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气候与人居舒适度

时间:2022-11-11 百科知识 版权反馈
【摘要】:有关气候舒适度的评价研究已有近百年的历史。探索气候舒适度精细化评估技术。目前,气候舒适度评价主要基于气象台站观测资料,然后采用反距离权重、克里金等方法对舒适指数进行空间插值,得到气候舒适度的空间分布情况。采用人体舒适指数对气候的舒适性进行评价的观念已被各国学者普遍接受并广泛应用。

一、研究现状

舒适气候在我国有多种称谓,也叫宜人气候或适宜性气候,通常是指人们无需借助任何消寒、避暑装备与设施就能保证生理过程的正常进行、感觉刚好适应且无需调节的气候条件。有关气候舒适度的评价研究已有近百年的历史。早期通常以仪器的直接测定结果作为评价依据;20世纪20年代初,Houghton以裸衣男子作为受试者,提出了包括温度和湿度两个变量的等舒适线,开创了采用经验模型进行舒适度评价的先河,之后的几十年经历了人体舒适度经验模型大发展的时代,各种经验模型犹如雨后春笋竞相脱颖而出;20世纪60年代末,随着人体生物气象学的发展和计算机技术的广泛应用,进入了以人体热平衡为基础的机理模型时代。西方的舒适度模型特别是温湿指数、风寒指数和有效温度指数等,近年来在我国得到了极其广泛的应用。

舒适度模型虽不乏普适性模型,但绝大多数模型的提出(尤其是对经验模型而言)都有其特殊针对性,有些适用于热环境,有些适用于冷环境,随地域、季节、人种不同需要对其参数或评价标准进行适当调整,因此,模型使用过程中如不考虑其适用条件必然造成评价结果的巨大偏差。另一方面,国内外气候舒适评价的着眼点一直都是人体舒适度研究,重点探讨各种环境因素(如温度、湿度、太阳辐射等)对人体冷热舒适程度的影响,对于产生舒适感的宜人气候本身研究不足。

我国的气候舒适度研究从20世纪80年代中期开始起步。近三十年以来,国内学者应用西方的人体舒适度模型开展了一系列卓有成效的研究工作,以温湿指数、风效指数、有效温度指数等应用最为广泛,王远飞、杨成芳、马丽君、王华芳等先后采用上述模型分别对上海、山东、陕西、山西等地的气候舒适度研究进行了有益的探索。陆鼎煌利用环境卫生学的有关资料,以气温24℃、相对湿度70%、风速2米/秒作为最佳参照提出了综合舒适度指标,钱妙芬等以舒适和清洁为基本原则采用几何平均法建立了“气候宜人度”模型,李万珍等根据实验获得的“实感气温”基本数据,绘制了人体舒适度的风温曲线和风湿曲线,吕伟林通过实验得出了体感温度统计模型,北京和上海为深入开展城市环境气象服务,也结合当地的气候特点建立了具有统计学意义的人体舒适度模型。

在机理模型方面,冯定原、邱新法以美国生物气象学家Steadman的感热温度理论为基础,定量计算了我国各地四季感热温度的分布变化,分析了气象要素对区划结果的影响,刘梅等根据我国人种的体质特征,基于感热温度理论导出了适合不同年龄段人群的体感温度模型。

近年来,地理信息科学与技术的成熟与发展为气候舒适度研究注入了新的活力。唐瑜等以PET作为舒适度评价指标,研究了适合于我国大尺度范围的气候舒适度空间化方法,建立了基于ArcIMS的气候舒适度查询系统,王汶、田胜、查书平等诸多学者借助GIS空间插值技术先后对河南、安徽、浙江等省份进行了气候舒适度制图研究,张狄等还结合数字高程模型对江苏省起伏地形下的旅游舒适度进行了精细化评估。

随着我国旅游业的快速蓬勃发展,一些学者开始关注舒适气候对旅游活动的影响。范业正、郭来喜等以温湿指数、风效指数作为生理适宜性指标,结合光照、寒潮等其他气候因素对我国海滨旅游地气候适宜性进行了评价,认为渤海湾和琼南沿海是我国海滨旅游、度假和疗养的黄金地带。陆林等对我国海滨型与山岳型旅游地客流的季节变化进行了比较,明确指出气候舒适性是影响旅游客流季节性分布的重要环境因素。孙满英等分析了九华山旅游气候适宜性与客流量之间的关系,认为九华山客流量和气候舒适度指数、风寒指数之间都存在显著的相关性,大约有50%的客流量同九华山旅游气候因素有关。马丽君、孙根年等基于温湿指数、风寒指数和着衣指数,构建了旅游气候舒适度综合评价模型,计算出中国热点旅游城市的气候舒适度指数,并划分出适宜于旅游的等级和时段,依据舒适期的年内分布划分舒适气候的类型,通过对入境客流量空间分布与气候舒适度的相关分析,采用虚拟变量的回归分析方法,建立了入境旅游客流量月指数模拟模型,取得了一批富有特色的研究成果。

气候舒适度评价研究由来已久,有文献可考的定量化评价已有近百年的历史,期间经历了早期的仪器直接测定评估阶段、基于统计结果的经验模型时代及近期基于人体热平衡的机理模型时代,逐步由简单的经验模型向复杂的机理模型、由时空局限性模型向客观普适性模型发展,具有普适性的机理模型是未来的发展方向。然而经验模型输入参数少、结构简单、数据易于获取,在当前及以后的一段时期内仍然会展现出一定的应用前景。值得注意的是,很多经验模型的提出都有其特殊针对性,受季节、地域、人种等因素的限制,一些模型甚至没有考虑太阳辐射、风速等室外气象条件,仅适用于室内环境,因此,应用时需要根据具体情况严格筛选。

二、展望

发展具有普适性的气候舒适度评价模型。与国外气候舒适度评价的发展历程相比,我国起步较晚,目前仍然以经验模型为主要评价手段。然而,我国疆域辽阔,从大兴安岭到海南三亚,东海之滨到雪域高原,地形高低起伏,气候类型复杂多样,不同地域的人群体质差异显著,现有经验模型受地域、季节、人种等因素的局限,不可避免地带有经验和主观色彩。因此,引进西方的机理模型,结合我国的人种特征、饮食结构和基础代谢水平对输出的舒适指标划分舒适区间,进行等级标定,是目前亟待解决的问题。

探索气候舒适度精细化评估技术。目前,气候舒适度评价主要基于气象台站观测资料,然后采用反距离权重、克里金等方法对舒适指数进行空间插值,得到气候舒适度的空间分布情况。然而,在我国很多地区,受复杂地形、下垫面变化等因素的影响,日照、气温、风速等气候要素空间差异显著;受气象站点数量有限、空间布局不尽合理等现实条件的制约,常用的空间插值方法往往不能得到令人满意的结果。今后,应以气象站点观测数据为基础,融合DEM数据、多源气象卫星数据,集成GIS和遥感技术,探索气候舒适度空间化的理论与方法,开展气候舒适度精细化评估研究。

研究我国特色宜人气候的评价理论与方法。采用人体舒适指数对气候的舒适性进行评价的观念已被各国学者普遍接受并广泛应用。然而,单纯采用这样一个综合指数对气候的舒适宜人程度进行评价显得过于笼统、模糊。细雨清风的江南古镇和秋高气爽的塞外草原即便具有相同的舒适指数,也存在显著的体感差异。以往的人体舒适综合指数很难真实、贴切地反映出各地宜人气候的地域特点和独特风格,需要建立新的评价方法和指标体系研究我国的特色宜人气候问题。

三、国家标准

根据国标《人居环境气候舒适度评价》(GB/T 27963—2011),人居环境气候舒适度评价因子包括空气温度、空气湿度、风、日照、人居环境、气候舒适度、温湿指数、风效指数等。人居环境气候舒适度评价等级分为5个等级:寒冷、冷、舒适、热、闷热(表8.1)。

表8.1 人居环境气候舒适度等级划分表

温湿指数I计算公式见式(8.1):

式中:

I——温湿指数,保留1位小数;

T——某一评价时段平均温度,单位为摄氏度(℃);

RH——某一评价时段平均空气相对湿度(%)。

风效指数K计算公式见式(8.2):

式中:

K——风效指数,取整数;

T——某一评价时段平均温度,单位为摄氏度(℃);

V——某一评价时段平均风速,单位为米/每秒(米/秒);

S——某一评价时段平均日照时数,单位为时/每天(时/天)。

气候舒适度采用温湿指数和风效指数评价。当两种指数不一致时,冬半年使用风效指数,夏半年使用温湿指数。当评价时段平均风速大于3米/秒的地区使用风效指数。

同一地区,在不同的季节,气候舒适度是不同的。如石家庄地区,春季和秋季人们会感觉舒适或比较舒适;而冬季,人们会感觉偏冷较不舒服或感觉很冷不舒服;夏季,人们会感觉有热感较不舒服或闷热难受不舒服。

同一季节,在不同的地区,气候舒适度也是不同的。如夏季,在河北省中南部平原地区,人们会感觉有热感较不舒服或闷热难受不舒服;而在河北省海滨、山区和高原地区,人们会感觉舒适或比较舒适。

四、舒适度的变化特征

1.年际变化特征

总体来看,京津冀地区舒适天数呈现增加趋势(图8.1),气候变化率为4.7天/10年。52年中1963年舒适天数最少,为93天,较累年平均偏少23天,1993年舒适天数最多,达132天。分区域上看,各区域舒适天数都呈现增加趋势,其中冀东平原和太行山前平原增加趋势较为明显,气候变化率分别为6.0天/10年、5.3天/10年;京津地区增加趋势最缓,仅为2.9天/10年(表8.2)。从四季上看,京津冀地区的春季、夏季和秋季舒适天数增加趋势明显,其中春、夏两季增势最为明显(表8.3)。

图8.1 京津冀地区舒适天数年际变化

表8.2 京津冀各地区舒适天数年际变化特征值

表8.3 京津冀地区各区域四季舒适天数气候变化率(天/10年)

从年代上看,20世纪60年代京津冀地区舒适天数相对较少(表8.4),平均每年舒适天数为103.2天;21世纪以来舒适天数最多,为124.8天,其次为20世纪80年代的120.1天。从各区域上看,除了燕山丘陵区和冀北高原,其他区域80年代舒适天数都高于90年代;燕山丘陵区2001年以来舒适天数略有减少,其他区域都呈增加趋势。

表8.4 京津冀地区各年代舒适天数(天)

2.空间分布特征

京津冀地区年均舒适日数呈现带状分布(图8.2),全区域大部地区舒适日数在58~130天之间;张承北部在80天以下,120天以上的高值中心位于西部太行山区、冀东平原区和太行山前平原的西部地区,其中太行山区的涉县舒适日数最多,为149.9天。其地域分布为:燕山丘陵区舒适日数为58.7~138.1天;太行山区为100.5~149.9天;太行山山前平原为106.9~141.0天;京津地区为123.3~132.9天;冀东平原为108.8~129.5天;冀北高原为38.4~100.6天。其中太行山区年均舒适日数最多,为131.4天,其次为京津地区的127.2天;冀北高原区域舒适日数最少,为59.2天,其次为燕山丘陵区的111.7天。

图8.2 京津冀年均舒适日数(天)分布

从四季上看,京津冀地区四季舒适日数分布既有共性也有区别。冬季,全区平均舒适日数最少;春季和秋季分布特征基本一致,呈南多北少分布;夏季舒适日数则北多南少,燕山丘陵区、冀东平原的北部在80天以上,冀北高原的西部、太行山前平原的东部在60天以下,其他地区在60~80天。全区的舒适日数有2个高值区,分别为夏季燕山丘陵区的91.0天和夏季冀东平原区的74.5天(图8.3、表8.5)。

表8.5 京津冀地区各区域四季平均舒适日数(天)

图8.3 京津冀四季舒适日数(天)分布

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