基于FAHP方法的气候舒适度演变分析——以三明市为例

康海滨 李衣长 陈雪芹 李仁忠 郑文君 吕 飞

(1.三明市气象局，福建 三明 365000；2.清流县气象局，福建 三明 365300)

气候是人类赖以生存的自然环境要素，气候舒适与否直接关系到人体健康，也影响到疗养度假、养生养老、休闲旅游等产业发展。人体对环境温度的感受程度受到气温、湿度、风速等气候因子的综合作用。多数学者以人的主观感受和生理反应为评价依据，构建了有效温度、温湿指数、风效指数、着衣指数等舒适度模型，后续一些研究通过对上述指标赋予权重值，建立了新的综合气候舒适度评价模型[1]。赋权常用到的方法有模糊层次分析法(FAHP)和旋转经验正交函数分解法(REOF)等。FAHP是一种经过改进的系统分析方法，能够反映气候舒适度等级的模糊性和连续性，也能实现对舒适度分析的定量化，有利于对不同季节、年份、区域气候舒适度的分析与比较[2]。

三明市位于福建省西北部，属中亚热带季风气候，地形以丘陵和低山为主，素有中国绿都美誉。当前三明市大力发展全域森林康养旅游，打造国家森林康养示范市[3]，市区分布在沙溪河阶地，集中了全市最优质的医疗、文娱、交通等资源，是康养旅游产业发展的重要节点。现有关于三明市气候舒适度的研究中，廖善刚[4]以综合舒适度指标分析福建代表性旅游城市(含三明市泰宁县)的气候资源；高爱仙[5]通过计算气候舒适度指数和风效指数确定三明市宜人气候时段是4～6月和9～11月；郑衡宇等[6]以福建主要城市(含三明市)周边平缓高地为研究区域，分析每日不同时段的气候舒适度。上述研究距今年份较久，评价指标相对单一，也没有揭示气候舒适度的年际变化。近几十年三明市的平均气温、平均最高气温和平均最低气温均表现出一致的缓慢升温趋势[7]，气温对气候舒适度指数的影响是主要的、直接的[8]，这一气候变化对三明市气候舒适度带来何种影响亦值得探讨。因此，本文通过统计三明市1961—2018年的气象资料，基于FAHP构建综合气候舒适度评价模型，揭示三明市气候舒适度的演变规律，并对研究结果进行验证，以期从气候角度为三明市康养旅游产业发展提供理论依据。

1 资料和方法

1.1 构建常规气候舒适度指数

选取三明市国家气象观测站1961—2018年的气温、相对湿度、风速的日平均值和日照时数的日合计值。温湿指数(Temperature and Humidity Index，THI)是以静止饱和大气作为参照标准，采用温度和湿度来评价人体的热耐受程度，在湿热环境且有遮蔽的气候条件下适用性好；风效指数(Wind Effect Index，WEI)由风寒指数演变而来，风寒指数是皮肤温度为33℃时皮肤表面的冷却速率，风效指数将太阳辐射后人体增热等情况纳入考虑，反映人体体表与周围环境之间的热量交换，在寒冷有风的气候条件下适用性好；着衣指数(Index of Cloth Loading，ICL)以生理学和服装材料学的相关理论为基础，反映人体通过穿衣来改变气象条件的不舒适性。计算公式[2，8]如下：

THI=(1.8T+32)-0.55(1-RH)(1.8T-26)

式中，T为摄氏温度(℃)；RH为相对湿度(%)；V为平均风速(m· s-1)；S为日照时数(h· d-1)；H代表人体代谢率的75%，取87W· m-2；a表示人体对太阳辐射的吸收情况，取0.06；R为太阳常数，取1366W· m-2；α为太阳高度角，以正午太阳高度计，根据三明市气象站纬度26.3°和太阳回归运动，5～7月α取夏至的87.2°，11月、12月、1月α取冬至的40.2°，2～4月和8～10月α取春分和秋分的63.7°。在国家标准《人居环境气候舒适度评价》[9]的基础上，借鉴前人研究结果[8，10-11]，进行指数生理气候分级，详见表1。

表1 温湿指数、风效指数和着衣指数的级别和赋值

1.2 基于FAHP构建综合气候舒适度指数

首先，建立近58年三明市气候舒适度评价的层次结构模型[12-13]：一级指标为综合气候舒适度指数A，二级指标为温湿指数B1、风效指数B2和着衣指数B3。

其次，建立模糊一致性矩阵。

再次，确定指标权重值。三个常规气候舒适度指数的排序值可由下式计算：

CCI=0.5THI+0.333WEI+0.167ICL

综合气候舒适度指数的划分定级未见到相关的标准或规范，本文根据THI和WEI对应的感觉程度和ICL对应的穿衣厚度，综合确定出综合气候舒适度：7≤CCI≤9为舒适等级，5≤CCI<7为较舒适等级，3

1.3 M-K检验方法

2 结果与分析

2.1 不同气候舒适度日数的分布和比例

三明市多年平均不同气候舒适度日数比例由高到低依次是舒适、较舒适、较不舒适、不舒适(见表2)。舒适日数占35.7%，舒适和较舒适合计66.8%，不舒适日数占7.6%。以舒适日数为主的月份是3月、4月、10月、11月，平均每月有19～23d；以较舒适日数为主的月份是1月、2月、5月、12月，平均每月有12～17d；以较不舒适日数为主的月份是6月、7月、8月、9月，平均每月有15～20d；无以不舒适日数为主的月份，不舒适日数最多的是7月，有13d，其次是8月，有8d。

表2 1961—2018年三明市各月不同气候舒适度平均日数

2.2 气候舒适度的月季变化

以旬为单位的多年平均综合气候舒适度指数呈M型变化(图1)。从6月下旬到9月上旬共8个旬的指数介于3～5，属于较不舒适等级，表明较不舒适期集中在夏季，为热不舒适。3月中旬到4月下旬、10月中旬到11月下旬共10个旬的指数≥7，属于舒适等级，即舒适时段分布在春季和秋季。其余18个旬的气候舒适度等级为较舒适，冬季也以较舒适等级为主。这与高爱仙[5]的研究结果基本一致。三明市气候舒适度的季节变化与地形、大气环流关系密切，闽西和闽中两大山带对南下和北上气流的阻挡作用明显，静风频率大[15]，夏季受副热带高压和850hPa暖中心控制[16]，以上条件容易造成三明市夏季闷热、冬季较温和的气候环境。

图1 1961—2018年三明市旬气候舒适度变化

2.3 不同气候舒适度日数的年际变化

气候舒适日数和不舒适日数呈增加趋势，平均上升率分别是1.6、2.3d/10a；较舒适日数和较不舒适日数呈减少趋势，平均上升率分别是-0.5、-3.4d/10a(图略)。进而分析对人群有重要影响的气候舒适和气候不舒适日数在不同季节的年际变化。舒适日数在春季平均上升率为0.4d/10a(图2)，在冬季为1.9d/10a，在夏季和秋季均为-0.4d/10a。不舒适日数在夏季平均上升率为2.0d/10a(图3)，在冬季为-0.2d/10a，在春秋季变化不明显。在气候变暖背景下，广西西江流域冷不舒适日数均呈减少趋势[17]，多数市(县)热不舒适日数呈增加趋势。三明市夏季不舒适日数的增多、冬季不舒适日数的减少、冬季舒适日数的增多很可能与气候变暖的环境背景密切相关。

图2 1961—2018年三明市不同季节舒适日数变化

图3 1961—2018年三明市不同季节不舒适日数变化

自20世纪90年代初期以来，冬季舒适日数有一个明显增加趋势，见图4的UF曲线。21世纪00年代初期至今，这种增加趋势超过显著性水平0.05临界线。UF和UB曲线的交点在置信水平区间[-1.96 1.96]内，根据对应时间确定冬季舒适日数在20世纪90年代中期的增加是一个突变现象。同理，夏季不舒适日数在上世纪80年代初期快速增加(图5)，之后在显著性水平线偏下波动，直到2013年以后达到显著水平，而突变起始时间是2009年。夏季不舒适日数突变时间和达到显著水平的起始时间均滞后于冬季舒适日数的变化。表明冬季气候舒适度对气候变暖的敏感性比夏季高。

图4 1961—2018年三明市冬季舒适日数M-K检验

图5 1961—2018年三明市夏季不舒适日数M-K检验

2.4 高气象敏感行业与舒适度指数的相关性

气候较舒适时，旅游过夜人数和餐饮消费人数增多，相关产业增加值增加。住宿和餐饮业属于高气象敏感行业[18]。为验证基于FAHP的三明市气候舒适度研究结果的可靠性，选取2016—2018年三明市四个季度住宿和餐饮业增加值(下简称产业产值)作指标，资料来自三明市统计局网站。产业产值主峰在第四季度(图6)，次高峰在第一季度，这与季度舒适和较舒适总日数递减分布相符。但是在舒适和较舒适总日数最少的第三季度，仅2016年的产业产值最低，且近三年第三季度总日数的环比增幅与产业产值的环比增幅存在明显差异，这些反映了舒适度与产业产值的偏离。在季度产业产值与季度月均气候舒适度指数的相关分析中(图7)，两者的相关系数为0.425，显著性为0.084，属于中等程度相关。综上，一定程度上说明本研究结果是可信的。

图6 2016—2018年三明市季度住宿和餐饮业增加值与季度舒适和较舒适总日数

图7 2016—2018年三明市季度住宿和餐饮业增加值与季度月均舒适度指数线性关系

3 结论

三明市气候舒适期长，较舒适和舒适日数合计占全年的66.8%。季节上，春秋季舒适，冬季较舒适，夏季较不舒适。月季变化上，3月中旬～4月下旬、10月中旬～11月下旬属于舒适等级；6月下旬～9月上旬属于较不舒适等级。

三明市的舒适期和不舒适期均在变长，不舒适日数增幅大于舒适日数。夏季不舒适日数增多、冬季不舒适日数减少、冬季舒适日数增多很可能与气候变暖有关。冬季气候舒适度对气候变暖的敏感性比夏季高。

三明市在今后发展康养旅游产业时，可以充分利用春季和秋季，增加对冬季的利用，积极开展全地域、多层次、多种类的经营开发活动。同时应加大对避暑型康养基地、项目和产品的开发设计，做好长期气候变暖下气候舒适度向热不舒适演变的应对。