气候舒适度评价的经验模型：回顾与展望

总结其应用领域和分析其现实局限的基础上，结合气候舒适度评价“经验一机理”的演化态势，进一步提出了融入热交换机理、发展专门化模型、制定针对性标准等3个未来的发展方向。

[关键词]人体舒适度；温湿指数；风效指数；旅游季节性；旅游气候学

[中图分类号]F59

[文献标识码]A

[文章编号]1002-5006（2015）12-0019-16

Doi：10.3969/j.issn.1002-5006.2015.12.007

引言

气候舒适度是为了从气象角度评价不同天气气候条件下人体的舒适状态，根据人类机体与大气环境之间的热交换而制定的生物气象指标，它对建筑设计、人体健康等领域都有着重要影响，而对旅游业尤其是度假旅游地发展更是意义深远。气候舒适度相关研究最早可追溯到20世纪初，在其100多年的发展历史中出现过诸如人体舒适度、人生气候指数、气候舒适度、生物气象指数、人体热应力指数等多种称谓（根据其科学内涵，笔者认为“气候舒适度”和“人体舒适度”较能达意，如无特殊说明，两种称谓在本文中意指相同），并有160多种各类评价模型被相继提出。目前，国内外气候舒适度评价研究中最常见的模型可划分为经验模型和机理模型这两个大类。其中机理模型以人体热量平衡方程为基础，于20世纪60年代被提出之后，因其科学的生理学机理和严谨的物理机制分析而广受关注，成为近50年来舒适度模型“理论研究”的主流方向。然而，机理模型中人体热平衡方程的计算既涉及平均辐射温度和体感平均风速等非常规气象观测资料，又涉及衣着表面均温、皮肤平均温度、人体出汗率等多个待估变量（这些待估变量受到气象参数、衣着状况、活动水平和个体差异等因素的共同影响），这一方面使得大样本（多区域）评价时对逐个样本（区域）的个性化处理会变得工程浩大且繁琐复杂，而另一方面若对这些变量（或参数）统一取值或进行参数化估计，则又会使评价模型的精准性大打折扣从而显著降低模型效度。由于机理模型的这种局限，计算简便而又相对合理的经验模型便成为“实践应用”中最为广泛的一类气候舒适度评价指标。

20世纪20年代开始出现的经验模型是以人的主观感受或生理反应作为评价依据，基于情景实验和数理统计构建的人体舒适度模型，该类模型通过40多年的发展到20世纪60年代特吉旺组合模型评价体系的提出而臻于成熟。经验模型一般通过气温、相对湿度、风速和太阳辐射等几个常规气象观测要素的局部组合来评价气候舒适度，虽然缺乏对气象参数、衣着状况、活动水平和个体差异等所有相关因素的全面考量且存在不少“适用条件”的制约，但其模型结构简单、要素指标易得，自提出后就在实践中广为传播而持续不衰。在国内实践应用中，诸如温湿指数和风效指数等一些经典的经验模型（及其改进形式），已经成为气象学界人体舒适度预报和地理学界气候舒适度评价中经常使用的测度指标，并被制定为《人居环境气候舒适度评价》的国家标准（GBIT 27963-2011）而在全国普及推广。

经验模型的“实践应用”主要涉及两个关键环节：其一，评价模型的科学选择，即针对特定评估区域，根据模型适用条件分析选择出最匹配的评价模型，从而避免评价模型应用上的“放之四海而皆准”；其二，计算结果的合理定级，即针对特定评估模型，根据区域人群体感分析拟定一个合理的舒适指标等级划分标准，从而对计算结果的“舒适与否”给出一个准确的评价等级。在国内，可能受到特吉旺组合模型“示范效应”的巨大影响，多模型组合成为区域气候舒适度评价的主流形式。例如，范业正和郭来喜选用温湿指数（THI）和风效指数（WEI）对中国海滨旅游地气候进行适宜性评价；刘清春等结合经验模型中的温湿指数与风效指数以及具有“机理模型”特征的着衣指数（ICL）分析了中国城市旅游的气候舒适性；马丽君等将温湿指数、风寒指数（WCI）和着衣指数加权累加为一个综合模型，对中国东部沿海城市的旅游气候舒适度开展了评价。然而遗憾的是，一方面由于普遍缺乏对模型适用条件的判别分析，导致这些多模型组合形式的科学性解释显得不足；另一方面由于普遍缺乏对“舒适与否”分级标准的针对性调整，难以消除在舒适等级划分上“水土不服”的疑义。因此，有必要对经验模型发展的历史脉络进行系统梳理，明确一些典型模型的产生背景和适用条件，指出经验模型在实践应用中的主要领域和存在问题，进而探索其未来发展的可能方向，从而为气候舒适度评价的经验模型实践应用勾勒一个相对清晰的整体图景。

1发展历程

气候舒适度评价模型的分类梳理研究由来已久，并在近年来受到格外关注。一个最新的成果是de Freitas和Grigorieva较全面地收集到近100年来相关研究中出现过的162个气候舒适度评价指数，根据模型原理和应用目的将其划分为8种类型，并试图在后续研究中从多个方面对这些指数进行评价，从而为特定应用（或调查）中对相关指数的定位、比较和选择提供一个简易指南。国际上的上述综述性研究总体上遵循着“分类”视角的切入传统，力图为气候舒适度评价模型勾勒出一幅较清晰的“截面”结构轮廓；在国内，一些学者在开展人体舒适度预报研究时，涉及到对相关模型的综述，但主要是对一些测度指标的简要介绍或针对少数几个模型的详细分析，全面性和系统性较弱。而最近闫业超等学者已经开始注意到国际上分类梳理的研究思路，将国外气候舒适度评价研究划分为直接观测、经验模型和机理模型等3个发展阶段，并进一步指出经验模型中“适用于热环境”和“适用于冷环境”的区分。但无论国际还是国内，相关研究整体上着眼于评价模型的总体进展，一方面难以就“经验模型”单独给出细致周全的梳理，另一方面也缺乏对各种经验模型之间历史脉络和逻辑关系的呈现。实际上，从20世纪20年代有效温度的提出到20世纪60年代机理模型的出现，经验模型在经历了近半个世纪的繁荣发展后趋于成熟的实践应用，在总体思路上遵循了一个从“多要素建模”到“多模型组合”的发展历程，其中一些模型经反复论证得到广泛应用，另一些因原理不清或测度复杂而逐渐淡出舒适度研究领域。