汉江流域夏季避暑适宜度的变化分析

丁玲玲，杨 剑，孙小舟

(1.上海市地质勘查技术研究院，上海 200436；2.湖北文理学院 资源环境与旅游学院，湖北 襄阳 441053)

汉江流域地处我国中部，长江中游，兼具独特的地理位置和重要的社会经济地位. 地理上，其地处季风区边缘地带，紧接秦岭这一重要生态分界线，环境敏感繁复. 经济上，汉江流域生态经济带是连接长江经济带和新丝绸之路经济带的一条战略通道，经济区位优势明显. 得益于此，流域内兼备丰富优美的自然景观和悠久的历史文化特色，具有旅游业发展的自然、人文基础优势和社会经济条件. 旅游业作为一种资源节约型、环境友好型产业，具有生态经济的发展优势，可为汉江流域上游即南水北调中线工程水源地的生态保护和汉江流域生态经济带的建设发挥重要作用. 因而，旅游业成为其间重要产业而颇受关注.

但是，旅游业的发展深受气候状态及其变化的影响. 据IPCC第五次报告所述，全球气候系统的变暖是毋容置疑的；且很有可能的是全球范围的冷昼和冷夜天数已减少，暖昼和暖夜天数已增加[1]. 在这一背景下，历来昼夜普遍高温的中国夏季，避暑旅游更是成为夏季出游的重要动机和需求[2]. 而据前期研究[3-4]来看，汉江流域夏季多处于较不舒适和不舒适之间，增温趋势明显，不具备长期消暑旅游度假的条件. 但IPCC报告中也指出，与1951—2012年相比，1998—2012年间观测到的地表增温趋势渐缓[1]，且地区之间的差异可能会随着极端事件增多而加大. 不由疑问，区位敏感而独特的汉江流域气候平均值是否可能掩盖夏季适宜避暑日，其可能适宜避暑的日数是直接随气候增暖而显著减少，抑或在其间出现不同的趋势性变化？由于中国夏季避暑的趋众性，导致热门避暑区过于火爆，一票难求，一房难订，旅游成本增加，避暑体验降低，很难满足普通大众对避暑旅游的基本需求，从而对邻近区域可能的短期避暑旅游提供了重要机遇. 兼之旅游气候亦受地形影响，而汉江流域山地资源丰富，植被茂盛高大，遮天蔽日，对夏季高温有一定的舒缓作用，具有休闲漫步和溪涧漂流等短期避暑活动的发展条件. 可见，对汉江流域夏季可能适宜避暑状况的研究具有重要的应用价值.

基于以上考虑，笔者尝试利用炎热指数和模糊判断方程来建立夏季适宜避暑度、适宜避暑日数的确定标准，进而通过对汉江流域夏季适宜避暑度和适宜避暑日数的分析，为短期避暑旅游出行或避暑旅游产品设计提供基础支持. 这既可减轻消暑旅游区的长期压力，又能满足更多本地及周边城市的旅游需求，有利于汉江流域旅游业的发展和旅游结构体系的完善. 本文还通过与气温变化趋势的关系分析，为汉江流域这一独特地理位置的气候变化研究提供参考.

1 数据与方法

1.1 数据说明

研究所用数据源自经过质量控制的中国地面气候资料日值数据集(http：//data.cma.cn/，中国气象数据网)，从中选取了汉江流域14个气象站点(包括陕西省的汉中、佛坪、商州、镇安、石泉、安康等6站，河南省的西陕、南阳等2站，湖北省的郧西、房县、老河口、枣阳、钟祥、天门等6站)1951—2015年的6—8月的逐日平均气温、最高气温和相对湿度等数据，以计算逐日适宜避暑度.

其中郧西站自1989年作为基准站上报数据，其1988年及之前的逐日平均气温Yave、最高气温Ymax和相对湿度Yp，依据附近郧县站(两站高程相差不大，气候数据具有较高相关度)共同数据Xave、Xmax和Xp所建立的一元线性回归方程加以补缺. 方程(方差解释量均通过0.001检验水平)如下：

Yave=0.94×Xave+1.12

(1)

Ymax=0.99×Xmax+0.45

(2)

Yp=0.88×Xp+0.10

(3)

1.2 研究方法

1.2.1 夏季适宜避暑度和适宜避暑日数的确定方法笔者尝试利用炎热指数和模糊评判法来建立适宜避暑度的计算方法. 之所以从众多的气候舒适度指标中选择炎热指数(又称温湿指数)是基于以下考虑：1)炎热指数计算方便，仅需要常用的与人体舒适度最密切的温度和湿度指标即可获取. 2)效果较好，与南京的指标比较来看，其与复杂的热气候指数相比，效果并不差[5]，而汉江流域与南京同属长江中下游地区，该指标用于汉江流域也有较好适用性. 3)该指标得到了持续而广泛的应用[6-11]，可增加计算结果的可比性. 4)前期研究[3]认为，类似的风速指标对汉江流域旅游气候的影响很小. 5)虽然炎热指数更适用于室内环境而非室外环境，但汉江流域旅游风景区多为山地资源，植被茂盛丰富，具有类似室内环境的效果，且在景区内太阳辐射、云量、风速等对人体舒适度的影响有所减弱，相关指标参与计算的必要性不大.

具体的计算方法：首先依据文献[8]计算炎热指数I(分布计算逐日最高气温对应的温湿指数Imax和逐日平均气温对应的温湿指数Iave)，鉴于夏季以避暑旅游为目标，日最高气温和平均气温都将对出行时间、强度和舒适性造成影响，进而综合考虑文献[2]中对夏季最舒适小气候的界定及其建立的模糊综合评判方程，以及文献[7-8]对舒适度等级的划分，建立如下方程来计算炎热指数I对应的舒适度等级Id及其适宜避暑度Is(分布计算逐日最高气温对应的适宜避暑度Ismax和逐日平均气温对应的适宜避暑度Isave)：

Id=1I<72，适宜避暑

(4)

Id=2 76>I≥72，较适宜避暑

(5)

Id=3 80>I≥76，较不适宜避暑

(6)

Id=4I≥80，不适宜避暑

(7)

Is=1/(1+(Id-1)2)

(8)

以Ismax和Isave的均值为日适宜避暑度. 以日适宜避暑度达0.50及以上的日数为该年夏季适宜避暑日数.

1.2.2 线性趋势估计气候变化序列属时间序列，具有随时间变化的特征. 线性趋势估计是一种简单有效的时间序列变化趋势的估计方法[12]. 为检测汉江流域适宜避暑度的时间变化趋势，利用最小二乘法来估计序列变化的趋势倾向. 若回归系数b即倾向值为正，则表明序列有随时间上升的趋势，反则为下降趋势. 倾向值的大小反映了序列的变化速率.

1.2.3 滑动t-检验滑动t-检验以考察两样本平均值的差异是否显著来检验突变，基本思想是把一气候序列中两段子序列均值有无显著差异看为来自两个总体均值有无显著差异的问题来检验. 若在某个时刻前后子序列的均值差异超过了指定的显著性水平，可认为该时刻点有突变发生[12]，其统计t为正值说明子序列均值出现显著增加，为负则表示序列出现显著减少.

2 结果分析

依据以上方程计算了汉江流域14个气象站1951—2015年夏季逐日适宜避暑度，进而依据邻近站点信息，对少数日期缺失现象进行补缺，而10日以上连续缺失不予补缺. 之后计算了汉江流域14个气象站1951—2015年夏季平均适宜避暑度和适宜避暑日，对其中存在10日以上连续缺失的不予计算. 所得结果存在不少年份的缺值，仅对不连续的1968年缺值(汉中和镇安站缺1968年数据导致序列不连续)予以补缺，补缺方法采取相关度最高站点与其建立回归方程的方法来实现.

2.1 汉江流域夏季适宜避暑度和适宜避暑日数的基本特征

以最近连续50年(1966—2015年)的平均值、最大值、最小值和标准差来分析汉江流域夏季适宜度和适宜避暑日数的基本特征，如表1所示. 可知：1)除佛坪站外，汉江流域绝大部分站点的夏季平均适宜避暑度小于0.50，处于较适宜避暑和较不适宜避暑之间，这与前期研究[3-4]基本一致，可见汉江流域绝大部分站点的平均气候状况不属于适宜避暑条件. 2)除佛坪站、商州站和镇安站外，汉江流域大部分站点的夏季比较适宜避暑日数小于30日，不足夏季总日数的35%；而最小较适宜避暑的日数小于14日，不具备长期消暑旅游的气候条件. 3)陕西省佛坪站，夏季平均适宜避暑度为0.57，处于适宜避暑和较适宜避暑之间. 最小适宜避暑度为0.41(2013年)，偏向于较适宜避暑. 平均较适宜避暑日数为68天，占夏季总日数的73.91%. 最多较适宜避暑日数达90天(1987年)，几乎整个夏季都较适宜避暑. 可见汉江流域存在部分站点适宜长期避暑旅游. 4)相较于佛坪站适宜长期消暑度假，汉江流域下游的天门站，夏季平均适宜避暑度仅0.20，为较不适宜避暑. 最大适宜避暑度为0.29(1980年)，偏向于较不适宜避暑；平均较适宜避暑日数仅7日，不足夏季总日数的10%. 最少较适宜避暑日数仅1日(2006年)，几乎整个夏季都不适宜避暑旅游. 可见汉江流域部分站点不适宜避暑旅游(包括短期避暑旅游)，汉江流域复杂的地理环境和气候状态使其夏季避暑旅游的适宜性具有较大的空间差异. 5)汉江流域夏季适宜避暑日数的标准差较大，具有明显的年际波动特征. 综上述，汉江流域大部分地区夏季平均气候虽不适宜长期避暑旅游，但时空差异显著，存在部分适宜长期消暑度假的时段和地区. 汉江流域也具备短期避暑旅游的气候条件，为避暑旅游活动的开展提供了可能性.

表1 汉江流域各站点1966—2015年夏季适宜避暑度和适宜避暑日数的特征值

2.2 汉江流域夏季适宜避暑日数的趋势分析

鉴于汉江流域夏季适宜避暑度的变化趋势与适宜避暑日数的趋势高度相关(10年和30年滑动变化趋势的相关系数均接近1，超过了0.001的显著性水平)，笔者姑且以10年(年代际特征)和30年(常用气候统计时段)为时间尺度滑动计算适宜避暑日数的趋势估计值并进行显著性检验，从而对汉江流域夏季适宜避暑状况的变化趋势进行分析.

据10年尺度的倾向值来看：自1951年至1955年的5个时段中，倾向值多为负值，即汉江流域夏季适宜避暑日数多呈现减少趋势. 其后至1978年起的23个时段中，倾向值出现不同程度的波动，以正值偏多，即汉江流域夏季适宜避暑日数多呈现增加趋势. 其中，汉中站在1964—1973年、安康站在1963—1973年、天门站在1969—1979年的10年段中出现了显著减少趋势(超过了0.05显著性水平)，最小倾向值为-0.93日/年(安康站，1964—1973年). 而汉中站、商州站、西陕站、安康站、郧西站、房县站、老河口站等约在1965—1977和1974—1984年的10年段中出现了显著增加趋势(超过了0.05显著性水平)，最大倾向值为2.91日/年(商州站，1975—1984年). 其后至1993年起的17个时段中，倾向值出现了更多的负值，即夏季适宜避暑日数大多呈减少趋势，且绝大多数站点在1982—1991年、1987—2001年或1993—2002年的若干时段中减少趋势超过了0.05的显著性水平，其中最小倾向值为-2.74日/年(镇安站，1989—1998年，该站自1972年起时段即开始为绝大多数的负倾向值)；进而倾向值转正值并有所波动，在2000—2010年前后转为较显著的负值，其中多数站点在1994—2006年的若干时段中增加趋势超过了0.05的显著性水平，最大值为2.71日/年(商州站，1994—2003年). 南阳站、安康站、郧西站、房县站、老河口站、枣阳站等在2003—2013年中出现了显著的减少趋势(超过了0.05的显著性水平)，最小值为-1.64日/年(房县站，2004—2013年). 而佛坪站在这一时期的趋势波动不同，自1982年起之后绝大多数时段为负值，仅在1984—1993年和2005—2015年时段为正，其最小倾向值为-2.62日/年(1997—2006年，超过了0.05的显著性水平)，最大倾向值为1.28日/年(2006—2015年，不显著)，对应的适宜避暑日数自1987年的最大值90日减少至2013年的最小值36日之后又增加至2015年的72日. 总之，汉江流域夏季适宜避暑日数在滑动10年变化趋势上存在较大的差异性和波动性，适宜避暑日数增加时期的波动更为繁复，持续时间也更长.

相较于10年尺度，汉江流域30年尺度的倾向值变化更为简单一致，依分析可知：1)除镇安站外，汉江流域其他站点(具有较高的相关度)的夏季适宜避暑日数滑动30年倾向值均出现了先正后负的特征. 如佛坪站，如图1所示，自1957—1967年时段，夏季适宜避暑日数的倾向值均为正，说明其对应的时段，即1957—1986年和1967—1996年的滑动30年中，适宜避暑日数均呈现增加趋势，其中有5个时段的倾向值通过了0.05的显著性检验，最大倾向值为0.37日/年(1958—1987年). 而在之后的19个时段中，佛坪站夏季适宜避暑日数的倾向值均为负值，即适宜避暑日数均呈现了减少趋势，且减少趋势有日益增加的特征，其中有14个时段的倾向值通过了0.05的显著性检验，最小倾向值为-1.22日/年(1984—2013年). 2)镇安站的夏季适宜避暑日数的倾向值如图1所示，在自1958年起的29个时段中，均为负值，表示了各个连续30年时段中，镇安站夏季适宜避暑日数均呈减少趋势，其中有23个时段的倾向值通过了0.05的显著性检验，最小倾向值为-1.09日/年(1969—1998年). 3)镇安站的减少趋势呈现为“V”字型. 在佛坪站倾向值转为负值且不断减小的时间段前后，倾向值也出现了不断增加的趋势.

三角形点表示佛坪站数据，方块点表示镇安站数据，实心点表示倾向值通过了0.05的显著性检验

图1佛坪站和镇安站1957—2015年滑动30年适宜避暑日的倾向值

2.3 汉江流域夏季适宜避暑日数的突变分析

在趋势分析中显示，汉江流域绝大部分站点夏季适宜避暑日数倾向值出现了较为明显的变动. 为分析其变化的显著性，也为了检测全球20世纪80年代前后的增暖在其间的响应，利用了MATLAB软件对其自1961年以来的适宜避暑日数进行滑动t-检验，时间长度选取10年，以0.05显著性水平为衡量标准.

如图2所示，据滑动t-检验结果可知：1)汉江流域大部分站点(10个站点，占总站点数的71.43%)的夏季适宜避暑日数有两个明显的突变点，一个是在1970—1980年前后的某年出现了由少转多的突变；一个是在1990—1995年前后的某年出现的由增多转为趋少的突变. 2)汉江流域滑动t-检验的站间变幅呈现了先增至1980年最大值，进而减少至1988年的最小值，此后快速增加至2001年的更大值，又开始快速减小的变化特征. 3)与大部分站相反的是，镇安站1981— 1986年t值为负且均显著，其中最小值出现在1981年，出现了最为明显的由多转少的突变. 4)佛坪站1992—2005年t值均显著，其中最小值出现在2001年，显示了该站该年最为显著的趋少突变，而在2002年，西陕站的t值为正且接近0.05的显著性水平，表示该站与佛坪站相反，具有较为明显的由少转多的突变.

竖实线为站间变幅，菱形方块点为超过0.05显著性水平的t值点

图2汉江流域各站滑动t-检验结果图

3 结论与讨论

3.1 结论

汉江流域是我国南水北调中线工程水源区和重要的生态经济带，区位颇具特色. 在气候增暖背景下，对其并不十分适宜避暑旅游地区的夏季适宜避暑度的分析，兼具社会经济价值和基础理论研究意义. 论文以常用的气候舒适度评价指标——温湿指数为基础，利用模糊评判方程建立了适宜避暑度的确定方法和适宜避暑日数的判定标准，据此分析了汉江流域夏季适宜避暑气候的变化特征. 结果为：

1)汉江流域大部分地区夏季平均气候虽不适宜长期避暑旅游，但时空差异显著，存在部分适宜长期消暑度假的时段和地区，也具备短期避暑旅游的气候条件，为避暑旅游活动的开展提供了可行性.

2)汉江流域夏季适宜避暑日数的滑动30年倾向值出现了先增加后减少的特征，最大倾向值为0.73日/年(南阳站，1960—1989年)，最小倾向值为-1.22日/年(镇安站，1984—2013年).

3)汉江流域夏季适宜避暑日数有两个明显的突变：1970—1980年前后出现的由少转多的突变和1990—1995年前后出现的由增多转为趋少的突变.

3.2 讨论

论文之所以以非常见避暑地汉江流域为适宜避暑度的研究对象，是基于秦岭以南的独特地理位置和重要的社会经济地位，也是考虑到我国消暑度假需求的广泛性和避暑地的供不应求，地区选择有一定的代表性和独特性. 而基于常用的气候舒适度方法建立的适宜避暑度和适宜避暑日数的评定方法有所创新且具有较强的普适性、可重复性，但也有不足和待完善之处，从适宜避暑度在变化趋势分析中的不便性可见一斑.

据IPCC报告，气候增暖毋容置疑，但与1951—2012年相比，1998—2012年间观测到的地表增温趋势渐缓[1]. 而据本文分析，汉江流域在1951—2012年和1998—2012年的夏季气温均无明显变化趋势，与气温变化呈显著负相关的适宜避暑度和适宜避暑日数也未有显著变化特征，但其在20世纪的70年代和90年代出现了突变并具有明显的站间一致性，造成这一现象的驱动机制及汉江流域气温变化对全球增暖的响应机制都有待进一步研究.