Page 49 - 《高原气象》2025年第3期

3 期 金 天等：气候变化背景下黄河流域气候舒适度分布特征及时空变化 607
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政部区划统计数量更新的中国行政区划矢量数据， 为 135 W·m ）进行活动； 穿着符合当地环境条件的
该数据用以制作研究区概况图； 其余主要分析数据 衣物。UTCI 参照环境中的湿度和风速设定为常
为欧洲天气预报中心提供的再分析数据 ERA5， 数 数， Fiala模型和着装模型计算出的生理反应指数与
据网站（https： //cds. climate. copernicus. eu/cdsapp） 参照环境中的空气温度之间的对应关系可以建立
提供了 7 个参数（2 m 温度、 2 m 露点温度、 总降水 为一个数学模型（Jendritzky， 2012）。当实际气象条
量、 平均海平面压力、 地表压力、 10 m 纬向风速分 件与这一数学模型中对应的生理反应指数所指示
量和 10 m经向风速分量。本文所使用的 UTCI计算 的温度相吻合时， 即被定义为 UTCI。然而， UTCI
所需元素包括 2 m 温度（Ta， 单位： °C）， 10 m 纬向 与实际环境温度之间可能存在偏差（Offset）， 在考
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风速 v（Vv， 单位： m·s ）， 10 m 经向风速 u（Vu， 单 虑偏差的情况下， UTCI的数学表达式为：
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位： m·s ）， 2 m 露点温度， 降水量， 总云覆盖（N） UTCI = T a + Offset( T a ，T mrt ，V a ，T d)
等等。空间分辨率为 0. 1°×0. 1°， 时间分辨率为 = f ( T a ，T r ，V a ，T d) （1）
1 h， 时间段为1979 - 2022年。
式中： T 表示空气温度（单位： ℃）， 而 T 代表平均
2. 3 UTCI（通用热气候指数） a mrt
辐射温度（单位： ℃）。T 的估算通过 MENEX 模
在不同的气候条件下， 人体舒适程度不仅与温 mrt
型进行（Kantor and Unger， 2011）。
度密切相关， 还受到湿度、 风速、 辐射、 人体新陈 1/4
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代 谢 、 衣 物 热 阻 等 多 种 因 素 的 影 响（Zhao et al， T mrt = êê ê ê é R prim + 0.5L g + 0.5L a +(273 + t) úú ú ú - 273（2）
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2021）。为了评估人体生物气象学领域中的户外热 ë 5.39 × 10 û
式中： R 可以通过 SolAlt 模型进行相关计算， 表
舒适度， 研究引入了 UTCI， 其通过模拟人体在变 prim
示裸露的人体吸收的太阳辐射通量密度（Matzara‐
化气象条件下的热状态来确定环境温度对人体产
kis， 2001）； L 和 L 分别代表地表和大气的长波辐
生的影响， 是目前国际上评估气候舒适度的最主要 g a
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射通量密度（单位： W·m ²）， 可分别根据地表温度
和最有效的方式。UTCI模型主要包括了 Fiala 多节
T（单位： ℃）和 2 m 处的空气温度 T（单位： ℃）进
点模型和适应性着装模型（图 2）， 其原理为热生理 g a
行换算。
交换（Bröde et al， 2012， 2013）。最终， UTCI 提供
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L g = 5.5 × 10 (273 + T g ) 4 （3）
了一个一维的量化指标， 能够全面反映人体对实际
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热舒适度的多维度定义所作出的生理响应。 L a = 5.5 × 10 (273 + T a ) 4 （4）
式中： V 表示风速（单位： m·s ）， 可通过 10 m 高度
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a
处的经向风速分量（V ， 单位： m·s ）和纬向风速分
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u
量（V ， 单位： m·s ）计算得出。
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v
2
V a = V u + V v 2 （5）
本研究采用 bioklima2. 6 软件计算 UTCI（通用
热气候指数）。所需参数包括空气温度、 水汽压、
风速和平均辐射温度。空气温度和风速可直接从
ERA5 再分析数据中获取， 而水汽压和平均辐射温
度则可通过上述计算步骤得出。根据人体热生理
图2 UTCI模型示意图（孔钦钦等， 2015） 反应， 参考模型的舒适度标准， 并结合现有研究
Fig. 2 Diagram of the UTCI model （孔钦钦等， 2015）， 将 UTCI 舒适程度划分为 10 个
（Cited from Kong et al， 2015） 等级（表2）。
参照环境被定义为在特定参照条件下激发相 3 结果及分析
同 动 态 生 理 反 应 的 等 效 温 度（Blazejczyk et al，
2012）。UTCI的标准参照环境包括： （1）气候条件： 3. 1 UTCI空间分布
平均辐射温度等于空气温度（即不考虑辐射效应）； 图 3 中显示了 1979 -2022 年黄河流域年平均
10 m 风速为 0. 5 m·s （Va=0. 5 m·s ）； 当空气温度 UTCI 的空间分布。整体上看， 黄河流域年平均
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低于 29 ℃时， 相对湿度为 50%（RH=50%）， 当空气 UTCI 值为 2. 8 ℃， 舒适等级为凉。UTCI 最高值达
温度高于 29 ℃时， 气压为 20 hPa； （2）人类活动水 14. 34 ℃， 属于舒适区间， 最低值为-14. 01 ℃， 处
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平： 成年男性以 4 km·h 的步行速度（人体代谢率 于冷区间中的轻微冷应力（凉）和较强冷应力（冷不