珠海市人居环境气候舒适度特征分析

刘金丽，郑浩阳

（1.珠海市斗门区气象局，广东珠海 519125；2.珠海市气象局，广东珠海 519000）

珠海市人居环境气候舒适度特征分析

刘金丽1，郑浩阳2

（1.珠海市斗门区气象局，广东珠海 519125；2.珠海市气象局，广东珠海 519000）

利用1962—2014年珠海市国家气候观象台地面气象资料，通过对多种气候舒适度计算模型比较分析，构造适合珠海的人居环境气候舒适度评价方法，得到了珠海市城市气候和人居环境特点。结果显示：通过对温湿指数、风效指数和着衣指数进行本地化权重赋值得到的综合气候舒适度评价方法克服了单一模型的缺陷，体现了珠海微气候特征下城市化对人居环境舒适度的综合影响；珠海人居环境气候舒适度总体上属于“较舒适”等级，其中12和3月是非常舒适的月份，7—8月是一年中非常不舒适的月份；珠海人居环境气候舒适度呈下降趋势，向较不舒适区间靠近。

应用气象；气候舒适度；温湿指数；风效指数；着衣指数；人居环境；珠海

城市人居环境是指人们在城市生活工作所处的自然、经济、社会和文化环境的总称，其持续发展状况是城市低碳发展、创新发展、有序发展的检验标准。2015年9月6日，珠海市人民政府发布了《珠海建设国际宜居城市三年行动计划》，提出建设“国际珠海、活力珠海、生态珠海、美丽珠海、智慧珠海、幸福珠海”目标，人居环境再次成为珠海城市发展的焦点，而城市气候作为人居环境最活跃的因子，直接决定着城市人居环境的舒适与否，是人们评价城市宜居性的重要标准之一［1］。国内外学者对城市气候舒适性的研究多集中在气候旅游资源与旅游气候舒适度评价等方面［2-8］，人居环境气候舒适度的研究较少，且无适应华南地区的城市气候舒适度评价模型。因此，本研究从人居环境的角度，基于珠海城市气候特征，统计分析了珠海城市气候与人居环境的关系，并对比了各种气候舒适度指数模型，提出适合珠海的人居环境气候舒适度评价方法，建立了珠海人居环境的综合气候舒适度指数模型，为珠海宜居城市建设提供科学参考。

1 资料与方法

主要采用了珠海市国家气候观象台1962—2014年的气温、湿度、风速、日照等常规地面气象观测资料。

采用的方法主要有：各气候舒适指数模型的构建，采用经验公式，在相应章节中详细介绍。线性倾向估计，分析系列的变化趋势时，采用一元线性回归方程计算，相关系数表示变量与时间之间线性相关的密切程度。层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是美国运筹学专家匹兹堡大学教授萨迪（T.L.Satty）于20世纪70年代初期提出的，是将决策总的有关元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。步骤：1）确定该系统的总目标，弄清规划决策所涉及的范围，所要采取的措施方案和政策，实现目标的准则、策略和各种约束条件等；2）建立一个多层次的递阶结构；3）确定以上递阶结构中相邻层次元素间相关程度，采用专家打分法，对各因素的相对重要程度进行两两比较，通过使用1—9级倒数标度表构造比较判断矩阵及矩阵运算的数学方法，确定对于上一层次的某个元素而言，本层次中与其相关元素的重要性排序——相对权值，并进行一致性检验；4）计算各层元素对系统目标的合成权重，进行总排序，以确定递阶结构图中最底层各个元素在总目标中的重要程度。

2 人居环境气候舒适度变化特征

气候舒适度是指健康人群在无需借助任何消寒、避暑装备和设施情况下对气温、湿度、风速和日照等气候因子感觉的适宜程度。气候舒适度评价的方案和专项指标有很多，本研究主要以陆鼎煌等［9］、廖善刚等［10］的环境卫生学方法和赋值权重综合气候舒适度评价法［11-13］对珠海市的气候舒适度进行研究。

2.1 环境卫生学方法的珠海市气候舒适度特征

陆鼎煌［9］研究认为，气温24℃，相对湿度70%，风速2 m/s是人体感觉最舒适的小气候环境，其给出的环境卫生学气候舒适度计算公式为

其中，S为综合舒适度；t为气温（℃）；RH为相对湿度（%）；v为风速（m/s）。

评价指标为：S≤4.55，舒适；4.55＜S≤6.95，较舒适；6.95＜S≤9.00，不舒适；S＞9.00为极不舒适。

利用1962—2014年珠海历年各月平均气温、相对湿度、风速资料，根据上述评价法计算得到了珠海年内各月综合气候舒适度指数，绘制了相应曲线（图略）。从各月平均舒适度指数曲线来看，12月到次年的3月综合舒适度S值介于4.55和6.95之间，属于较舒适月份，而4—11月S值都小于4.55，为一年中的舒适月份。从上面的分析可以看出，环境卫生学气候舒适度评价法肯定了珠海气候总体较舒适的特点，但其计算结果基本处于6.95以下的区间，只包含了舒适和较舒适两种分级结果，而在相同的评价区间下其值跳跃波动较大，因此，该气候舒适度评价模型不能全面具体揭示珠海人居环境气候舒适度特征，需要寻找一种能与珠海气候特征相匹配的细致体现“人、城市、气候”三者关系的客观评价方法。本研究从温湿指数出发，结合风效指数和着衣指数，构造了一个既能反映气候因子影响力又能体现城市化进程特点的适合珠海本地的综合气候舒适度指数模型，即赋值权重综合法模型。

2.2 赋值权重综合法的珠海市气候舒适度特征

赋值权重综合气候舒适度评价法，主要是综合考虑温湿指数、风效指数和着衣指数因子，并按照在炎热的地区或炎热的季节着重考虑热应力不舒适程度，在较寒冷的地区或季节则注重冷应力不舒适程度的原则，对各因子进行赋值和分级（表1），并给予相应权重，最终计算出来一种综合气候舒适度指数。

表1 温湿指数、风效指数和着衣指数的分级标准和赋值

1）温湿指数模型下珠海气候舒适度特征。

温湿指数THI（temperature humidity index）指人们对周围空气温度及湿度的感觉程度。计算公式如下（分级标准见表1）：

其中，THI为温湿指数；t为空气温度（℃）；RH为相对湿度（%）。

利用1962—2014年珠海逐日平均气温、相对湿度数据计算得出每一天的温湿指数，然后按照分级标准统计历年各级别舒适日数（图略）。一年中，最可接受的舒适日数达到12.88%；较舒适日数占23.29%（包含凉爽和温暖2种感觉）；感觉凉及冷的不舒适日数比例较小；感觉热，很不适应的日数达到23.56%；热感、极不适应日数占21.10%；感觉暖不舒适日数占14.25%。

50多年来，温湿指数的日变化（图1）表现为：人体感觉凉、不舒适日数（图1a）2～42 d，趋势线呈现递减变化，尤其是20世纪90年代开始这种趋势更明显；舒适、最可接受日数（图1b）29～76 d，减少或增多趋势不明显，但曲线的波动振幅在20世纪90年代以来逐渐减小，预示着最可接受的舒适日数较之前总体是降低的；人体感觉热、很不适应日数（图1c）最少有37 d，最多有124 d，曲线呈现减少趋势变化，2014年出现最低值；人体感觉很热、极不适应日数（图1d）44～ 128 d，平均为77 d，20世纪90年代以来趋势线呈上升趋势（通过0.05相关显著性检验），2014年高达128 d。

图1 1962—2014年珠海温湿指数日数变化趋势（其中红虚线表示趋势拟合线）

从1962—2014年珠海年内平均温湿指数的分布（图略）。可知，年平均温湿指数呈现单峰分布，从1月开始温湿指数逐渐增大，到7—8月份增至最大，之后又开始逐渐减小。对应表1，1、2、3、11和12月温湿指数处于55～70，人体感觉为较舒适及以上级别，其中3和12月是最舒适的；而4—10月，温湿指数处于较高水平，表现为闷热不舒适，尤其是7、8月份THI＞80，人体感觉极不舒适，4、10月是舒适和不舒适的过渡月份。50多年来，珠海市各月温湿指数（图略）基本呈现上升的变化趋势，气候舒适度降低。

2）风效指数模型下珠海气候舒适度特征。

风效指数K（wind effect index）反映了体表与周围环境之间的热交换，即体表单位面积的热交换量率（正值为吸热，负值为散热）。风效指数公式如下（分级评价标准见表1）：

其中，t为空气气温（℃）；v为10 m高度处的平均风速（m/s）；S为日照时数（h）。

统计可知，1962—2014年珠海各月的风效指数（图2）总体上为负值，其中冬半年为小值，夏半年值逐渐增大。1—3月人体感觉为凉风，5—10月人体感觉都是暖风，11—12月又转为凉风，珠海基本不存在稍冷风及更冷风，春夏交替的4月和秋冬交替的11月常常表现为舒适风。50年来，珠海市各月风效指数（图略）自20世纪90年代以来呈现上升的变化，气候舒适度则呈降低的趋势，且各舒适等级的持续时间长度也发生了较大的变化，表现为凉风→舒适风→暖风→热风→更热风转变的趋热变化。

图2 1962—2014年珠海逐月风效指数

3）着衣指数。

着衣指数ICL（index of clothing）参考澳大利亚学者Freitas的计算公式（分级评价标准见表1）：

其中，t为摄氏气温（℃）；H代表人体代谢率的75%（W/m2）（本研究取轻活动量下的代谢率，即116 W/m2，此时H=87 W/m2）；ɑ表示人体对太阳辐射的吸收情况，它与人体姿势、衣服反照率以及太阳的直接辐射、散射和反射成分有关，对于黑衣料多数情况下取0.06为最大值，本研究取0.06；R表示垂直阳光的单位面积土地所接收的太阳辐射，R=（1 385±7）W/m2；α是太阳高度角（°）；v为风速（m/s）。

如图3所示，4月以前珠海着衣指数所代表的衣料的热阻尼值都在0.8以上，4月开始快速减小，7—8月减到0.3以下，之后又开始上升，到11月达到0.8以上。表明，为了保持体内外温感环境的稳定，11月到次年的4月珠海着衣以轻便舒适为主，而5—10月珠海着衣以短、薄的类似热带衣着为主，以此来调节炎热气候带来的人体不舒适程度。50多年来，珠海市各月着衣指数（图略）总体上呈现下降的变化趋势，特别是20世纪90年代以来变化明显。

图3 1962—2014年珠海逐月着衣指数分布

4）综合气候舒适度指数。

为了科学准确评价珠海气候舒适度，将上述3个指数进行综合分析。因珠海地处低纬地区，气温高、湿度大、风速小、炎热季节长，所以探讨其人体综合气候舒适度指数时应主要从热应力即温湿指数角度出发，兼顾代表冷应力的风效指数，加上通过着衣指数改变不舒适的气候。

按照表1的标准，对各指数进行赋值，采用专家打分和层次分析法确定各指数的权重，建立一个新的适用于珠海的综合气候舒适度指数CCI（Comprehensive Comfort Index）（图4）：

CCI=0.6THI+0.3K+0.1ICL（5）

规定：7≤CCI≤9时为舒适；5≤CCI＜7时为较舒适；3≤CCI＜5时为较不舒适；1＜CCI＜3时为不舒适。

图4 珠海市综合气候舒适度指数月变化（a）、年变化（b）和季变化（c）

如图4a所示，珠海年内各月综合气候舒适度指数曲线的形状表现为两边高中间低。从多年平均态来看，综合气候舒适度指数自1月开始增大，3月达最大，4月后急剧下降，到7月降到最低，8月又开始逐渐增大，10月左右基本上可以达到4月的水平，12月再次达到峰值。从舒适度值方面可以看出，5—9月介于2～5，根据给定的评价标准，气候舒适度属于较不舒适及以下等级，10月到次年的4月，都在5以上，气候属于较舒适及以上等级，11月到次年的3月，指数介于7～9，属于舒适等级范围。综合看，12、3月是珠海非常舒适的月份，而7、8月是珠海一年中非常不舒适的月份。

从图4b可以看出，珠海年综合气候舒适指数呈现波动形式分布，在5.2～6.4之间，属于“较舒适”的气候等级标准。年代际变化差异明显，20世纪70年代到80年代初是舒适度指数最大的时期，之后呈现波动下降，趋势拟合线呈现减小的变化（通过0.05相关显著性检验），2014年出现序列最低值。

从图4c可以看出，珠海春季、夏季、秋季、冬季（划分标准为常规4季法）综合气候舒适度指数在各年代都经历了波动变化。春季综合气候舒适指数介于5.8～7.3，属于较舒适到舒适级别范围；夏季指数介于2.4～4.4，属于较不舒适到不舒适的级别范围；秋季指数介于4.5～6.4，属于较不舒适向较舒适的过渡季节；冬季指数介于6.6～8.4，属于较舒适到舒适的级别范围。从趋势拟合线来看，夏、秋季综合气候舒适度指数值呈现减小的显著变化（通过0.05相关显著性检验），气候舒适度下降。

从以上分析可知，温湿指数评价模型更多的是对主要气候因子的直接反映，而综合评价模型除了包含了能体现气象因子主导作用的温湿指数外，还加进了能综合反映人与不断变化的周围环境之间的相互作用的风效指数和着衣指数；另一方面，模型对各因子的权重考虑则体现了珠海本土区域特点，评价结果也较全面地体现了珠海城市发展下人与环境相互影响和适应的气候舒适度变化特征。

3 结论

通过对温湿指数、风效指数和着衣指数进行赋值并根据珠海实际情况给定权重得到的综合气候舒适度评价方法，克服了本研究中前4个模型的缺陷，体现了珠海微气候特征下城市化对人居环境舒适度的综合影响和相互作用情况，是适合珠海的气候舒适度评价方法。

1）珠海全年属于“较舒适”的气候舒适度等级，年气候舒适度自20世纪80年代起呈下降的变化趋势。

2）5—9月，珠海气候舒适度属于较不舒适及以上等级，10月到次年的4月，气候舒适度属于较舒适及以上等级，其中12、3月是非常舒适的月份，7、8月是非常不舒适的月份。

3）春季属于较舒适到舒适级别范围，夏季属于较不舒适到不舒适的级别范围，秋季属于较不舒适向较舒适的过渡季节，冬季属于较舒适到舒适的级别范围。

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P49

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.012

2016-03-10

刘金丽（1984年生），女，学士，工程师，主要从事天气预报和气象服务工作。E-mail：lianzim@163.com

刘金丽，郑浩阳.珠海市人居环境气候舒适度特征分析［J］.广东气象，2016，38（5）：49-53.