黎景锐, 罗怀良,2*, 严椰篱, 肖 贤

(1. 四川师范大学 地理与资源科学学院, 四川 成都 610101; 2. 四川师范大学 西南土地资源评价与监测教育部重点实验室, 四川 成都 610066)

本文对庐山旅游气候舒适度进行分析和评价,以期为未来旅游发展战略提供理论依据,也为旅游者选择较为舒适的旅游时期提供参考.

1 材料与方法

1.1 研究区概况庐山位于江西省九江市,整个山体南北长29 km,东西宽约16 km,山体面积302 km2,海拔25～1 473.8 m,介于东经115°52′～116°8′,北纬29°26′～29°41′之间.多年平均最高气温32 ℃,最低气温-16.8 ℃,年平均气温11.4 ℃.庐山雨量丰沛,年降雨量1 917 mm,年平均有雨日达168 d,庐山云雾较多,全年平均有雾日达192 d.1996年庐山被世界遗产委员会列入《世界遗产名录》,拥有中国十大名山、四大避暑胜地等荣誉称号,是首批全国文明风景旅游区示范点.主要名胜古迹有观音桥、白鹿洞、周瑜点将台、爱莲池、三叠泉、仙人洞、含鄱口、美庐、会址等.为更好地对庐山旅游进行管理和规划,2016年5月设立庐山市,自设市以来,旅游经济主要指标保持高位高速增长,2019年接待游客6 180万人次,较上一年增长23.3%,旅游总收入400.17亿元,增长16.8%.

1.2 数据本文数据来自国家气象数据网(http://data.cma.cn/),包括《中国地面气候资料年值数据集》《中国地面气候资料月值数据集》和《中国地面气候资料日值数据集(V3.0) 》3个主要数据集.选取庐山气象站(29°25′N,115°59′E)1960—2019年逐年、逐月及逐日平均气温、风速、相对湿度和日照时数等气象观测数据,为气候舒适度指数的计算提供数据基础.

1.3 方法

1.3.1Mann-Kendall突变检验 Mann-Kenddall突变检验[20]是一种非参数统计检验方法,最初由曼(H.B.Mann)和肯德尔(M.G.Kendall)提出,故称曼-肯德尔(Mann-Kendall)法.该方法可以判断气候序列中是否存在气候突变,如果存在,可确定突变发生的时间,具体计算过程由Matlab软件实现.

1.3.2气候舒适度指数模型 气候是否舒适是根据一定条件下皮肤的温度、出汗量、热感和人体调节系统所承受的负荷来确定的,主要受最高 (最低) 气温、相对湿度、风力大小和日照4个因素的制约[1].在大量的舒适度评价的研究中,形成了很多种评价方法,在前人研究的基础上,选取运用较为广泛的温湿指数、风效指数、着衣指数以及综合舒适度指数对庐山旅游气候舒适度进行研究.

1) 温湿指数(temperature-humidity index,THI)[8,15],是通过温度和相对湿度的组合,反映人体与周围环境的热量交换,是气候舒适度的重要指标.计算如下：

ITH=(1.8×T+32)-0.55×

(1-RH)×(1.8×T-26)，

(1)

式中,T为温度(℃),RH为相对湿度(%).

2) 风效指数(wind-effect index,WEI)[21],是指风速和气温对裸露人体热量散失的影响,既考虑体表的散热,也考虑了太阳辐射后人体的增热,反映了体表与周围环境之间的热交换,即皮肤温度为33 ℃时,体表单位面积的热交换量(正值为吸热,负值为散热).计算式如下：

(33-T)+8.55×S，

(2)

式中,V为风速(m/s),T为温度(℃),S为日照时数(h/d).

3) 着衣指数(index of cloth loading,ICL)[22],综合了温度、太阳辐射、人体代谢和风速等多种因素,人们可以根据着衣指数的大小来选择不同的衣服而改变气候的不舒适性.计算式如下：

ICL=

(3)

式中,T为摄氏气温(℃);H代表人体代谢率的75%,文中取轻活动量下的代谢率,此时H=87 W/m2;A表示人体对太阳辐射的吸收情况,文中取0.06;R表示垂直阳光的单位面积土地所接收的太阳辐射(W/m2),一般取太阳常数R=1 367 W/m2;α是太阳高度角,设纬度为β,夏季各地太阳高度角为90-β+23°26′,冬季时各地太阳高度角为90-β-23°26′,春秋各地太阳高度角为90-β;V为风速(m/s).

4) 综合舒适度指数(Comprehensive Comfort Index,CCI)，综合舒适指数以温湿指数、风效指数和着衣指数为基础,采用专家打分和层次分析法确定各指数的权重,建立气候舒适性综合评价模型,能更准确、更方便地进行统计分析,本文借用马丽君等[23]的计算公式：

ICC=0.6×XT+0.3XW+0.1×XI，

(4)

式中,XT、XW和XI分别为温湿指数、风效指数和着衣指数的分级赋值,0.6、0.3、0.1为各指数权重系数.

根据人们户外感受相对程度,在马丽君等[23]的评价指标体系基础上,将3个指数分为5个等级,1～5级分别对应：舒适、较舒适、较不舒适、不舒适、极不舒适.

赋值为1、2、3、4、5,其数值越接近1,气候舒适程度就越高.其中1≤I≤2 时为舒适等级,2

表 1 温湿指数、风效指数和着衣指数的分级标准及赋值

2 庐山近60年气候变化特征

2.1 庐山近60年各气候要素变化趋势气候变化会直接影响旅游气候舒适度,根据三大舒适度指数所涉及的主要气候要素,笔者选取了庐山1960—2019年温度、风速、相对湿度和日照4个要素,采用5 a滑动平均、线性拟合进行分析,结果如图1所示.

由图1(a)气温变化可知,庐山近60年年平均气温总体呈明显的波动性上升趋势,平均气温为11.8 ℃;由线性拟合趋势线可知,气候倾向率为0.213 ℃/(Da),年均温共上升约1.278 ℃.由图1(b)风速变化可知,年平均风速呈明显下降趋势,由1960年的5.9 m/s降为2019年的3.5 m/s,共下降2.4 m/s.由图1(c)相对湿度变化可知,整体较为稳定,相对湿度稳定在78%左右,2000年以来波动较大,2010年以来有所增加.由图1(d)日照变化可知,整体呈减少趋势,日照时数由5.5 h/d减少为4.3 h/d,共减少1.2 h/d.

2.2 各气候要素的Mann-Kendall突变检验采用Mann-Kendall突变检验,通过Matlab软件,分别绘制UF和UB曲线图,结果如图2所示.

如果UF和UB曲线交点在置信水平线(图2中虚线,采用置信水平P=0.05,置信水平线为±1.96)之间,那么交点对应的时刻便是突变开始的时间.若UF值大于0,则表明序列呈上升趋势,小于0则表明呈下降趋势.由图2(a)气温可知,从UF曲线可以看出,1977年以气温略微下降,1977年以后开始上升,2004年以后,UF值远超临界值U0.05=±1.96,气温显著上升.从UF和UB曲线的交点可以看出,2001年出现了突变,且通过0.05置信度水平.由图2(b)风速可知,UF曲线呈明显下降趋势,1970年以后,UF值远超临界值U0.05,风速开始显著下降.突变点出现在1981年，但超过了0.05的置信度水平区间,故突变时间不明显.由图2(c)相对湿度可知,UF曲线1978年以前有小幅波动,1978年以后开始降低,没有超过临界值U0.05,下降不明显,直到2004年超过临界值U0.05,出现明显的下降,2010年以后又明显上升.UF和UB曲线共3个交点,表明出现了4次干湿交替.由图2(d)日照可知,UF曲线1970年以前小幅上升,1970年以后开始下降,并在1982年超过临界值U0.05,开始显著下降.有两个突变点,分别是1976年和1980年.

3 气候舒适度变化特征分析

3.1 年际舒适天数变化特征首先,根据庐山1960—2019逐日气象数据,计算三大舒适度指数.然后,根据表1分级标准进行赋值,得到逐日综合舒适度.最后,得到各年份不同等级(舒适、较舒适、较不舒适、不舒适4个等级)的舒适天数.选取4个等级中具有代表性的舒适天数、不舒适天数以及舒适率(舒适天数占全年天数的比重)为对象进行分析,结果如图3所示.

由图3可知,从整体来看,舒适天数增加趋势明显(3.38 d/Da),不适天数减少明显(-2.98 d/Da),舒适率有微弱上升趋势(0.935%/Da).从波动范围来看,舒适天数在102～171 d之间,不舒适天数在44～87 d之间,舒适率在27.73%～46.85%之间.从波动频率来看,1983年以前3个指标的波动频率均较1983年以后高,且波动范围更大,说明1983年以来各舒适天数更为稳定.

图 3 1960—2019年庐山舒适天数、不舒适天数以及舒适率的变化

Fig.3Thecomfortabledays,uncomfortabledaysandcomfortableratevariationinMountLufrom1960to2019

3.2 月际舒适天数变化特征气候舒适性在月份上具有明显的集中性,通过分析各月份舒适天数,可以确定一年内的舒适期分布.笔者将庐山近60年分为6个年代,即每10年为一个年代,利用10年的平均值计算各月的舒适度天数以及综合舒适度指数,以期分析各年代之间的变化关系.将各月份达到舒适和较舒适两个舒适等级的天数叠加,生成舒适天数的柱状堆积图,并结合各月综合舒适度指数,得到月舒适天数变化,如图4所示.

由图4可知,从各月份舒适天数的分布来看,6个年代的5月、6月和9月舒适天数均>23 d,是庐山最佳旅游舒适期;4月、7月、8月和10月舒适和较舒适天数也在15 d以上,是次旅游舒适期;3月和11月是舒适与不舒适月份的过渡期;12月至次年2月舒适天数均为0,为庐山气候的不舒适期.从综合舒适度指数来看,6个年代均呈“W”型,即存在春夏、夏秋两种类型的舒适期.从各年代的变化来看,3月的舒适天数经历了从20世纪60年代到90年代的减少,再从90年代以后增加的过程,此外,由于近年来气温的持续升高,使7月和8月的舒适等级有从舒适等级向较舒适等级迁移的趋势.

3.3 近60年(1960—2019)舒适期变化特征舒适期是指舒适度从稳定进入较舒适等级到稳定结束较舒适等级之间的时期.将1960—2019共60年以每10年为间隔分为6个年代,以方便分析其年代变化特征,利用每10年各气象要素的均值,计算得到全年的舒适期,结果中出现两个明显的舒适期,如表2所示.

表 2 1960—2019年不同年代间舒适期的变化特征

注：SD为start date(舒适期开始日期)，ED为end date(舒适期结束日期)

由表2可知,从舒适期变化来看,近10年(2010—2019)与近60年(1960—2019)均值相比,第一期的舒适开始日期与结束日期均提前,开始日期从4月18日提前到4月16日(2 d左右),结束日期从7月3日提前到6月28日(5 d左右);第二期的舒适开始日期与结束日期均明显延后,开始日期从8月17日延后到8月24日(7 d左右),结束日期从10月16日延后到10月24日(8 d左右).从总天数和舒适率来看,都有明显增加趋势,其中第一个年代(1960—1969)总天数和舒适率均最低,第四个年代(1990—1999)总天数和舒适率均最高.从60年均值来看,全年共有2个舒适期,第一期大致从4月8日至7月3日,占73 d,第二期大致从8月17日至10月16日,占61 d;全年舒适天数在137 d左右,舒适率约为37.5%.

4 结果与讨论

基于近60年庐山气象数据,在分析气候变化的基础上,以温湿指数、风效指数、着衣指数和综合舒适度指数为评价指标,来探讨庐山旅游气候舒适度变化特征,得到结论如下.

1) 气候分析显示,近60年庐山气候变化显著,气温上升趋势明显,气候倾向率为0.213 ℃/Da;年均温60年累计上升约1.278 ℃,年平均风速共下降2.4 m/s,相对湿度稳定在78%左右,日照时数共减少1.2 h/d.

2) Mann-Kendall突变检验显示,除气温突变点在2001年外,平均风速、日照时数和相对湿度突变点均集中在20世纪80年代.其中,2004年以后气温显著上升,1970年以后风速开始显著下降,相对湿度从1978年开始分别出现了4次干湿交替,1982年以后日照时数开始显著下降.

3) 从年际舒适天数变化特征来看,舒适天数增加趋势明显(3.38 d/Da),不适天数减少明显(-2.98 d/Da),舒适率有微弱上升趋势(0.935%/Da).庐山旅游舒适日数在年际间呈增多的趋势,对该地区旅游业发展是一个有利因素.

4) 从月际舒适天数变化特征看,庐山最佳旅游舒适期为5月、6月和9月(舒适天数均>23 d),庐山旅游气候的不舒适期为12月至次年2月(适天数均为0);近60年均值显示,舒适期为4月8日至7月3日和8月17日至10月16日,全年舒适天数在137 d左右,舒适率约为37.5%.

在全球气温变暖的背景下,庐山旅游气候舒适度并未降低，而是不断提高,因此,未来该地区避暑旅游还将成为热点,如何发展避暑旅游项目,开发旅游气候资源在未来研究中值得探讨.舒适期的变长,会对当地经济带来有利影响,但如何应对游客增长对旅游服务设施和生态环境带来的压力等同样值得注意.