奉化生态气候大数据分析探讨

徐 蓉，王武军，丁烨毅，俞芳芳，郑 健(.宁波市奉化区气象局，浙江 宁波 35500； .宁波市气象局，浙江 宁波 350)

随着“互联网+”时代的到来，大数据正渗透到每一个行业和业务职能领域，气象行业也不例外。常规的地面观测数据与近30年来取得飞速发展的以气象卫星和多普勒天气雷达为代表的遥感探测领域以及数值预报产品等，共同构成了生态气候方面的大数据[1-3]，其每天产生着数以TB级的数据，包含了海量信息，呈现出显著的大数据特征[4]，广泛地应用于常规天气预报、气象农业、气候预测、环境气象等领域。由于天气气候条件、生态环境与人们的社会生活、经济发展紧密关联，随着生活水平的不断提高，人们追求的生活品质和幸福指数越来越高，所以长时间序列且大量的生态气候大数据是宝贵的资源和财富。宁波市奉化区地处北亚热带季风气候区，气候总体特征表现为“四季分明，温和湿润，雨量充沛，雨热同步”，地貌构成大体为“六山一水三分田”，生态环境优美，旅游资源丰富，为宁波重要的饮用水源保护区，当前正在建设环境优美、文明和谐的现代化健康美丽新城区，与之相应的是民众对青山绿水、健康身心的保障需求愈来愈迫切。本文通过大数据分析，对气候舒适度、空气清新度、植被生态质量等天气气候资源进行科学讨论和评价，展现奉化生态气候的独特优势。

1 材料与方法

利用奉化区域内各气象站1971—2016年的气温、相对湿度观测资料，2016年负氧离子浓度资料，以及2000—2016年卫星遥感监测的植被覆盖度资料，分析该地区气候舒适度、空气清新度、植被生态质量的时空分布特征。其中，考虑奉化区的地理位置及其气候特征等综合因素，采用《人居环境气候舒适度评价》(GB/T 27963—2011)中的温湿指数来代表气候舒适度。温湿指数计算公式：

I=T-0.55×(1-RH)×(T-14.4)。

式中，I为某一评价时段的温湿指数，保留1位小数，T为该时段平均气温(℃)，RH为该时段平均相对湿度(%)。

2 结果与分析

2.1 气候舒适度

一个地区的气候舒适度及持续时间的长短，是影响游客目的地选择和旅游季节长短的重要因子，各地气候的舒适性及持续时间也是影响旅游项目开发和旅游季节长短的重要因素[5-7]，当前人居环境受到广泛关注，气候舒适度等级划分标准如表1所示。

采用奉化国家一般气象站的温湿气象资料分析长年代气候舒适度特征(图1)可以看出，年气候舒适度最低值为15.6，体感偏冷，出现在1976年，最高值为17.7，体感舒适，出现在2007年。总体上，奉化气候舒适度呈明显上升趋势，由1971—1990年的16.1升至1991—2000年的16.6；2001—2016年进一步升至17.1，说明奉化气候舒适度在向舒适发展。基于精细化气象要素分布表明，年均舒适时段在4个月以上，集中出现在5—6月和9—10月。且奉化高海拔山区，随着海拔升高，气温降低明显，温湿指数值将降低，属大部分人感觉舒适的级别，少有闷热不适，即使在盛夏，奉化山区也是“避暑纳凉”的好地方。

表1 气候舒适度(温湿指数)等级划分标准

每年3月是桃花由初花期向盛花期过渡的时期。奉化萧王庙镇的“天下第一桃园”的桃花竞相开放，吸引游客前来游玩赏花。由图2可知，利用近3年3月气象资料，针对奉化萧王庙地区赏桃花时段的气候舒适度进行重点分析发现，3月上半月气候舒适度等级以1、2级为主，体感较不舒适；下半月舒适度明显上升，其中7 d舒适，4 d不舒适；3月下半月恰逢桃花盛花期，气候舒适度总体适宜赏花旅游。

图1 奉化气候舒适度年际变化

图2 奉化萧王庙3月气候舒适度等级分布

2.2 空气清新度

清新空气是人类生存的基本需求，负氧离子浓度水平已经成为评价地方空气清新度的重要指标[8]。将负氧离子的含量作为大气环境质量评价参考指标之一，可为旅游环境规划、城乡建设规划和环境保护等提供科学依据。采用奉化三隐潭、柏坑、黄贤3个负氧离子监测站的平均负氧离子浓度作为奉化空气清新度评价指标值，并且分别代表奉化西部、南部、东部，空气清新度等级划分见表2。分析得出，2016年奉化年平均负氧离子浓度为4 914个·cm-3，是负氧离子浓度最高等级标准值的2倍多，远超出世界卫生组织界定的清新空气的标准(1 000～1 500个·cm-3)，整体上对人体健康具有增强免疫抗菌力和康复治疗的作用。

表2 空气清新度等级标准

2016年奉化各月负氧离子浓度变化较为稳定，各月浓度值均超过4 000个·cm-3(图3)，在4 508～5 468个·cm-3。负氧离子浓度日变化特征总体呈U型。以南部柏坑站为例，早晨前后一般是当日负氧离子浓度最高的时段；中午到下午，随着气温上升，相对湿度下降及人类活动增多，导致污染物浓度增大，负氧离子浓度逐渐减少；15:00左右降到最低，随后浓度会逐渐回升，直到翌日清晨达到最高(图4)。

图3 2016年奉化负氧离子浓度月变化

图4 2016年奉化柏坑监测站负氧离子浓度日变化

2.3 植被生态质量

植被覆盖度是指植被地上部分垂直投影面积占地面面积的百分比，其为衡量生态绿化程度的量化指标，可以反映植被生态质量状况。通过分析卫星遥感监测数据发现，2000年以来，奉化植被覆盖度呈增长趋势(图5)，以每年0.26%的速度增加，超过全国平均每年增长速度(0.24%)。奉化植被覆盖度有3次跃升，分别是在2002、2007和2014—2016年，近几年是植被覆盖度最高的时期。与2000—2016年的平均值(64.4%)相比，2016年植被覆盖度高出2.6%，与2000年相比则增加4.8%。一方面气温升高和降水增多均有利于植被生长，另一方面受益于近年来采取的一系列生态环境保护措施，有力地推动了当地生态质量的提升。

图5 奉化区植被覆盖度年际变化

3 小结

对生态气候大数据的分析结果表明，近46年来，奉化气候舒适度稳定上升，年平均值由16.1升至17.1，逐步达到3级舒适范畴，在桃花盛花期，奉化赏花区域的气候舒适度总体非常适宜赏花旅游活动；2016年奉化月平均负氧离子浓度和年平均负氧离子浓度均在4 000个·cm-3以上，远超负氧离子浓度最高等级标准值，日变化则呈现U型特征，总体上空气清新，对人体健康极有利；2000—2016年奉化植被覆盖度整体呈上升趋势，每年0.26%的增加速度超过全国平均水平，说明近年来奉化生态环境形势较好。

对不同类型气象资源分析发现，奉化气候舒适、空气清新、植被优良的特征，体现了奉化生态气候的优质性，研究对今后更合理地开发应用奉化特有的生态气候资源、保护生态环境，以及倡导绿色生活理念有积极推动作用和一定的指导价值。

参考文献：

[1] 陈学君．甘肃省气象科学数据共享平台及其应用研究[D]. 兰州：兰州大学，2009．

[2] 梁心雄，吴兆雄，罗胜平．实现资源信息自助服务的智慧气象共享数据中心研究论述[C]//气象通信与信息技术应用实践与新技术探索.2014.

[3] 孙楠．气象部门怎样迎接大数据时代[N]. 中国气象报，2013-06-27(003).

[4] 聂峰英. 大数据资源技术服务协同研究：以气象数据为例[J]. 信息化研究，2016，42(1): 6-11.

[5] 温洛．南阳旅游气候资源评估[J]. 气象与环境科学，2005(3)：32-33．

[6] 黄东林．桂林市旅游气候舒适度评价[J]. 气象研究与应用，2010，31(3)：27-29．

[7] 郭剑英．国外气候变化对旅游业影响研究进展综述[J]. 世界地理研究，2009，18(2)：104-110．

[8] 毛佩柱. 秦皇岛空气负氧离子浓度分布特征和休疗时机[C]//中国气象学会年会.2011.