亚热带地区儿童在户外进行体育活动时，其热舒适度和适应性行为的日变化

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Diurnal Differences in Children’s Outdoor Thermal Comfort and Adaptive Behaviors During Physical Activity in a Subtropical Region

儿童户外热应激与生理响应的昼夜差异及多因素预测模型研究。采用实地监测、生理测量和问卷，系统评估亚热带地区儿童在不同太阳辐射与代谢率组合下的热感知特征，发现昼夜中性体温（日25.7℃/夜22.3℃）、热舒适阈值及主导影响因素（日间高辐射下太阳辐射主导，夜间代谢主导）的显著差异，构建了情境感知的TSV预测模型，为优化儿童户外活动规划提供依据。

　　

郭同业|范一妮|张翔|杨家豪|刘宇|冯绪文|方昭松|林张

中国广州大学土木工程与交通学院

摘要

在全球变暖和城市热岛效应加剧的背景下，儿童在户外进行体育活动时面临的热健康风险日益严重。本研究在中国的一个亚热带地区，通过实地监测、生理测量和问卷调查，系统评估了在不同太阳辐射和代谢率组合下儿童户外热应激的特征。研究结果表明，体感温度（TSV）与人体热舒适指数（UTCI）之间的关系存在显著的日变化：白天的中性UTCI为25.7°C，而夜间降至22.3°C，热舒适度和可接受的热范围在夜间都向较低值偏移。影响热感觉的主要气象和生理因素在不同太阳辐射和代谢率组合下存在显著差异：在低太阳辐射条件下，空气温度和核心温度是TSV的主要决定因素；在高太阳辐射条件下，太阳辐射成为主导因素，而皮肤温度的预测能力下降。饮水是最常见的热适应行为。白天，在强烈太阳辐射下，儿童更倾向于采取主动降温策略，如寻找阴凉处和使用风扇；而夜间，则倾向于采取被动恢复措施，如长时间休息。本研究建立了一个针对儿童TSV的情境敏感预测模型，并比较了运动期间TSV的日变化，为优化户外活动规划和热缓解策略提供了科学依据。

引言

全球气候变化导致室外温度持续上升，而城市热岛效应的加剧进一步加剧了这一升温趋势。这些变化不仅增加了建筑物的能耗，还加速了全球变暖的进程，形成了一个自我强化的反馈循环[1]。在这种背景下，亚热带地区夏季极端高温事件的发生概率显著增加，对当地居民的热安全和健康构成了严重威胁[2]。先前的研究表明，与成年人和老年人相比，儿童对高温环境更为敏感[3]。同时，户外体育活动对促进儿童的身体健康和心理发展起着关键作用[4]。然而，夏季升高的环境温度对这些活动的安全性构成了严重挑战，显著增加了与热相关的疾病风险[5]。鉴于儿童对热的脆弱性，评估他们在户外运动时的热健康风险至关重要。

随着户外热舒适度研究的进展，学者们越来越认识到人体热感觉（TSV）具有显著的季节性变化[6]。这主要是由于微气候因素（如太阳辐射（Sr）、空气温度（Ta）、相对湿度（RH）和风速（Va）的季节性波动所致，这些因素导致热感知和生理反应也呈现出不同的季节性模式[7]。因此，越来越多的研究关注在不同季节条件下儿童户外热舒适度的研究。表1总结了在中国不同气候区域和季节中关于儿童户外热舒适度的现有研究。

如表1所示，儿童的热舒适度在不同气候区域和季节间存在显著差异。在炎热的夏季，热不适感明显加剧。在过渡季节，较大的昼夜温差增加了运动后热应激反应的可能性。相比之下，儿童在冬季表现出更大的耐寒能力，尤其是在较冷的气候区。此外，不同气候类型（如Cfa、Cwa和Dwb）和性别之间存在明显的中性温度范围差异。这些发现突显了儿童对户外环境热适应性的区域和季节性特征。然而，尽管现有研究已经考虑了儿童热舒适度的季节性和气候变化，但大多数研究主要集中在季节或天气类型之间的比较上。关于一天中不同时间（如早晨、下午、晚上和夜间）的气候变化如何影响儿童的热感知和生理反应的研究仍然相对有限[15]。下午，较高的太阳辐射和峰值空气温度通常会导致更大的热不适感。尽管清晨和夜间的空气温度较低，但较高的相对湿度和有限的风速仍可能导致热不适或热量积累[16]。儿童全天暴露在截然不同的热环境中，这不仅影响他们的身体表现和生理负荷，还可能引发不同程度的热应激反应[17]。这一点在夏季尤为关键，因为夜间通常是儿童组织性锻炼或训练的高峰期。然而，现有研究大多忽视了夜间热暴露的独特特征。因此，有必要系统地研究儿童在不同时间段的运动诱导热应激和生理反应，以全面评估动态环境中的热相关健康风险，并为基于证据的热保护策略和户外活动规划提供信息。

总体而言，大多数现有研究集中在特定时间段的热暴露上，缺乏对不同白天和夜间辐射条件下运动诱导热应力差异的系统性研究。作为热环境变化的关键驱动因素，太阳辐射（Sr）的日变化对儿童在不同代谢率（MR）条件下的热感知的影响仍不清楚。此外，研究生理指标在预测TSV方面的适应性仍然有限。大多数现有模型是在单一环境条件下建立的，忽略了生理指标与TSV之间关系的稳定性和变异性。这限制了它们在现实世界动态环境中的适用性。

本研究旨在评估儿童在一天中不同时间进行户外体育活动时面临的热风险，重点探讨日内气候变化和代谢率如何影响热应激反应和生理指标。通过结合实地监测和问卷调查，本研究系统地研究了儿童在不同太阳辐射条件下的热应激反应、体温调节能力和生理特征。本研究的主要目标如下：

(1)

评估不同水平的短波太阳辐射对儿童在体育活动中的生理反应的不同影响。

(2)

识别在不同太阳辐射强度下儿童TSV的主要决定因素的变化

(3)

量化辐射差异引起的热舒适度阈值的变化，并开发一个情境敏感的预测模型，以支持精确的户外活动规划。

研究地点

株洲市（112.6–114.2°E, 26.2–28.6°N）位于亚热带季风气候区，具有明显的季节性变化，夏季炎热潮湿，冬季寒冷干燥。年平均气温约为17.2°C，年平均相对湿度约为50.4%。夏季室外气温范围为21.4至33.6°C，平均气温为29.4°C，平均相对湿度为82.6%。夏季盛行风向为东南风[27]。

测试期间的户外环境

图5展示了测试期间白天和夜间气象参数的差异。白天的平均太阳辐射强度为355.9 ± 319.6 W/m2，而夜间几乎为零，平均值为0.8 ± 2.1 W/m2。白天的平均气温为29.0 ± 3.2°C，高于夜间的26.7 ± 2.3°C。同样，白天的平均温度（Tg）和最低温度（Tmrt）分别为31.0 ± 3.5°C和37.2 ± 9.2°C，而夜间分别为26.9 ± 2.3°C和27.4 ± 2.4°C。相对湿度在白天为54.7 ± 18.8%

气象参数对热感觉的影响

儿童对不同太阳辐射条件下的热感觉敏感性存在显著差异。以往的研究通常没有区分不同水平的太阳辐射，而本研究探讨了不同太阳辐射水平下气象参数对热感觉的不同影响。在户外环境中，热感觉主要由身体的热平衡决定。太阳辐射的变化显著影响辐射热吸收

结论

本研究通过微气候监测、生理测量和问卷调查，系统地研究了在中国株洲市不同太阳辐射和代谢率条件下儿童在户外运动时的主观热感觉。研究还分析了儿童在运动前后以及白天和夜间热应激反应的差异机制。主要结论如下：

(1)

中性

CRediT作者贡献声明

郭同业：撰写——原始草案、方法论、调查、数据分析。范一妮：方法论、调查。张翔：方法论、调查。杨家豪：方法论、调查。刘宇：资源获取、资金筹集。冯绪文：撰写——审阅与编辑、调查。方昭松：撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目协调、方法论、调查、概念构思。林张：监督、资源管理。