近58年陕西省旅游气候舒适期及其时空变化研究

肖薇薇， 安 彬， 王柯欢， 史 珊

（1.安康学院旅游与资源环境学院，陕西安康 725000； 2.安康学院陕西省院士工作站，陕西安康 725000）

关于气候与旅游的关系，国外从20世纪20年代起就开始有了研究，Houghton 和Yaglou［1］提出了有效温度指数及等舒适线，Terjung［2］、Oliver［3］、de Freitas［4］根据旅游者与旅游活动等相关气候因素进行模型构建并开展研究，先后设计了舒适指数和风效指数、温湿指数、风寒指数、着衣指数等模型，以此来评价气候对人体舒适感觉的影响. 国内从20世纪80年代开始对旅游气候舒适度有了研究，不同学者们利用温湿指数、风寒指数、着衣指数和人体舒适度指数等，开展了京津冀［5］、长江中下游地区［6］、北京市［7］、河南省［8］、丽水市［9］、伊宁市［10］、延边［11］、大别山商城县［12］等不同空间尺度旅游气候舒适度变化研究. 结果表明，在气候变暖的背景下，不同地域整体旅游气候舒适天数逐年增多，但区域内部变化仍有差异，还需要细化对不同区域内部空间分异研究.

关于陕西省旅游气候舒适度评价以及划分气候舒适区已有相关研究［13-15］，但缺乏长时间尺度的气候舒适度变化规律分析，特别在气候变暖趋势加快背景下，区域气候舒适期会发生不同程度的变化将对人居环境和旅游资源产生重要的影响. 基于此，利用1960—2017 年陕西省19 个气象观测站逐日气象数据，应用温湿指数（THI）、风寒指数（WCI）、着衣指数（ICL）及综合舒适指数（CCI）对陕西省旅游气候舒适期的时空演变规律进行分析，以期为陕西省旅游气候资源开发利用、区域旅游规划等提供科学依据.

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

依据空间分布均匀、记录相对完整原则，选择了1960—2017年陕西省19 个气象观测站的逐日平均气温、相对湿度、平均风速、日照时数资料（图1），并对所有数据进行了严格的质量检查（数据来源于陕西省气象信息中心）. 铜川站（2002—2017 年）和宝鸡站（2005—2006年和2009—2017年）气象数据缺测，分别用邻近的耀州站和凤县站代替.

图1 陕西省气象观测站点分布图Fig.1 Spatial distribution of meteorological observation stations in Shaanxi Province

1.2 研究方法

1.2.1 温湿指数（THI） 是通过温度和湿度的组合来估计气候炎热程度的指标［3］. 计算公式：

式中：T为气温，℃；RH为相对湿度，%.

1.2.2 风寒指数（WCI） 由Oliver［3］提出，用于表征寒冷环境条件下风速和气温对裸露人体的影响. 计算公式：

式中：T为气温，℃；V为风速，m·s-1；S为日照时数，h·d-1.

1.2.3 着衣指数（ICL） 由de Freitas［4］提出，综合了温度、人体代谢、太阳辐射、风速等多种因素，分析通过穿衣改变气候的不舒适性. 计算公式：

式中：T为气温，℃；H为人体代谢率的75%，取轻活动量下的代谢率，H=87 W·m-2；A表示人体对太阳辐射的吸收情况（数值0.06）；R表示垂直阳光的单位面积土地所接收的太阳辐射，取太阳常数R=1367 W·m-2；α为太阳高度角，取平均状况；V为风速，m·s-1.

1.2.4 综合舒适指数（CCI） 是基于温湿指数、风寒指数和着衣指数3个评价指标，采用专家打分和层次分析法分别确定各指数权重并求和，构建气候舒适性综合评价模型，从而准确地反映气候舒适期的长短［16］. 计算公式：

式中：XTHI、XWCI和XICL分别为温湿指数、风寒指数和着衣指数的分级赋值，0.6、0.3、0.1分别为各指数权重.综合舒适指数值越大，代表气候舒适度越好. 参照马丽君和孙根年［16］等的相关研究，6≤CCI≤9为舒适，适宜旅游；5≤CCI＜6 为较舒适，较适宜旅游；3≤CCI＜5 为较不舒适，较不适宜旅游；1≤CCI＜3 为不舒适，不适宜旅游；THI、WCI和ICL的分级标准如表1.

表1 温湿指数、风寒指数和着衣指数的分级标准及赋值Tab.1 Grade standard and value assignment of THI，WCI and ICL

1.2.5 气候舒适期及旅游舒适期 气候舒适指不借助任何防寒、避暑措施就能保证正常生理活动的气候条件，旅游舒适期指旅游时感到舒适的时间范围［17］. 本文对气候舒适期的界定为气候舒适日起止日期之间的一整段时间（以天数为计量单位，d）.

2 陕西省旅游气候舒适期及其时空变化

2.1 温湿指数舒适期的时空变化

2.1.1 时间变化 从图2 a可以看出，1960—2017年陕西省温湿指数以0.33/a（P＜0.01）的速率呈显著上升趋势. 整体上，陕西省温湿指数为52～56，表明人体的温湿感觉偏冷（51 a）和清凉（7 a），其等级为较不舒适和较舒适. 从图2 b可以看出，陕西多年逐日平均温湿指数年内变化呈倒“V”型，在夏季达到最高值，冬季达到最低值；旅游气候舒适期为4月29日—9月25日（150 d）；旅游气候较舒适期为4月14日—10月12日（182 d）.这些变化表明陕西受近年来气温、相对湿度、风速等气象因素影响，温湿指数产生相应的变化，旅游气候舒适期也产生了变化.

图2 陕西省1960—2017年THI年际、年内变化趋势Fig.2 Inter and intra annual trends of THI in Shaanxi Province from 1960 to 2017

如图3 a所示，陕西1960—2017年温湿指数舒适期平均开始日期最早在1969年4月8日，最晚在1962年和1975年5月8日；从线性趋势线看，这58年来陕西旅游气候舒适期的平均开始日期总体呈现提前趋势，趋势系数为-1.71 d/10 a；从多项式拟合曲线可以看出，1960—1972年和2005年之后这段时间舒适期开始时间显著提前，1972—2005年之间舒适期开始时间推后较为显著. 图3 b显示，陕西1960—2017年综合舒适指数旅游气候舒适期的平均终止日期最早为1984和1992年9月19日，最晚为1987年10月12日；从线性趋势线看，这58年来陕西旅游气候舒适期的平均终止日期总体呈现推后趋势，趋势系数为1.27 d/10 a；各地区舒适期的开始时间集中在4 月—5 月（最早为4 月14 日，最晚为6 月18 日），结束时间集中在8 月—10 月（最早为8月23日，最晚为10月20日）；较舒适期的开始时间多集中在3月—5月（最早为3月27日，最晚为5月22日），结束时间集中在9月—11月（最早为9月10日，最晚为11月5日）；从多项式拟合曲线可以看出，1960—1972年和2005年之后这段时间舒适期开始时间显著推后，1972—2005年之间舒适期开始时间提前较为显著. 在旅游舒适期开始日期提前以及终止日期推后的趋势下，平均舒适期天数也以2.99 d/10 a的趋势增多（图3 c），舒适期最高值出现在2009年（182.7 d），最低值出现在1962年（142.4 d）. 较舒适期也出现与舒适期相似的变化趋势，平均较舒适期天数以2.80 d/10 a的趋势增多，较舒适期最高值出现在2009年（220.3 d），最低值出现在1988年（182.1 d）.

图3 陕西省1960—2017年THI舒适期起止日期及其时间的逐年变化趋势Fig.3 Start and end dates of THI comfort period and the days of interannual variations of THI in Shaanxi Province from 1960 to 2017

2.1.2 空间变化 从图4 a和图4 b可以看出，陕西省温湿指数年均舒适期和较舒适期皆呈由西南向东北递减的空间分布特征，舒适期的高值区主要分布于陕西南部，全年舒适期达156～170 d，安康部分区域超过了170 d；低值区出现在华山，年均舒适期低于110 d. 较舒适期天数的高值区也主要分布在陕西南部，全年较舒适期日数超过200 d.

从图4 c和图4 d来看，19个站点的温湿指数舒适期在1960—2017年全部表现为增加的趋势，其中以定边站上升倾向最大（7.85 d/10 a），横山站最小（0.51 d/10 a）；就较舒适期天数来看，绝大部分站点表现为增加的趋势，定边站增加幅度最大（10.08 d/10 a），安康站最小（0.19 d/10 a），仅有1个站点较舒适期天数呈减少的趋势，即石泉站（-0.40 d/10 a）.

图4 陕西省1960—2017年THI平均舒适期、较舒适期天数及其空间变化趋势Fig.4 Spatial change trends of average THI comfort period and relative comfort period days in Shaanxi Province from 1960 to 2017

2.2 风寒指数舒适期的时空变化

2.2.1 时间变化 从图5a可以看出，1960—2017年陕西省风寒指数以3.23/10 a（P＜0.01）的速率呈显著上升趋势. 整体上，陕西省风寒指数变化为-450～-390，表明人体的风寒感觉为凉风（58 a），等级为较舒适. 从陕西多年逐日平均风寒指数看（图5 b），年变化呈倒“V”型变化，最高值出现在夏季，最低值出现在冬季；旅游气候舒适期为5月16日—9月19日（127 d），旅游气候较舒适期出现在3月7日—11月23日（262 d）.

图5 陕西省1960—2017年WCI年际、年内变化趋势Fig.5 Inter and intra annual trends of WCI in Shaanxi Province from 1960 to 2017

图6 a显示，陕西1960—2017年风寒指数旅游气候舒适期的平均开始日期最早是1992、2009和2013年的4月11日，最晚是1976年的5月10日；从线性趋势看，这58年来陕西旅游气候舒适期的平均开始日期总体呈现提前趋势，趋势系数为-0.91 d/a；从多项式拟合曲线可以看出，1960—1972年和2005年之后这段时间舒适期开始时间显著提前，1972—2005年舒适期开始时间推后较显著. 图6 b显示，陕西1960—2017年风寒指数旅游气候舒适期的平均终止日期最早为1994年的9月3日，最晚为1987年的10月13日；从线性趋势线看，这58年来陕西旅游气候舒适期的平均终止日期总体呈现提前趋势，趋势系数为-0.92 d/a；从多项式拟合曲线可以看出，1960—1972年和2005年之后这段时间舒适期开始时间显著推后，1972—2005年之间舒适期开始时间提前较为显著. 各地区舒适期的开始时间多集中在4月—5月，最早为4月13日，最晚为7月19日；结束时间集中在9月—10月，最早为8月2日，最晚为10月21日. 较舒适期的开始时间多集中在1月—3月，最早为1月1日，最晚为4月17日；结束时间集中在11月—12月，最早为10月11日，最晚为12月31日. 在旅游舒适期开始日期提前以及终止日期提前的趋势下，平均舒适期以-0.06 d/a的趋势减少（图6 c），舒适期最高值出现在1965年（183.1 d），最低值出现在1975年（173.1 d）. 较舒适期则以0.25 d/a的趋势增加，最高值出现在1982年（325.8 d），最低值出现在2012年（289.7 d）.

图6 陕西省1960—2017年WCI舒适期起止日期及其时间的逐年变化趋势Fig.6 Start and end dates of WCI comfort period and the days of interannual variations of WCI in Shaanxi Province from 1960 to 2017

2.2.2 空间变化 从图7 a和图7 b来看，风寒指数年均舒适期和较舒适期均呈现由西南向东北递减的趋势，舒适期的高值区主要分布于陕西南部和北部部分地区，全年舒适期达134～162 d，安康和汉中的部分区域超过162 d；低值区出现在华山，年均舒适期低于46 d. 较舒适期的高值区也主要分布在陕西南部，全年较舒适期日数达340 d以上. 从图7 c和图7 d来看，19个站点的风寒指数舒适期在近1960—2017年有13个站点表现为增加的趋势，其中以定边站上升倾向最大（7.85 d/10 a），横山站最小（0.11 d/10 a）；有6个站点表现为减少的趋势，其中大多数位于陕西的南部地区，安康站减少幅度最大（-9.95 d/10 a）. 就较舒适期来看，有12个站点表现为增加的趋势，定边站增加幅度最大（16.15 d/10 a），华山站最小（1.63 d/10 a）；有7个站点较舒适期呈减少的趋势，宝鸡站减少幅度最大（-11.25 d/10 a）.

图7 陕西省1960—2017年WCI平均舒适期、较舒适期及其空间变化趋势Fig.7 Spatial change trends of average WCI comfort period and relative comfort period days in Shaanxi Province from 1960 to 2017

2.3 着衣指数舒适期的时空变化

2.3.1 时间变化 从图8a可以看出，陕西省着衣指数以-0.07/10 a（P＜0.01）的速率呈显著下降趋势，表明陕西省整体受气候变暖影响，着衣指数相应逐年减少. 整体上，陕西省着衣指数变化为1.46～1.62，表明人体的着衣感觉为春秋常用服装（9 a）和冬季常用服装（49 a），等级为较舒适和较不舒适. 从图8b可以看出，陕西多年平均着衣指数年内变化呈正“V”型，最高值出现在冬季，最低值出现在夏季. 旅游气候舒适期为4月27日—10月1日（158 d）；旅游气候较舒适期出现在4月14日—10月15日（185 d）.

图8 陕西省1960—2017年ICL年际、年内变化趋势Fig.8 Inter and intra annual trends of ICL in Shaanxi Province from 1960 to 2017

图9 a显示，陕西1960—2017年着衣指数旅游气候舒适期的平均开始日期最早是2002年的3月25日，最晚是1991年的4月25日. 从线性趋势线看，这58年来陕西省旅游气候舒适期的平均开始日期总体呈现提前趋势（-0.79 d/10 a）；多项式拟合曲线显示，1960—1970年和2005年之后这段时间舒适期开始时间显著提前，1970—2005年之间舒适期开始时间推后较为显著. 图9 b显示，陕西1960—2017年着衣指数旅游气候舒适期的平均终止日期最早为1994年的10月1日，最晚为1969年的10月27日. 从线性趋势线看，这58年来陕西旅游气候舒适期的平均终止日期总体呈现提前趋势（-1.07 d/a）；多项式拟合曲线显示，1960—1972 年和2005年之后这段时间舒适期开始时间显著推后，1972—2005年之间舒适期开始时间提前较为显著. 各地区舒适期的开始时间多集中在4月—6月，（最早4月12日，最晚6月10日），结束时间集中在9月—10月（最早9月3日，最晚10月23日）. 较舒适期的开始时间多集中在3月—5月（最早3月27日，最晚5月18日），结束时间集中在9月—11月（最早9月18日，最晚11月7日）. 在旅游舒适期开始日期提前以及终止日期提前的趋势下，平均舒适期以-0.31 d/a的趋势减少（图9 c），舒适期最高值出现在2002年（201.7 d），最低值出现在1975年和2017年（168.7 d）. 平均较舒适期则以-0.10 d/a的趋势减少，最高值出现在2002年（239.6 d），最低值出现在1996年（192.6 d）.

图9 陕西省1960—2017年ICL舒适期起止日期及其时间的逐年变化趋势Fig.9 Start and end dates of ICL comfort period and the days of interannual variations of ICL in Shaanxi Province from 1960 to 2017

2.3.2 空间变化 从图10 a 和图10 b 可以看出，着衣指数年均舒适期呈现南部地区由西南向东北递减，北部地区由中部向东西方向递减的趋势. 舒适期的高值区主要分布于陕西省南部部分地区，全年舒适期166～180 d，安康和汉中的部分地区超过180 d；低值区出现在华山和吴起，华山地区年均舒适期低于120 d.着衣指数年均较舒适期呈现由南向北递减的趋势，高值区也主要分布在陕西南部，特别是宝鸡、汉中和安康，全年着衣较舒适期超过了210 d；低值区出现在华山，全年着衣较舒适期低于140 d. 从图10 c、图10 d来看，19 个站点的着衣指数舒适期在这58 年有13 个站点表现为增加的趋势，其中以定边站上升倾向最大（7.10 d/10 a），华山站最小（0.30 d/10 a）；有6个站点表现为减少的趋势，其中大多数位于南部地区，宝鸡站的减少幅度最大（-19.19 d/10 a）. 就较舒适期来看，有12 个站点表现为增加的趋势，定边站增加幅度最大（10.03 d/10 a），汉中站最小（0.28 d/10 a）；有7个站点较舒适期呈减少趋势，基本位于南部地区，宝鸡站的减少幅度最大（-15.84 d/10 a）.

图10 陕西省1960—2017年ICL平均舒适期、较舒适期天数及其空间变化趋势Fig.10 Spatial change trends of average ICL comfort period and relative comfort period days in Shaanxi Province from 1960 to 2017

2.4 综合舒适指数舒适期的时空变化

2.4.1 时间变化 从图11 a可以看出，1960—2017年陕西省综合舒适指数以0.04/10 a（P＜0.01）的速率呈显著上升趋势. 整体上陕西省综合舒适指数为4.8～5.5，表明综合舒适指数的等级为较不舒适（1 a）和较舒适（57 a）. 从图11 b可以看出，陕西多年逐日平均综合舒适指数年内变化呈倒“M”型，在春秋季达到最高值，夏季达到低值，冬季达到最低值. 陕西省从4 月27 日起至9 月29 日，7≤CCI＜9，适宜旅游，旅游气候舒适期为156 d；从3月27日起至10月30日（218 d），5≤CCI＜7，较适宜旅游.

图11 陕西省1960—2017年CCI年际、年内变化趋势Fig.11 Inter and intra annual trends of CCI in Shaanxi Province from 1960 to 2017

图12 a 显示，陕西1960—2017 年综合舒适指数旅游气候舒适期的平均开始日期最早是2009 年的3 月28日，最晚是1967年的4月24日. 从线性趋势线看，这58年陕西旅游气候舒适期的平均开始日期总体呈现提前趋势（-1.78 d/10 a）. 从多项式拟合曲线可以看出，1960—1972年和2005年之后这段时间舒适期开始时间显著提前，1972—2005年之间舒适期开始时间推后较为显著. 图12 b显示，陕西在这58年中综合舒适指数旅游气候舒适期的平均终止日期最早为1981年和1992年的10月3日，最晚为2006年的10月23日. 从多项式拟合曲线可以看出，1960—1972年和2005年之后舒适期开始时间显著推后，1972—2005年舒适期开始时间提前较为显著. 陕西各地区舒适期的开始时间多集中在4月—6月（最早4月1日，最晚6月3日），结束时间集中在9月—10月（最早9月2日，最晚10月27日）. 4月上旬开始，陕南部分地区出现舒适期，在此后的1个月内，北部大部分地区开始迎来舒适期，出现最晚的是华山. 较舒适期的开始时间多集中在3月—4月（最早3月7日，最晚4月28日），结束时间集中在9月—11月（最早9月28日，最晚11月19日）. 从线性趋势线看，在这58年中陕西旅游气候舒适期的平均终止日期总体呈现推后趋势（0.83 d/10 a）. 在旅游舒适期开始日期提前以及终止日期推后的趋势下，平均舒适期以2.6 d/10 a的趋势增加（图12 c），舒适期最高值出现在2009年（204.9 d），最低值出现在1976年（170.2 d）. 较舒适期也出现与舒适期相似的变化趋势，以1.67 d/10 a的趋势增加，最高值出现在1999年（240.6 d），最低值出现在1976年（208.5 d）.

图12 陕西省1960—2017年CCI舒适期起止日期及其时间的逐年变化趋势Fig.12 Start and end dates of CCI comfort period and the days of interannual variations of CCI in Shaanxi Province from 1960 to 2017

2.4.2 空间变化 从图13 a和图13 b来看，综合舒适指数的年均舒适期整体上呈现由南向北递减的趋势，舒适期的高值区主要分布于陕西南部，安康市的部分地区超过了190 d；低值区出现在华山地区，年均舒适期天数低于130 d. 综合舒适指数的年均较舒适期也呈现由南向北递减的趋势，高值区也主要分布在陕西南部，特别是汉中和安康部分地区，全年较舒适期日数超过了240 d；低值区出现在华山地区，全年较舒适期低于180 d.从图13 c和图13 d看，19个站点的综合舒适指数舒适期在58年全部表现为增加的趋势，其中以定边站上升倾向最大（8.38 d/10 a），安康站最小（0.13 d/10 a）. 就较舒适期来看，大部分地区表现为增加的趋势，定边站增加幅度最大（7.45 d/10 a），武功站最小（1.15 d/10 a），58年来全省仅少部分地区如宝鸡站、石泉站、安康站、商县站综合指数舒适期呈小幅度减少的趋势.

图13 陕西省1960—2017年CCI平均舒适期、较舒适期天数及其空间变化趋势Fig.13 Spatial change trends of average CCI comfort period and relative comfort period days in Shaanxi Province from 1960 to 2017

3 结论

基于1960—2017年逐日温湿指数、风寒指数、着衣指数及其所构建的综合舒适指数，对陕西旅游气候舒适期的时空分布及演变进行了分析，得到结论如下：

1）1960—2017年陕西省温湿指数、风寒指数分别以0.33/10 a和3.23/10 a的趋势上升，着衣指数以-0.07/10 a的趋势下降，而综合舒适指数以0.04/10 a 的趋势上升，表明陕西省年气候舒适性有所增加. 在陕西省各站点多年平均指数的基础上，旅游气候舒适期主要分布在4月—10月，其中温湿指数显示旅游气候舒适期为150 d，较舒适期为182 d；风寒指数显示旅游气候舒适期为127 d，较舒适期为262 d；着衣指数显示旅游气候舒适期为158 d，较舒适期为185 d；综合舒适指数显示旅游气候舒适期156 d，较舒适期为218 d.

2）1960—2017年陕西省旅游气候舒适期的开始日期均显著提前；温湿指数和综合舒适指数的终止日期呈推后趋势，而风寒指数和着衣指数呈略微的提前趋势；温湿指数、风寒指数和综合舒适指数的舒适期呈增加趋势，而着衣指数呈减少趋势. 这些分析表明旅游气候舒适期总体上有延长的趋势. 温湿指数、风寒指数、着衣指数及综合舒适指数的舒适期开始日期都在1960—1972年和2005—2017年显著提前，1972—2005年显著推后.

3）陕西省温湿指数、风寒指数、着衣指数及综合舒适指数的年均旅游气候舒适期和较舒适期整体上都呈现由南向北递减的大趋势，舒适期的高值区主要分布于陕西南部，低值区出现在华山定边等地区. 19个站点中各指数计算出的旅游气候舒适期和较舒适期呈增加趋势的占大多数，其中增加最明显的是定边站，仅有少数站点在风寒指数、着衣指数的舒适期和较舒适期随年份增加呈减少趋势.