基于能見度的重慶中心城區(qū)眺望適宜時間研究

李璐，彭瑤玲，肖卓爾

（重慶市規(guī)劃設(shè)計研究院，重慶 401147）

1 研究背景

重慶中心城區(qū)位于最典型的褶皺山地，是著名的“山城、江城”。登高遠眺，觀賞山、水、城相依相融的獨特景觀，是市民與游客領(lǐng)略重慶“山水之城”特色的重要方式。重慶市于2015年編制了《重慶主城區(qū)山系、綠系、水系管控規(guī)劃》，并在“山系保護與利用”篇章中，首次提出了“城市風光眺望系統(tǒng)”，規(guī)劃了32處風光眺望點、46處城市內(nèi)部眺望點以及22條眺望點之間的視線通廊，并對風光眺望點、城市內(nèi)部眺望點提出了相應(yīng)的景觀管控要求。為保障規(guī)劃意圖得以實現(xiàn)，開展了“山地城市眺望點景觀控制方法研究——以重慶主城區(qū)為例”的研究，本文基于對影響山地城市眺望的自然條件子課題，研究其中最重要的氣象要素——能見度對眺望活動的影響。眺望活動是一項基于視覺感官的景觀觀賞活動，不可避免要受到空氣透明度，即能見度等氣象因素的影響。因此，研究能見度及其季節(jié)變化趨勢，有利于人們更好地掌握能見度變化的規(guī)律，根據(jù)能見度情況安排與眺望相關(guān)的出行活動。

2 研究方法

本文利用網(wǎng)絡(luò)公開數(shù)據(jù)，獲取重慶能見度的歷史信息，通過尋找其變化特征，結(jié)合與之相關(guān)的溫度等氣象因素加以綜合研究。

研究時段：本文主要研究重慶主城區(qū)從2011年7月27日至2016年8月20日，共五年1852天的能見度情況。

數(shù)據(jù)來源：目前國內(nèi)已有較多的第三方氣象信息提供商，但大多數(shù)據(jù)不夠完善，尤其是能見度歷史信息無法獲取，而利用爬蟲抓取數(shù)據(jù)有取值區(qū)間靈活、可獲取信息廣泛等優(yōu)點。

數(shù)據(jù)源：www.wuderground.com。

信息處理：利用Python腳本對數(shù)據(jù)進行簡單數(shù)據(jù)清洗。

數(shù)據(jù)分析：利用Excel、Spss對數(shù)據(jù)進行分析。

數(shù)據(jù)展示：利用Matplotlib和Excel對數(shù)據(jù)進行可視化。

3 能見度變化規(guī)律與分級

能見度是一項反映空氣透明度的指標，能見度的定義為具有正常視力的人在當時的天氣條件下能夠從天空背景中看到和辨認出目標物（黑色、大小適度）的最大水平距離。

3.1 近5年能見度變化規(guī)律

通過數(shù)據(jù)抓取和清洗，1852天的能見度數(shù)據(jù)中有效數(shù)據(jù)共1849個，有效數(shù)據(jù)覆蓋度：從圖1可以看出，從2011年到2016年，能見度的變化從時間上以一整年為一個周期，共經(jīng)歷了四個完整周期以及單獨的下降、上升周期。能見度的最大值一般出現(xiàn)在7月份，最小值在12月份，與實際體驗相符（圖1）。

圖1 重慶能見度時間圖（2011.07.27—2016.08.20）

通過對視線可見距離的頻數(shù)分布分析可以得出，重慶視線能見度基本呈正態(tài)分布，平均值是6.68km，標準差為3.47。可見距離主要集中在3～10km，全年70%的時間集中在這一區(qū)間內(nèi)（圖2）。

圖2 重慶能見度頻數(shù)分布直方圖

3.2 能見度分級

3.2.1 相關(guān)研究中對能見度的分級

中華人民共和國氣象行業(yè)標準《能見度等級和預報》[1]依據(jù)能見度預報和服務(wù)的需求，將能見度的等級劃分為0—6，并確定定性用語標準，氣象行業(yè)標準將能見度較差時（小于2000m）分為四個等級，將能見度較好時（大于2000m）分為好、一般兩個等級（表1）。

表1 氣象行業(yè)標準中能見度等級范圍

交通運輸部門對能見度研究的側(cè)重點不同，對能見度的分級方式也不同。丁峰、劉飛等[2]基于氣象條件的船舶引航風險等級，將能見度對船舶引航的影響等級分為5級：較小、一般、較大、很大、極大，分別對應(yīng)V≥4km、2km＜V≤4km、1km＜V≤2km、0.5km＜V≤1km、V＜0.5km。

吳珂、秦奔奔等[3]在南京市能見度變化趨勢及其影響因素的研究中，將大氣能見度分成1—5個等級：很好、較好、一般、較差、很差，分別對應(yīng)V＞40km、20km＜V≤39.9km、9km＜V≤19.9km、1.9km＜V≤9km、V≤1.9km。

3.2.2 基于視覺分析的能見度分級

眺望者通過視覺觀察獲取客觀事物的光學信息，發(fā)現(xiàn)事物之間的聯(lián)系，并進行觀察定位。由于視覺的這一特性，視覺感覺范圍受視域限制和視距影響。

根據(jù)人眼對不同距離物體的識別觀察能力，可以將視域劃分為近景區(qū)、中景區(qū)、遠景區(qū)和眺望區(qū)。近景區(qū)是半徑在0～400m的視距范圍內(nèi)的區(qū)域，可觀察到物體細部；中景區(qū)是半徑在400～1000m的視距范圍內(nèi)的區(qū)域，可觀察到物體的體量、肌理和色彩；遠景區(qū)是在半徑1000～2000m的視域范圍內(nèi)的區(qū)域，可遠觀物體的輪廓線；眺望區(qū)是在半徑5000m范圍內(nèi)的區(qū)域，可以遠觀物體模糊的形象[4]。

人的視力各有不同，正常人的視力，在距離250～270m的范圍內(nèi)時能看清景物的細節(jié)輪廓，在大于500m時，能看到景物的模糊形象，4000m以外的景物不易看清楚。在天氣晴朗時，一個人可以看到大海的最遠距離S（單位：km），可用公式S2=16.88h來估算，其中，h是眼睛離海平面的高度（單位：m）。如果一個人站在岸邊，當眼睛離海平面的高度是1.5m時，最遠可以看到25.32km以外。

綜合以上對能見度分級的標準，結(jié)合重慶自身的氣象特征，本研究將能見度分為好、中等、不佳，分別對應(yīng)V＞9km、4km＜V≤9km、V≤4km。能見度V＞4km時，可以滿足觀看到完整的前景、中景、遠景、背景區(qū)域，在這種視線條件下適合進行眺望類活動。

通過對重慶近五年的能見度分析得出，重慶主城區(qū)能見度在中等（大于4000m）以上的天數(shù)每年能達到73.5%，近268天，說明適合進行眺望活動的時間較多，眺望景觀的氣候基礎(chǔ)較好。通過分析得出，能見度在7月最高，12月最低，其他月份在兩者之間，能見度極好的情況占全年的23.8%（大于9000m），主要分布在3—5月和6—10月，也就是春夏兩季。視線不佳的時間（能見度小于4000m）占全年的26.4%，其余49.8%的時間視線尚可（圖3）。

圖3 重慶能見度散點圖（2011.07.27—2016.08.20）

4 基于能見度的眺望適宜時間研究

4.1 不同季節(jié)能見度分析

在以上基礎(chǔ)上，進一步對春夏秋冬四季能見度變化規(guī)律和特征進行分析研究。

根據(jù)中華人民共和國氣象行業(yè)標準《氣候季節(jié)劃分》[5]，春季為日平均氣溫或滑動平均氣溫大于等于10℃且小于22℃，夏季為日平均氣溫或滑動平均氣溫大于等于22℃，秋季為日平均氣溫或滑動平均氣溫小于22℃且大于等于10℃，冬季為日平均氣溫或滑動平均氣溫小于10℃。

根據(jù)重慶主城區(qū)近五年溫度變化分布情況（圖4），得出四季的一般分布規(guī)律（圖5），大致以3—5月為春天，6—8月為夏天，9—11月為秋天，12—2月為冬天。

圖4 近五年溫度變化情況

圖5 2015年四季能見度變化情況

選取2015年四季作為研究對象，分析四季的能見度，如表2所示。

表2 2015年四季能見度對比

從2015年的樣本來看，6—8月夏季能見度平均值最高，能見度高數(shù)值也集中出現(xiàn)在這一時段；春秋兩季能見情況次之，但是將春季與秋季比較，無論是平均值，還是最大值（極好值）、最小值（極差值），春季的情況均較秋季略好，冬季情況最差（圖5）。能見度的最大值一般出現(xiàn)在7月份，最小值出現(xiàn)在12月份。

4.2 溫度與能見度綜合分析

溫度和能見度的周期基本相同，且最大值、最小值出現(xiàn)在同一時段（圖6）。

圖6 能見度—溫度（2011.07.27—2016.08.20）

不同的是，溫度基本符合三角波，變化較為均勻，而圖3中能見度的曲線隱約呈現(xiàn)凸字形結(jié)構(gòu)。

綜合考慮對眺望活動影響較大的兩個氣象因素：能見度、溫度，結(jié)合重慶的具體氣候特征，較為理想的舒適天氣條件應(yīng)是溫度在18℃～23℃之間，能見度＞9km。將2015年9月至2016年9月區(qū)間段內(nèi)的能見度、溫度數(shù)據(jù)作綜合分析，發(fā)現(xiàn)最適宜進行眺望活動的區(qū)間集中在4月至6月，也就是春季和初夏；除此之外10—11月的秋季也有部分時間（圖7）。

圖7 較為理想的眺望時間分布（2015.09—2016.09）

除去理想條件，在日常生活中，比較舒適的進行眺望活動的條件是溫度為10℃～30℃、能見度＞4km。以2015年9月至2016年9月區(qū)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)為例，可以進行眺望活動的時間在4—7月（春夏兩季的大部分時間），還有9—11月部分時間，也就是秋季天氣晴朗的時間（圖8）。

圖8 比較舒適的眺望時間分布（2015.09—2016.09）

5 結(jié)論

基于上述能見度數(shù)據(jù)研究，得到關(guān)于主城區(qū)眺望適宜時間的主要結(jié)論如下：

（1）重慶主城區(qū)能見度在中等（景深大于4000m）以上的天數(shù)每年能達到73.5%，近268天，可以眺望到完整的前景、中景、遠景、背景區(qū)域；能見度極好的情況占全年的23.8%（景深大于9000m），主要分布在5—9月，主要集中在夏季。總體適合進行眺望活動的時間較多，眺望觀景的氣候基礎(chǔ)較好。

（2）能見度與季節(jié)、溫度變化密切相關(guān)，春夏高、秋冬低。夏季6—8月能見度值最高，其次是春季3—5月；能見度的最大值一般出現(xiàn)在7月，最小值在12月。一些對能見度要求極高的眺望、拍攝活動可安排在7月。

（3）結(jié)合溫度、能見度兩個主要的氣象因素綜合考慮，重慶主城最適宜進行眺望活動的時間是每年的4—6月，最不適宜進行眺望活動的時間是11—2月寒冷的秋冬季節(jié)，以及8—9月的炎熱夏秋季節(jié)。