1971—2019年廈門氣候環境舒適性變化特征及影響因子分析

楊秀敏，陳嬌娜，陳 琳，郭 林

（1.廈門市氣象服務中心，福建 廈門361012；2.廈門市氣象災害防御技術中心，福建 廈門361012）

氣候變暖趨勢下，氣候變化對環境和健康的影響越來越明顯，城市氣候環境舒適性受到人們的廣泛關注。人體舒適度表征著人體在氣候環境中舒適與否的程度，是衡量城市氣候環境舒適性的指標之一，在城市環境氣象服務中具有重要的基礎性地位[1]。

人體舒適度指數（Comfort of Human BodyⅠndex，以下簡稱“ICHB”），常用來表征人體在某種氣象條件下對環境感覺舒服的程度[2-3]，主要取決于氣溫、濕度和風速。研究人體舒適度指數有助于提示人們根據氣候環境變化來及時采取措施，適應環境。通過對廈門人體舒適度變化特征進行分析研究，為廈門市宜居環境評估、旅游業發展及城市環境氣象服務提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選取廈門市東渡狐尾山國家基本氣象觀測站1971—2019年逐日氣象資料，包括日平均氣溫、日平均相對濕度、日平均風速3個氣象要素。自然天氣季節劃定為：3—6月為春季，7—9月為夏季，10—11月為秋季，12月至次年2月為冬季[4]。

1.2 指數計算方法

早期對舒適度的研究多是一些定性的描述或采用經驗公式進行定量討論，1966年TERJUNG提出氣候舒適性指數的概念[5]。隨后國內外學者對人體舒適度指數的計算及舒適度評價提出了多種不同的方法[6-10]，如以溫濕指數、風效指數和著衣指數等為基礎，建立綜合舒適度指數；基于GⅠS技術和風環境特征開展氣候環境舒適度評價等。

本文選用較常用的方法進行計算[3，9]，公式如下：

式（1）中：T為溫度，℃；RH為濕度，%；V為風速，m/s。

依據式（1）計算出來的舒適度指數劃分為3個級別9種體感，如表1所示。

表1 人體舒適度指數等級標準

1.3 通徑分析法

影響舒適度指數的氣象因子有多種，而各種因子之間又相互影響。因此，若要分析影響因子的主次關系，除簡單相關分析外，還需進行通徑分析。通徑分析將自變量Xi與因變量Y的相關系數分解成直接通徑系數Pi和間接通徑系數rijPi，Pi為自變量Xi對因變量Y的直接作用結果，rijPi表示該自變量通過其他自變量產生的間接作用結果。通過對通徑系數的求解和分析，可以判斷影響因變量的直接作用因子和間接作用因子[11]。通徑分析在Excel和SPSS中均可實現[12-13]，本文主要采用SPSS。

2 結果與分析

2.1 日數分布特征

2.1.1 年均日數分布特征

1971—2019年廈門市不同等級舒適度日數變化趨勢如圖1所示。分析3個等級舒適度日數的統計結果表明，1971年以來，廈門舒適年均日數占總體的75.8%，冷不舒適和熱不舒適分別占12.7%和11.5%，即1971年以來，廈門整體呈現舒適的特征。廈門市人體舒適度指數年均日數比例分布特征如圖2所示。分析日數變化趨勢可知，舒適和熱不舒適天數均為增加趨勢，冷不舒適天數表現為下降趨勢。

圖1 1971—2019年廈門市不同等級舒適度日數變化趨勢圖

圖2 廈門市人體舒適度指數年均日數比例分布特征

廈門市各等級人體舒適度年均日數及傾向率如表2所示。從9種體感的日數分布來看，1971年以來，廈門人體舒適度主要集中在涼、涼爽、舒服、暖和和熱，不存在寒冷和酷熱等級。其中舒服比例最大，為41.6%；其次是暖和，為20.7%；涼和涼爽分別為占12.7%和13.5%；熱占11.5%。從日數變化趨勢來看，涼的負傾向率最大，以6.570 d/10a-1的速度減少；熱的正傾向率最大，以3.889 d/10a-1的速度增加。

表2 廈門市各等級人體舒適度年均日數及傾向率

2.1.2 夏季和冬季日數變化特征

夏季和冬季各等級舒適度日數及線性傾向率如表3所示。對夏季、冬季不同等級舒適度的日數進行統計分析，結果表明廈門夏季舒適、熱不舒適平均日數占比分別為61%和39%，冬季舒適、冷不舒適平均日數占比分別為60%和40%；夏季舒適日數呈下降趨勢，熱不舒適日數呈上升趨勢；冬季舒適日數呈上升趨勢，冷不舒適日數呈下降趨勢。這表明，在氣候變暖的趨勢下，冬季帶給人的冷不舒適感逐漸減弱，而廈門市夏季受西太平洋副熱帶高壓持續控制，常出現晴熱天氣，因此夏季給人帶來的熱不舒適感覺隨著極端高溫天氣的頻繁發生逐漸增強。

表3 夏季和冬季各等級舒適度日數及線性傾向率

2.2 舒適度指數變化特征

2.2.1 年際變化特征

1971—2019年廈門市人體舒適度指數年際變化趨勢如圖3所示。

圖3 1971—2019年廈門市人體舒適度指數年際變化趨勢圖

分析舒適度指數年際變化趨勢表明，1971年以來，廈門人體舒適度指數總體為上升趨勢，指數值在60～65之間，多年平均值為63。總體來說，廈門氣候是舒服的。

2.2.2 季節和月際變化特征

對不同季節和月份各等級舒適度指數均值進行統計，結果如表4所示。

表4 不同季節和月份廈門市人體舒適度指數及線性傾向率

從季節尺度來看，廈門夏季舒適度指數最高，為74；冬季指數最低，為51，但均在舒適范圍內。四季舒適度指數均呈上升趨勢。其中冬季的傾向率最大，為0.673·10a-1；其次是春季，為0.589·10a-1；最小的是夏季，為0.223·10a-1。

從月際尺度來看，廈門7月份舒適度指數最高，為75；12月份舒適度指數最低，為53；1—12月份舒適度指數均表現為上升趨勢，其中2月份的傾向率最大，為0.853·10a-1；11月份次之，為0.838·10a-1；最小的是7月份，為0.154·10a-1。

2.3 舒適度指數影響因子通徑分析

廈門市人體舒適度指數影響因子通徑系數如表5所示。通徑分析結果表明，氣溫與舒適度指數的相關系數分為0.987，在0.01水平上顯著，風速、相對濕度的相關系數分別為-0.260和0.272，在0.1水平上顯著；氣溫是影響舒適度指數的最主要因子，風速和相對濕度對舒適度的影響接近。氣溫和相關濕度與舒適度指數關系呈正相關，風速為負相關。

表5 廈門市人體舒適度指數影響因子通徑系數表

氣溫直接通徑系數最大，為0.962，說明氣溫對舒適度指數的直接作用最大，風速次之，相對濕度最小。氣溫、風速和相對濕度的間接通徑系數均未達到顯著水平，說明要素之間相互作用不是很明顯。氣溫的間接通徑系數絕對值小于風速和相對濕度，說明氣溫的間接作用較風速和相對濕度不明顯，而風速和相對濕度的間接作用較明顯，且風速和相對濕度的間接通徑系數絕對值均大于各自的直接通徑系數，進一步說明了風速和相對濕度主要是通過其他因素對舒適度指數產生影響。

3 結論與討論

1971年以來，廈門整體呈現舒適的特征，舒適日數較多，呈上升趨勢；熱不舒適天數也表現為上升趨勢；冷不舒適的天數表現為下降的趨勢。從9種體感的舒適度天數來看，廈門無寒冷和酷熱，人體舒適度主要集中在涼到熱之間，涼的日數減少趨勢明顯，舒服、熱的日數增加趨勢明顯，涼爽、暖和的變化趨勢較不明顯。

從夏季和冬季舒適度日數來看，1971年以來廈門夏季舒適日數呈下降趨勢，熱不舒適日數呈上升趨勢；冬季舒適日數呈上升趨勢，冷不舒適日數呈下降趨勢。從舒適度指數均值來看，1971—2019年廈門春季和秋季的舒適度指數均是5級，即為舒服的，從月份來看，3—5月份和10—12月份是舒服的，1—2月較為舒服。從指數的變化趨勢來看，1971年以來廈門舒適度指數表現為上升趨勢，其中以冬季和2月份的上升趨勢最明顯。氣溫、風速、相對濕度與舒適度指數存在顯著的正（負）相關性，其中氣溫、相對濕度與舒適度指數呈正相關，風速與舒適度指數呈負相關。氣溫是影響舒適度指數的最主要因子。氣溫對舒適度指數的影響主要表現為直接作用，風速和相對濕度的影響主要體現為間接作用，通過氣溫產生影響。