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栽桂
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1 第 35 卷第 12 期 2013 年 12 月 2013,35(12): Resources Science Vol.35,No.12 Dec.,2013 文章编号 : (2013) 基于 GIS 的山东省旅游气候舒适度精细化评估邱粲 1, 曹洁 1, 林隆超 2, 刘焕彬 1 1, 张海波 (1. 山东省气候中心, 济南 ;2. 延安市气象局, 延安 ) 摘要 : 基于地理信息系统平台 (ArcGIS), 采用山东省年气象站的气象常规观测资料结合数字高程模型 (DEM), 参照人体舒适度指数等级标准, 对山东省各地区实际地形下分辨率为 1km 1km 的旅游舒适度进行精细化估算与评价结果显示 :1 山东旅游气候舒适度指数分布秋冬主要受纬度效应和地形共同影响, 春夏主要受海陆分布和地形共同影响 ;2 各季代表月的分析结果表明春秋季全省绝大多数地区气候舒适, 非常适宜旅游活动 ; 冬季大部分地区舒适度等级为 -1 级, 仍较为适宜旅游 ; 夏季气候较适宜旅游的区域主要分布在海拔较高的山地和山东半岛局部沿海地区 ;3 绝大部分地区的旅游气候舒适期为 8~9 个月, 气候舒适期较长的地区分布于山东半岛南部沿海鲁中山区部分地区关键词 : 旅游气候舒适度 ; 精细化评估 ;GIS; 山东省 1 引言气候不仅是一项重要的旅游资源, 同时也是开展旅游活动的重要条件之一气候是否宜人不仅决定着旅游者对目的地的选择, 而且影响到旅游气候资源的开发和利用气候舒适度是指人们无需借助任何消寒避暑措施就能保证生理过程正常进行的气候条件, 其是影响游客户外活动和景区旅游 [1] 业发展的重要因素之一国外有关气候舒适度的评价研究己有 40 多年的历史, 早在 1966 年 Terjung [2] 就提出了气候舒适性指数的概念,1973 年 Oliver 在 [3] 裸露实验的基础上建立了风寒指数表, 加拿大气 [4] 象局建立了舒适指数测评的标准模型国内对旅游气候舒适度的研究始于 20 世纪 80 年代, 随着旅游气候研究的深入发展, 研究方法已经从最初单纯的定性描述, 发展到定量分析和定性研究与定量分析两者紧密结合, 进而发展到利用数学模型进行评 [5,6] 价研究现在许多学者已经开始利用高分辨率 [7-10] 数据和插值技术进行精细化的定量评估山东省旅游资源丰富,2011 年的旅游总收入为亿元, 游客总量为 4.21 亿人次, 是名副其实的中国旅游大省旅游业被确定为转方式调结构的先行产业, 省旅游局提出了建设旅游经济强省的收稿日期 : ; 修订日期 : 作者简介 : 邱粲, 女, 山东济南人, 工程师, 主要从事气候应用方面研究 qcqyw@hotmail.com 通讯作者 : 曹洁, blue00ghost@163.com 奋斗目标多样的气候类型和地理环境造就了山东丰富多样的旅游气候资源, 之前有学者从人体舒适度风寒指数等角度对山东省的气候资源进行过 [11,12] 研究, 但目前仍然存在对旅游气候资源认识不足数据精度不高开发深度不够等问题, 其所蕴含的深层价值亟待挖掘以往研究大多是基于站点的气象资料进行分析计算, 并没有考虑实际地形下的舒适度分布本文将基于地理信息系统平台 (ArcGIS), 以山东省年气象站的气象常规观测资料为基础, 结合数字高程模型 (DEM), 参照人体舒适度指数等级标准, 对山东省各地区实际地形下的旅游舒适度进行分辨率为 1km 1km 的精细化估算与评价 2 数据来源与研究方法 2.1 数据来源数据采用山东省气候中心提供的山东省 122 个气象站年近 30 年平均气候资料, 主要包括 1-12 月的月平均气温月平均风速月平均相对湿度及月平均日照时数 DEM 资料来源于美国太空总署 (NASA) 和国防部国家测绘局 (NIMA) 联合测量的 SRTM 数据, 分辨率为 90m 90m 山东省地形及研究站点分布见图 1( 见本文第 4 页 )

延安市气象局, 延安 716000) 摘要 : 基于地理信息系统平台 (ArcGIS), 采用山东省 1983-2012 年气象站的气象常规观测资料结合数字高程模型 (DEM), 参照人体舒适度指数等级标准, 对山东省各地区实际地形下分辨率为 1km 1km 的

2 2502 资源科学第 35 卷第 12 期 2.2 研究方法气候舒适度作为评判旅游气候资源的重要标准, 它以人类机体与近地大气之间的热交换原理为基础, 从气象角度评价人类在不同天气条件下舒适感的一项生物气象指标, 其影响因子主要考虑气温风速和日照等因风效指数全面考虑了温度风速和日照对人体舒适度的影响, 能很好地反映当地气候特点对人体的综合影响, 本文采用风效指数 K [9] 综合评价山东省旅游气候舒适度风效指数 K 计算公式为 : K = -(10 v v)(33 - t) s (1) 式中 K 为风效指数, 取整数 ;t 为摄氏温度 ( );v 为风速 (m/s);s 为日照时数 (h/d) 风效指数评价 [13] 等级划分采用表 1 中规定的值风效指数越小, 人体感觉越寒冷, 风效指数越大, 人体感觉越炎热指数越高或越低对旅游影响越大 2.3 气象要素的空间插值采用 ArcGIS 的地统计分析模块, 运用克里格空间插值法对风速相对湿度日照时数分别进行空间插值, 从而得到山东省 1km 1km 分辨率的各气象要素的栅格数据在对流层范围内, 气温随海拔的升高而降低, 海拔每升高 100m, 气温平均降低 0.65, 所以在对气温要素进行空间内插的过程中必须要考虑到高 [8] 程的影响根据气温的垂直变化规律, 首先将不同经纬度和海拔高度上的气温值根据海拔高程和 [14] 气温垂直递减率投影到虚拟海平面上, 即 : T 0 = T h h (2) 式中 T 0 为某点对应 ( 相同的经纬度 ) 在虚拟海平面上的气温 ( );T h 为某点的实测气温 ( );h 为气象站的海拔高度 (m) 然后考虑到在同一水准面上气温的变化被认为是连续的, 对虚拟海平面上的气温值采用克里格法进行空间插值和栅格化, 得到虚拟海平面上 1km 1km 分辨率的气温数据最后, 用虚拟海平面上的栅格气温值减去因海拔升高而降低的气温差而得到估算的实际地面的气温值, 如 : T R = T H DEM (3) 式中 T R 为实际地面的气温值 ( );T 0 为虚拟海平面上的栅格气温 ;H DEM 为山东省数字高程模型表 1 风效指数 K 的评价标准 Table 1 Evaluation standard of wind chillindex K K 范围 < ~ ~ ~ ~ ~ ~-50-50~80 80 感觉程度酷冷冷冷凉凉舒适暖暖热热 (t<32.8 ) 炎热 (t 32.8 ) 级别注 : 引自参考文献 [13] 3 结果与分析 3.1 山东省四季旅游气候舒适度评价根据月平均气温月平均风速月平均相对湿度及月平均日照时数的插值所得出的栅格数据及风效指数计算公式, 运用 ArcGIS 空间分析模块栅格计算功能, 得到最终的山东省各月风效指数栅格图, 并根据风效指数评价标准 ( 表 1), 将图像进行分级, 得出山东省 1km 1km 分辨率的逐月气候舒适性分布图本文选取 1 月 4 月 7 月及 10 月为代表季, 对山东省风效指数的空间分布规律以及基于该指数的旅游气候舒适性进行了分析与评价各代表季旅游气候舒适度指数分布见图 2 1 月为冬季代表月, 风效指数分布在 -669~-961 之间, 由南向北随纬度增加逐渐递减鲁西北北部半岛北部和南部沿海地区鲁中山区鲁中东部地区最冷, 鲁西北南部鲁南东西部较冷, 鲁南中部则偏凉从风效等级来看,1 月山东存在 2 个等级, 鲁西北北部半岛北部和南部沿海地区半岛丘陵地带鲁中山区鲁中东部地区为 -2 级, 总面积为 3.37 万 km 2 这些地区人体感觉均为冷凉, 人体已感觉不适, 但此时旅游活动可正常进行其他大部分地区均为 -1 级, 总面积为万 km 2, 人体感觉凉, 较为舒适, 为旅游气候 4 月为春季代表月, 风效指数分布在 -639~-347 之间, 由东北向西南逐渐递增, 表现出纬度效应和海陆分布特征的双重影响半岛东部北部和南部沿海部分地区, 以及鲁中山区偏凉, 鲁南地区偏暖根据风效指数分级标准, 山东全省绝大部分地

全面考虑了温度风速和日照对人体舒适度的影响, 能很好地反映当地气候特点对人体的综合影响, 本文采用风效指数 K [9] 综合评价山东省旅游气候舒适度风效指数 K 计算公式为 : K = -(10 v + 10.45 - v)(33 - t) + 8.

3 2013 年 12 月邱粲等基于 GIS 的山东省旅游气候舒适度精细化评估 2503 注:4 月风效指数等级图中-1 级仅在成山头崂山地区昆嵛山地区有零星分布其余地区均为 0 级 7 月风效指数等级图中 1 级仅在泰山周边昆嵛山青岛崂山以及山东半岛东部和南部的局部沿海地区有零星分布其余地区均为 2 级图 2 山东省四季旅游气候舒适度指数分布 Fig.2 Distribution of tourism climatic comfort index in four seasons in Shandong Province

青岛崂山以及山东半岛东部和南部的局部沿海地区有零星分布其余地区均为 2 级图 2 山东省四季旅游气候舒适度指数分布 Fig.

4 2504 资源科学图 1 山东省地形及研究站点分布 Fig.1 Distribution of topography and meteorological stations in Shandong Province 区处于 0 级总面积为万 km2 人体感觉舒适非常适宜旅游活动仅有成山头崂山地区昆嵛山地区处于-1 级总面积为 59km 这些地区较 2 为舒适为旅游气候 7月为夏季代表月风效指数分布在-292~-64之间分布主要受海陆分布和地形影响由内陆向沿海递减由平原向山区递减从风效指数分级图可以看出泰山周边昆嵛山青岛崂山等海拔较高的山地和山东半岛东部和南部的局部沿海地区等级为 1 级总面积为 443km2 人体感觉暖较适宜旅游全省大部分地区为 2 级总面积为万 km2 人体感觉暖热可适当安排旅游活动 10月为秋季代表月风效指数在-554~-310之间分布主要受纬度效应和地形影响半岛东部沿海和山区鲁中山区最冷鲁西北北部较冷鲁南南部最暖风效指数分级显示 10 月份的山东全境全部处于0级人体感觉最为舒适非常适宜旅游 3.2 山东省气候舒适期分布本文中定义气候舒适期为一年中某地区风效指数等级为的月份总和在对山东省气候舒适度判断的基础上结合气候舒适指标分级标准表 1 利用 ArcGIS 空间分析模块的栅格计算功能在 1km 1km 分辨率下考察各区域的旅游气候舒适期计算结果如图 3 第 35 卷第 12 期图 3 山东省旅游气候舒适期分布 Fig.3 Distribution of tourism climatic comfort period in Shandong Province 注:图中气候舒适期为个月的区域仅零星分布于沂蒙山区山东省各地气候舒适期从 6 个月到 12 个月均有分布其中舒适期为 9 个月的地区分布最广总面积达万 km2 包括了鲁西北中南部鲁西南鲁南东部鲁中低海拔地区山东半岛西北部和南部地区鲁西北北部地区潍坊地区山东半岛北部鲁南地区中部大部分地区旅游气候舒适期为 8 个月其总面积达 3.78 万 km2 山东半岛南部沿海地区鲁中山区部分地区气候舒适期较长为 10 个月其总面积为 6 534km2 蓬莱市北部沿海威海市北部和东北部沿海舒适期为7个月总面积达1 567km2 气候舒适期长达个月的区域零星分布于沂蒙山区济南南部和蓬莱西北沿海的局部地区气候舒适期为 6 个月 4 结论和讨论 4.1 结论 1 山东旅游气候舒适度指数分布秋冬主要受纬度效应影响由南向北逐渐递减春夏主要受海陆分布影响由内陆向沿海逐渐递减同时一年四季中地形的影响都非常显著由低到高逐渐递减 2 从代表月的分析结果看春秋季全省绝大多数地区气候舒适非常适宜旅游活动冬季占全省面积 78%的大部分地区舒适度等级为-1 级人体感觉凉仍较为适宜旅游而内陆及半岛的北部地区舒适度等级为-2 级人体已感觉冷凉不适可

级总面积为 443km2 人体感觉暖较适宜旅游全省大部分地区为 2 级总面积为 15.42 万 km2 人体感觉暖热可适当安排旅游活动 10月为秋季代表月风效指数在-554~-310之间分布主要受纬度效应和地形影响半岛东部沿海和山区鲁中山区最冷鲁西北北部较冷鲁南南部最暖风效指数分级显示 10 月份的山东全境全部处于0级人体感觉最为舒适非常适宜旅游 3.

5 2013 年 12 月邱粲等 : 基于 GIS 的山东省旅游气候舒适度精细化评估 2505 适当安排旅游活动 ; 夏季内陆地区大部分地区人体感觉为热不舒适, 仅海拔较高的山地和山东半岛局部沿海地区人体感觉暖, 较适宜旅游分析结果体现了气候因素对旅游舒适度的一般影响, 而有时相对恶劣的气候条件反而促进了某些地区的旅游业, 如寒冷冬季某些地区舒适度不高但在必要防护下可进行滑雪项目, 炎热夏季人体感觉偏热不舒适却促使人们到海边游泳消夏或到山区避暑 (3) 山东省各地旅游气候舒适期从 6 个月到 12 个月均有分布其中, 绝大部分地区的旅游气候舒适期为 8~9 个月, 气候舒适期较长的地区分布于山东半岛南部沿海鲁中山区部分地区 4.2 讨论 (1) 本文所采用的旅游气候舒适度评价指标为风效指数 K, 这个指标存在多种评价分级方法早期也有学者采用温湿指数分为 6 级风效指数分为 [15] [16] [17] 11 级的评价方法,Freitas 等和刘清春等采用更为细致的温湿指数风效指数统一分为 9 级的生理气候评价指标分级, 而 2011 年国家标准人居环境气候舒适度评价 (GBT ) 则采用了简单易操作的温湿指数风效指数均分为 5 级的舒适度等级划分标准本文所采用的风效指数评价标准将人体感觉程度分为 9 级, 并根据各等级人体感觉描述考虑是否适合安排旅游尽管如此, 未来仍有必要在风效指数 K 指标分级的地域适用性上进行进一步研究考证 (2) 目前气候舒适度主要是基于气象站的常规观测资料, 这些站点虽然能够一定程度上代表周围区域的气候条件, 但对于山东诸多丘陵山地而言, 这些资料的代表性可能需要重新考察虽然已经结合 DEM 模型数据进行空间插值一定程度上弥补了这方面的不足, 但仍然有必要考虑加入更多自动气象站点的数据或其他观测资料而如果采用如卫星数据等空间连续性更好的资料时, 则需要研究新的舒适度指标或原有指标新的表达式另一方面, 气候舒适期的计算目前是以月为单位, 如果采用日平均气象资料逐日计算舒适度指标, 则能够得到更为精准的舒适期长度 (3) 对于一个地区的旅游舒适度的整体评价不能单纯地考虑气象要素, 地形地貌状况大气本身特性特殊天气现象不同地区的差异性环境变迁以及游客耐受度等因素都应该纳入考虑范围, 用来 [18] 补充舒适度模型的不足因此, 有必要进一步探索优化舒适度模型, 使之能够综合反映多种因素的影响并更好体现地域差异参考文献 (References): [ 1 ] 马丽君, 孙根年, 马彦如, 等. 50 年来北京旅游气候舒适度变化分析 [J]. 干旱区资源与环境,2011,25(10): [ 2 ] Terjung W H. Physiologic climates of the contentious United States:A bioclimatic classification based on man[j]. Annual A A G,1966,5(1): [ 3 ] Oliver J E. Climate and Man's Environment:An Introduction to Applied Climatology[M]. New York:John Wiley &Sons Inc,1973. [ 4 ] David D H. Handbook of Applied Meteorology[M]. New York: John Wiley & Sons Inc,1985. [ 5 ] 马丽君, 孙根年. 中国西部热点城市旅游气候舒适度 [J]. 干旱区地理,2009,32(5): [ 6 ] 冯新灵, 陈朝镇, 罗隆诚. 综述计算我国旅游舒适气候的特吉旺法 [J]. 生态经济,2006,(8): [ 7 ] 向红琼, 于飞. 贵州山地高分辨旅游气象舒适度时空分布特征 [J]. 贵州气象,2010,34(3):3-6. [ 8 ] 冯粉粉, 温家洪, 王慧敏. 基于 GIS 的华东地区旅游气候舒适度分析 [J]. 上海师范大学学报 ( 自然科学版 ),2012,41(2): [ 9 ] 田志会, 郑大玮, 郭文利, 等. 北京山区旅游气候舒适度的定量评价 [J]. 资源科学,2008,30(12): [10] 唐焰, 封志明, 杨艳昭. 基于栅格尺度的中国人居环境气候适宜性评价 [J]. 资源科学,2008,30(5): [11] 廉丽姝, 李志富. 山东省旅游气候资源研究 [J]. 山东气象, 2005,25(3):1-4. [12] 杨成芳. 山东旅游气候舒适度评价 [J]. 山东气象,2006,26(2): 5-7. [13] 李秋, 杜桂清. 环渤海地区旅游气候资源评价 [J]. 干旱区资源与环境,2005,19(2): [14] 廖顺宝, 李泽辉, 游松财. 气温数据栅格化的方法及其比较 [J]. 资源科学,2003,25(6): [15] 郭来喜, 毕登启, 王舜. 中国黄金海岸开发研究 [M]. 北京 : 科学出版社,1994. [16] 刘清春, 王铮, 许世远. 中国城市旅游气候舒适性分析 [J]. 资源科学,2007,29(1): [17] De Freitas C. Human climates of Northern China [J]. Atmospheric Environment,1979,13(1): [18] 张狄, 史岚, 缪启龙, 等. 基于 GIS 的江苏省旅游舒适度精细化估算与评价 [J]. 江苏师范大学学报 ( 自然科学版 ),2012,30 (3):

(3) 山东省各地旅游气候舒适期从 6 个月到 12 个月均有分布其中, 绝大部分地区的旅游气候舒适期为 8~9 个月, 气候舒适期较长的地区分布于山东半岛南部沿海鲁中山区部分地区 4.

6 2506 资源科学第 35 卷第 12 期 Estimation and Evaluation of Tourism Climatic Comfort Levels in Shandong Based on GIS QIU Can 1,CAO Jie 1,LIN Longchao 2,LIU Huanbin 1,ZHANG Haibo 1 (1.Shandong Province Climate Center,Jinan ,China;2. Yan'an Meteorological Bureau,Yanan ,China) Abstract: Tourism climatic comfort levels in Shandong were evaluated using wind chill index. The main climate type in Shandong is a subhumidmonsoon and temperate. Taking these local climatic characteristics into consideration,wind chill index including the comprehensive effects of temperature,wind speed and sunshine duration on human comfort was used to evaluate tourism climatic comfort levels. Based on the geostatistical module in ArcGIS and kriging spatial interpolation method,monthly average temperature,wind speed,relative humidity and sunshine duration were interpolated into a set of meteorological raster data at a resolution of 1 km 1 km. Altitude effects were considered while temperature spatial interpolating. We found that the distribution of tourism climatic comfort levels in Shandong is mainly affected by latitude in autumn and winter and by land-sea distribution in spring and summer;it is remarkable that the influence of terrain cannot be ignored in any season. Analysis on specific months indicates that it is comfort to arrange tourism activities in almost all of Shandong in spring and autumn,in most parts in winter,and in certain regions such as mountains and the peninsula in summer. The climatic comfort period for tourism in most areas is eight or nine months. The region with a long climatic comfort period lies in the southern coastal region and parts of the Luzhong Mountainous Area. Key words:tourism climatic comfort level;a fine estimation and evaluation;gis;shandong

The main climate type in Shandong is a subhumidmonsoon and temperate.

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第期李伟等用方法对中国历史气温数据插值可行性讨论李伟李庆祥江志红使用插值方法对已经过质量控制和均一化的年月年月中国全部基本基准站气温资料逐月进行空间插值通过站点的实际序列与插值后格点序列进行比较针对相关系数和线性趋势等多个量来检验方法对气候资料插值的