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人居环境在东北三省的气候舒适度分析

2020-11-30 183 上传者：管理员

摘要：本文基于东北三省1980～2019年气象站点的各气象要素基础数据，依据《人居环境气候舒适度评价标准》，借助SPSS、ArcGIS等工具，通过计算温湿指数和风效指数对东北三省人居环境舒适度时空规律进行评价。结果表明：（1）从宏观布局来看，东北三省冬季整体变化趋势分为东北—西南走向和西北—东南走向两部分；（2）从具体的省级行政区以及地级市来看，东北三省及其地级市区域在春、秋、冬三个季节整体上在舒适度等级方面呈现为1级，感受程度为寒冷层级。在夏季6～8月份舒适度等级为3级，感受程度为舒适层级；（3）从年变化趋势来看，6～8月目前舒适度等级仍为3级，是一年中人居环境气候舒适度最适宜的时间段；（4）从年际变化趋势来看，温湿指数整体波动幅度较大，2000年出现最低值，2010年以前呈现似周期性波动，其后至今上升幅度明显增大。风效指数整体波动上升，变化幅度较平缓。

关键词：
东北三省
人居环境
气候条件
气候舒适度
生态系统
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人居环境包括“人口—居住—环境—社会—支撑”五大系统，是一个多结构复合的生态系统，其影响因素具有多元性。由于我国经济水平逐年攀升，居民的生活水平逐步提高，人们对居住环境的关注也越来越多。在人居环境众多相关的影响因子中，气候条件作为自然地理因素，对于人居环境的舒适度起一定的支撑作用。近年来，随着气象学领域的发展及观测技术的革新，通过对气候舒适度的研究分析来衡量某一区域宜居程度，判断在相同空间条件下最佳旅游时间或相应时间最佳旅游区域成为人居环境学者的研究趋向。

20世纪20年代有效温度这一定义正式被英国学者洪特提出[1]，国内外学者开始了对人居环境气候舒适度的研究，W.H.Terjung[2]通过对美国大陆生理气候适宜性的研究提出了气候舒适性指数，Oliver等[3]探讨了气候条件：包括温度、湿度、风速等对人体舒适度的影响。张建光、吕伟林、王元飞等[4,5,6]通过构建相应的人体与气候舒适度模型来分析气候条件对于人居环境舒适度的影响；刘清春、唐焰、王金亮等[7,8,9]利用已有的评价模型对典型地理区域的气候适宜性进行探讨。从世界整体的研究趋势而言，随着人们对于周边环境生活水平要求的提高，气候舒适性逐渐成为评价人居环境舒适情况的重要指标，有关气候舒适性的研究日益重要。

综上所述，前人对人居环境气候舒适度的衡量指标主要有温湿指数和风效指数[7]、人体舒适度指数[10]等，研究尺度包括全国[7]、北方沿海城市[10]、京津冀地区[11]及部分省市县[12,13,14]等。现今国内气候舒适度涉及区域较广泛，但至今缺乏对于东北三省的人居环境气候舒适度研究。东北三省作为新中国的“工业摇篮”，东北振兴于2016年纳入“十三五”计划，对东北三省进行人居环境气候舒适度研究可为东北三省的人居环境建设以及城市规划利用提供合理依据。故本文以东北三省为例，并以《人居环境气候舒适度评价标准》为依据，运用spss分析、ArcGIS可视化表达等手段，基于温湿指数和风效指数对东北三省人居环境的气候舒适度进行评价，对东北三省吸引外来人口，维持经济发展，实现产业转型具有一定的借鉴和参考意义。

1、数据来源与研究方法

1.1数据来源

1.1.1区域概况。

东北三省包括黑龙江（黑）、吉林（吉）和辽宁（辽）三省。位于我国东北部，占地80.86万平方千米，大部分处在中温带，属温带季风气候，雨热同期，冬季漫长寒冷，夏季短促温暖。

1.1.2数据选取。

选取东北三省81个气象站点（图1），其中包括辽宁省23个站点、吉林省27个站点以及黑龙江省31个站点。基于1980～2019年逐月平均气温、平均相对湿度、平均风速和日照时数等观测数据，对东北三省人居环境气候舒适度进行研究。其中极少量日照时数和平均风速数据缺失，通过其前后月及该站点历年均值作以修正。本文中区域概况数据从2019年《辽宁统计年鉴》《吉林统计年鉴》《黑龙江统计年鉴》中获取，气象数据来源于中国气象数据网国家气象科学数据共享服务平台。

1.2研究方法

参考前人的研究方法，依据我国2011年发布的《人居环境气候舒适度评价》（GB/27963-1011)[15]，采用温湿指数和风效指数两个指标对东北三省气候舒适度进行分析。

1.2.1温湿指数。

温湿指数即描述人体对环境温度和湿度综合感受的指数。其中，温度是主要因素，当温度适宜时，湿度对人体舒适程度的影响不显著，当温度过高时，湿度对人体的影响开始显著[16]。

式中，I为温湿指数（保留一位小数）；T为某一评价时间段平均温度（℃）；RH为某一评价时段平均空气相对湿度（%）。

1.2.2风效指数。

风效指数即描述人体对风、温度和日照综合感受的指数。

式中，K为风效指数（取整数）；T为某一评价时段平均温度（℃）；V为某一评价时段平均风速（m/s);S为某一评价阶段平均日照时数（h/d）。

1.2.3评价方法。

气候舒适度采用温湿指数和风效指数评价。当两种数据不一致时，冬半年使用风效指数，夏半年使用温湿指数，当评价时段风速大于3m/s的地区使用风效指数。并依据人居环境舒适度等级划分表（表1）进行评价。

2、东北三省气候适宜性时空分析

2.1人居环境气候舒适度年内变化趋势分析

对东北三省各气象站点数据按以上研究方法处理后，得到东北三省各气象站点人居环境气候舒适度具体情况，运用ArcGIS10.6软件空间分析方法对东北三省气象站点进行可视化表达，并通过掩膜提取分析进行分级，得到人居环境气候舒适度空间分布状况（图2）。

从宏观布局来看，东北三省气候舒适度分布整体变化趋势分为东北—西南走向和西北—东南走向两部分，冬季东北—西南走向较突出，深入吉林大部分；夏季西南—东北走向突出直达黑龙江东北部。

从具体的省级行政区以及地级市来看，对东北地区各省级行政区以及地级市舒适度等级情况进行分析（表2）。在3～5月份，黑龙江省北部以及南部区域月平均气温低于7℃，是东北三省春季月平均气温最低的地区。在东部区域包括齐齐哈尔市南部地区，大庆市、绥化与哈尔滨市交界区域气温在8～10℃之间。在南部区域与朝俄交界区域气温低于7℃，在市中心及其周边辐射区域平均气温在8℃左右。吉林省大部分区域月平均气温介于8～11℃之间，在吉林省西南部区域包括延边朝鲜族自治州以及白山市部分地区气温低于8℃。辽宁省东部地区包括铁岭市、抚顺市、本溪市以及丹东市部分地区月平均气温介于9～12℃之间，其他区域如辽西以及辽宁南部地区平均气温在13℃左右，是东北三省月平均气温最高的地区，但该区域平均气温仍低于14℃。总体上看，在3～5月份，东北三省各地区的感觉程度为寒冷层级，舒适度等级为1。

图1研究区域

表1人居环境气候舒适度等级划分表

在6～8月份，黑龙江省克山县、海伦市以及伊春市以北地区，绥芬河市、东宁县以及鸡西市中俄交界地区月平均气温低于20℃，是夏季平均气温最低的区域，但仍然高于17.9℃。在黑龙江中部以及西部地区介于20～22℃之间。吉林省月平均气温由东南向西北方向逐级递增，延边朝鲜族自治州以及白山市平均气温低于20℃，吉林市与延边朝鲜族自治州交界地区以及通化市与白山市交界地区平均气温大约在21℃，吉林市与通化市大部分区域以及两市东南方向的吉林省地区气温在21～22℃之间。辽宁省皮口港平均气温低于20℃，是辽宁省夏季月平均气温最低的地区。与吉林接壤的四个地级市气温在22℃左右，其他辽宁省地区包括辽西地区以及大连市中心周围区域平均气温高于23℃，是东北地区夏季气温最高的地区，该地区平均气温低于25.5℃。总体上看，在6～8月份，东北三省各地区感觉程度为舒适层级，舒适度等级为3。

图2东北三省人居环境气候舒适度空间分布

表2东北地区各省级行政区及地级市舒适度等级统计表

在9～11月份，黑龙江省大兴安岭地区，黑河市以及伊春市月平均气温低于6℃，是东北地区秋季气温最低的地区。黑龙江南部地区平均气温在6～10℃之间。吉林省延边朝鲜族自治州，白山市以及吉林市平均气温介于6～9℃之间，其他区域尤其是吉林省与辽宁省交界地区气温约为9℃。辽宁省除与吉林省交界的地级市平均气温约为9℃，其他辽宁省内陆地区平均气温介于10～13℃，沿渤海湾的地级市平均气温高于13℃，是东北秋季气温最高地区，但除大连市中心及其周边区域平均气温介于14～17℃之间，其他地级市仍然低于14℃。总体上看，在9～11月份，虽然大连市地区感觉程度为冷层级，舒适度等级为2，但其他各地级市区域月平均温度均低于14℃，综合统计，东北各省感觉程度为寒冷层级，舒适度等级为1。

从12月到第二年2月中旬，黑龙江省全境月平均气温低于零下10℃。吉林省通榆县、长岭县、长春市、梅河口以及临江市西南方向与辽宁省交界地区平均气温介于零下10℃到零下7℃之间，东北方向与黑龙江交界地区与黑龙江冬季气温状况大体类似，低于零下10℃。辽宁省沿海地区气温高于0℃，辽中地区气温普遍为零下3℃左右，个别地区如彰武县等区域平均气温低于零下7℃。在冬季，整个东北地区平均气温普遍低于0℃，温度较高的沿渤海湾地区平均气温也很少超过5℃，感觉程度为寒冷层级，舒适度等级为1。

基于东北各省级行政区及地级市舒适度等级统计表所得出的结果，东北三省及其地级市区域在春、、秋、冬三个季节整体上在舒适度等级方面呈现为1级，感受程度为寒冷层级。在夏季6～8月份舒适度等级为3级，感受程度为舒适层级。

2.2人居环境气候舒适度年际变化趋势分析

以东三省整体为研究对象，基于1980～2019年东北三省各站点的基本气象要素数据，依据人居环境评价标准进行适当加权平均，并略做修正，通过spss分析得到其温湿指数（图3）和风效指数（图4）的年际变化规律。1980～2019年温湿指数介于-18.5～24之间，，风效指数处于-1573～-32之间。温湿指数整体波动幅度较大，2000年出现最低值，2010年以前呈现似周期性波动，其后至今上升幅度明显增大。风效指数整体波动上升，变化幅度较平缓。

以各城市为研究对象进行分析，结果发现：东三省大多数城市全年中占舒适等级的月份均为3个月，即分别为6月、7月和8月。大兴安岭地区舒适度等级最低，部分区域全年仅有7月这一个月舒适度等级为舒适；朝阳、沈阳两城市舒适度等级最高，全年中气候舒适等级占5个月，分别为5月、6月、7月、8月和9月。此外，葫芦岛、锦州、丹东、营口和大连等沿海城市舒适度等级较好，全年中气候舒适等级占4个月。

3、结论

本文基于东北三省1980～2019年气象站点的各气象要素基础数据，依据《人居环境气候舒适度评价标准》，通过计算温湿指数和风效指数对东北三省人居环境舒适度时空规律进行评价，结果表明：（1）从宏观布局来看，东北三省冬季整体变化趋势分为东北—西南走向和西北—东南走向两部分。（2）从具体的省级行政区以及地级市来看，东北三省及其地级市区域在春、秋、冬三个季节整体上在舒适度等级方面呈现为1级，感受程度为寒冷层级。在夏季6～8月份舒适度等级为3级，感受程度为舒适层级。（3）从年变化趋势来看，6～8月目前舒适度等级仍为3级，是一年中人居环境气候舒适度最适宜的时间段。（4）从年际变化趋势来看，温湿指数整体波动幅度较大，2000年出现最低值，2010年以前呈现似周期性波动，其后至今上升幅度明显增大。风效指数整体波动上升，变化幅度较平缓。

近年来，人居环境评价体系日臻完善，有关人居环境气候舒适度方面的研究方法以及研究手段也日趋完善。本文仅从气候舒适度方面探讨了东三省的人居环境状况，研究指标较单一，有待于进一步完善。接下来会结合人居环境五大子系统对东北三省人居环境方面进行深入研究。

图31980～2019年际温湿指数变化

图41980～2019年际风效指数变化

参考文献：

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