沈阳地区采暖期气候特征与节能预报技术研究

基于沈阳地区1961-2010年逐日平均气温观测数据,采用气候倾向率及度日法,参照采暖供热相关规范,对沈阳地区采暖期气候变化特征进行了分析。结果表明:沈阳地区采暖期平均气温呈上升趋势,采暖期度日呈减少趋势。平均采暖初、终日分别为10月26日、4月3日,平均采暖期长度为160 d。采暖初终日和采暖期长度均存在年际变化振荡,但总体呈现出采暖初日推后,终日提前,采暖期长度缩短的趋势。寒冷程度的减小和寒冷期的缩短使得采暖能源需求量减少,采暖期节能减排空间较大。利用2008-2010年气象-热力数据建立的沈阳地区供热量预报方程及供热气象指数,近3年理论节煤率达9.1%。该预报方程及供暖气象指数已于2010年11月开始在沈阳地区供热作业中投入应用,为实时供热调度提供参考依据。     

东北地区采暖气候条件变化特征及预测

东北地区是我国采暖期最长、采暖需求最高的地区。冬季供暖耗能的多少主要取决于室外温度。论文利用1957-2011 年东北地区88 个气象台站的逐日平均气温资料,采用趋势系数、变化速率、Mann-Kendall 突变分析、一元线性回归等方法,对东北全区、北区和南区的采暖气候条件进行了分析。得出：东北全区采暖期平均气温为-8.2℃,54 a 来的变化速率为0.17℃/10 a,升温趋势通过了0.05 显著性检验,在1982-1983 年发生了突变;采暖期天数平均为186 d,变化速率为-2.0 d/10 a,通过了0.001 显著性检验,在1990 年发生了突变;采暖强度平均为4 959℃·d,采暖耗能变化率为-17.7%/10 a,通过了0.001 显著性检验,在1980 年代中期发生了突变。东北地区采暖期平均气温升高1℃,采暖强度将减少210℃·d,采暖耗能将减少4.4%。另外,论文根据前期环流指数构建了采暖强度预测模型。     

基于度-时法的哈尔滨冬季采暖强度评价

采用度时法比度日法更能细致地反映采暖和制冷强度时间分布特征。论文应用度时法分析了哈尔滨采暖期内采暖强度的时间变化特征,获得如下结论：1）哈尔滨集中供暖时间为183 d,近10 a采暖期平均气温-7.7 ℃,平均气温距平最高值2.6 ℃（2007、2008年）、最低值 -2.0 ℃（2013年）。采暖期小时平均气温最高在14：00（-3.6 ℃）,最低在06：00（-11.3 ℃）。 2）2005-2014年,哈尔滨年平均采暖强度1.1×10⁵ ℃·h,最大1.2×10⁵ ℃·h（2013年）,最小1.0×10⁵ ℃·h（2007年）。3）哈尔滨采暖期小时平均采暖强度为25.7 ℃·h,日内呈单峰分布,06：00采暖强度最大,为29.3 ℃·h,14：00采暖强度最小,为21.6 ℃·h。晚上21：00到次日上午9：00,采暖强度大于日平均值,而上午9：00到晚上21：00采暖强度则明显低于日平均水平。4）采暖期各月平均的小时采暖强度1月最大,为35.4 ℃·h,从大到小依次减少顺序是1、12、2、11、3、10、4,4月小时采暖强度仅为12.0 ℃·h。5）日内小时采暖强度最小值3、4月出现在15：00,其余月份在14：00;最大值1、2、12月出现在07：00,3、10、11月在06：00,4月在05：00。在每年1月中旬06：00~08：00,出现整个采暖期采暖强度极大值。     

过去20年气候变暖对我国冬季采暖气候条件与能源需求的影响

20世纪80年代中期以来,我国气候变暖,尤其是90年代中期以来的显著变暖,对我国冬季采暖气候条件和能源需求产生了很大影响。论文以全国458个气象台站逐日平均气温为基础,对其影响进行了分析。依照《采暖通风与空气调节设计规范G(B50019-2003)》的规定,确定了采暖初(终)日及集中(过渡)采暖期的划分方法,并采用度日法分析了采暖强度。结果发现与1980年以前时段相比,1985-2004年以及1995-2004年间,我国集中采暖区和过渡采暖区的界线明显北移,尤其110E°以东地区北移最大达2～3个纬距;北方大部地区采暖期长度缩短5～15d,长江以南地区缩短最大达30d以上;北方采暖强度普遍减小200℃以上;理论上由气候变暖导致的我国北方地区冬季采暖耗能降低了5%～30%,长江中下游地区冬季采暖耗能降低了30%以上。     

气候变化对辽宁农业的影响和减轻自然灾害的对策建议

利用辽宁省1971年以来近40a气候资料和1981年以来25a物候期观测资料,采用数理统计、气候倾向率、地理信息系统精细化模拟等方法,对辽宁地区气候变化对主要农作物及自然物候的影响进行了分析,结果表明：近40a来辽宁地区增温趋势明显,气候变暖显著,2001-2006年全省平均大于10℃积温比20世纪70年代增加277．4℃,无霜期延长13d。农作物与自然物候对气候变暖反应敏感,种植带北移,近36a（1971-2006年）玉米适宜播期提前4d左右,水稻适宜生长期延长近8d;近25a（1981－2005年）草本植物春季展叶期每10a提前2～4d,草本、木本植物秋季枯黄期每10a推后5～7d。干旱、暴雨、暴雪等极端气象灾害频发,危害程度加重。气候变化对农业影响利弊并存。     

中国与欧美寒冷地带采暖耗能的比较

论文分别采用我国目前采暖标准和欧美国家的较高采暖标准,对我国严寒和寒冷地区8个城市的采暖耗能及相应的温室气体排放强度与欧美国家同纬度地区进行了对比。结果表明,中国季风气候的特点使严寒和寒冷地区冬季较世界同纬度地区更为寒冷而漫长,居民基本的生存采暖耗能需求高于世界同纬度地区。无论采用中国、德国、美国哪一种采暖标准,中国严寒和寒冷地区采暖强度远高于同纬度的欧美城市,有的城市要高于同纬度欧美城市1倍以上;目前中国严寒和寒冷地区的采暖标准属于维持基本生存必需的较低标准,中国要达到与欧美相同的热舒适水平必然比其他国家增加更多的采暖消耗;即使像目前这样,中国采取较低的采暖标准,而欧美国家采用较舒适的德国或美国标准,中国8个城市中有5~6个城市的采暖强度仍明显高于同纬度欧美城市。     

山西省农村地区燃煤采暖情况入户调查及排污量估算

目前对北方农村地区燃煤采暖情况的调查研究主要集中在北京及其周边地区,尚缺少不同气候条件、不同经济水平下的更大范围的样本.为了系统掌握山西全省的农村燃煤采暖情况,并为北方同类地区提供参考,考虑不同地区冬季气温及年采暖期的差异,采用随机分层抽样方法,对山西省农村地区2015年燃煤采暖的情况进行了抽样调查,对全省燃煤采暖的燃煤量以及大气污染物排放量进行了估算.调查共在8市10县获得有效样本394个.结果显示:山西省燃煤采暖的农户约占89.3%,户均采暖燃煤量3.4 t/a;冬季气温对户均采暖燃煤量有显著影响,晋北严寒地区户均采暖燃煤量可达4.4 t/a,而在晋南等相对温暖地区户均采暖燃煤量仅是其57%.在同一地区,家庭经济条件会影响所选择的采暖器具,进而影响采暖燃煤量,经济条件较好的家庭选择土暖气,户均燃煤量是选择暖炕加小煤炉采暖家庭的2.3倍.估算2014—2015年采暖期山西省农村采暖燃煤约1 297.8×104 t,PM、PM_2.5、SO₂、NO_x、BC、OC、CO约分别排放13.0×104、9.1×104、19.9×104、2.1×104、4.1×104、5.6×104、123.3×104 t.研究显示,山西省单位面积采暖燃煤量约是北京、河北等同类地区的1/3,考虑到山西省经济条件较差,建议对城中村、城边村采暖实施煤改气、煤改电,其他地区则主要通过增强建筑的保温性,使用低硫煤等措施减少农村采暖燃煤排污.      

安徽省冬季采暖耗能对全球气候变暖的响应

基于1971—2018年安徽省77个气象站均一化日平均温度资料,采用趋势分析等方法,研究气候变暖对冬季采暖耗能的影响。结果表明：近48年安徽省冬季显著增暖,采暖初日推迟、终日提前,采暖期长度缩短,采暖强度显著下降。冬季温度在1989年发生突变,此后进入升温通道,因而将研究序列划分为基准时段（1971—1989年）和变暖期（1990—2018年）。相比于基准时段,变暖期内采暖期长度呈现空间一致性缩短,变化幅度自东北向西南递减,皖北北部及江淮之间东部缩短程度最大,大别山及皖南山区为全省低值区。全省采暖强度均减少,减少幅度自北向南递减。采暖节能贡献率介于3.6%~8.9%之间,高值区主要位于皖北北部、江淮之间北部和沿江东部,低值区则位于大别山及皖南两大山区。     

石家庄地区气温变化和热岛效应分析

选用石家庄地区17个气象观测站40年(1961-2000年)的平均气温资料,应用气候学、气候统计中的数学方法,对该地区的气温变化状况和城市热岛效应特征进行了分析.结果表明:40年里石家庄地区气温呈上升趋势,1981年是气温升高的显著跃变点;石家庄城市热岛效应明显,40年里热岛强度平均为0.59 ℃;其平均增温率为0.006 6 ℃/a,尤其是20世纪80年代以后,热岛强度增加趋势明显,1981-2000年热岛强度平均值较1961-1980年平均值升高了0.10 ℃;石家庄市热岛强度的增加与市区已建成区面积扩大有密切的关系.      

近60 年ENSO 事件对鄂尔多斯北部地区气候的影响

通过对鄂尔多斯北部的乌拉特中旗、呼和浩特和包头三个城市近60 年来的降水资料和 气温资料的整理和搜集,研究了ENSO 事件对鄂尔多斯北部地区的气候与灾害的影响。分析数据 得出,自1952 年来,鄂尔多斯北部地区的气候呈变暖变干趋势。1952 年以来鄂尔多斯北部地区 年平均气温增长率为0.48℃ ·10a?1,高于全国的平均气温增长率（0.22℃ ·10a?1）;年降水量则处 于略下降趋势,下降率约为5.5 mm·10a?1,低于全国的平均降水下降率（12.69 mm·10a?1）。厄尔 尼诺年年平均气温高出正常年份0.2℃,而拉尼娜年的平均气温比正常年低0.14℃。厄尔尼诺年 的平均降水量比正常年减少29.2 mm,拉尼娜年的平均降水比正常年减少23.9 mm。厄尔尼诺事 件对鄂尔多斯北部地区的灾害影响比拉尼娜事件更为显著和强烈,厄尔尼诺年鄂尔多斯北部地区 更易发生高温干旱灾害。小波分析指示,鄂尔多斯北部降水周期变化在30 a 尺度内存在2 a、4 a、 8 a 和14 a 的变化周期。     

延安市界限温度≥10℃的活动积温变化特征

利用延安气象站1951—2012年日平均气温资料,运用五日滑动平均法、一元线性回归等方法对界限温度≥10℃的初日、终日、持续天数以及活动积温进行了分析,并对初日、终日、持续时间以及活动积温与年平均气温的相关关系进行探讨。结果表明:界限温度≥10℃的初日呈现出提前趋势,气候倾向率为-1.845 d·(10a)~(-1);终日呈现出推迟趋势,变化倾向率为2.437 d·(10a)~(-1);持续时间延长,变化倾向率为4.189 d·(10a)~(-1);活动积温也增加,气候变化倾向率为106.57℃·(10a)~(-1)。界限温度≥10℃的初日、终日、持续时间以及活动积温与年平均气温存在显著相关,其中活动积温与年平均气温相关系数高达0.882,回归分析显示年平均气温每升高1℃时,界限温度≥10℃的活动积温增加217℃。     

气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响

在气候变暖背景下,西北干旱区气候资源变化如何影响农业是该区农业应对气候变化研究的前提与基础。论文根据西北干旱区1961—2007年77个气象站点均一化气温数据和日照时数数据,采用5 d滑动平均和线性倾向估计方法,分析了各农业气候指标的时间变化特征与区域差异。研究表明,霜冻日、暖日、生长期、无霜期、≥0℃与≥10℃活动积温的变化趋势显著且区域特色鲜明。暖日、生长期、无霜期变化呈显著上升趋势,其多年平均值空间分布主要表现为"南高北低"的特征,而霜冻日则相反;≥0℃、≥10℃的活动积温亦呈明显增加趋势(增长率分别为80℃.d/10 a、77℃.d/10 a),且可分为6个空间差异显著的活动积温特征区域。农业气候资源变化对西北干旱区农业生产影响利弊各兼。一方面,干旱区热量资源得以改善,作物生育期延长,天然植被气候生产力显著增加[增长率为15.6g/(m2.10 a)];另一方面,干旱区热害与冷害等极端气温事件增加,光照资源显著减少,水资源严重缺乏和分布不均,这造成了农业生产的不稳定性增加。     

1960-2011 年东北地区热量资源时空变化特征

基于1961-2011 年东北地区88 个气象站逐日气温资料,采用Kendall-Theil 线性趋势估计等方法探讨了该地区热量资源的时空变化特征。结果表明,近50 多年东北地区稳定≥0 ℃积温以25～95 ℃·d/10 a 的趋势显著增加,三江平原的增加趋势明显大于东部山区。稳定≥0 ℃气温的起始期在东北北部和中部显著提前,终止期在北部基本显著延后,日平均气温稳定≥0℃的日数在北部和中部地区基本以2～4 d/10 a 的趋势显著增加。东北地区大部分站点终霜冻日期明显提前,初霜冻日期明显延后,无霜冻期基本以3～5 d/10 a 的趋势显著增加。稳定≥10 ℃积温以30～110 ℃·d/10 a 的趋势显著增加,稳定≥10 ℃气温的起始期北部地区显著提前,终止期南部地区显著延后,作物有效生长期在中部和北部地区基本以2～4 d/10 a 的趋势显著增加。     

西北地区近50年日照时数和风速变化特征

利用中国西北地区(甘肃、宁夏、青海、陕西以及新疆地区)1960-2009年112个观测站日照时数、风速和气温等资料,分析了近50 a中国西北地区日照时数和风速的年、季节、月的时空变化特征以及风速和气温的相关性。研究表明:近50 a来西北地区日照时数大部分地区表现为显著的减少趋势,平均每10 a减少13.6 h,1981年发生突变;空间分布上以新疆中部地区、关中平原和秦巴山地减少最为突出,季节上以夏、冬两个季节的减少趋势最显著。该区年平均风速也呈明显减少趋势,平均每10 a减少0.09 m·s^-1,其西部地区的减少率大致高于东部地区的减少率,以新疆大部分地区、青海大部分地区以及河西走廊减少最为明显;并且风速与平均气温、平均最高气温、平均最低气温有一定的相关性。     

近57年厄尔尼诺-南方涛动事件对哈尔滨地区气候的影响

选取哈尔滨地区空间位置构成三角区域的哈尔滨站、尚志站、通河站三个台站日气象数据:利用统计分析方法研究了厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件对1955—2011年的平均气温、降水量的影响。结果表明:近57年来哈尔滨地区气温以0.32℃?(10a)~(-1)的速率升高,超过全国平均升温值0.26℃?(10a)~(-1);降水量以~(-1)4.21 mm?(10a)~(-1)的速率减少,比全国平均水平减少的更快。小波分析表明:哈尔滨气温变化在30 a的时间尺度上存在4 a和7 a的周期;降水量变化存在24 a的主周期。ENSO暖事件年哈尔滨气温略有升高,降水量略有减少;ENSO冷事件年的气温、降水变化与华北、西北地区不同,气温明显升高,降水明显减少,ENSO冷事件对哈尔滨地区气候影响较大。哈尔滨地区在ENSO冷事件年发生旱灾的可能性更大。本文研究可为哈尔滨地区减少旱涝灾害损失提供指导。     

东北地区参考蒸散量的变化特征及其成因分析

蒸散是水分运动过程中地表热量平衡和水分平衡的组成部分,是影响气候变化的重要一项。进行蒸散量变化的研究,对了解气候变化、探讨水分循环变化规律具有十分重要的意义。论文利用东北地区124个气象站1961—2007年的日气象数据,采用Penman-Monteith方程计算了参考蒸散量,分析了参考蒸散量的变化趋势及其变化原因。结果表明,在这47 a间,东北地区年平均气温以0.38℃/(10 a)的趋势递增,但是参考蒸散量总体上却以4.4 mm/(10 a)的速度递减。在地区分布上,三分之二的地区参考蒸散量呈下降趋势,显著下降的地区集中在辽宁朝阳地区,三分之一的地区参考蒸散量呈上升趋势,主要集中在辽宁南部和吉林东部地区。对有关各气象因子分析表明,影响参考蒸散量的主要因子为日照时数和风速。     

近50年辽宁热量资源时空演变特征分析

结合GIS技术、气候倾向率以及突变分析方法对辽宁近50年热量资源相关要素的时空演变特征和突变特征进行分析,研究表明：就区域平均值而言,除≥20℃积温以外,其它各界限温度积温都表现出极显著增多趋势,增幅在64~67℃•d /10a之间。≥0℃和≥5℃初日显著提前,≥10℃和≥15℃终日显著延后,持续日数都显著增多。≥0℃、≥5℃和≥10℃积温在1993年前后发生突变,≥15℃和≥20℃积温气候突变发生在1998年前后;≥0℃、≥10℃、≥20℃初日,≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃持续日数以及≥20℃终日都发生气候突变。在空间上,近50年≥0℃和≥10℃积温：在辽西大部、中部平原以及大连大部地区极显著增多,且增幅最大,在60℃•d/10a以上;在1970年代减少,从1980年代开始不断增多。≥0℃持续日数在中部平原、辽西南部、东部山区南部和大连南部地区显著增多,其中高值区范围在1980年代减小,低值区范围年代间交替变化。≥10℃持续日数在环渤海部分地区、中部平原和辽北部分地区显著增多,在1970年代大部地区减少,从1980年代开始,大部地区持续增多。     

20世纪90年代以来上海地区热量资源变化研究

全球气候变暖引起上海地区热量资源的变化。为了摸清20世纪90年代以来上海地区热量资源变化规律,论文根据1991至2003年上海地区11个站年气温、地温资料,在与前30年(1961至1990年)平均比较的基础上,统计分析1991年以来气温、地温、积温、界限温度及无霜期等体现热量资源特征气候值的变化情况,结果表明:1991至2003年,上海地区气温年平均升高0.9℃,5cm深度地温年平均升高0.5℃,≥3℃有效积温年平均升高219℃.d,≥10℃有效积温年平均升高77℃.d,稳定通过0℃、10℃持续期平均延长12.5d和5.7d及无霜期平均延长9.4d,热量资源增加。     

1961—2014年黄土高原气温和降水变化趋势

利用黄土高原地区52个气象站1961—2014年月气温和月降水资料,采用线性趋势法、累积距平法、Mann-Kendall法和Morlet小波分析等方法,对近54年来黄土高原气候变化和突变现象进行了分析。结果表明:1961—2014年黄土高原年平均气温呈上升趋势,线性趋势为0.31℃?10a~(-1)(P0.01),在1991年前后发生了由低温到高温的突变。四季均温均呈增加趋势,其中冬季增速最大,达0.44℃?10a~(-1)。气温年代际变化呈现明显的变暖趋势,1991年以后变暖加速,其中冬季均温增速最大。年均气温增速较大的地区位于黄土高原北部地区,黄土高原南部地区气温增速较小,变暖速率的空间分布随纬度升高而变大。1961—2014年黄土高原年降水量变化不明显,整体呈波动式下降,线性趋势为-7.51 mm?10a~(-1)(P0.05);其中1961—1970年属于降水偏多的年代,而1991—2000年属于降水偏少的年代。季节降水量呈现不同变化趋势和强度,其中秋季、夏季和春季降水量呈减少趋势,秋季降水减少速率最大,为-3.56 mm?10a~(-1);而冬季呈弱增加趋势,为0.43 mm?10a~(-1)。年降水量减少速率最大的地区位于黄土高原东南部,而黄土高原西北部降水变化不明显。Morlet小波分析结果表明,黄土高原年平均气温存在4 a和7~9 a变化周期,黄土高原年降水量存在5~7 a和12~14 a变化周期。通过以上分析,近54年黄土高原气候总体呈现暖干化趋势。     

黄河流域内蒙古段1951—2012年气温、降水变化及其关系

黄河流域内蒙古段是内蒙古自治区重要的经济发展区,研究其气候因子变化对流域水资源、区域经济社会发展及生态环境保护有重要意义。论文利用研究区及其周边地区52个气象站点1951—2012年气温与降水量资料,采用回归分析、年代均值比较、5 a滑动、气候倾向率和Mann-Kendall检验等方法,对气温与降水变化及其关系进行了分析。结果表明：近62 a来,研究区域平均气温、平均最高和最低气温均呈明显上升趋势（0.283 ℃/10 a、0.235 ℃/10 a、 0.590 ℃/10 a）,尤以20世纪90年代增温最为明显,冬季增长速率最快,对气温升高贡献最大。3类气温分别在1988、1989、1982年发生了突变,平均气温、平均最高气温突变时间均晚于平均最低气温。多年降水量年际变化较大,总体呈下降趋势（-1.48 mm/10 a）,但下降幅度不明显。年降水量与平均气温、平均最高气温、平均最低气温在20世纪80—90年代相关性较好,均呈上升趋势,而其他时期则呈阶段反对称变化。从季节上看,春季降水量与3类气温年值相关性最好;夏季降水量与3类气温的年际变化趋势类似;秋季降水量与3类气温呈阶段反对称性变化;冬季降水量与3类气温在20世纪90年代到21世纪呈反对称变化,其他年代则呈现一致的变化趋势。