引言

山东省东临黄海、北濒渤海，西连亚欧大陆，山东半岛三面环海，全省海岸线长3 024 km，占全国的1/6。境内中部山地突起，东部半岛大都是起伏和缓的丘陵区，西部、北部是黄河冲积而成的平原区。山东省属暖温带半湿润气候带，季风气候特点明显，四季分明，雨量集中，但受海洋、纬度和地形的影响，各地气候有较大差别。气候条件决定一地气候的宜居性，是衡量当地气候生态资源优良的首要因素。近年来，为推进生态文明建设、助推地方经济社会发展，很多地区开展了一系列的重要举措。山东省在推进生态文明建设的过程中，坚持“绿水青山就是金山银山”的重要理念，对城乡环境、大气、水源等进行治理，通过多种举措打造宜居的生态环境；同时，山东省委办公厅、山东省政府办公厅印发《山东省生态文明建设目标评价考核办法》，将绿色发展指数纳入考核。因此，评估省内各地的气候舒适性具有重要意义。

气候能直接影响人体感知，人体对气温、相对湿度、风速等多种气候因素的综合反应，标示了人体对气候条件的适应程度^[1-5]。国外有关气候舒适度的研究已有百余年的历史^[6-7]，评估方法从最初的仪器直接测定数据，到基于人体舒适度经验模型大发展的时代，再发展到以人体热平衡为基础的机理模型时代。近年来，基于温湿指数(temperature-humidity index，THI)、风寒指数等的舒适度模型在我国广泛应用，此类指数在特定的热环境或冷环境中更具有适用性^[8]，因此也会根据季节不同或要素的适用范围等，综合考虑多种指数，来评价年内的总体舒适度。

近几年，部分地区逐步开展了关于气候宜居康养、避暑旅游等方向的评价工作，除了考虑空气质量、水体质量、森林覆盖率、风景名胜等生态关联指标外，还主要考虑气候禀赋、气候风险、各类舒适度指数及综合性评价指标等。李正泉等^[9]对国内外气候康养的研究进行了归纳总结，指出针对气候类型的多样性，要突出当地气候特色。许多专家学者在气候宜居、旅游度假舒适度方面开展了深入研究。一种是通过计算度假气候指数^[10]、人体舒适度指数^[11-15]、体感温度^[16-17]、风效指数^[18]、温湿指数^[19]等单指数进行分析，比如吴昊旻等^[10]对浙江丽水的度假气候指数进行了研究，邱粲等^[18]基于风效指数结合数字高程模型对山东的旅游舒适度进行了估算与评价，杨成芳^[11]在调查试验的基础上验证了当时业务使用的人体舒适度指数，提出了山东省各季节的最佳旅游区域。另一种是结合多种指数建立模型进行综合分析^[20-24]，例如：史有瑜等^[24]针对河北省建立了城市生态气候宜居性评估指标体系；另外，吴昊旻等^[25]、徐鹏等^[26]基于GIS空间技术分析得出气候舒适度时空分布特征；沈平等^[27]、林卉娇等^[28]采用热气候指数(universal thermal climate index，UTCI)分别对广东省、全国的气候舒适度进行分析，该指数是对气温、风速、水汽压和平均辐射温度进行6阶多项式拟合获得统计关系，对夏季的适用性较高。

2020年中国气象局发布标准QX/T 570—2020《气候资源评价气候宜居城镇》^[29]，其定义的人体舒适度指数主要考虑温度、相对湿度、风速，广泛应用于国家气候标志的评价中。本文基于此指数进行研究，对山东各地31 a人体舒适度的时空分布特点进行分析，为省内各地的气候宜居资源作客观评价，为城市生态文明发展提供一定的科学依据。

1 资料与方法 1.1 资料来源

所用资料为山东省16市122个国家级气象观测站1991—2021年的逐日气象资料，包括平均气温、最高气温、降水量、风速、相对湿度资料。122站较均匀分布于全省16市各县级区域。

1.2 方法 1.2.1 资料处理方法

所用全省各气象观测站31 a逐日气温、降水量、风速、相对湿度等基本气象要素数据均为山东省气象数据中心经过质控审核的数据，齐河、河口等个别站点略有数据缺测：平均气温、降水量和相对湿度数据齐河站1991—1995年缺测，河口站1991年缺测；平均风速数据缺测站点略多，齐河站1991—1995年缺测，河口站1991、1993年缺测，东阿站1991年缺测，平阴站1994—1995年缺测。本文所有要素、日数平均值均为剔除缺测数据后，利用有完整观测年份的逐日数据进行统计获得。

1.2.2 气候利弊条件指标

参照《气候资源评价气候宜居城镇》中定义的气候禀赋条件、气候不利条件，从中选取以下6项指标对山东的气候利弊背景进行分析。(1)适宜温度日数：15 ℃≤t≤25 ℃，t表示日平均气温；(2)适宜降水日数：0.1 mm≤R＜10.0 mm，R表示日降水量；(3)适宜风速日数：0.3 m/s≤V≤3.3 m/s，V表示日平均风速；(4)适宜湿度日数：50%≤H_R≤80%，H_R表示日平均相对湿度；(5)高温日数：t_max≥35 ℃，t_max表示日最高气温；(6)大风日数：V_max≥17.0 m/s，V_max表示日极大风速。

1.2.3 人体舒适度指数

人体舒适度指数(QX/T 570—2020)考虑了平均气温、相对湿度和风速3个要素对人体的综合影响，其计算公式为：

$\begin{aligned} I_{\mathrm{BC}}= & (1.8 \times t+32)-0.55 \times\left(1-H_{\mathrm{R}} / 100\right) \\ & \times(1.8 \times t-26)-3.2 \sqrt{V}, \end{aligned} $

(1)

式中：I_BC为人体舒适度指数；t表示平均气温，单位为℃；H_R为日平均相对湿度；V代表平均风速，单位为m/s。指数等级划分如表 1。

2 结果与分析 2.1 山东省气候利弊背景分析

统计山东省适宜温度、适宜降水、适宜风速、适宜湿度的日数和高温、大风日数，并计算其多年平均占比。由有利条件来看，年适宜温度日数为100.2~149.9 d，占全年27%~41%(图 1a)；年适宜降水日数为46.1~69.9 d，占全年13%~19%(图 1b)，均为自西北向东南递增；年适宜风速日数差异较大，鲁南适宜风速日数较多，最多可达9成，半岛东北部适宜风速日数最少，仅占全年约1/6(图 1c)；年适宜湿度日数较多地区主要集中在环渤海、半岛地区，济南、淄博、日照及周边地区适宜日数较少(图 1d)。由不利条件来看，半岛、鲁南东部地区高温日数少，部分地区无高温，鲁中淄博周边是高温多发地区，此外还有济南、鲁西南地区(图 1e)；大风多的地区主要集中在半岛东端，占到全年的2成左右(图 1f)，威海成山头的多年平均大风日数多达78.9 d，烟台长岛为48.8 d。

2.2 山东省人体舒适度时间变化 2.2.1 年际变化

图 2为1991—2021年山东省人体舒适度指数(I_BC)历年变化。山东全省平均I_BC为52.7，与历年指数等级划分均属于4级(偏凉)，1992年最低(I_BC为51.1)，2017年最高(I_BC为54.1)，2021年次高(I_BC为54.0)，指数上升趋势为0.6/10 a，通过了α=0.01的显著性水平检验。由于59~70为最舒适等级，所以由全省平均指数来看，总体呈从偏冷(大部分人舒适)到趋近最为舒适(5级)的变化趋势。由图 3可见：人体最舒适日数(5级)、大部分人舒适及以上日数(4~6级)均呈增加趋势，但未通过α=0.05的显著性水平检验，平均增加速率分别为1.3 d/10 a、3.8 d/10 a；历年冷不舒适日数(1~3级)为160.0 d左右，呈下降趋势，变化速率为-5.1 d/10 a，通过了α=0.01的显著性水平检验；热不舒适日数只有7级和8级，多数不足20.0 d，呈增加趋势，变化速率为1.6 d/10 a，未通过α=0.05的显著性水平检验。

2.2.2 月际变化

由全省各月平均人体舒适度指数(图 4)来看，山东无寒冷、闷热、炎热、暑热、酷热等级，月平均指数均处于2~6级。1、2、12月I_BC分别为31.3、35.8和34.1，属于较冷等级；3、11月I_BC分别为43.4、43.3，属于清凉等级；4、10月I_BC分别为52.3、54.7，属于偏凉等级；5、6、9月I_BC分别为60.6、67.6、64.5，属最舒适等级；7、8月I_BC分别为72.6、71.7，属于偏热等级。

按照逐日人体舒适度指数的等级划分，山东无暑热(9级)和酷热(10级)日数，挑选出多年平均逐月冷不舒适日数(1~3级)、多数人舒适日数(4~6级)、热不舒适日数(7~8级)进行分析(图 5)。由月际变化可以看出：11月—次年3月，连续5个月冷不舒适日数较多，各月均超过20.0 d；4~10月，山东多数人舒适日数较多，均为半个月以上，尤其5、9月超过27.0 d，占本月90%左右，逐月日数呈“M”形分布；全年仅夏季出现热不舒适，且日数较少，6、7、8月日数分别为0.3 d、5.3 d、3.6 d。

2.3 山东省人体舒适度空间分布 2.3.1 人体舒适度指数(I_BC)空间分布

利用逐日I_BC计算1991—2021年多年平均逐月和年I_BC，按照表 1中人体舒适度指标进行等级划分。结果显示，年I_BC只有两个级别，半岛中东部人体感觉清凉(3级)，其余地区均为偏凉(4级)；由各月指数等级来看，山东全省各地人体感觉在较冷—偏热之间(2~6级)：1、2、12月全省均为2级，较冷，大部分人不舒适；3、11月全省均为3级，清凉，少部分人不舒适；10月全省均为4级，偏凉，大部分人感到舒适，4月除半岛为3级清凉外，其他大部地区也为偏凉；5、6、9月全省大部为5级，即人体感觉最为舒适，仅5月半岛东部和南部地区偏凉；7、8月全省大部地区人体感觉偏热，大部分人感到舒适，半岛部分地区人体感觉仍为最舒适(图略)。

图 6列出了山东省16市代表站各月的人体舒适感觉程度，可以看到，山东省各市在冬季均为较冷程度，春初秋末也均为清凉程度，春末—夏季—秋初，地区差异较为明显。半岛的青岛、烟台、威海，最为舒适月份长达4个月(6—9月)，其他内陆城市最为舒适月份为3个月(5、6、9月)，盛夏的7—8月偏热；日照最舒适月份仅有2个月(6、9月)。

2.3.2 人体舒适日数空间分布

统计1991—2021年4~6级人体舒适各月平均、年均日数，如图 7所示。由年均日数来看，半岛东端和鲁北部分地区在171.0~180.0 d，除成山头仅为158.5 d以外，其他地区均在180.0 d以上，鲁南和鲁中山区的部分地区超过190.0 d。由各月平均日数来看，冬季12月、1月均无舒适日数；2月仅为0.1 d；3月人体舒适日数较少，各地均在10.0 d以内，西南部较东部、北部舒适日数多；4月起舒适日数逐月增多，鲁西南首先超过20.0 d；到5月除半岛东端外其他地区均超过25.0 d；进入6月东南沿海地区几乎整月舒适，中西部舒适日数略少，但仍然在25.0 d以上；7—8月山东东西差异明显，东部舒适日数明显偏多，7月鲁西南地区舒适日数仅十余天；9月全省舒适日数均在25.0 d以上；10—11月全省呈现南北差异，南部舒适日数多于北部。

表 2为全省各国家级气象观测站4~6级人体舒适日数与同期平均气温、平均相对湿度、平均风速3个要素空间样本的相关系数。年舒适日数及2—5月、10—11月的舒适日数，与3个要素的相关性基本一致，与平均气温呈正相关关系，且均通过α=0.01的显著性水平检验，与平均相对湿度、平均风速呈负相关关系。6—9月的舒适日数与平均气温呈负相关关系，与平均风速呈正相关关系，其中夏季各月均通过α=0.01的显著性水平检验；6—7月的舒适日数与平均相对湿度呈正相关关系，8月相关性较低，9月呈负相关关系。

由此可以看出，在气温较低的月份，温暖干燥、风速较小的地区较为舒适，春季山东的西部、南部地区首先达到舒适等级。随着夏季到来，中西部地区升温较快，中西部常年有十余天的高温出现，舒适日数减少，凉爽、湿润、风较多的东南沿海地区极少出现高温，舒适日数增多，青岛、烟台、威海地区夏季至初秋气候最舒适期(5级)长达4个月(图 6)。随着秋季气温逐步降低，大部地区舒适日数减少，10月鲁南再次成为省内舒适日数最高的地区，但到11月迅速减少，12月无舒适日数。

2.3.3 人体舒适日数变化趋势

1991—2021年全省各地4~6级人体舒适日数的变化趋势如图 8所示。除半岛局部地区呈减少趋势外，其他地区均为增多趋势，尤其山东西南地区，增多趋势高达6~8 d/10 a。究其原因，主要是山东各地的I_BC在较冷—清凉—偏凉—舒适—偏热之间，总体属于气温较低的北方地区，近几十年平均气温的上升趋势，使得人体舒适日数也逐渐增多。

3 总结与讨论

(1) 山东省内，半岛、鲁南东部地区的适宜气温和适宜降水日数较西部、北部多；但是适宜风速日数的分布大致相反，中西部地区适宜风速日数较半岛及鲁中东部地区多；半岛及鲁南东部地区很少出现高温天气，半岛东端易出现大风天气；半岛、鲁西北东部、鲁南地区的适宜湿度日数较其他地区偏多。

(2) 全省平均人体舒适度指数(I_BC)为52.7，与历年指数等级划分均属于偏凉等级，指数呈上升趋势。月均I_BC等级划分在较冷—偏热等级之间，无寒冷、闷热、炎热、暑热、酷热等级，逐月的多数人舒适日数呈“M”形分布，5、6、9月舒适日最多，冬季、初春、秋末冷不舒适日数多，仅夏季出现较少的热不舒适日数。

(3) 山东省气候环境各地均有6~7个月的舒适期(4~6级)，夏季半岛、鲁南东部地区为最舒适，内陆城市则在春末夏初、初秋有3个月的气候最舒适期，冬季较冷，各地均不舒适。全省大部地区舒适日数呈增多趋势，全省各地人体舒适日数与同期平均气温、平均相对湿度、平均风速密切相关，夏季气温偏低、风速偏大、湿度偏大人体舒适度较好，其他季节大致反之。

与文献研究对比，不同的气候舒适度指数存在差异，比如卢山^[15]在对临沂地区舒适度研究中采用温湿指数(THI)、人体舒适度气象指数(body comfortability meteorological index，BCMI)，得出4、5、10月为最佳舒适期，6、9月为较适宜期。本文采用人体舒适度指数计算临沂地区气候舒适度，5、6、9月最舒适，4、7、8、10月较舒适。总体来看，使用I_BC计算山东夏季的气候，较其他两个指数舒适度更高。

相同指数情况下，本文研究的山东人体舒适度变化特征与朱卫浩等^[2]在全国人体舒适指数特征的研究总体一致，华东区域指数也呈上升趋势，夏季指数最高，主要因为温度的正相关影响较大。但山东处于华东北部，在各月人体舒适日数分布上，更接近华北地区，甚至山东东部沿海地区夏季偏热天数较纬度较高的华北地区偏少。朱卫浩等^[2]利用I_BC分析全国各区人体舒适度时，华南地区人体感觉偏热天数较多，夏季基本整月偏热，东北、西北人体感觉偏热天数少，一般每月在5 d左右，华东和华中地区舒适度感觉相当，7—8月各25 d左右的偏热日数，华北盛夏每月约10 d偏热；而山东在7月大部分地区偏热日数不足10 d，8月更是仅有5 d左右(图 5)。这说明该指数对全国舒适度可以进行较为准确的区域划分，但在山东这样介于南北方之间的沿海省份，气候时空差异明显^[30]，若有更细致的计算分析或更为合理的等级划分，才能与实际生活体验更为吻合。

人体舒适感受程度与很多因素有关，I_BC考虑了日平均的气温、湿度、风速的影响，但是在分析中发现夏季相对湿度与舒适日数的关系不够明确，这很可能是气温、风速对于区域差异性的影响大于相对湿度的影响，要素之间的权重在兼具沿海和内陆地区的山东适用性欠佳。另外，随着近年气候极端事件的增多^[31-32]，温度、降水、风速波动较大，时有突破建站以来极值的情况，本文所统计均为多年或月平均情况，不能代表月内的极端性，若能在指标中加入要素极端性的影响，或可为气候舒适性带来更为精细的评估。应该考虑增加日最高气温、日最大相对湿度等要素影响，同时考虑调整不同要素的权重、改进分级方法等进一步修订指数计算公式，可使其更适用于山东实际人体舒适度特征。