武功山旅游氣候舒適度研究

樊佳明 ,雷星宇 ,任 強 ,熊順龍

(1.蘆溪縣氣象局,337200,江西,蘆溪;2. 南昌市氣象局,330038,南昌;3.江西省氣象局機關服務中心,330096,南昌)

0 引言

武功山景區位于江西省中西部,屬羅霄山脈北支,山體呈東北——西南走向,地跨江西省萍鄉市蘆溪縣、吉安市安福縣和宜春市袁州區。區內河流縱橫,水系發達,天然落差較大,形成眾多的溪流,具有明顯的山地立體氣候,獨特的氣候和地理條件,賦予了武功山得天獨厚的氣候、生態環境等旅游資源。近年來,避暑、天然氧吧、避寒養生及氣候康養等主題已經成為旅游新熱點,開展對旅游區的旅游舒適度的氣候特征研究,對開發旅游資源、居民舒適性出游都具有非常重要的意義。

國內對旅游氣候舒適度的研究始于 20 世紀 80 年代,最早有林之光先生的 《氣候風光集》[1],主要研究旅游氣候等理論。吳章文教授在 《旅游氣候學》[2]專著中,全面闡述了旅游景區與氣候資源的影響與研究,是一部實踐與理論相互結合的旅游氣候學。國外學者Terjung[3]設計了舒適指數、風效指數,自Terjung提出舒適度指數的概念后,各國研究人員陸續提出許多人體舒適度的表征方法,如人體舒適度、溫濕、風效指數[4]和負氧離子濃度等評測模型。本研究選用武功山地區21年氣候資料,從氣候資源的角度對武功山景區氣候特征及舒適旅游的氣象條件進行分析,計算出人體舒適度指數、人體舒適度等級、溫濕指數、風效指數,并利用這些指數對武功山地區進行評價。

1 資料和方法

本文所用數據為2001—2021年中國國家級地面氣象站(宜春站(57793)、萍鄉站(57786)、安福站(57798))日值數據、2016—2021年武功山區域自動氣象站觀測數據以及武功山負氧離子濃度檢測數據,首先采用逐月差值訂正法[5]建立武功山地區逐日氣象要素數據集(包括溫度、濕度、風、日照等),再分別計算武功山景區逐年各月的人體舒適度指數、人體舒適度等級、溫濕指數和風效指數,最終對武功山景區的旅游氣候舒適度進行評價。

1.1 武功山長時氣象要素數據集的建立方法

為了得到長時的武功山景區的逐日氣象要素(溫度、濕度、日照等)序列,本文參考使用逐月插值訂正法對武功山景區站點的數據進行了序列整合。有研究表明,距離較近的站點由于受到同一天氣系統的影響,其逐日的氣象要素變化趨勢完全一致,又由于相鄰站點的逐月插值多年平均值穩定,因此,可以利用武功山區域自動站附近的站點對其進行逐年訂正,最終得出氣象要素的序列。為了更加接近真實實況,本文利用武功山以北、以西、以南的3個站點(宜春、萍鄉、安福)的單日氣象要素平均值作為該日武功山景區自動站的臨近站點氣象要素值。

選取武功山各個方向的臨近站點宜春、安福、萍鄉三站氣象要素平均的5 d滑動平均,求月平均,再用三站月平均減去武功山站現有數據實際的月平均,得出一個差值,按月進行逐日要素訂正,得到完整的逐日氣象要素序列,通過對武功山地區逐年各月的人體舒適度指數、人體舒適度等級、溫濕指數和風效指數的運算,從氣候資源利用角度對武功山旅游開發提供理論依據。

1.2 人體舒適度指數

人體舒適度指數是根據大部分人的感受,將溫度和相對濕度組合的不同進行分類,計算公式如下:

(1)

式中,T為溫度(℃),RH為相對濕度(%),V為風速(m/s)。

1.3 人體舒適度等級

王式功等[6]用根據不同月份(M)和緯度(φ)的人群對舒適感有所差異,得到最佳舒適溫度:

(2)

當Ta≥Ts,RH>RHs時,

Tg=Ta+A{exp[0.05(Ta-Ts)(RH-RHs)]-1}-0.03(Ta-Ts)V

(3)

當TaRHs時,

Tg=Ta-A{exp[0.013(Ts-Ta)(RH-RHs)]+1}-0.01(Ts-Ta)V

(4)

式中,Ta為日平均氣溫 ,V為日平均風速,RH為日平均相對濕度,RHs為日最適相對濕度,Ts為最佳舒適溫度,再由式(3)、(4),得出體感溫度(Tg),再基于體感的溫度舒適度等級表進行劃分,得到當天的舒適度等級。

其中,A=36.75(1-0.618)≈14,當無降水時,最適相對濕度(RHs)為50%;有降水時,最適相對濕度(RHs)為62.8%[7]。

利用溫度、濕度、雨量和風速,采用式(3)和式(4)分別計算4個站點21年每天的體感溫度(Tg),求21年平均值,再用Dt=22.7-Ts計算出各站點每天相應的舒適度等級。

1.4 溫濕指數

溫濕指數[4]計算公式如下:

I=T-0.55×(1-RH)×(T-14.4)

(5)

式中,I為溫濕指數,T為該評價時段平均溫度(℃),RH為該時段平均相對濕度(%)。

1.5 風效指數

風效指數[4]計算公式如下:

(6)

式中,K為風效指數,T為攝氏溫度(℃),V為風速(m/s),S為日照時數(h/d)。

風效指數越小,人體感覺越寒冷,風效指數越大,人體感覺越炎熱。指數過高或過低對旅游影響都比較明顯。

2 常規氣象要素分析

2.1 氣溫變化特征

武功山平均海拔都在千米以上,不少山峰高于1 500 m,武功山風景名勝區金頂的最高點海拔為1 918.3 m。從圖1武功山附近3個國家氣象觀測站2001—2021年平均氣溫變化趨勢圖可看出,近21年來武功山地區氣溫整體呈現出上升趨勢,其線性傾向趨勢方程為y= 0.054 3x+ 17.854,氣溫傾向率為0.5 ℃/10 a,武功山附近3個國家站年平均氣溫為18 ℃,其中最低平均氣溫為17.7 ℃,出現在2012年,年最高平均氣溫為19.5 ℃,出現在2021年。2013年以后各站溫度變化明顯,宜春站平均氣溫低于萍鄉、安福兩站。當宜春、萍鄉、安福三站 6月、7 月、8 月和9月份處于高溫酷熱天氣時,武功山的氣溫比較舒適,是天然的避暑旅游勝地。

圖1 宜春、萍鄉、安福平均氣溫年際和月際特征

2.2 風速變化特征

從圖2武功山地區月際變化特征可以看出,武功山地區因屬于丘陵地帶,海拔高度較高,除8月、9月、10月、12月外,其余月份武功山地區的風速比宜春、安福、萍鄉三站(平原站)更大,尤其5月份武功山站平均風速為3.07 m/s,較安福站大1.6 m/s。有研究表明,當風速2～4 m/s左右,人體感覺最為舒適,全年武功山站平均風速2.3 m/s,表明武功山站比其他三站較為舒適。

圖2 宜春、萍鄉、安福和武功山逐月平均風速和濕度變化特征

圖3 武功山舒適度指數年際和月際變化特征

2.3 濕度變化特征

從圖2可以看出,宜春、萍鄉、安福三站平均相對濕度為78%左右,其中上半年是低溫連陰雨和降水量多的月份,故濕度大,最小相對濕度一般出現在下半年。武功山因海拔較高,潮濕的空氣沿著山坡上升,溫度隨著海拔的提升而降低,空氣冷卻達到過飽和的狀態,空氣所能容納的水汽含量減少,使得全年各月濕度均高于武功山下宜春、萍鄉和安福三站。

2.4 降水量變化特征

從表1可以看出,宜春、萍鄉、安福三地降水日數分別為164日、165日、155日,暴雨日數和平均濕度也較為接近,又由圖1、圖2可以看出,武功山附近宜春、安福、萍鄉3個站點溫度、風速、濕度變化趨勢幾乎一致,可以說明武功山地區3個站點在同一大氣環流背景下。三地因屬于同一大氣環流背景下,可以將宜春、安福、萍鄉平均要素作為該站參考站采用逐月差值訂正法進行武功山站氣象要素訂正,在相應計算出武功山站點人體舒適度指數和等級,溫濕指數和風效指數。

表1 三站暴雨日數、降雨日數、平均濕度

3 各指數變化特征

3.1 舒適度指數變化特征

根據武功山人體舒適度(簡稱“舒適度”,下同)年際變化特征可以看出,2001年到2021年武功山年平均舒適度指數有上升趨勢,線性趨勢傾向率為0.8/10a,平均舒適度指數為49.9,最小為2012年48.5,最大為2021年51.7,總體感覺為舒適偏涼爽。根據武功山四季舒適度指數可以看出,夏季最高,冬季最低,春季為涼、夏季為舒適、秋季為涼爽舒適、冬季為冷。根據武功山逐月舒適度指數變化特征可知,武功山人體舒適度指數為34～63之間,5—10月份舒適度指數舒適,冬季(12月—2月)舒適度指數為冷,3月、4月、11月武功山舒適度指數為涼。

3.2 舒適度等級變化特征

選取武功山地區的武功山區域自動氣象站和附近宜春、萍鄉、安福3個國家站,分別代表武功山所屬3個縣區和武功山頂,主要利用氣溫、相對濕度、降水量和風速等常規氣象要素,采取黃金分割法對武功山地區進行人體舒適度等級劃分,并統計不同舒適度等級年平均各站的日數,繪制為圖4(a)。定義微熱(1級)、舒適(0級)和涼爽(-1級)為舒適等級,統計舒適日數繪制為圖4(b)。

圖4 武功山地區舒適度各等級年際分布特征和舒適度日數

根據圖4(a)所示,可以看出宜春、萍鄉、安福舒適天氣與較熱天氣和較冷天氣日數相差不大,舒適天氣略高,宜春、萍鄉、安福3個站點的舒適度等級非常接近,無寒冷、嚴寒天氣,同時由于武功山地區海拔高于其他三站,主要為舒適和較冷天氣,其舒適天氣要明顯多于宜春、萍鄉和安福三站,較冷天氣次之169 d,較熱天氣平均全年1 d。

從圖4(b)可以看出,夏季(6月到8月)武功山舒適日數最多,季節分布為冬季最少, 秋季比春季舒適日數略多。宜春、安福、萍鄉三站舒適日數逐月分布較為一致,平均每年宜春舒適日數為137 d,萍鄉舒適日數為134 d,安福舒適日數為139 d,分別占全年總日數的38%,37%,38%,主要分布在3月、4月、5月、10月和11月,武功山地區為195 d占全年總日數的53%,比其他三站高15%,主要分布在4月到10月。尤其是5到9月,武功山幾乎全月都舒適。

3.3 溫濕指數變化特征

從圖5溫濕指數可以看出,宜春、萍鄉、安福三站各月平均溫濕指數非常接近。總的來說,溫濕指數在7～27之間,全年差異極大,冬夏兩季尤為明顯,總體人體感覺程度為寒冷、冷、舒適和熱,感覺舒適的分別為4月、5月、6月、9月和10月。武功山溫濕指數在4～20之間,冬夏兩季差異較大,人體總體感覺程度為寒冷、冷、舒適。武功山舒適天氣為6月、7月、8月和9月,總的來說,山上夏季舒適,其他季節以感覺冷為主。

圖5 溫濕指數和風效指數月際變化特征

從圖5溫濕指數可以看出,宜春、萍鄉、安福三站各月平均溫濕指數非常接近。總的來說,溫濕指數在7～27之間,全年差異極大,冬夏兩季尤為明顯,人體總體感覺程度為寒冷、冷、舒適和熱,感覺舒適的分別為4月、5月、6月、9月和10月。武功山溫濕指數在4～20之間,冬夏兩季差異較大,總體人體感覺程度為寒冷、冷、舒適。武功山舒適天氣為6月、7月、8月和9月,總的來說山上夏季舒適,其他季節以感覺冷為主。

3.4 風效指數變化特征

從圖5風效指數可以看出,宜春、萍鄉、安福三站各月平均風效指數非常一致,總的來說,風效指數在-567～-11之間,全年差異較大,人體總體感覺為寒冷、冷、舒適和熱。舒適天氣主要分布在4月、5月、6月、9月和10月,武功山風效指數在-241～-668之間,人體總體感覺程度為寒冷、冷和舒適,可以看出武功山舒適天氣主要分布在7月、8月和9月。

根據《人居環境氣候舒適度評價(GB/T27963—2011)》標準規定:“當兩種指數不一致時,冬半年使用風效指數,夏半年使用溫濕指數”[8]。可以得出,武功山舒適天氣為6月、7月、8月和9月,其他月份山區多為偏冷天氣,上山旅游觀光需攜帶御寒衣物。

3.5 氣候舒適度綜合評價

本文通過武功山地區溫濕度、風速、降水情況等氣象要素,分別計算出其舒適度指數、舒適度等級、溫濕指數和風效指數,對表2進行綜合研判分析發現,武功山地區4—10月份人體感覺比較舒適,最適宜月份為6—9月,夏季最為舒適,春秋季涼爽舒適,冬季較為寒冷。

表2 武功山旅游氣候舒適度綜合評價

3.6 負氧離子濃度變化特征

人類生活環境中負氧離子含量的濃度與人體健康水平和空氣中的細菌數量有著直接關系,所以負氧離子又被譽為“空氣中的維生素”。世界衛生組織公布清新空氣的標準為1 cm3空氣負氧離子含量為1 000～1 500個,負氧離子濃度多少不僅預示著空氣質量的好壞,同時高負氧離子濃度的環境,對人體有一定的醫療保健作用。利用武功山大氣負氧離子監測站建站以來數據分析空氣負氧離子資源的季節變化特征,可以得出武功山地區適宜旅游的季節建議。根據武功山每月平均負氧離子濃度個數,武功山地區2021年1 cm3空氣負氧離子含量為1 000個以上,武功山地區全年的負氧離子濃度都對人體非常有益,一般來說,冬季負氧離子濃度偏大,夏、秋季偏小,春季不穩定。

4 結論與建議

本文通過對武功山地區 2001—2021年的氣象要素的時空特征統計分析,評價了武功山氣象旅游資源和人體舒適度,進一步分析出武功山地區人體舒適度分布特征,并就武功山氣象旅游資源開發提出建議,總結如下。

1)氣候分析表示,近21年來武功山地區氣候變化顯著,氣溫存在上升趨勢,逐年氣溫傾向率為0.05 ℃/a,年平均風速為2.3 m/s,年平均相對濕度87%。

2)武功山冬季偏冷,3月、4月、11月偏涼,其他月份氣候宜人,變化平穩,夏無酷暑。 武功山適宜旅游的時間為 4—10月,最適宜月份為6—9月,一年長達 195 d 以上,舒適日數率占整年的53%。

3)2001—2021年武功山地區人體舒適度呈現整體平穩趨勢,無明顯變化,表明武功山近21年氣候旅游舒適度整體處于較適宜狀態,氣候特征、人體舒適度、風效和溫濕指數年際變化特征均表明武功山地區呈現氣候略偏暖趨勢。

在全球氣候變暖的趨勢背景下,武功山旅游氣候舒適度并未降低,反而是不斷提高。因此,未來武功山地區避暑旅游還將成為熱點,結合霧凇、日出日落、云海、雪景等氣候景觀資源,合理開發和利用旅游氣候資源還將在未來值得探討。雖然舒適日數的增多,有助于武功山旅游發展,給當地經濟帶來非常有利的影響。但同時就如何應對游客增長對旅游服務的基礎設施需要和生態環境壓力同樣值得關注。