粤北地区暑期体感温度及其等级分布特征

杜家铭，沈平

（广东省突发事件预警信息发布中心，广东广州 510640）

不同于实测的空气温度，体感温度是指在考虑了空气的温度、湿度、风速等因素综合影响后，不借助任何防寒避暑措施，人体所实际感受到的温度［1］。体感温度在热环境调控、电力负荷预测、养生保健、体育赛事管理［2-4］，尤其是旅游气候舒适度评价中有着广泛的应用［5-6］，因此，体感温度的计算方法一直是国内外学者关注的热点，例如，孙凤华等［7］引入百叶箱外温度计算体感温度；唐进时等［8］、郑有飞等［9］引入热气候指数计算中国南方城市体感温度；王欣睿等［10］引入炎热指数和风寒指数计算体感温度；刘梅等［11］以人体热量平衡为基础的体感温度。这些计算方法要么较为复杂，要么地域性较强，一个地方的体感温度公式很难应用到其他地区。2019年9月30日，中国气象局颁布了中华人民共和国气象行业标准《避暑旅游气候适宜度评价方法》，规范了体感温度的计算和等级划分方法［12］。

粤北位于粤、赣、湘、闽、桂5省（区）的结合部，从经济发展角度划分，粤北地区包括韶关、河源、梅州、清远、云浮5个地级市，区域总面积7.71万 km2，占全省的 42.9%［13］。粤北地处南亚热带与中亚热带过渡地区，依山临江，山川多彩，江景秀丽，旅游业发达。每年7、8月粤北地区的温度明显低于广东其他地区，拥有宝贵的“凉”资源，是旅游的黄金季节。挖掘粤北夏凉气候资源，把粤北宝贵的“凉”资源变成优质的“热”产业，既是践行“绿水青山就是金山银山”理念的有效途径，也是助力全域旅游和乡村振兴的具体举措。本研究基于粤北地区1961—2018年31个国家气象观测站暑期7、8月逐日气象观测资料，采用《避暑旅游气候适宜度评价方法》中的体感温度计算和等级划分方法，借助GIS技术，研究粤北地区暑期体感温度及其等级分布特征，以期为粤北地区避暑旅游资源开发利用提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源与处理

粤北地区1961—2018年31个气象站暑期7、8月逐日平均气温、最高气温、最低气温、平均相对湿度、平均风速数据来自广东省气象探测数据中心，所有数据均经过质量控制，通过显著水平为0.01的均一性检验。1∶25万广东省基础地理背景数据由国家基础地理信息中心提供。采用GIS软件提取出广东省行政区边界Shapefile矢量数据、数字高程模型（DEM）及经度、纬度、海拔高度等栅格数据，空间分辨率100 m×100 m。

1.2 研究方法

1）体感温度。

根据中华人民共和国气象行业标准《避暑旅游气候适宜度评价方法》中规定的方法［12］，计算体感温度，其计算公式如下：

其中，ts、tmax、tmin和t分别为日体感温度，日最高、最低和平均气温（℃）；RH为日平均相对湿度（%）；v为日平均风速（m/s）。

2）体感温度空间推算模型。

粤北区域总面积7.71万km2，而且地形地貌复杂，仅仅根据31个气象站点计算得到体感温度，显然无法客观反映体感温度的实际分布情况，因此还需要构建体感温度的空间分析模型，通过数理统计方法和GIS技术将体感温度推算至更精细的网格单元。

体感温度与经度、纬度、海拔高度等地理因子的关系模型［14］可表示为

其中，ts为体感温度（℃）；φ、λ、h分别代表纬度（°）、经度（°）、海拔高度（m）等地理因子，函数f（φ，λ，h）是体感温度的气候学方程；ε为余差项，称为综合地理残差。

3）体感温度等级划分。

从环境卫生学角度考虑，温度24℃、相对湿度70%、风速2 m/s是夏季人体最舒适的气候条件［15］。本研究采用中华人民共和国气象行业标准《避暑旅游气候适宜度评价方法》中规定的方法进行体感温度等级划分（表1），该方法简洁有效，可反映出气温、相对湿度、风速对舒适度的综合影响。

表1 体感温度的气候舒适度等级划分

4）相关分析和线性回归。

采用Pearson相关系数分析影响体感温度与气象因子的相关系数，t检验法进行显著性检验［16］。以一元线性回归定量描述体感温度的变化趋势，多元线性回归建立体感温度与各站经度、纬度、海拔的空间分析模型，采用F检验进行一元线性回归、多元线性回归方程的显著性检验［16］。

2 结果与分析

2.1 体感温度的时间变化

根据式（1）计算各站点1965—2018年暑期7、8月逐日体感温度算术平均值，然后再计算粤北地区各站点暑期7、8月体感温度54年的平均值，并绘制成图1。从图1可以看出，近54年来，粤北地区暑期体感温度的多年平均值为30.0℃，最高值为31.3℃，出现在2003年；最低值为29.1℃，出现在1973年。54年来体感温度的线性变化率仅为0.001℃/年，没有通过0.1的显著性检验，表明54年来粤北地区暑期体感温度没有明显升高或降低的线性趋势。

图1 粤北地区1965—2018年暑期体感温度年际变化

2.2 影响体感温度变化的气象因子

统计可知，粤北地区近54年暑期体感温度与风速、平均气温、相对湿度的相关系数分别为-0.05、0.877 8、0.471，其中与平均气温和相对湿度的相关系数已经达到了0.01的显著性水平检验。不同气象因子对体感温度的影响是不同的，平均气温对体感温度具有最显著的正影响，二者相关系数达0.877 8（P＜0.01），其原因在于夏天人体感到炎热，主要是由高温引起的，当气温高于人体皮肤温度时，人就会有热感，气温越高，维持时间越长，人的热感越明显。平均相对湿度对体感温度的正影响仅次于平均气温，相关系数也达到0.471（P＜0.01），主要是由于气温高于人体正常温度37℃时，人体就要不断地通过汗水蒸发向外散发热量。这时，如果人体周围的空气相对湿度越来越高时，汗水蒸发速度就会减慢，从而让人感到闷热。此外，粤北地区体感温度与风速也存在负相关，但没有通过0.1的显著性检验。

2.3 体感温度空间分布

依据式（1）计算的粤北31个气象站暑期7、8月体感温度54年的平均值，然后通过多元线性回归，建立体感温度与各站经度、纬度、海拔的空间分析模型：

其中，ts为体感温度（℃）；λ、φ、h分别代表经度（°）、纬度（°）和海拔高度（m）。该模型F值为23.444 5，通过0.05水平的显著性检验，表明该推算模型具有较好的统计学意义，且回归效果良好，因此，可基于该模型进一步推算空间格点上的体感温度。

基于广东省1∶25万DEM数据，利用Arc-GIS软件空间分析模块将经度、纬度、高程等栅格图层代入式（3）的体感温度推算模型，得到100 m×100 m分辨率体感温度栅格图层；将31个气象站根据式（1）计算得到的平均体感温度与根据式（3）计算得到的推算值相减，得到式（1）体感温度空间推算模型的综合地理残差值，以各气象站的残差值为样本，通过反距离权重插值法内插得到综合地理残差栅格图层。最后，将体感温度栅格图层与残差栅格图层进行空间叠加运算，得到100 m×100 m分辨率网格的粤北体感温度空间分布图层（图2）。从图2可以看出，低于200 m的低海拔地区，体感温度普遍在29.0℃以上，500～700 m的中海拔地区，体感温度在24.4～25.80℃，1 200 m以上的高海拔地区，体感温度普遍在20.5℃以下。

图2 粤北地区暑期体感温度空间分布（单位：℃）

2.4 体感温度等级分布

按照表1中的体感温度等级划分标准，将2.3节中粤北体感温度空间分布划分为最舒适、舒适、较舒适和较不舒适4个区域，根据体感温度等级设置不同的颜色，制作出粤北体感温度等级分布图（图3）。

通过ArcGIS软件计算出各舒适度等级面积和比例。粤北地区“较不舒适”面积比例高达57.28%（44.177 km2），分布于200 m以下的低海拔地区。这些地区7、8月处于副热带高压控制之下，离海较远，地势又低，夏季气候炎热，令人不舒适。海拔高于200 m的山地，包含“最舒适”、“舒适”和“较舒适”地区。全区暑期“最舒适”、“舒适”和“较舒适”面积比例分别达4.6%（3.548 km2）、6.35%（4.897 km2）和 31.77%（24.503 km2）。

图3 粤北地区暑期体感温度等级空间分布

3 结论

1）1961—2018年粤北地区暑期体感温度没有明显升高或降低的趋势，暑期体感温度与平均气温、平均相对湿度呈极显著的正相关关系，相关系数分别为0.877 8和0.471，与平均风速呈不显著的负相关关系。

2）体感温度随地形变化特征显著，低海拔山区体感温度普遍超过29℃，高海拔山区体感温度低于26℃，各舒适度等级占全区总面积的比例，最舒适为4.60%、舒适为6.35%、较舒适为31.77%、较不舒适为57.28%。粤北山区地形遮蔽，植被覆盖高，具有避暑纳凉得天独厚的气候条件。

本研究仅根据体感温度对避暑舒适度等级进行了划分计算，需要进一步考虑高影响天气影响度及旅游基础设施的安全性、丰富程度等，对避暑旅游进行综合的等级划分。