基于GIS的人居環境氣候舒適度評價

徐立強

內蒙古自治區寧城縣氣象局，內蒙古赤峰 024200

基于GIS的人居環境氣候舒適度評價，需要針對GIS技術中的勘測、分析、存儲等功能，來增加評價的專業性，分別從氣溫、空氣相對濕度、風速、不舒適指數等方面來評價氣候舒適度的綜合，使評價更加的完整和具體，確保評價結果的真實性。我國地域比較遼闊，要了解某一地區的人居環境氣候舒適度，還要針對具體地區具體分析，GIS技術的輔助能夠減少評價人員的一定工作量，也是保障人居環境氣候舒適度評價準確度的重點，因而被廣泛應用。

1 基于GIS的人居環境氣候舒適度評價的意義

人類居住環境是人類賴以生存的土地，是與人類各種生活、活動密切相關的地表空間。人類居住環境是人類在自然中生存的基礎，是人類利用和改造自然的主要場所。從人類居住環境的內容上看，人居環境包括五大系統，分別是：自然系統、人類系統、社會系統、居住系統和支撐系統。

從居住環境五大系統角度出發，居住環境評價指標要考慮氣候、植被、地形、土地利用、水文、人口密度和人均收入、文化水平、公共服務、資源配置、社會穩定、社會福利和居住條件、建筑質量、交通系統、通信系統、計算機信息系統等。顯然，人居環境研究的內容非常廣泛，涉及政治、社會、文化、技術等方面。其中，氣候是最活躍的因素，也是最基本的因素之一，只要一個城市或地區的氣候不適合人類居住，無論其他居住環境指標再完善，都不是一個適合居住的城市或地區。

氣候的舒適程度決定了居住環境的舒適與否，也是人們評價一個城市或地區宜居性的重要標準之一。氣候舒適度評價利用GIS的空間分析功能，除了傳統方法從城市中最小單元向外整體評價外，還能顯著細化價值評價單元，即傳統格點法可以將城市劃分為幾個單元，使之平面化，即將格點法氣候舒適度評價擴展到平面。因此，應用GIS空間分析功能可以更全面、準確地評價氣候舒適度，基于GIS的人居環境氣候舒適度評價，有利于提高人居環境氣候舒適度評價的效率、有利于增加人居環境氣候舒適度評價的準確度，同時，也有利于我國人居環境氣候舒適度評價的發展。

2 國內外舒適度研究的現狀

2.1 國外舒適度研究的現狀

國外對舒適度的研究可分為2個階段：早期研究的重要特點是采用經驗公式進行定性描述或定量討論。Cai 等[1]認為，大氣濕度變化對人體舒適度的影響很小，只有在溫度較高或較低的情況下，濕度的變化才會對人體熱感覺產生影響。后期對舒適度的研究進入定量階段，主要從人體熱平衡的角度研究人體對冷、熱的具體程度。后來，Ali等[2]提出了不適指數，我國國家氣象局利用溫濕度指數對夏季舒適度進行預測，提出了舒適度指數和風效率指數。

2.2 國內舒適度研究的現狀

國內對舒適的研究起步較晚，直到1980年之后才開始出現相關的研究，人居環境氣候舒適度還只是一種定性描述，并在1991年之后才有更多的學者進行研究與分析，基于舒適潔凈的原理提出了“宜人氣候度評價模型”，并提出了人體感覺溫度模型[3]。還有相關人員研究參考國外相關的不適、溫濕度指數等，結合我國的氣候特點建立了我國天氣舒適與人體的計算公式，用環境健康相關信息的方法，考慮溫度、相對濕度和風速對人體舒適度的影響，提出了綜合舒適度指標[4]。

3 國內外舒適度的表示方法

影響氣候舒適度的主要因素有溫度、相對濕度、風速、氣壓、太陽輻射等，其中，溫度對舒適度起主導作用，過高或過低的溫度引起的不適是明顯的。但是，僅通過空氣溫度來描述人體對周圍環境的冷熱感覺是不完全準確的，因為空氣相對濕度、風速、氣壓、太陽輻射等氣象因素都會影響人體的熱平衡。

濕度變化對人體的健康有著一定的影響，人體本身存在的散熱性和排汗性會調節人體的濕度，從而達到一定的平衡，一旦某一地區的濕度較重，人體無法進行自主的排濕，就會給人體造成壓力，減輕人體居住的舒適度。一些地區的氣溫較高，這些氣溫較高的地區就加速人體中水分的流失，造成人體的不適，這樣的地區居住舒適度也比較低。一些早晚溫差和季節溫差比較大的地區，早晨和夜間的溫度比較低，但是中午的溫度比較高，人體在這種地區的溫度變化下，容易忽冷忽熱，形成感冒等疾病，引起人體的不適。

風在人皮膚的接觸過程中，微風可以增加人體的舒適度，讓人產生一種比較涼爽的感覺，大風會吹起地面的一些物質，這些物質來人體表面會由于風的帶動增加人體的痛感，因此，一些地區的風比較小，微風的狀態下比較適合人類的居住，居住舒適度也會增加；而那些植被較少的地區，由于其本身的空曠和風力的增加，會造成人體的不適，不適合人類進行居住，居住的舒適度也會大大降低。

氣壓對居住舒適度有著一定的影響，一些氣壓比較強的地區，如高山和高原，對部分人群的影響較大，有些人在這些地方進行居住容易呼吸急促，甚至會呼吸困難，因此，這些地區只適合一部分人進行居住，居住的適合度會低于正常氣壓的地區[5]。

4 實例分析

4.1 研究內容

以寧城縣為例，對寧城縣2021年度的氣候變化進行分析，包括氣溫變化、濕度變化、風速變化等，并收集相關資料和數據，利用GIS技術綜合分析寧城縣的居住舒適度，對人居環境氣候舒適度進行評價。

4.2 基于GIS的研究方法

人居環境氣候舒適度評價需要依靠GIS技術來進行分析，以往我國對某一地區的人居環境氣候舒適度評價，都是以一個城市為單位，在該城市中記錄一段時間之內的人居環境氣候變化，這樣的方式只適合分析和評價一個小地區的人居環境氣候舒適度，不能夠對整個地區乃至其周邊地區進行人居環境氣候舒適度評價，這樣的評價方式過于單一，也會增加人居環境氣候舒適度評價的難度，影響人居環境氣候舒適度評價的準確性[6]。

GIS技術的出現與應用解決了以往人居環境氣候舒適度評價的問題，可以實現區域范圍內以及周邊的人居環境氣候舒適度評價，并對寧城縣的氣溫、濕度、風速、舒適度進行數據化和專業化的分析，提高人居環境氣候舒適度評價的準確度，也能增加人居環境氣候舒適度評價的效率，達到人居環境氣候舒適度評價的最終目的。

4.2.1 氣溫數據的分析 對寧城縣氣溫數據的分析需以寧城縣轄區內的氣象站為主，根據寧城縣氣象站CIMISS系統來查找氣溫數據變化，并以月為單位制定寧城縣各地區的氣溫變化，根據氣溫變化的范圍和強度來制定相應的數據圖。氣制定溫數據圖可以很好地觀察寧城縣各地區在某一月份的氣溫變化，也能根據其氣溫的變化來進行人居環境氣候舒適度評價，這樣的人居環境氣候舒適度評價是比較合理且準確的，寧城縣西部大部地區氣溫較低，中部及東部分氣溫較高（圖1）。

圖1 2021年寧城縣平均氣溫分布圖

4.2.2 空氣相對濕度的分析 寧城縣的各地區空氣相對濕度的分析，需要綜合考慮其海拔和降水概率，把已知的空氣相關濕度數據添加在GIS技術平臺中，由平臺來提取出其中有用的信息來建立空氣相關濕度的數據模型[7]。從整體上看，寧城縣西部相對濕度較高，向東方向遞減，但從局部看，并不完全符合這個規律。中部海拔較高的一些地區，對于寧城縣空氣相關濕度的變化沒有太大的影響，其空氣相關濕度的變化較?。▓D2）。根據空氣相對濕度進行人居環境氣候舒適度評價，可提高人居環境氣候舒適度評價的可行性。

圖2 2021年寧城縣平均相對濕度分布圖

4.2.3 風速數據的分析風速數據需要針對其站點的高度和不同天氣的風向來進行綜合性的分析，通過GIS技術來對寧城縣的風速數據進行分析，并進行人居環境氣候舒適度評價。寧城縣的平均風速規律：西部偏小，東部偏大，局部風速特征不明顯，風向的變化特征不明顯。

4.2.4 不舒適指數的計算人居環境氣候舒適度評價中，對于不舒適度的計算需要根據各個月份的數據變化來進行，溫度較低的地區不舒適指數較高，溫度較高的地區不舒適指數也比較高[8]。由此可見，寧城縣西部地區的氣溫偏低，不舒適的指數比較高；而東部地區溫度稍高于舒適溫度，而中部一些地區由于海拔比東部較高，這樣的地區比較適合人類進行居住，所以不舒適的指數就比較低?？傮w來看，寧城縣的不舒適指數比較低，大部分地區都比較適合居住。

4.2.5 氣候舒適度的綜合評價采用GIS技術，對寧城縣進行人居環境氣候舒適度的評價，其大部分地區氣候的舒適度比較高，比較適合人類進行居住。只有一小部分地區的氣候舒適度較低，通過人居環境氣候舒適度評價的綜合分析表明，寧城縣的氣候舒適度比較高。

5 結束語

氣溫數據分析、空氣相對濕度分析、風速數據分析、不舒適指數的計算、氣候舒適度綜合評價等都是基于GIS的人居環境氣候舒適度評價的重要組成部分，通過對這些指標進行分析，可以更好地了解一個地區人居環境氣候的舒適度，提高了人居環境氣候舒適度的評價效率和準確度。另外，利用GIS技術也能在一定程度上減少人居環境氣候舒適度評價的問題，緩解了評價人員的工作壓力。