重慶地區(qū)人工氣候時空變化特征分析

重慶地區(qū)人工氣候時空變化特征分析

人體舒適度指數(shù)根據(jù)第4份關于歐盟氣候變化的評估報告（1906-2005），世界前100名a（1906-2005）的表面溫度增加了0.74。隨著全球氣候變暖,氣候因子的變化必然導致人體舒適度的變化［2］。人體舒適度指數(shù)是從氣象角度評價不同氣候條件下人的舒適感,根據(jù)人類機體與大氣環(huán)境的熱交換制定的生物氣象指標［3］。人體舒適度指數(shù)不僅可以提示人們根據(jù)天氣的變化來調(diào)節(jié)自身生理以適應冷暖環(huán)境,以防范天氣冷熱突變,也便于人們了解多變的天氣條件下身體的舒適程度,預防由天氣造成人體不舒適而導致疾病等。國內(nèi)關于人體舒適度指數(shù)的研究主要是從20世紀90年代開始,陳雪等［4］認為城市溫度的增加對城市居民的居住感受和生活產(chǎn)生較大影響,熱不舒適日數(shù)增多,冷不舒適日數(shù)減少,高溫現(xiàn)象加?。?－6］;閔俊杰等［7］和孫廣祿等［8］進行南京、京津冀地區(qū)人體舒適度指數(shù)與氣象要素的相關分析。但目前關于重慶地區(qū)的人體舒適度研究較少,僅有龍良碧［9］通過模糊綜合評判方法定量描述重慶夏季氣候舒適度。因此,本文利用1981—2010年重慶34個區(qū)縣的氣象要素資料(氣溫、相對濕度和風速),計算重慶地區(qū)人體舒適指數(shù),分析人體舒適度的統(tǒng)計特征,找出人體舒適度變化規(guī)律,為重慶旅游氣候資源優(yōu)勢的綜合開發(fā)及氣象部門開展旅游氣象服務提供參考。1數(shù)據(jù)和方法1.1數(shù)據(jù)來源選取1981—2010年重慶地區(qū)34個氣象觀測站日平均氣溫、平均風速和平均相對濕度等氣候資料。1.2人體舒適性分析在進行統(tǒng)計分析時,主要方法為氣象資料分析中常用的數(shù)理統(tǒng)計、小波分析和EOF分析等方法。根據(jù)重慶的氣候特點,選取3—5月代表春季,6—8月代表夏季,9—11月代表秋季,12月至翌年2月代表冬季。人體舒適度指數(shù)的等級劃分按照中國氣象局規(guī)定的統(tǒng)一標準,采用9級分類法［10］(見表1)。級別的絕對值越大,則人體感覺越不舒適;越小,則人體感覺越舒適。為進一步說明人體舒適度分布,合并統(tǒng)計平均冷不舒適日數(shù)(指數(shù)等級-2級~-4級)、平均舒適日數(shù)(指數(shù)等級-1級~1級)和平均熱不舒適日數(shù)(指數(shù)等級2級—4級)。針對重慶地區(qū)的氣候特征,采用如下計算公式:式(1)中,T為溫度(單位為℃);Rh為相對濕度(單位為%);V為風速(單位為m·s－1)。分析重慶地區(qū)人體舒適度日數(shù)的變化時,根據(jù)重慶地形劃分為渝東南、渝東北、渝西和渝中4個區(qū)域,各區(qū)域包含的觀測站見表2。渝東南選取黔江為代表觀測站,渝東北選取萬州,渝西選取沙坪壩,渝中選取涪陵為代表觀測站。2結果分析2.1人體舒適度的持續(xù)時間和時間的推移2.1.1人體舒適年年際變化從重慶地區(qū)34個氣象觀測站的人體舒適日數(shù)距平年序列及變化趨勢可知(圖1),重慶人體舒適日數(shù)平均值年變化較大,年變化階段性顯著,呈一定的波動性,在整個波動中呈上升趨勢。1981—2010年重慶地區(qū)年平均人體舒適日數(shù)為199d,人體舒適日數(shù)最大值出現(xiàn)在1987年(219d),最小值出現(xiàn)在1985年(177d),兩者相差42d,說明重慶地區(qū)人體舒適日數(shù)年際差異較大。此外單站年人體舒適日數(shù)最多的為243d,出現(xiàn)在1987年巫山,其次是巫溪為242d(1983年),云陽為234d(1983年)。年人體舒適日數(shù)單站最少的為開縣,為159d(1996年),其次為秀山為160d(1981年)。2.1.2季節(jié)和夏季分布統(tǒng)計顯示,重慶地區(qū)人體舒適日數(shù)季節(jié)變化十分明顯(圖2),四季中,春季日數(shù)最多,其次為秋季,春秋兩季的舒適日數(shù)占全年的71%。重慶4個代表站所代表區(qū)域的季節(jié)分布和重慶地區(qū)平均值分布基本一致,除黔江地區(qū)夏季明顯高于重慶地區(qū)平均值,秋季最多,春季其次,夏季次之,冬季最少的特點。其余站點均為春季最多,秋季其次,夏季次之,冬季最少。2.1.3“m”型,運維指標變化從圖3可以看出,重慶地區(qū)一年中任意一個月均存在舒適日,月變化呈“M”型,1—5月基本隨時間遞增,5月(26.3d)達到次峰值,5—8月減少,9—10月再次遞增,10月(27.1d)達到峰值。重慶4個代表站所代表區(qū)域和重慶地區(qū)的變化趨勢基本一致。2.1.4人體舒適期指數(shù)80—周期性規(guī)律采用Morlet小波對1981—2010年重慶地區(qū)人體舒適日數(shù)距平序列的演變規(guī)律進行分析(Morlet小波變化實部表示人體舒適日數(shù)的時間尺度特征)。由圖4可知,重慶地區(qū)30a人體舒適日數(shù)存在4a、7—8a的周期振蕩,1981—2000年人體舒適日數(shù)主要以4a周期振蕩為主,振蕩周期在1985年左右最明顯,振蕩最強;2000年左右的振蕩次之;1995—2005年前期7—8a左右的周期振蕩也十分明顯。利用Mann-Kendal方法檢驗1981—2010年重慶地區(qū)舒適日數(shù)及4個代表站的年舒適日數(shù)序列的突變狀況(圖略)。重慶地區(qū)及4個代表站的年舒適日數(shù)在信度線內(nèi)有多個交點,說明重慶地區(qū)的人體舒適日數(shù)存在明顯的突變現(xiàn)象。重慶地區(qū)4個代表站所代表的區(qū)域和重慶地區(qū)的突變時間基本一致,最近一次突變出現(xiàn)在1997年左右,總體突變呈增加趨勢。2.2人體舒適度的空間分布2.2.1人體舒適度的時間分布由圖5a可知,年人體舒適日數(shù)在渝西南及渝東北地區(qū)最多,其中渝西南的綦江最多為213d,渝東北巫山次之為211d;其次為長江以南南川—武隆—彭水一線,最少的為長江以北地區(qū)及渝東南地區(qū)。主要由于重慶地處盆地,地形條件復雜,各地溫差較大,因而人體舒適度存在相對的差異。從四季分布來看(圖5b—5e),重慶地區(qū)的人體舒適日數(shù)主要是以春、秋兩季為主。春季人體舒適日數(shù)的大值區(qū)主要分布在渝西、渝中和渝東北(除城口一帶),秋季大致與春季分布相同,主要分布在渝西、渝中(除忠縣)、渝東北(除城口一帶)和渝東南(除酉陽、秀山一帶),以渝西和渝中武隆彭水一帶云陽、巫山為主。夏季人體舒適日數(shù)則與春季相反,舒適日數(shù)主要分布在渝東北(奉節(jié)—巫溪—城口一帶)、渝中南川、渝東南(彭水—酉陽—秀山一帶)及渝西(大足—永川—榮昌一帶)。冬季則是以渝西(巴南—綦江一帶)、渝中涪陵和渝東北(云陽、巫山)為主。2.2.2年平均人體舒適日期異常與其他特征向量場的方差貢獻為清楚了解重慶地區(qū)人體舒適日數(shù)的主要空間分布類型,找出34個站點所代表的區(qū)域共同變化特征,即共同波動規(guī)律,用EOF分析重慶地區(qū)人體舒適日數(shù)的時空分布。表3列出了前3個特征向量場的方差和個別方差貢獻、累積方差貢獻。前3個特征向量場累計方差貢獻占總方差的86.48%(通過North準則檢驗),第一特征向量的方差貢獻為67.58%,遠大于后面特征向量的方差貢獻,且第一特征向量均為正值,表明重慶地區(qū)年平均人體舒適日數(shù)異常分布在重慶地區(qū)一致性。這是由于近年來重慶地區(qū)氣溫日較差減小,極端最高與極端最低氣溫的非對稱性變化(夏季極端最高氣溫呈下降趨勢,冬季極端最低氣溫呈上升趨勢),使重慶地區(qū)舒適日數(shù)增加。2.3人體舒適度的日益分布2.3.1與環(huán)境關系的分析從1981—2010年重慶地區(qū)冷不舒適、熱不舒適日數(shù)變化趨勢(圖6)可知,重慶地區(qū)熱不舒適日數(shù)呈上升趨勢,而冷不舒適日數(shù)呈下降趨勢。造成這一趨勢的主要原因為重慶地區(qū)人體舒適度指數(shù)與氣溫、風速和濕度存在顯著的相關關系(通過0.01檢驗),氣溫對人體舒適度指數(shù)的影響最大。由于近年來中國平均氣溫上升趨勢明顯［12］,特別是重慶地區(qū)多年平均氣溫的強度與年極端最高氣溫均表現(xiàn)為增加趨勢［13］,使重慶地區(qū)熱不舒適日數(shù)增加,而冷不舒適日數(shù)減少。從重慶地區(qū)人體不舒適日數(shù)空間分布(圖7)可知,人體冷不舒適日數(shù)主要分布在渝東北(城口一帶),其次為渝東南(黔江—酉陽—秀山一線)。而人體熱不舒適日數(shù)的分布地區(qū)則與冷不舒適日數(shù)分布地區(qū)相反。主要是由于渝東南(黔江—酉陽—秀山)和渝東北(城口一帶)等地高溫天氣發(fā)生較少,其中酉陽站平均每年高溫天數(shù)只有1.70d［14］。2.3.3夏季日氣溫特征從重慶地區(qū)平均人體極端不舒適日數(shù)變化(圖8)可知,重慶地區(qū)平均人體極端炎熱不舒適日數(shù)呈上升趨勢;平均人體極端寒冷不舒適日數(shù)呈下降趨勢。重慶屬亞熱帶濕潤季風性氣候,年平均氣溫在18℃左右,冬季平均最低氣溫為6—8℃,極端最低氣溫在-2℃左右;夏季日最高氣溫多在35℃以上,極端最高氣溫為43℃左右。從極端不舒適日數(shù)空間分布(圖9)來看,重慶極端寒冷地區(qū)主要分布在城口及秀山兩地,而極端炎熱主要分布在渝西(銅梁—合川一帶)、渝中(巴南—綦江一帶)和渝東北(萬州—開縣一帶)。3重慶市年人體舒適性特征(1)通過分析發(fā)現(xiàn),重慶地區(qū)年平均人體舒適日數(shù)為199d,主要分布在春、秋兩季,占全年的71%。人體舒適日數(shù)年變化較大,總體呈上升趨勢,且存在4a,7—8a的振蕩周期。Mann-Kendal方法結果表明重慶地區(qū)的人體舒適度日數(shù)存在明顯的突變現(xiàn)象。重慶4個代表站所代表區(qū)域和重慶地區(qū)的突變時間基本一致,最近一次突變出現(xiàn)在1997年左右,總體呈增加趨勢。(2)從空間分布來看,重慶年人體舒適日數(shù)的地域分布不均,總體為渝西南及渝東北日數(shù)最多,其次是長江以南南川—武隆—彭水一線,最少的為長江以北地區(qū)及渝東南地區(qū)。年平均人體舒適日數(shù)異常分布存在全地區(qū)一致性。(3)重慶地區(qū)人體熱不舒適日數(shù)呈上升趨勢,而冷不舒適日數(shù)呈下降趨勢。從空間分布來看,人體冷不舒適日數(shù)空間分布以渝東北(城口一帶)和渝東南(黔江—酉陽—秀山一線)為主,熱不舒適日數(shù)空間分布則與之相反。(4)重慶地區(qū)極端炎熱不舒適日數(shù)呈上升趨勢,極端寒冷不舒適日數(shù)呈下降趨勢。重慶極端寒冷地區(qū)主要分布在城口及秀山兩地,而極端炎熱地區(qū)主要分布在渝西(銅梁—合