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基于空间分布规律进行长江中下游地区旅游气候舒适度的分析
摘要：气候变化与旅游业的发展息息相关。本文基于全球再分析资料ERA-Interim公开的0.125°分辨率格点数据:月平均气温、相对湿度和风速,利用GIS空间分析技术,选取温湿指数(THI)、风寒指数(WEI)、着衣指数(ICL)以及综合指数为评价指标,分析了近30a来长江中下游地区旅游气候舒适度空间分布特征。结果表明:1989～2018年,长江中下游地区年平均气温呈极显著上升趋势,相对湿度呈极显著下降趋势,风速基本保持不变。长江中下游地区最适宜旅游的时间为4月、5月和10月,1月气候舒适度较差。空间上,气候舒适度整体呈纬度地带性分布,湖北省西部由于受地形的影响,舒适度较其他地区具有明显滞后性,夏季较适宜进行户外旅游。冬季全区不宜开展旅游活动。研究主要分析了长江中下游地区旅游气候舒适度的空间分异规律,为旅游开发与营销及游客出行时间选择提供参考。
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全球气候变暖毋庸置疑。IPCC第五次评估报告指出：1880～2012年，全球年平均气温上升了0.85℃（0.65～1.06℃），且近30a来是全球增温最快的时期[1]。气候变化与旅游业的发展是相互影响的，尤其是对旅游者[2]和旅游目的地[3]产生深远影响。近年来，旅游气候学成为了一个新的旅游研究热点，进入快速发展阶段[4]。不同学者对不同尺度的研究区域进行旅游气候舒适度的空间特征分析。马丽君等[5,6]采用温湿指数、风寒指数和着衣指数分别对中国东部沿海26个城市和西部11个城市进行城市旅游气候舒适度分析，并比较了南北差异。曹伟宏等[7]将风效指数替代为风寒指数研究了云南省丽江市旅游气候舒适度，结果表明，5～9月为该地区最适宜旅游的时间段。随着地理信息系统的发展，该技术逐渐被用作在旅游气候舒适度空间格局研究中。刘贝[8]和冯粉粉等[9]分别利用GIS空间分析技术，结合指标评价方法，研究了中国中部六省和华东地区旅游气候舒适度的时空分布特征。目前我国旅游气候学研究尚处在初级阶段，研究方法体系还未建立，仍有较大的研究空间[10]。
长江中下游地区经济发达，对外开放程度高，交通便利，吸引大量人口来此旅游、工作和定居[11]。因此，分析长江中下游地区旅游气候舒适度的空间分布对人们选择适合外出的旅游目的地和时间段具有重要意义。由于气象站点数据在空间上分布不均，离散型较强，仅利用空间数据插值描述空间分布特征会带来较大误差，尤其是在地形起伏较大的区域无法表现局部差异[12]。全球再分析资料具有格点分布均一、分辨率高的特点。本文以欧洲中期天气预报中心（ECMWF）发布的ERA-Interim再分析资料为依据，统计了1989～2018年长江中下游地区6省1市（湖北、湖南、安徽、江西、浙江、江苏和上海）的年平均气温、相对湿度和风速的时间分布与变化特征以及旅游气候舒适度的空间分布特征，为长江中下游地区旅游开发与营销及游客出行时间选择提供定量依据。
1、数据来源与方法
1.1资料及其处理
ERA-Interim再分析数据：是欧洲中期数值预报中心ECMWF提出的第三代再分析数值产品，采用了四维变分分析（4DVar），结合卫星数据误差校正等技术，使得再分析资料质量得到了明显提升。数据起始年份为1979年，空间分辨率为0.125°。
本文在http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interimfull-moda网站注册，下载了1989～2018年全球近地面2m逐月平均气温、相对湿度和风速数据。本文DEM数据在地理空间数据云下载，网址为http://www.gscloud.cn/,分辨率为30m。
数据下载后，本文运用ArcGIS10.5软件中SpatialAnalyst模块将月平均数据进行预处理，利用栅格计算器计算出各舒适度指标并将其可视化。
1.2研究方法
1.2.1温湿指数。
早在1923年Houghton就提出有效温度的概念，即一种受温度和湿度两者制约的反映人体热感觉的综合性指标[13]。随着研究的深入，又有学者提出了新有效温度、标准有效温度等概念[14]。目前，我们常常使用温湿指数（THI）来作为旅游气候舒适度的一项重要评判指标，其由气温和相对湿度两个因素共同决定，反映人体与周围环境间进行热交换的水平，计算公式为：
其中，THI为温湿指数，t表示摄氏温度（℃），f为相对湿度（%）。
1.2.2风寒指数。
风寒指数（WCI）自1945年被Siple等首次提出，其被认为是一项评价旅游气候舒适度的重要指标[15]。即风速和温度对寒冷条件下裸露人体表层感觉的影响。计算公式为：
式中，WCI表示风寒指数，t为摄氏温度（℃），v表示平均风速（m/s）。
1.2.3着衣指数。
温湿指数和风寒指数仅考虑了对人体裸露表层皮肤的气候舒适度。但是，人还可以通过增减衣物来调节人体对气候的适应。为了保持人体表层温度的恒定或将其维持在相对舒适的环境下所需要穿着的衣物厚度即着衣指数。其物理意义是单位面积热通量恒定的情况下衣物对热量传导的阻碍度水平。公式为：
其中，ICL表示着衣指数，t为摄氏温度（℃），v表示平均风速（m/s),h代表人体代谢率的75%，旅游行为的活动量一般是较轻微的，此时所对应的人体代谢率为116，相应的h值为87W/m2,a为人体对太阳辐射的吸收率，我们通常取0.06,R表示单位时间内在垂直于太阳光线的条件下，单位面积所接收的太阳辐射值，一般取太阳常数1367W/m2。α为太阳高度角。各分级标准见表1。
表1三种指数分级标准及相应赋值
1.2.4综合指数。
综合指数是以温湿指数、风寒指数以及着衣指数三个评价指标为基础，结合层次分析法和专家打分，确定各评价指标的权重并进行求和，得到旅游气候舒适度的综合评价[16]。其中，4≤I≤5为舒适，3≤I<4为较舒适，2≤I<3为不舒适，1≤I<2为极不舒适，综合指数值越大，说明气候舒适度越好。
2、结果与分析
2.1气象要素分析
1989～2018年长江中下游地区年平均气温为16.9℃、相对湿度为73.6%，平均风速为2.8m/s。其中，7月和9月年平均气温和相对湿度最高，分别为28.1℃和78.9%。风速最大月份为4月，为2.9m/s（图1）。
1981～2018年，长江中下游地区年平均气温呈极显著上升趋势，增温速率为0.314℃/10a(P<0.01），气温增加了0.942℃。相对湿度呈下降趋势，速率为-0.013/10a，并通过了0.01的置信度检验，近30a来相对湿度显著下降了3.9%。风速基本保持不变（P<0.05）。因此，长江中下游地区近年来气候整体呈暖干化趋势发展（图2）。
2.2旅游气候舒适度分析
2.2.1旅游舒适度年际变化特征。
1989～2018年，长江中下游地区1月温湿指数与风寒指数波动均较明显，4月、7月和10月风寒指数波动较平稳，而温湿指数变化幅度较大（图3）。这表明，1989～2018年长江中下游地区温湿指数对气候舒适度的反映较敏感，与前人的研究结果基本一致。
四种评价指标的变化规律基本保持一致，在4月、7月、10月温湿指数的波动较明显，而1月风寒指数的波动显著，说明冬季风寒指数对气候变化的敏感性要高于温湿指数。其中，波动较平稳的为着衣指数，1月稳定在2和4,10月基本稳定在5。但其在7月呈现较明显的波动，等级值在2～3之间变化较迅速。综合来看，4月和10月的舒适度较高。
图11989～2019年长江中下游地区各气象要素年内变化特征
图21989～2019年长江中下游地区各气象要素年际变化特征
2.2.2旅游舒适度年内变化特征。
根据1989～2018年长江中下游地区逐月温湿指数、风寒指数、着衣指数及综合指数，可得出4种指数的月平均值，并依据相应分级标准进行等级划分。由此可知4种指数在年内变化趋势表现高度的一致性，均显现出“M”形（图4）。其中，温湿指数变化显著，波动涉及除等级“1”以外的所有等级，而风寒指数的波动最小，仅覆盖了两个等级。这表明，温湿指数对旅游气候舒适度的影响更为敏感。综合指数通过对三种指标加权求和得出，是研究区旅游气候舒适度的整体反映，其在4月、5月和10月等级值最高。因此，长江中下游地区最适宜开展旅游活动的月份为4月、5月和10月。
图3旅游气候舒适度各指标年际变化特征
2.3长江中下游地区旅游气候舒适度评价指标空间分布特征分析
2.3.1长江中下游地区温湿指数空间分布特征。
由图5可知，1989～2018年长江中下游地区温湿指数存在明显的时间和空间差异性。1月和7月，长江中下游地区温湿指数表现为较舒适～极不舒适，说明此时较不宜开展旅游活动（图5）。1月份，湖北西部（十堰、襄阳西部、神农架林区、恩施、宜昌中西部）和江苏北部（宿州、淮北）地区温湿指数较其他地区低，达到了很冷的等级。4月和10月研究区舒适度表现为较适宜。因此，春秋两季整个长江中下游地区温湿指数变化不大，均在较舒适的范围内，适合开展户外旅游活动。
除纬度因素外，非地带性因素如地形对温湿指数的影响也是显著的。湖北省西部多为海拔500m以上的山地地形，界线大致位于湖北武当山—荆山一线，平均气温较其他地方较低（图6）。另外，安徽六安大别山地区地势西南高峻，东北低平，地形起伏大也是造成其西南较冷的原因。在夏季，长江中下游地区虽然整体上表现为不舒适，但值得注意的是，由于受地形的影响，九江市西南部地区、黄山与杭州部分地区的温湿指数均较周围地区明显偏低。因此，庐山国家地质公园、黄山国家地质公园和杭州西湖风景名胜区均是夏季避暑的最佳选择。
图4旅游气候舒适度各指标年内变化特征
2.3.2长江中下游地区风寒指数空间分布特征。
长江中下游地区1月份风寒指数界线主要沿长江分布，其中，湖北中部地区的风寒指数等级较同纬度地区偏高（图7）。另外，东部沿海地区风寒指数普遍较低，这可能是由于沿海地区海陆热力性质差异显著，风速较大导致。湖南省城步县与绥宁县部分地区的风寒指数也较周围地区普遍偏低。在7月份，存在两个风寒指数较高的地区：以湖南省湘潭市、衡阳市为中心和以江西省南昌市为中心。总体上，4月和10月整个长江中下游地区风寒指数均为较舒适，与温湿指数的结果相吻合，适合开展户外旅游活动。
图5长江中下游地区温湿指数空间分布图
图6长江中下游地区地形图
2.3.3长江中下游地区着衣指数空间分布特征。
长江中下游地区着衣指数整体变化较平缓，空间分布与温湿指数基本一致（图8）。1月份，着衣指数介于1.8～2.5之间，均需穿着较厚实的外套。7月份，着衣指数介于0.1～0.7之间，适合穿着单薄的夏季服饰。春秋两季则穿着春秋便服即可满足外出旅游的需要。
2.3.4长江中下游地区综合指数空间分布特征。
从图9可以看出，长江中下游地区在4月和10月均较适宜进行旅游活动。1月较不适宜进行户外旅游。7月虽然大部分地区较湿热而不适宜进行旅游活动，但湖北省西部地区由于地形的因素，舒适度较其他地区具有明显的滞后性，人体感受在此时较舒适，因此适合开展夏季避暑旅游活动。
3、结论与讨论
3.11989～2016年长江中下游地区年平均气温为16.9℃，近30a来气温显著增加了0.942℃。相对湿度呈极显著下降趋势，年平均相对湿度为73.6%。平均风速基本保持不变。
3.2从各旅游气候舒适度评价指标的年际和年内分布上看，长江中下游地区旅游最适宜期为4月、5月和10月。11月～次年2月，不适合户外旅游。
3.3从空间分布特征上看，长江中下游地区旅游适宜期为4月和10月。夏季，长江中下游地区处于闷热的天气，但由于山地地区气候适宜性有明显滞后性，因此该地区可吸引游客至各山地旅游区进行消暑活动。冬季由于气候较湿冷，该地区可以通过景区门票优惠活动，提升景区旅游资源在淡季的利用率。另外，湖北省西部神农架地区可以依靠低温修建人工滑雪场，促进冰雪旅游的发展。
图7长江中下游地区风寒指数空间分布图
图8长江中下游地区着衣指数空间分布图
图9长江中下游地区综合指数空间分布图
3.4本文仅分析了三种气象因素对旅游气候舒适度的影响，未考虑太阳辐射、空气质量等对游客旅游影响较大的因子。另外，本文还应考虑景点特色，并结合当地餐饮、居住、交通、旅游费用等因素，综合全面的评价旅游气候舒适度，为旅游开发、景区建设和游客基础服务提供定量依据。
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基金:黑龙江省高等教育教学改革项目:高校地理类课程大作业教学模式改革研究(SJGY20180255);哈尔滨师范大学“课程思政”教学改革示范项目(2018年).
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