5-7月的五指山、白沙和瓊中，氣候康養指數在0.151～0.200之間；8月的五指山、白沙、瓊中、屯昌和定安，氣候康養指數在0.151～0.200之間；9月的五指山，氣候康養指數小于0.100；10和11月的五指山、白沙，12月的五指山、白沙、保亭、三亞最優，氣候康養指數均小于0.100。根據四季氣候康養指數，五指山、瓊中和白沙的氣候康養指數在春、夏、秋三季均排在全省前三名，保亭、五指山、白沙和三亞冬季的氣候康養指數排在全省前三名，瓊中冬季氣候康養指數排在全省第五。總體上，各市縣全年在人體舒適度、空氣質量、生態環境等方面均具有良好的條件，氣候康養指數均小于0.350，康養氣候條件優良，適宜進行氣候康養活動。相對而言，中部地區的五指山、白沙、瓊中等康養氣候條件更優。

3 討 論

本研究從氣候環境康養角度出發，不僅考慮了氣候條件對康養效應的影響，還考慮了生態環境、空氣質量等方面對氣候康養的影響，在此基礎上，采用加權求和的方法構建了氣候康養指數，對全國41個城市的氣候康養指數進行計算和對比分析。發現海南省18個市縣月、季、年的康養氣候條件均優于全國其他城市，在夏季，也有其他個別城市適宜進行氣候康養。其中，海南各市縣氣候康養條件以中部五指山、白沙、瓊中最好，其次為保亭、三亞。研究結果可為氣候康養評估提供技術支撐。然而，在評估生態環境、空氣質量時，由于資料獲取的限制，選取的指標還相對較為簡單。例如，在目前僅選用歸一化指標指數來評估生態環境，還可增加水質達標率、氧平衡指標、大氣相對含氧量指標等來豐富對生態環境的評價；在評估空氣質量時還可增加空氣質量優良天數占比、花粉過敏指數、飄絮指數等指標。此外，氣候康養指數僅從氣候、空氣質量、生態等氣候康養自然資源出發，未考慮醫療、經濟、交通、住宿、文化等生活經濟因素的影響，在今后的研究中需進一步完善。