连山生态气候康养适宜性分析

Analysis of Suitability for Ecological Climate and Health Preservation in Lianshan

摘要: 本文采用连山国家气象观测站1981~2022年常规气象数据、Landsat遥感数据等资料，选取人体舒适度气象指数(BCMI)、风效指数(K)、温湿指数(THI) 3项气候指数，负氧离子浓度、大气自净能力、遥感生态指数3项指标，对连山生态气候康养适宜性进行了分析。结果表明：连山区域内BCMI 4~6级概率均在60%以上，全年有256天等级为“最为舒适”或“大部分人感觉舒适”；年均K值为−245，为最舒适等级，舒适期天数为321天，无温热胁迫；THI值全年有8个月无温湿胁迫，最佳舒适期天数有弱增加趋势。年均负氧离子浓度达到3168个/cm³，达到了“特别清新”标准；年均大气自净能力为2.4吨/天/平方千米，空气质量指数(AQI)年均值为42，优良率为99.4%；RSEI指数呈增加趋势，面积优良等级占比由2015年的91.6%提升到2020年的93.9%。综合表明连山生态气候在休闲康养适宜性方面优势突出。

Abstract: In this paper, the conventional meteorological data of the Lianshan National Meteorological Observatory Station from 1981 to 2022, Landsat remote sensing data, and other data were used to select three climate indices, namely human comfort meteorological index (BCMI), wind efficiency index (K), and temperature humidity index (THI), as well as negative oxygen ion concentration, atmospheric self-purification capacity, and remote sensing ecological index to analyze the suitability for ecological climate and health preservation in Lianshan. The results show that the probability of BCMI levels 4 to 6 in the Lianshan area is above 60%, and there are 256 days throughout the year when the level is “most comfortable” or “most people feel comfortable”; the average annual K value is −245, which is the most comfortable level, with a comfortable period of 321 days and no temperature stress; the THI value has 8 months of no temperature and humidity stress throughout the year, and the optimal comfortable period days have a weak increasing trend. The average annual concentration of negative oxygen ions reaches 3168 per cm⁻³, reaching the “particularly fresh” standard; the annual average atmospheric self-purification capacity is 2.4 t∙d⁻¹∙km⁻², the annual average air quality index (AQI) is 42, and the excellent rate is 99.4%; the RSEI index is showing an increasing trend, with the proportion of areas with excellent grades increasing from 91.6% in 2015 to 93.9% in 2020. Overall, the ecological climate of Lianshan has outstanding advantages in terms of suitability for leisure and health preservation.

1. 引言

随着经济社会的发展和人们生活水平的提高，生态康养成为人们追求的生活条件，以生态气候资源为主题的休闲康养活动逐渐成为旅游业发展的新热点。气候条件和生态环境是影响休闲养生康养活动的重要前提条件，决定了人们对休闲康养地的满意程度。国内外许多学者对生态气候与休闲养生的相互关系进行了很多研究，并取得了大量成果，如林晓青等 [1] 从人体舒适度气象指数、负氧离子浓度等指标对陆河生态气候休闲养生适宜性进行了分析；刘金丽等 [2] 通过多种气候舒适度计算模型的对比分析构建了适合珠海的人居环境舒适度评价方法；刘逸等 [3] 以气候综合舒适度模型为基础，通过修正气象要素的理想值和权重建立了避暑旅游气候舒适度模型；李正泉等 [4] 对丽水市气候、生态与休闲养生进行了相关分析；还有很多使用气候指数法对城市气候旅游适宜性分析及适宜期进行了评判 [5] [6] [7] [8] 以及对负氧离子浓度特征进行了分析 [9] [10] 。然而，将气候条件和生态环境结合在一起，对生态与气候的休闲康养适宜性的分析研究并不多见。

连山位于广东省西北部，在湖南、广西、广东三省交界处，地处南岭山脉西南麓，属亚热带山地气候，气候温润宜人，夏无酷暑，冬无严寒，山清水秀，空气清新。本文选取与休闲康养关联较为密切的气候指数和生态指标进行了计算分析，对连山生态气候康养适宜性进行了探讨，以期为人们在旅游、休闲康养出行选择连山提供参考，助力连山农文旅体康融合高质量发展。

2. 资料和方法

采用连山国家气象观测站1981~2022年和历年区域气象站常规气象资料、2019年7月~2022年6月连山3个固定式负氧离子监测站数据、2015和2020年Landsat遥感数据，以人体舒适度气象指数(BCMI)、风效指数(K)、温湿指数(THI) 3项气候指数，作为休闲康养的气候关联指标；以负氧离子浓度、大气自净能力、遥感生态指数(RSEI) 3项指标，作为休闲康养的生态关联指标，以此评价气候条件和生态环境的休闲康养适宜性。

1) BCMI指数是表征体表与周边环境的热交换的综合性生物气象指标，评价气温、湿度、风对人体的舒适的影响 [11] 。计算公式为：

$\text{BCMI}=\left(1.8+32\right)-0.55\left(1-RH\right)\left(1.8T-26\right)-3.2\sqrt{V}$ (1)

2) K指数表征人体对风、温度和日照的综合感受，考虑了体表的散热和太阳辐射后人体的增热。计算公式为：

$\text{K}=-\left(10\sqrt{V}+10.45-V\right)\left(33-T\right)+8.55S$ (2)

3) THI指数用来表征人体对环境温度、湿度的综合性指标。计算公式为：

$$ (3)

以上(1)~(3)式中，T、RH、V、S分别代表平均气温(℃)、相对湿度(用小数表示)、风速(米/秒)、平均日照时数(h)。

4) 大气自净能力指数根据2018年实施的国标《大气自净能力等级》 [12] ，基于大气中空气平流运动对大气污染物浓度的通风稀释和降水下降过程中的湿清除。计算公式为：

$A_{大气自净}=3.1536\times {10}^{-3}\times \frac{\sqrt{\pi }}{2}\cdot V_E+1.7\times {10}^{-2}\times R\times \sqrt{S}$ (4)

式中：V_E、R、S为通风量(平方米/秒)、降水强度(毫米)、单位面积(取100平方千米)。

5) RSEI指数选取Landsat遥感图像，分别提取其绿度、湿度、热度、干度4个生态因子作为其评价指标，通过主成分分析方法计算遥感生态指数，定量客观地评价生态环境质量及其变化。

3. 结果分析

3.1. 人体舒适度气象指数

Figure 1. Comfortable days for the human body in each month over the years in Lianshan

图1. 连山历年各月人体舒适日数

根据BCMI计算值与等级的关系，当BCMI等级为5级时人体感觉非常舒适，4~6级时人体感觉舒适，依次向两个方向递减。统计结果发现，连山BCMI指数大多数处于51~79之间，为4~6级，即最为舒适或大部分人感觉舒适，人体舒适日数平均每年达256天。从连山历年各月人体舒适日数(图1)可以看出，4、5、9、10、11月5个月的舒适日数均超过25天，超过93%以上的天数人体感觉舒适，除冬季(12~2月)各月舒适日数约为全月的1/3外，其他月份均有1/2以上天数为舒适期。

从连山域内年度BCMI 4~6级概率分布(图2)可知，连山BCMI指数出现4~6级概率均大于50%，南北两端的概率大于中部地区，即吉田镇和福堂镇北部的人体气候舒适程度略低于其它乡镇，但总体来看，连山绝大部分乡镇的BCMI 4~6级概率均在60% (219天)以上，仅个别站点小于50%，表明连山域内人体气候感受度基本上是舒适或大部分舒适。

Figure 2. Spatial distribution of BCMI 4~6 level probability (%) in Lianshan

图2. 连山BCMI 4~6级概率(%)空间分布

3.2. 风效指数

根据K计算值与等级的关系，当−300 < K ≤ −200时为人体感觉最舒适，−600 < K ≤−50时人体感觉为舒适，依次向两个方向递减。计算结果表明，连山全年均为舒适期，年平均风效指数为−245，为最舒适等级。从连山逐月K指数舒适期天数来看，除7月外，其他月份均有2/3以上天数为舒适期，4、10~11月舒适期天数达100%。从逐年风效指数计算得到，连山全年平均风效指数舒适期天数为321天，能稳定维持88%以上天数为舒适期。

3.3. 温湿指数

根据THI计算值与等级的关系，当60 ≤ THI < 65时人体感觉为最舒适，45 ≤ THI < 75时人体感觉为舒适或较舒适，依次向两个方向递减。连山THI指数计算结果表明，舒适期为1~5和10~12月，全年共有8个月无温湿胁迫感，其中有3个月最为舒适，分别是3、10、11月，期间气候基本无温湿胁迫。从连山逐月THI指数舒适期天数来看，除6~9月外，其他月份均有2/3以上天数为舒适期，3~4、10~12月舒适期天数占当月总天数的94%以上。从逐年THI指数计算得到，连山全年平均THI指数舒适期天数为239天，能稳定维持65%以上天数为舒适期。从1981~2022年连山THI指数舒适期天数和最佳舒适期天数逐年变化(图3)可以看出，连山THI指数舒适期天数变化较为平稳，有弱减少趋势，但最佳舒适期天数有弱增加趋势。

Figure 3. Annual changes in THI comfort period days and best comfort period days in Lianshan from 1981 to 2022

图3. 连山1981~2022年THI舒适期天数和最佳舒适期天数逐年变化

3.4. 负氧离子浓度

根据连山3个固定式负氧离子监测仪的连续监测结果统计，县域内负氧离子浓度维持较高状态，2019年7月~2022年6月3年平均负氧离子达到3168个/cm³，各月负氧离子浓度绝大部分高于2000个/cm³。2020年负氧离子水平最高，年平均高达3865个/cm³，负氧离子浓度月平均最高为5758个/cm³。据世界卫生组织数据，空气中负氧离子浓度达到2100个/cm³以上时，可起到促进人体健康的作用。连山负氧离子浓度高，年平均浓度超3000个/cm³，达到了“特别清新”标准，属于极有利“具有治疗和康复功效”等级，大气负氧离子含量直观地反映了连山优越的生态环境。

3.5. 大气自净能力

Figure 4. Monthly variation of atmospheric self-purification capacity in Lianshan

图4. 连山大气自净能力逐月变化

大气自净能力是指一个区域内大气环境所能承纳污染物的最大能力。从连山大气自净能力逐月变化(图4)看，年平均大气自净能力2.4吨/天/平方千米，各月大气自净能力均在2.0吨/天/平方千米以上，其中7月和6月大气自净能力较高，分别为3.2吨/天/平方千米和3.0吨/天/平方千米，反映出连山大气对污染物的雨水清除或通风扩散能力较强。空气质量指数(AQI)年均值为42，AQI优良率年均为99.4%，表明连山大气环境条件较好，空气优质。

3.6. 遥感生态指数

根据计算得到的连山RSEI，分别统计了连山区域内2015年、2020年绿度(NDVI)、湿度(WET)、热度(LST)、干度(NDSI)等4个指标及RSEI的均值，由表1可知，2020年代表生态趋好的绿度指标较2015年高0.03，湿度指标较2015年低0.03，而代表趋差的干度指标和热度指标均低于2015年，其中热度指标低0.12，干度指标低0.01。2015年2020年连山的RSEI对比如图5所示，5年间，连山RSEI指数呈增加趋势，由2015年的0.71增加到2020年的0.75，增加了0.04，表明连山RSEI指数趋好，区域环境质量优，植被覆盖度高，生态系统稳定。

Table 1. Changes in remote sensing ecological indicators in Lianshan

表1. 连山遥感生态指标变化情况

Figure 5. Comparison of Remote Sensing Ecological Index (RSEI) between 2015 and 2020

图5. 2015年和2020年遥感生态指数(RSEI)对比

为进一步对遥感生态指数进行定量化与可视化分析，将各年份的RSEI分成5个级别，分别代表生态差、较差、中等、良、优5个等级，对应的RSEI分别为[0, 0.45]、[0.45, 0.55]、[0.55, 0.65]、[0.65, 0.75]、[0.75, 1.0]。统计结果显示(表2)，2015年连山生态等级较差、中等、良、优的面积占比分别为0.2%、8.2%、83.7%、7.9%；2020年各等级面积占比分别为0.2%、5.6%、30.7%、63.2%。优良等级累计占比由2015年的91.6%提升到2020年的93.9%，较差等级占比差异不明显，占比均较低，2015年和2020年连山均无差等级区域，由此可知连山生态环境质量优良，且有显著提升。

Table 2. Changes in ecological level and area ratio

表2. 生态等级和面积比例变化

4. 结论

本文选取与休闲康养活动关联密切的3项气候指数和3项生态指标，对连山气候条件、生态环境的休闲康养适宜性进行了分析。得出如下结论：

1) 连山气候人体舒适度高，绝大部分乡镇的BCMI 4~6级概率均在60%以上，全年有256天BCMI等级为“最为舒适”或“大部分人感觉舒适”，其中有5个月的舒适日数均超过25天，只有冬季各月舒适日数约为全月的1/3。年均K值为−245，为最舒适等级，全年舒适期天数为321天，风感舒适，气候不会对人体产生温热胁迫。THI值全年共有8个月无温湿胁迫感，其中有3个月最为舒适，最佳舒适期天数有弱增加趋势。

2) 连山全年负氧离子浓度都极高，年均浓度达到3168个/cm³，达到了“特别清新”标准。年均大气自净能力为2.4吨/天/平方千米，各月大气自净能力均在2.0吨/天/平方千米以上，空气质量指数(AQI)年均值为42，AQI优良率年均为99.4%。RSEI指数呈增加趋势，面积优良等级占比由2015年的91.6%提升到2020年的93.9%。

3) 综合连山生态气候6项指数指标分析表明，生态气候在休闲康养适宜性方面，气候禀赋优越，舒适宜人，生态环境优良，空气清新，生态气候的综合优势突出。休闲康养涉及众多的气候、生态因子，如极端天气、紫外线等，这些因素在本文分析中都未能加以考虑，需在下一步进行深入研究。

NOTES

^*通讯作者。