武功山旅游气候舒适度研究

樊佳明 ,雷星宇 ,任 强 ,熊顺龙

(1.芦溪县气象局,337200,江西,芦溪;2. 南昌市气象局,330038,南昌;3.江西省气象局机关服务中心,330096,南昌)

0 引言

武功山景区位于江西省中西部,属罗霄山脉北支,山体呈东北——西南走向,地跨江西省萍乡市芦溪县、吉安市安福县和宜春市袁州区。区内河流纵横,水系发达,天然落差较大,形成众多的溪流,具有明显的山地立体气候,独特的气候和地理条件,赋予了武功山得天独厚的气候、生态环境等旅游资源。近年来,避暑、天然氧吧、避寒养生及气候康养等主题已经成为旅游新热点,开展对旅游区的旅游舒适度的气候特征研究,对开发旅游资源、居民舒适性出游都具有非常重要的意义。

国内对旅游气候舒适度的研究始于 20 世纪 80 年代,最早有林之光先生的 《气候风光集》[1],主要研究旅游气候等理论。吴章文教授在 《旅游气候学》[2]专著中,全面阐述了旅游景区与气候资源的影响与研究,是一部实践与理论相互结合的旅游气候学。国外学者Terjung[3]设计了舒适指数、风效指数,自Terjung提出舒适度指数的概念后,各国研究人员陆续提出许多人体舒适度的表征方法,如人体舒适度、温湿、风效指数[4]和负氧离子浓度等评测模型。本研究选用武功山地区21年气候资料,从气候资源的角度对武功山景区气候特征及舒适旅游的气象条件进行分析,计算出人体舒适度指数、人体舒适度等级、温湿指数、风效指数,并利用这些指数对武功山地区进行评价。

1 资料和方法

本文所用数据为2001—2021年中国国家级地面气象站(宜春站(57793)、萍乡站(57786)、安福站(57798))日值数据、2016—2021年武功山区域自动气象站观测数据以及武功山负氧离子浓度检测数据,首先采用逐月差值订正法[5]建立武功山地区逐日气象要素数据集(包括温度、湿度、风、日照等),再分别计算武功山景区逐年各月的人体舒适度指数、人体舒适度等级、温湿指数和风效指数,最终对武功山景区的旅游气候舒适度进行评价。

1.1 武功山长时气象要素数据集的建立方法

为了得到长时的武功山景区的逐日气象要素(温度、湿度、日照等)序列,本文参考使用逐月插值订正法对武功山景区站点的数据进行了序列整合。有研究表明,距离较近的站点由于受到同一天气系统的影响,其逐日的气象要素变化趋势完全一致,又由于相邻站点的逐月插值多年平均值稳定,因此,可以利用武功山区域自动站附近的站点对其进行逐年订正,最终得出气象要素的序列。为了更加接近真实实况,本文利用武功山以北、以西、以南的3个站点(宜春、萍乡、安福)的单日气象要素平均值作为该日武功山景区自动站的临近站点气象要素值。

选取武功山各个方向的临近站点宜春、安福、萍乡三站气象要素平均的5 d滑动平均,求月平均,再用三站月平均减去武功山站现有数据实际的月平均,得出一个差值,按月进行逐日要素订正,得到完整的逐日气象要素序列,通过对武功山地区逐年各月的人体舒适度指数、人体舒适度等级、温湿指数和风效指数的运算,从气候资源利用角度对武功山旅游开发提供理论依据。

1.2 人体舒适度指数

人体舒适度指数是根据大部分人的感受,将温度和相对湿度组合的不同进行分类,计算公式如下:

(1)

式中,T为温度(℃),RH为相对湿度(%),V为风速(m/s)。

1.3 人体舒适度等级

王式功等[6]用根据不同月份(M)和纬度(φ)的人群对舒适感有所差异,得到最佳舒适温度:

(2)

当Ta≥Ts,RH>RHs时,

Tg=Ta+A{exp[0.05(Ta-Ts)(RH-RHs)]-1}-0.03(Ta-Ts)V

(3)

当TaRHs时,

Tg=Ta-A{exp[0.013(Ts-Ta)(RH-RHs)]+1}-0.01(Ts-Ta)V

(4)

式中,Ta为日平均气温 ,V为日平均风速,RH为日平均相对湿度,RHs为日最适相对湿度,Ts为最佳舒适温度,再由式(3)、(4),得出体感温度(Tg),再基于体感的温度舒适度等级表进行划分,得到当天的舒适度等级。

其中,A=36.75(1-0.618)≈14,当无降水时,最适相对湿度(RHs)为50%;有降水时,最适相对湿度(RHs)为62.8%[7]。

利用温度、湿度、雨量和风速,采用式(3)和式(4)分别计算4个站点21年每天的体感温度(Tg),求21年平均值,再用Dt=22.7-Ts计算出各站点每天相应的舒适度等级。

1.4 温湿指数

温湿指数[4]计算公式如下:

I=T-0.55×(1-RH)×(T-14.4)

(5)

式中,I为温湿指数,T为该评价时段平均温度(℃),RH为该时段平均相对湿度(%)。

1.5 风效指数

风效指数[4]计算公式如下:

(6)

式中,K为风效指数,T为摄氏温度(℃),V为风速(m/s),S为日照时数(h/d)。

风效指数越小,人体感觉越寒冷,风效指数越大,人体感觉越炎热。指数过高或过低对旅游影响都比较明显。

2 常规气象要素分析

2.1 气温变化特征

武功山平均海拔都在千米以上,不少山峰高于1 500 m,武功山风景名胜区金顶的最高点海拔为1 918.3 m。从图1武功山附近3个国家气象观测站2001—2021年平均气温变化趋势图可看出,近21年来武功山地区气温整体呈现出上升趋势,其线性倾向趋势方程为y= 0.054 3x+ 17.854,气温倾向率为0.5 ℃/10 a,武功山附近3个国家站年平均气温为18 ℃,其中最低平均气温为17.7 ℃,出现在2012年,年最高平均气温为19.5 ℃,出现在2021年。2013年以后各站温度变化明显,宜春站平均气温低于萍乡、安福两站。当宜春、萍乡、安福三站 6月、7 月、8 月和9月份处于高温酷热天气时,武功山的气温比较舒适,是天然的避暑旅游胜地。

图1 宜春、萍乡、安福平均气温年际和月际特征

2.2 风速变化特征

从图2武功山地区月际变化特征可以看出,武功山地区因属于丘陵地带,海拔高度较高,除8月、9月、10月、12月外,其余月份武功山地区的风速比宜春、安福、萍乡三站(平原站)更大,尤其5月份武功山站平均风速为3.07 m/s,较安福站大1.6 m/s。有研究表明,当风速2～4 m/s左右,人体感觉最为舒适,全年武功山站平均风速2.3 m/s,表明武功山站比其他三站较为舒适。

图2 宜春、萍乡、安福和武功山逐月平均风速和湿度变化特征

图3 武功山舒适度指数年际和月际变化特征

2.3 湿度变化特征

从图2可以看出,宜春、萍乡、安福三站平均相对湿度为78%左右,其中上半年是低温连阴雨和降水量多的月份,故湿度大,最小相对湿度一般出现在下半年。武功山因海拔较高,潮湿的空气沿着山坡上升,温度随着海拔的提升而降低,空气冷却达到过饱和的状态,空气所能容纳的水汽含量减少,使得全年各月湿度均高于武功山下宜春、萍乡和安福三站。

2.4 降水量变化特征

从表1可以看出,宜春、萍乡、安福三地降水日数分别为164日、165日、155日,暴雨日数和平均湿度也较为接近,又由图1、图2可以看出,武功山附近宜春、安福、萍乡3个站点温度、风速、湿度变化趋势几乎一致,可以说明武功山地区3个站点在同一大气环流背景下。三地因属于同一大气环流背景下,可以将宜春、安福、萍乡平均要素作为该站参考站采用逐月差值订正法进行武功山站气象要素订正,在相应计算出武功山站点人体舒适度指数和等级,温湿指数和风效指数。

表1 三站暴雨日数、降雨日数、平均湿度

3 各指数变化特征

3.1 舒适度指数变化特征

根据武功山人体舒适度(简称“舒适度”,下同)年际变化特征可以看出,2001年到2021年武功山年平均舒适度指数有上升趋势,线性趋势倾向率为0.8/10a,平均舒适度指数为49.9,最小为2012年48.5,最大为2021年51.7,总体感觉为舒适偏凉爽。根据武功山四季舒适度指数可以看出,夏季最高,冬季最低,春季为凉、夏季为舒适、秋季为凉爽舒适、冬季为冷。根据武功山逐月舒适度指数变化特征可知,武功山人体舒适度指数为34～63之间,5—10月份舒适度指数舒适,冬季(12月—2月)舒适度指数为冷,3月、4月、11月武功山舒适度指数为凉。

3.2 舒适度等级变化特征

选取武功山地区的武功山区域自动气象站和附近宜春、萍乡、安福3个国家站,分别代表武功山所属3个县区和武功山顶,主要利用气温、相对湿度、降水量和风速等常规气象要素,采取黄金分割法对武功山地区进行人体舒适度等级划分,并统计不同舒适度等级年平均各站的日数,绘制为图4(a)。定义微热(1级)、舒适(0级)和凉爽(-1级)为舒适等级,统计舒适日数绘制为图4(b)。

图4 武功山地区舒适度各等级年际分布特征和舒适度日数

根据图4(a)所示,可以看出宜春、萍乡、安福舒适天气与较热天气和较冷天气日数相差不大,舒适天气略高,宜春、萍乡、安福3个站点的舒适度等级非常接近,无寒冷、严寒天气,同时由于武功山地区海拔高于其他三站,主要为舒适和较冷天气,其舒适天气要明显多于宜春、萍乡和安福三站,较冷天气次之169 d,较热天气平均全年1 d。

从图4(b)可以看出,夏季(6月到8月)武功山舒适日数最多,季节分布为冬季最少, 秋季比春季舒适日数略多。宜春、安福、萍乡三站舒适日数逐月分布较为一致,平均每年宜春舒适日数为137 d,萍乡舒适日数为134 d,安福舒适日数为139 d,分别占全年总日数的38%,37%,38%,主要分布在3月、4月、5月、10月和11月,武功山地区为195 d占全年总日数的53%,比其他三站高15%,主要分布在4月到10月。尤其是5到9月,武功山几乎全月都舒适。

3.3 温湿指数变化特征

从图5温湿指数可以看出,宜春、萍乡、安福三站各月平均温湿指数非常接近。总的来说,温湿指数在7～27之间,全年差异极大,冬夏两季尤为明显,总体人体感觉程度为寒冷、冷、舒适和热,感觉舒适的分别为4月、5月、6月、9月和10月。武功山温湿指数在4～20之间,冬夏两季差异较大,人体总体感觉程度为寒冷、冷、舒适。武功山舒适天气为6月、7月、8月和9月,总的来说,山上夏季舒适,其他季节以感觉冷为主。

图5 温湿指数和风效指数月际变化特征

从图5温湿指数可以看出,宜春、萍乡、安福三站各月平均温湿指数非常接近。总的来说,温湿指数在7～27之间,全年差异极大,冬夏两季尤为明显,人体总体感觉程度为寒冷、冷、舒适和热,感觉舒适的分别为4月、5月、6月、9月和10月。武功山温湿指数在4～20之间,冬夏两季差异较大,总体人体感觉程度为寒冷、冷、舒适。武功山舒适天气为6月、7月、8月和9月,总的来说山上夏季舒适,其他季节以感觉冷为主。

3.4 风效指数变化特征

从图5风效指数可以看出,宜春、萍乡、安福三站各月平均风效指数非常一致,总的来说,风效指数在-567～-11之间,全年差异较大,人体总体感觉为寒冷、冷、舒适和热。舒适天气主要分布在4月、5月、6月、9月和10月,武功山风效指数在-241～-668之间,人体总体感觉程度为寒冷、冷和舒适,可以看出武功山舒适天气主要分布在7月、8月和9月。

根据《人居环境气候舒适度评价(GB/T27963—2011)》标准规定:“当两种指数不一致时,冬半年使用风效指数,夏半年使用温湿指数”[8]。可以得出,武功山舒适天气为6月、7月、8月和9月,其他月份山区多为偏冷天气,上山旅游观光需携带御寒衣物。

3.5 气候舒适度综合评价

本文通过武功山地区温湿度、风速、降水情况等气象要素,分别计算出其舒适度指数、舒适度等级、温湿指数和风效指数,对表2进行综合研判分析发现,武功山地区4—10月份人体感觉比较舒适,最适宜月份为6—9月,夏季最为舒适,春秋季凉爽舒适,冬季较为寒冷。

表2 武功山旅游气候舒适度综合评价

3.6 负氧离子浓度变化特征

人类生活环境中负氧离子含量的浓度与人体健康水平和空气中的细菌数量有着直接关系,所以负氧离子又被誉为“空气中的维生素”。世界卫生组织公布清新空气的标准为1 cm3空气负氧离子含量为1 000～1 500个,负氧离子浓度多少不仅预示着空气质量的好坏,同时高负氧离子浓度的环境,对人体有一定的医疗保健作用。利用武功山大气负氧离子监测站建站以来数据分析空气负氧离子资源的季节变化特征,可以得出武功山地区适宜旅游的季节建议。根据武功山每月平均负氧离子浓度个数,武功山地区2021年1 cm3空气负氧离子含量为1 000个以上,武功山地区全年的负氧离子浓度都对人体非常有益,一般来说,冬季负氧离子浓度偏大,夏、秋季偏小,春季不稳定。

4 结论与建议

本文通过对武功山地区 2001—2021年的气象要素的时空特征统计分析,评价了武功山气象旅游资源和人体舒适度,进一步分析出武功山地区人体舒适度分布特征,并就武功山气象旅游资源开发提出建议,总结如下。

1)气候分析表示,近21年来武功山地区气候变化显著,气温存在上升趋势,逐年气温倾向率为0.05 ℃/a,年平均风速为2.3 m/s,年平均相对湿度87%。

2)武功山冬季偏冷,3月、4月、11月偏凉,其他月份气候宜人,变化平稳,夏无酷暑。 武功山适宜旅游的时间为 4—10月,最适宜月份为6—9月,一年长达 195 d 以上,舒适日数率占整年的53%。

3)2001—2021年武功山地区人体舒适度呈现整体平稳趋势,无明显变化,表明武功山近21年气候旅游舒适度整体处于较适宜状态,气候特征、人体舒适度、风效和温湿指数年际变化特征均表明武功山地区呈现气候略偏暖趋势。

在全球气候变暖的趋势背景下,武功山旅游气候舒适度并未降低,反而是不断提高。因此,未来武功山地区避暑旅游还将成为热点,结合雾凇、日出日落、云海、雪景等气候景观资源,合理开发和利用旅游气候资源还将在未来值得探讨。虽然舒适日数的增多,有助于武功山旅游发展,给当地经济带来非常有利的影响。但同时就如何应对游客增长对旅游服务的基础设施需要和生态环境压力同样值得关注。