西安城區人體舒適度變化特征分析

雷 宇，張宏利，劉延莉，王一格

(西安市灞橋區氣象局，陜西 西安 710038)

1 引言

隨著經濟社會的發展和人民生活水平的日益提高，對高品質生活的向往與追求成為了一種社會風尚，改善生存環境，提高生活品質成為迫切需求。環境對人體的影響有一個舒適的范圍，超出該范圍則感覺不舒適。在自然環境中，氣象因素是影響人體舒適度的主要因子，主要包括溫度、濕度、風等對人舒適度的影響。人體舒適度的研究可以作為旅游資源分析、人居環境評價和氣象疾病發病率預測等的重要依據。雖然人體舒適度相關的研究很多，但多集中在我國東部省份和城市[1～3]，西安作為國家中心城市，缺少對人體舒適度相關的研究。

本文以西安市氣象站1970～2019年逐日氣溫、相對濕度、風速資料為依據，分析了西安城區人體舒適度指數的年際變化特征和季節特征，為西安的城市建設和資源開發提供參考。

2 資料與方法

2.1 資料來源

選取西安市氣象站1970～2019年的逐日氣溫、相對濕度、風速資料，其中，氣溫、相對濕度、風速選用日平均值，用以計算西安城區人體舒適度。

2.2 研究方法

人體舒適度指數的算法有很多種，本文采用綜合考慮氣溫、相對濕度、風速等氣象要素的人體舒適度指數(Kssd)計算公式：

Kssd=1.8×t-0.55×(1.8×t-26)×(1

-r/100)-3.2v1/2+ 32

(1)

式(1)中,t為日平均氣溫(℃)，r為日平均相對濕度(%)，v為日平均風速(m/s)。

舒適度等級劃分按照中國氣象局規定的統一標準，采用9級分類法，每個等級分別代表寒冷、冷、偏涼、涼爽、舒服、暖和、微熱、炎熱、酷熱(表1)。

表1 人體舒適度指數分級

3 計算結果與分析

3.1 人體舒適度年際變化特征

由圖1可以看出，1970～2019年西安城區年均Kssd總體呈現出上升趨勢，特別是20世紀90年代中期到2013年上升趨勢較為明顯。其中最高值出現在2013年，為56.9，最低值出現在1970年，為51.8。Kssd平均值為53.9，舒適度等級為4，屬于涼爽。參考近年關于西安市氣候變化研究結果，西安市20世紀90年代發生升溫突變，在2010年之后略有下降[4]。由于氣溫是Kssd主要影響因子[5]，1970～2019年西安城區人體舒適度指數的年際變化與西安市氣候變化趨勢表現一致。

圖1 1970～2019年西安城區人體舒適度指數年際變化趨勢

3.2 人體舒適度季節變化特征

分析西安城區1970～2019年四季Kssd的變化特征(圖2)可知，夏季的Kssd歷年均值最高，春秋兩季次之，冬季最低。春季Kssd歷年均值為54.6，屬于涼爽，舒適度等級為4；夏季Kssd歷年均值為70.6，屬于暖和，舒適度等級為6；秋季Kssd歷年均值為53.8，略低于春季，屬于涼爽，舒適度等級為4；冬季Kssd歷年均值為36.3，屬于冷，舒適度等級為2。結果表明，西安城區春秋兩季相對更為舒適。Kssd四個季節均表現出上升趨勢。夏季的Kssd變化幅度最小，為4.9，冬季的Kssd變化幅度最大，為9.5。尤其是在1997年以后，冬季的Kssd變化幅度要明顯大于春、夏、秋季，在1997～2013年這個時間段內，變化幅度最為明顯。

圖2 1970～2019 年西安城區四季人體舒適度指數變化趨勢

如圖3所示，西安城區Kssd歷年逐月變化趨勢呈現出先上升后下降的倒“V”字型，上半年曲線較下半年變化更加緩和，后25年的曲線整體在前25年的曲線之上，說明這50年里，后25年的逐月平均Kssd要高于前25年，表現出上升的趨勢。各月平均Kssd分布在34.1～72.4之間，1月份Kssd最低，其次是2、12月，是由于冬季氣溫低，降水量小，空氣干燥。7月份Kssd最高，6、8月次之，是由于夏季氣溫高，降水量大，空氣濕度大。可以看出，西安城區氣候四季分明，全年體感表現為體感冷到暖和，是一個適宜人居的地方。

圖3 西安城區人體舒適度指數逐月變化趨勢

3.3 夏季人體舒適度變化特征

夏季是人們外出旅游的旺季，同時也是人們對自然環境變化反應最為敏感的季節，因此還需夏季(6、7、8月)西安城區Kssd的變化特征做進一步分析。

Kssd>70為體感偏熱，由圖4可以看出，1970～2019年西安城區6、7、8 各月體感偏熱天數均值都在10 d以上，分別為12 d、22.88 d和18.22 d。7、8月份體感偏熱天數基本沿均值上下波動，8月份的變化幅度較7月更大。而6月份體感偏熱天數變化幅度表現出前期平穩，后期變化幅度變大且呈現先升后降的趨勢。第一個階段是從1970～2001年，體感偏熱天數較為平穩；第二階段為2000～2013年，呈現明顯的上升趨勢。第三階段為2013～2019年，呈現出波動下降的趨勢。

圖4 1970～2019年西安城區夏季各月(6、7、8月)體感偏熱天數

如圖5所示，1970～2019年西安城區夏季體感偏熱天數總體呈現上升趨勢。均值為53 d，最高值出現在2013年，夏季體感偏熱天數達到78 d。根據夏季各月體感偏熱天數可以得出：6月是夏季最為舒適的月份，7月是夏季當中最不舒適的一個月。

圖5 1970～2019年西安城區夏季體感偏熱天數

4 結論

本文以西安城區1970～2019年逐日氣溫、相對濕度、風速資料為基礎，分析研究了西安城區人體舒適度指數的時間變化特征，結論如下。

(1)1970～2019年，西安城區年均Kssd的變化表現出較為明顯的上升趨勢，歷年均值為53.9，舒適度等級為4，屬于涼爽。

(2)西安城區四個季節的Kssd均表現出上升趨勢，冬季的上升趨勢最為明顯，春季次之，夏季的變化幅度最小。西安城區Kssd平均逐月曲線呈現出先上升后下降的倒“V”字型，且后25年的逐月平均Kssd相較前25年更高，呈現出上升趨勢。

(3)西安城區1970～2019年夏季6、7、8 月的體感偏熱天數均在10 d以上，夏季的體感偏熱天數均值為53 d，西安城區體感偏熱天數變化呈上升趨勢。6月份平均體感偏熱天數為12 d，表現出前期平穩，后期變化幅度變大且呈現先升后降的趨勢。7月份體感偏熱天數為23 d且變化幅度較小；8月份體感偏熱天數為18天且變化幅度較大。最后得出：6月是西安城區夏季最為舒適的月份，7月是夏季當中最不舒適的一個月。