山西省冰雪运动气候适宜性评价

刘耀龙¹， 张华明²，黄晓丽¹，常媛媛³， 张建新²

(1.太原理工大学经济管理学院,山西 晋中 030600; 2.山西省气象灾害防御技术中心,山西 太原 030002;3.太原理工大学体育学院,山西 晋中 030600)

摘 要 ：综合考虑温度、降雪量、风等因素，构建冰雪运动气候指数(ice-snow sport climate index,ISCI)评价模型，确定冰雪运动气候适应性分级标准。以山西省为例，定量评价冰雪运动的气候适宜性特征和空间分布状况。结果表明：全省冰雪运动气候指数平均值为5.03，属于一般适宜等级；38°N以北的大部分区域均适合发展冰雪运动产业，且未来气候适宜性呈现增强趋势。

关键词 ：冰雪运动气候指数(ISCI)；适应性评价；山西

引 言

近年来，我国冰雪运动呈现出专业化和大众化的发展趋势，冰雪赛事、冰雪运动和冰雪旅游的叠加效应逐渐凸显^[1-2]。2022年北京冬奥会的成功申办将进一步促进国内大众冰雪运动的全面发展。冰雪运动对气候具有较高的敏感性，全球气候变暖对冰雪运动产生的影响引起了广泛关注^[3-5]，亦有学者对适宜造雪的气候条件进行了研究^[6-7]。事实上，自1985年MIECZKOWSKI^[8]提出旅游气候指数(TCI)以来，相关气候指数的研究与应用层出不穷^[9-14]。谢勇等^[15]提出滑雪运动气象指数，采用MeNod逐步回归算法提取滑雪运动的气象因子。其中，平均风速、日降水量、日最高气温是影响滑雪人数的最重要因素。该研究通过对滑雪者人数随气象因素变化的分析，得出滑雪者人数的分类标准，但没有考虑雪条件或雪和风的压倒效应，该指数评估了滑雪的日常天气条件，未能反映整个雪季的气候适宜性。冰雪运动的气候敏感性对冰雪运动的开展、运动场地的经营、冰雪旅游业的发展影响巨大，因此有必要建立综合指数来评价区域冰雪运动的气候适宜性，为科学合理规划滑雪场地、促进冰雪运动的持续发展提供基础。本研究通过对影响冰雪运动的气象要素进行优选和分级，考虑适宜冰雪运动气象条件的持续性和气候特征的综合性，构建冰雪运动气候指数(ice-snow sport climate index，简称“ISCI”)，以山西省为例，探讨冰雪运动气候适宜性的评价方法和应用意义。

1 冰雪运动气候指数

1 .1 气象要素

考虑冰雪运动的特殊性，影响冰雪运动的气象要素主要有：温度、降雪量、风等因素。温度指标包括气温和湿球温度，气温(即干球温度)对冰雪运动的影响表现为：气温持续高于0 ℃不利于冰雪的保存，气温及其变化对人体舒适度的影响显著^[16]，过低的气温会导致人冻伤。湿球温度T _w是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，是包含相对湿度和气温的综合指标，是衡量造雪条件的最佳变量^[17]。我国华北和中部地区降雪稀少，滑雪场的运营主要靠人工造雪，而空气湿度影响水滴凝结的速度，较低的气温又有助于土地表层形成冻土，有利于造雪。研究发现，-14 ℃≤T _w≤-2 ℃适宜进行人工造雪^[7]。

目前，适合滑雪运动的雪质厚度至少为800～1000 mm^[18]，因此滑雪场地对雪量要求很高。尽管大多数滑雪场可以通过人工造雪弥补天然雪量的不足，然而人工造雪成本较高且对周围资源和环境影响较大，故而滑雪场应尽量使用天然雪，这要求滑雪场所处地区要有较大的降雪量，以年降雪量不低于100 mm为宜^[19]。

风对冰雪运动的影响主要体现在人体舒适度和运动适宜性两方面。具体而言，风会影响人体的热代谢以及神经系统和精神状态，影响滑雪者的发挥；风力过大会影响身体平衡，进而给滑雪运动带来较大安全隐患。一般而言，风力大于5 m·s^-1就不适宜进行冰雪运动^[7]。此外，空气污染、大雾、暴风雪、沙尘等天气均能降低能见度，影响滑雪者视线，不利于滑雪滑冰运动的进行。

一年一次对电流表以及电压表进行效验，确定其是否准确、可靠。一个月一次对绝缘设备进行绝缘检测，确定其是否受潮或者破损。保护接地连接线路是否可靠。一个月一次，对各类辅助电路元件进行检查，例如：继电器或者仪表等。确定其是否能够正常使用。一个月一次对辅助电路端子或者接插件进行检查，确定其是否牢固可用，信号灯是否正常工作等。定期对直流屏蓄电池是否正常进行检查，例如：液位或者比重等。

1 .2 评价模型

综合考虑温度、降雪量、风等要素，选取日平均气温T _a≤0 ℃持续天数、年降雪量R 、日最高气温T _m≥-16 ℃的天数、-14 ℃≤T _w≤-2 ℃的天数、风速W ≤5 m·s^-1天数等指标，从滑雪场条件、滑雪者安全、经营者收益等方面，构建冰雪运动气候指数，综合评价冰雪运动的气候适宜性特征。冰雪运动气候指数评价模型如下：

ISCI=aV _s+bV _Tm +cV _Tw +dV _w

(1)

V _s=f (R ,N _ta)

(2)

以山西省为例，数据来源于中国气象科学数据共享服务网站(http://www.escience.gov.cn/metdata/page/index.html)，起止时间是1951年1月1日至2014年3月31日。根据经验确定V _s、V _Tm 、V _Tw 和V _w的权重分别为0.3、0.1、0.4、0.2。

2013年冬季ISCI等级空间分布反映了近几年山西省冰雪运动气候条件的适宜程度。相比1998年冬季，冰雪运动适宜区域面积增大，分布范围更广，北部的大同市、朔州市和忻州市西北部地区均适合开展冰雪运动，适宜区域面积为3.24×10⁴km²，占全省面积的20.67%。一般适宜区域向中、南部扩展，如吕梁市、太原市、晋中市、临汾市和长治市，面积约8.70×10⁴km²。不太适宜区域集中在山西南部地区，包括晋中市的介休，临汾市的襄汾、翼城、曲沃和侯马，长治市的长子、长治、壶关和平顺以及运城市和晋城市，不适宜发展冰雪运动产业。需要说明的是，忻州市的五台山区站，由于冬季风速较大，风力指标的适宜性等级较低，因此也属于一般适宜区域。

表1 冰雪运动气候指数各指标赋值等级
Tab.1 The assignment grading of each item of ISCI

式中：V _s为不同量级年降雪量R 和日平均气温T _a≤0 ℃持续天数(N _ta)两个变量的综合等级赋值；V _Tm 为日最高气温T _m≥-16 ℃天数的等级赋值，V _Tw 为-14 ℃≤T _w≤-2 ℃天数的相应等级赋值；V _w为风速W ≤5 m·s^-1天数的相应等级赋值；a 、b 、c 、d 为权重系数。

2 山西省冰雪运动气候适宜性评价

表2列出2013年冬季山西省各区站滑雪运动气候指数计算结果及其滑雪运动气候的适宜性程度。山西省滑雪运动气候指数ISCI最大值为6.6，对应右玉、大同、天镇、河曲、朔州、灵丘、五寨7个区站，属于适宜地区，分布在39°N以北地区；ISCI最小值为3.4，对应介休、临汾、运城、侯马、垣曲、阳城、永济、长治8个区站，属于不太适宜地区，位于37°N以南地区。其他站点ISCI值为4.2～5.8，属于一般适宜地区，部分区站(如兴县、原平、榆社、隰县)ISCI接近适宜等级。全省ISCI的平均值为5.03，变异系数为0.25，且高于均值的区站数占总数的68%，说明山西省冰雪运动气候适宜程度一般，在一定条件下发展冰雪运动产业合理可行。

图1 1980—2013年山西省冬季平均气温的年际变化
Fig.1 The interannual variation of winter average temperature in Shanxi Province during 1980-2013

2 .1 ISCI空间分布

山西省冬季平均气温总体上呈现出缓慢增加趋势(图1)，冬季平均气温最低为-7.19 ℃(1983年)，冬季平均气温最高为-2.71 ℃(2001年)，冬季多年平均气温为-4.82 ℃。考虑冰雪运动气候适宜性评价的典型性和代表性以及时间间隔，分别选择1984—1985年、1998—1999年和2013—2014年的11月至次年3月作为研究时段，分别定义为1984年冬季、1998年冬季和2013年冬季，计算各个监测站点的ISCI。其中，1984年冬季为冬季平均气温偏低年份(冬季平均气温为-7.02 ℃)，1998年冬季为冬季平均气温偏高年份(冬季平均气温为-2.75 ℃)，2013年冬季为研究时段最近的年份(冬季平均气温为-3.52 ℃)。运用ArcGIS地统计模块进行空间插值和等级划分，并统计不同适宜性区域的面积，同时分别对1998年冬季和1984年冬季、2013年冬季和1998年冬季的ISCI进行空间相减运算，反映ISCI的变化趋势和空间变化特征。

1984年冬季、1998年冬季和2013年冬季ISCI适宜等级空间区划如图2所示。可以看出，1984年冬季山西中部部分地区和西北部大部分地区适宜开展冰雪运动，包括大同市、朔州市、忻州市、吕梁市、太原市和晋中市等，适宜区域面积为6.62×10⁴km²，占全省面积的42.27%(表3)；阳泉市、长治市及临汾市、晋中市和晋城市偏北区域属于一般适宜地区，面积为6.77×10⁴km²，占全省面积的43.19%；运城市、临汾市和晋城市的南部区域属于不适宜地区，面积为2.28×10⁴km²，占全省面积的14.55%。

通过综合凝汽器-磁性过滤器、除氧器沉积物及蒸汽发生器泥渣量腐蚀产物的分析，认为该核电站现有状态下二回路腐蚀程度较轻，腐蚀状态控制良好。分析结果表明，核电站目前采用氨+联氨的AVT（R）参数控制范围及运行过程中的控制效果良好，满足现状态下，该核电站的水质运行要求。

由于山西省各地区冬季降雪稀少，2013年冬季降雪量各站均少于36 mm，尽管日平均气温T _a≤0 ℃持续天数各站差异明显，但V _s赋值均为1，利用天然雪资源开展冰雪运动产业的劣势明显；T _m≥-16 ℃天数在150 d左右，对于滑雪者安全有利；-14 ℃≤T _w≤-2 ℃的天数反映人工造雪条件的好坏和滑雪场经营的收益，山西省北部大部分地区适宜建设人工滑雪场，中部和南部相对造雪成本较大。此外，除五台山站外，其他地区风速指标均适宜冰雪运动。

此次可行性研究采用成都优步实时出行数据计算油耗与碳排放，并通过与传统计算结果对比发现了实际排放与实验室工况数据之间所存在的巨大差异，再次强调了采用真实数据替代传统统计数据的必要性；同时也认证了随着互联网革命所带来的发展（如大数据、云端计算等），获取和核实城市交通数据尤其是乘用车领域具有了可行性，可从传统的有限抽样数据转变成数据丰富的“实际、实时数据”。

1998年冬季，气候条件不利于开展冰雪运动。仅大同市、朔州市和忻州市的部分地区气候条件较为适宜，面积不足3.00×10⁴km²，占全省面积不足20.00%；中部广大地区属于一般适宜等级，面积为8.54×10⁴km²，占全省面积的54.49%；不适宜地区面积居三个研究时段之首，达4.37×10⁴km²，接近全省面积的30.00%，主要分布在运城市、临汾市和晋城市。

冰雪运动气候指数各指标赋值等级见表1。其中，V _s侧重于评价天然滑雪场条件和经营者收益，R 和T _a≤0 ℃持续天数的分级标准参考《旅游滑雪场质量等级划分》(LB/T 037-2014)^[20]；V _Tm 和V _w侧重于评价滑雪者安全，指标依据详见文献^[15]；V _Tw 侧重于评价人工滑雪场条件和经营者收益，指标依据详见文献^[7]。根据运营经验，若要维持滑雪场收入与支出平衡，每年至少需要保证80～100 d滑雪活动^[21]，当某地区滑雪运动适宜天数小于80 d时即认为不太适宜滑雪运动，因此，T _m≥-16 ℃天数、-14 ℃≤T _w≤-2 ℃天数、W ≤5 m·s^-1天数均以80 d作为适宜性阈值，按照10 d进行等距分级。V _s，V _Tm ,V _Tw ，V _w分为5级，分别赋值1、3、5、7和9，反映冰雪运动适宜程度依次增加。滑雪运动气候指数ISCI采用李克特量表^[22](Likert scale)，即ISCI为(0,2]、(2,4]、(4,6]、(6,8]、(8,10]区间分别对应的适宜性为很不适宜、不太适宜、一般、适宜、很适宜。

吃了午饭，她带我到了龙田，在一栋八层楼前停下。我说你住这里？她说，嗯，我在这儿租房。我说你是一人住吗？她点了点头，和你一样，唱单身情歌呢。我说那，不方便吧，我还是别上去了。她说，上不上去随你啦。径自上了楼。我迟疑了一下，跟着上楼。

2 .2 空间变化

以两个冬季ISCI差值作为指标，ISCI差值<-1表明适宜性程度明显降低，-1≤ISCI差值<0为略微降低，0≤ISCI差值≤1为略微升高，ISCI差值>1为明显升高，绘制山西省冰雪运动气候适宜性空间变化图(图3)。相比1984年冬季，1998年冬季山西省超过九成地区的冰雪运动气候适宜性降低，其中，显著降低区域接近全省总面积的30%(表4)，包括山西中部和东部地区的太原市、晋中市和阳泉市；适宜性略微升高的区域面积为1.47×10⁴km²，零星分布在山西省的西北部和南部[图3(a)]。这种趋势形成原因在于1998年冬季山西省平均气温较高，湿球温度较低，符合造雪条件天数较1984年冬季显著减少。

表2 2013年冬季山西省各区站冰雪运动气候指数评价结果
Tab.2 Evaluation results of ISCI at each district (station) in Shanxi Province in winter 2013

图2 山西省冰雪运动气候适宜性等级空间分布
Fig.2 Spatial distribution of ice-snow sports climate suitability level in Shanxi Province

表3 山西省冰雪运动气候适宜区域面积统计
Tab.3 The statistics of climate suitability area for ice-snow sports in Shanxi Province

图3 山西省冰雪运动气候适宜性空间变化
(a)1998年冬季ISCI与1984年冬季ISCI之差，(b)2013年冬季ISCI与1998年冬季ISCI之差
Fig.3 Spatial variation of ice-snow sports climate suitability in Shanxi Province
(a) the difference between ISCI in winter 1998 and ISCI in winter 1984,(b) the difference between ISCI in winter 2013 and ISCI in winter 1998

表4 山西省冰雪运动气候适宜区域面积变化统计
Tab.4 The statistics of area variation for ice-snow sports climate suitability in Shanxi Province

相比1998年冬季，2013年冬季山西省冰雪运动气候适宜性明显增加，其中，略微升高区域由大同市向南至运城市横贯全省，面积为11.12×10⁴km²，占全省总面积的70.98%；显著升高区域分布在大同市广灵县和灵丘县。此外，25.3%的区域气候适宜性略微降低，分布于吕梁市、运城市、晋城市和长治市的边缘地带[图3(b)]。

3 结论和讨论

(1)冰雪运动气候指数ISCI能够定量评价冰雪运动的气候适宜性特征。考虑滑雪场条件、滑雪者安全和经营者收益因素，综合温度、降雪量、风等要素，选取日平均气温小于等于0 ℃持续天数、不同等级年降雪量、日最高气温大于等于-16 ℃天数、湿球温度为-14～-2 ℃天数、风速小于等于5 m·s^-1天数指标，构建冰雪运动气候指数模型。该模型可用于中纬度、四季分明且降雨量适当的国家或地区定量评价冰雪运动的气候适宜性程度。模型的权重受到研究区域的气候条件特征和冰雪运动发展状况的影响。

(2)山西省冰雪运动气候指数平均值为5.03，具有发展冰雪运动产业的气候条件。2013年冬季，山西省滑雪运动气候指数ISCI最大值为6.6，适宜开展冰雪运动的区域分布于大同市、朔州市以及忻州市的西部地区。相对而言，山西省南部的运城市、晋城市等地不太适宜发展冰雪运动产业。从发展趋势来看，相比于1984年冬季，1998年冬季山西省90.61%的地区冰雪运动气候适宜程度降低；相比于1998冬季，2013年冬季全省冰雪运动气候适宜性有所增加，尤其是大同市广灵县和灵丘县。由于山西省冬季降雪稀少，因而人工造雪在一定程度上增加滑雪场运营成本，限制冰雪运动产业的快速发展。

德城区位于北纬37°27′，东经116°18′56″，地处山东省西北部，德州市的中心城区，占地面积231 km2．北依京津，南靠济南，地处天津滨海新区和环渤海经济圈、济南城市群经济圈的重要节点．京沪高铁、太青高铁以及京沪铁路等5条铁路穿区而过，京福、衡滨等高速公路和多条国道、省道纵横交错，素有“九达天衢、神京门户”之称．

(3)根据研究区域气候因子的组合状况，冰雪运动气候指数模型亦可简化。针对不同的使用者或决策者，模型计算结果的绝对意义和相对意义是有所取舍的。当进行大尺度区域冰雪运动气候适宜性对比研究时，考虑模型的各个因素有利于获得综合的评价结果，便于横向比较；当研究区域气候存在显著的主导因子，而其他因素空间差异不大时，模型可以简化为某一因子的评价结果。比如，山西省各个地区冬季降雪量较少，而气温、风等要素满足条件，人工造雪的关键因子——湿球温度指标具有主导地位，即可以湿球温度适宜性评价结果作为开展冰雪运动条件优劣的依据供决策者参考。

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Evaluation of the Ice -snow Sports Climate Suitability in Shanxi Province

LIU Yaolong¹, ZHANG Huaming², HUANG Xiaoli¹, CHANG Yuanyuan³, ZHANG Jianxin²

(1.College of Economics and Management ,Taiyuan University of Technology ,Jinzhong 030600,Shanxi ,China ;2.Meteorological Disaster Prevention Technology Center of Shanxi Province ,Taiyuan 030002,China ;3.College of Physical Education ,Taiyuan University of Technology ,Jinzhong , 030600, Shanxi ,China )

Abstract :This paper presented an ice-snow sports climate suitability evaluation method. The method took into account temperature, snowfall, wind and other factors to build ice-snow sport climate index evaluation model and determine the classification standard of winter sports climate suitability. Taking Shanxi Province as an example, this paper quantitatively evaluated winter sports climate suitability and its spatial distribution. The results show that the average of ice-snow sports climate index was 5.03 in Shanxi Province, which belonged to generally suitable level.Most of the areas in the north of 38°N were suitable for the development of winter sports industry, and their climatic suitability showed increasing trend in the future.

Key words : ice-snow sports climate index (ISCI); suitability evaluation; Shanxi Province

文章编号 ：1006-7639(2019)01-0173-07 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2019)-01-0173

中图分类号 ：F590.3；G86

文献标志码： A

刘耀龙，张华明，黄晓丽，等.山西省冰雪运动气候适宜性评价[J].干旱气象，2019，37(1)：173-179, [LIU Yaolong, ZHANG Huaming, HUANG Xiaoli, et al. Evaluation of the Ice-snow Sports Climate Suitability in Shanxi Province[J]. Journal of Arid Meteorology, 2019, 37(1):173-179], DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2019)-01-0173

收稿日期 ：2018-05-15；改回日期 ：2018-09-12

基金项目 ：山西省基础研究项目(2014021032-2)、太原理工大学校青年基金 (2015QN086)和太原理工大学引进人才科研启动项目(TYUT-RC201110A)共同资助

作者简介 ：刘耀龙(1984— )，男，博士，讲师，研究方向为风险管理. E-mail：107553320@qq.com。

通信作者 ：张华明. E-mail：zhanghuaming980@163.com。

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