贵州省冬季人体舒适度对温湿环境的响应

白 慧，张东海，帅士章

(1. 贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002;2. 贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州 贵阳 550002)

1 引言

贵州省每年冬季都会有一段低温湿冷的天气维持，尤其在相对海拔较高的地区，这是其特殊的地理位置决定的。贵州省地处云贵高原东侧、青藏高原东南坡，是我国地势第二级阶梯东部边缘的一部分，属于亚热带湿润季风气候，省之北部边缘因有高原作屏障，冬季受北方冷空气的直接影响较小，平均气温在3.0～12.0℃之间，但由于整个冬季80%以上的时段全省相对湿度都维持在70%上下，其中海拔较高的省之北部和西部地区相对湿度较省之中部和东部地区高，尤其是省之西北地区达90%以上。在贵州省冬季高相对湿度的气候背景下，虽然气温都维持在0℃以上，但人们通常感觉湿冷，并且体感温度较实际气温低，这是因为空气导热率是湿度的函数，随着湿度的增大而增大，当人体皮肤温度比环境气温高时，人体散热量在湿空气中比干空气中快且多［1］。因此，人体对环境冷热的感觉舒适与否，是受多种气象要素的综合影响，一般而言，气温、相对湿度、风速这3个气象要素对人体感觉影响最大，其中气温是判断人体舒适度的主要指标，相对湿度和风速是辅助指标，通过影响人体热散失来影响人体舒适感［2］。因此，对于大众生活需要建立一种具有主观和客观双重特性和标准的人体舒适度指标，可以提示公众根据气象因素的变化来及时调节生理、适应环境以及采取一些有效防范措施，并尽可能为城市气象预报提供一些参考。

普查1981—2010年贵州省9个市州代表站及其平均状态下冬季逐日风力等级频率分布和逐日相对湿度等级频率分布，发现贵州省冬季相对湿度较大，出现70%以上量级的频率达82%，其中海拔较高的省之北部和西部地区(遵义、七星关、水城、安顺和兴义等站)相对湿度较省之中部和东部地区高(贵阳、都匀、凯里和碧江等站)，尤其是七星关站达93%。同时，全省的风速较小，主要集中在轻风及以下等级，出现频率达94%，其中遵义站、七星关站、水城站、都匀站、凯里站和碧江站轻风以下等级占90%以上，贵阳站、安顺站和兴义站轻风以下等级占80%以上。因此，在贵州冬季相对湿度大风速小的气候背景特征下，综合考虑气温和相对湿度对人体舒适度的影响，选用目前运用较为广泛的人体舒适度指数IHC［2－3］，并讨论指数IHC在贵州省冬季湿冷环境中对气温和相对湿度的响应［4－6］。

2 资料和方法

选取贵州省9个市州代表站(贵阳、遵义、七星关、水城、安顺、兴义、都匀、凯里和碧江)作为讨论分析贵州省冬季(12月—次年2月)人体舒适度的研究对象，选取1981—2010年时段内日平均气温和日平均相对湿度作为构建人体舒适度IHC指数的主要气象要素。

人体舒适度IHC指数计算公式如下:

式中:IHC为人体舒适度指数;T 为气温(单位，℉)，其中T(℉)= T(℃)×9/5+32;RH 为相对湿度(单位:%)，IHC指数对应的范围如表1。

表1 人体舒适度指数(IHC)

3 贵州省IHC指数对温湿环境的响应

3.1 IHC指数的频率分布

如图1，1981—2010年贵州省9个市州代表站的冬季IHC指数主要集中在39～50 指数段(－2级)，理论频率占整个冬季时段的60%，同时随着IHC指数的增大或减小，相应的理论频率均减小，呈单峰分布，并通过计算偏度系数g1 为9.48 和峰度系数g2为－4.75，得到IHC指数频率分布的顶峰偏左，坡度较平缓，即IHC指数呈近似正态分布。

图1 1981—2010年贵州省9个市州冬季IHC指数的频率分布图

统计1981—2010年贵州省9个市州代表站冬季IHC指数的频率等级(表2)，发现9个代表站IHC指数的频率分布均呈近似正态分布，不过西部、北部和东南部地区(遵义、七星关、水城、安顺和凯里等站)顶峰偏左，而中东部和南部地区(贵阳、兴义、都匀和碧江等站)顶峰偏右，即总体上贵州省西部和北部地区冬季由于平均气温较低、加之平均相对湿度较大，使人体舒适感降低尤为明显。

表2 1981—2010年贵州省9个市州代表站冬季IHC指数的频率等级统计

3.2 IHC指数对影响因子的响应

计算1981—2010年贵州省9个市州冬季逐日IHC与平均气温、平均相对湿度的相关系数分别为0.99、－0.51，均通过0.05 信度检验，表明低温、高湿对IHC指数具有负贡献，其中气温的高低对IHC指数影响尤为明显。由于贵州省冬季平均相对湿度总体达80%，基于这种高湿环境下对逐日平均气温和IHC指数进行线性拟合，发现二者拟合度为0.979 6，通过0.05 信度检验(图2)。具体从贵州省9个市州代表站冬季逐日平均气温和IHC指数的拟合度分析，发现省之中西部地区(贵阳站、七星关站、水城站、安顺站和兴义站)的拟合度较高，且该地区对应的相对湿度也较高。即表明在贵州省冬季相对湿度越高的环境下，IHC指数对平均气温的变化就具有越高的敏感性，且相对湿度的增加，会使人体舒适感降低。

图2 1981—2010年贵州省9个市州冬季逐日平均气温—IHC指数散点图

为了进一步定量评价影响因子对IHC指数的影响，假设公式(1)中平均气温或平均相对湿度为常值时，分别讨论分析IHC指数对平均相对湿度或平均气温的响应:

由公式(2)知，当RH=0 时，△T 的变化不引起△IHC变化;当RH＞0 时，△IHC对△T 响应关系为正相关。由公式(3)知，当T＞14.4℃时，△IHC对△RH响应关系为正相关;当T=14.4℃时，△RH 的变化不引起△IHC变化;当T＜14.4℃时，△IHC对△RH 响应关系为负相关。为了比较分析贵州省9个市州代表站冬季△IHC对△T 或△RH 变化的响应，将1981—2010年各站的逐日IHC指数、T 和RH 进行标准化处理，消除同一地区不同要素间单位的影响以及不同地区间的同一要素单位量级的影响，从回归方程出发，得到△IHC对△T=1σ 或△RH=1σ 变化的响应(表3)。发现西部地区(水城、安顺和兴义站)△IHC对△T 变化的响应较强，△T 的变化为1σ 时，引起△IHC的变化在0.99σ 以上;中西部地区(七星关、水城、安顺和兴义站)△IHC对△RH 变化的响应较强，△RH 的变化为1σ 时，引起△IHC的变化在0.50σ 以上。另外，需要指出的是9个代表站都是△IHC对△T 的响应较△RH 强，表明影响IHC指数变化的平均气温和平均相对湿度两个要素中平均气温是主要指标，而相对湿度的变化作为辅助指标对IHC指数有着增大或减小的作用。

表3 贵州省9个市州IHC指数对影响因子的响应

4 贵州省冬季IHC指数与低温过程的持续性对比分析

由于贵州冬季的低温阴雨天气主要受稳定、少动的滇黔静止锋影响，冬季低温过程具有很强的持续性，并伴随高湿特征［9－11］，那么贵州省冬季由于平均相对湿度的调节作用会增加人体不舒适的持续性吗?综合考虑贵州省冬季80%以上时段平均相对湿度达70%，并且60%以上时段IHC指数范围处于39～50(－2级)之间，利用公式(1)，假设RH=70%，IHC=50，计算得到T = 9.0℃，对比分析贵州省9个市州累年(1981—2010年)11月—次年3月逐日IHC指数稳定(5 d 滑动平均)低于或等于50 和平均气温稳定(5 d滑动平均)低于或等于9.0℃的持续天数(图3)。

总体上西部和北部地区的累年逐日IHC指数稳定低于或等于50 持续时段和平均气温稳定低于或等于9.0℃的持续天数均较长，其中西北部七星关站的持续日数最长，分别达123 d(11月18日—次年3月20日)和115 d(11月19日—次年3月13日);西南部兴义站的持续时间最短，分别为64 d(12月11日—次年2月12日)和53 d(12月18日—次年2月8日)。另外，全省9个市州累年逐日IHC指数稳定低于或等于50 持续时段均较平均气温稳定低于或等于9.0℃的持续天数长。表明气候态下IHC指数能有效客观的刻画出贵州省低温的持续性特征，与实际相符，并且能反映出在平均相对湿度较高的环境下，人体感觉的不舒适持续日数增加，即加大了人体的不舒适感。

图3 贵州省9个市州累年11月至次年3月逐日IHC指数分布图(a)和平均气温分布图(b)

表4 贵州省9个市州累年11月—次年3月逐日IHC指数≤50 和平均气温≤9.0℃的持续天数

5 结论

①1981—2010年贵州省冬季IHC指数主要集中在39～50 指数段(－2级)，理论频率占整个冬季时段的60%，呈近似正态分布。总体上西部和北部地区冬季由于平均气温较低、加之平均相对湿度较大，使人体舒适感降低尤为明显。

②1981—2010年贵州省冬季低温、高湿对IHC指数具有负贡献，其中气温的高低对IHC指数影响尤为明显。通过对贵州省9个市州代表站冬季逐日平均气温和IHC指数的拟合度分析，发现省之中西部地区的拟合度较高，且该地区对应的相对湿度也较高。即表明在贵州省冬季相对湿度越高的环境下，IHC指数对平均气温的变化就具有越高的敏感性，且相对湿度的增加，会使人体舒适感降低。

③讨论贵州省冬季△IHC对△T=1σ 或△RH=1σ 变化的响应。发现西部地区△IHC对△T 变化的响应较强，中西部地区△IHC对△RH 变化的响应较强。同时，需要指出的是贵州省冬季△IHC对△T 的响应较△RH 强，表明影响IHC指数变化的平均气温和平均相对湿度两个要素中平均气温是主要指标，而相对湿度的变化作为辅助指标对IHC指数有着增大或减小的作用。

④气候态下IHC指数能有效客观的刻画出贵州省低温的持续性特征，与实际相符，并且能反映出在平均相对湿度较高的环境下，人体感觉的不舒适持续日数增加，即加大了人体的不舒适感。

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