1971—2019年厦门气候环境舒适性变化特征及影响因子分析

杨秀敏，陈娇娜，陈 琳，郭 林

（1.厦门市气象服务中心，福建 厦门361012；2.厦门市气象灾害防御技术中心，福建 厦门361012）

气候变暖趋势下，气候变化对环境和健康的影响越来越明显，城市气候环境舒适性受到人们的广泛关注。人体舒适度表征着人体在气候环境中舒适与否的程度，是衡量城市气候环境舒适性的指标之一，在城市环境气象服务中具有重要的基础性地位[1]。

人体舒适度指数（Comfort of Human BodyⅠndex，以下简称“ICHB”），常用来表征人体在某种气象条件下对环境感觉舒服的程度[2-3]，主要取决于气温、湿度和风速。研究人体舒适度指数有助于提示人们根据气候环境变化来及时采取措施，适应环境。通过对厦门人体舒适度变化特征进行分析研究，为厦门市宜居环境评估、旅游业发展及城市环境气象服务提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选取厦门市东渡狐尾山国家基本气象观测站1971—2019年逐日气象资料，包括日平均气温、日平均相对湿度、日平均风速3个气象要素。自然天气季节划定为：3—6月为春季，7—9月为夏季，10—11月为秋季，12月至次年2月为冬季[4]。

1.2 指数计算方法

早期对舒适度的研究多是一些定性的描述或采用经验公式进行定量讨论，1966年TERJUNG提出气候舒适性指数的概念[5]。随后国内外学者对人体舒适度指数的计算及舒适度评价提出了多种不同的方法[6-10]，如以温湿指数、风效指数和着衣指数等为基础，建立综合舒适度指数；基于GⅠS技术和风环境特征开展气候环境舒适度评价等。

本文选用较常用的方法进行计算[3，9]，公式如下：

式（1）中：T为温度，℃；RH为湿度，%；V为风速，m/s。

依据式（1）计算出来的舒适度指数划分为3个级别9种体感，如表1所示。

表1 人体舒适度指数等级标准

1.3 通径分析法

影响舒适度指数的气象因子有多种，而各种因子之间又相互影响。因此，若要分析影响因子的主次关系，除简单相关分析外，还需进行通径分析。通径分析将自变量Xi与因变量Y的相关系数分解成直接通径系数Pi和间接通径系数rijPi，Pi为自变量Xi对因变量Y的直接作用结果，rijPi表示该自变量通过其他自变量产生的间接作用结果。通过对通径系数的求解和分析，可以判断影响因变量的直接作用因子和间接作用因子[11]。通径分析在Excel和SPSS中均可实现[12-13]，本文主要采用SPSS。

2 结果与分析

2.1 日数分布特征

2.1.1 年均日数分布特征

1971—2019年厦门市不同等级舒适度日数变化趋势如图1所示。分析3个等级舒适度日数的统计结果表明，1971年以来，厦门舒适年均日数占总体的75.8%，冷不舒适和热不舒适分别占12.7%和11.5%，即1971年以来，厦门整体呈现舒适的特征。厦门市人体舒适度指数年均日数比例分布特征如图2所示。分析日数变化趋势可知，舒适和热不舒适天数均为增加趋势，冷不舒适天数表现为下降趋势。

图1 1971—2019年厦门市不同等级舒适度日数变化趋势图

图2 厦门市人体舒适度指数年均日数比例分布特征

厦门市各等级人体舒适度年均日数及倾向率如表2所示。从9种体感的日数分布来看，1971年以来，厦门人体舒适度主要集中在凉、凉爽、舒服、暖和和热，不存在寒冷和酷热等级。其中舒服比例最大，为41.6%；其次是暖和，为20.7%；凉和凉爽分别为占12.7%和13.5%；热占11.5%。从日数变化趋势来看，凉的负倾向率最大，以6.570 d/10a-1的速度减少；热的正倾向率最大，以3.889 d/10a-1的速度增加。

表2 厦门市各等级人体舒适度年均日数及倾向率

2.1.2 夏季和冬季日数变化特征

夏季和冬季各等级舒适度日数及线性倾向率如表3所示。对夏季、冬季不同等级舒适度的日数进行统计分析，结果表明厦门夏季舒适、热不舒适平均日数占比分别为61%和39%，冬季舒适、冷不舒适平均日数占比分别为60%和40%；夏季舒适日数呈下降趋势，热不舒适日数呈上升趋势；冬季舒适日数呈上升趋势，冷不舒适日数呈下降趋势。这表明，在气候变暖的趋势下，冬季带给人的冷不舒适感逐渐减弱，而厦门市夏季受西太平洋副热带高压持续控制，常出现晴热天气，因此夏季给人带来的热不舒适感觉随着极端高温天气的频繁发生逐渐增强。

表3 夏季和冬季各等级舒适度日数及线性倾向率

2.2 舒适度指数变化特征

2.2.1 年际变化特征

1971—2019年厦门市人体舒适度指数年际变化趋势如图3所示。

图3 1971—2019年厦门市人体舒适度指数年际变化趋势图

分析舒适度指数年际变化趋势表明，1971年以来，厦门人体舒适度指数总体为上升趋势，指数值在60～65之间，多年平均值为63。总体来说，厦门气候是舒服的。

2.2.2 季节和月际变化特征

对不同季节和月份各等级舒适度指数均值进行统计，结果如表4所示。

表4 不同季节和月份厦门市人体舒适度指数及线性倾向率

从季节尺度来看，厦门夏季舒适度指数最高，为74；冬季指数最低，为51，但均在舒适范围内。四季舒适度指数均呈上升趋势。其中冬季的倾向率最大，为0.673·10a-1；其次是春季，为0.589·10a-1；最小的是夏季，为0.223·10a-1。

从月际尺度来看，厦门7月份舒适度指数最高，为75；12月份舒适度指数最低，为53；1—12月份舒适度指数均表现为上升趋势，其中2月份的倾向率最大，为0.853·10a-1；11月份次之，为0.838·10a-1；最小的是7月份，为0.154·10a-1。

2.3 舒适度指数影响因子通径分析

厦门市人体舒适度指数影响因子通径系数如表5所示。通径分析结果表明，气温与舒适度指数的相关系数分为0.987，在0.01水平上显著，风速、相对湿度的相关系数分别为-0.260和0.272，在0.1水平上显著；气温是影响舒适度指数的最主要因子，风速和相对湿度对舒适度的影响接近。气温和相关湿度与舒适度指数关系呈正相关，风速为负相关。

表5 厦门市人体舒适度指数影响因子通径系数表

气温直接通径系数最大，为0.962，说明气温对舒适度指数的直接作用最大，风速次之，相对湿度最小。气温、风速和相对湿度的间接通径系数均未达到显著水平，说明要素之间相互作用不是很明显。气温的间接通径系数绝对值小于风速和相对湿度，说明气温的间接作用较风速和相对湿度不明显，而风速和相对湿度的间接作用较明显，且风速和相对湿度的间接通径系数绝对值均大于各自的直接通径系数，进一步说明了风速和相对湿度主要是通过其他因素对舒适度指数产生影响。

3 结论与讨论

1971年以来，厦门整体呈现舒适的特征，舒适日数较多，呈上升趋势；热不舒适天数也表现为上升趋势；冷不舒适的天数表现为下降的趋势。从9种体感的舒适度天数来看，厦门无寒冷和酷热，人体舒适度主要集中在凉到热之间，凉的日数减少趋势明显，舒服、热的日数增加趋势明显，凉爽、暖和的变化趋势较不明显。

从夏季和冬季舒适度日数来看，1971年以来厦门夏季舒适日数呈下降趋势，热不舒适日数呈上升趋势；冬季舒适日数呈上升趋势，冷不舒适日数呈下降趋势。从舒适度指数均值来看，1971—2019年厦门春季和秋季的舒适度指数均是5级，即为舒服的，从月份来看，3—5月份和10—12月份是舒服的，1—2月较为舒服。从指数的变化趋势来看，1971年以来厦门舒适度指数表现为上升趋势，其中以冬季和2月份的上升趋势最明显。气温、风速、相对湿度与舒适度指数存在显著的正（负）相关性，其中气温、相对湿度与舒适度指数呈正相关，风速与舒适度指数呈负相关。气温是影响舒适度指数的最主要因子。气温对舒适度指数的影响主要表现为直接作用，风速和相对湿度的影响主要体现为间接作用，通过气温产生影响。