近55 a來中國嚴寒和寒冷地區主要城鎮采暖氣候條件的變化研究

杜巖，陳莉，羅冰，李帥

（1.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱 150080；2.江西省氣象局，江西南昌 330046；3.黑龍江省氣象科學研究所，黑龍江哈爾濱 150030）

近55 a來中國嚴寒和寒冷地區主要城鎮采暖氣候條件的變化研究

杜巖1，陳莉1，羅冰2，李帥3

（1.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱 150080；2.江西省氣象局，江西南昌 330046；3.黑龍江省氣象科學研究所，黑龍江哈爾濱 150030）

近半個世紀以來氣候變暖明顯，全球過去50 a年平均氣溫線性趨勢達到0.13°C/10 a，而中國近50 a年平均氣溫線性趨勢幾乎是全球的2倍，其中冬季增溫速率高達0.39°C/10 a。中國的氣候變暖對嚴寒和寒冷地區的采暖耗能無疑會產生顯著影響。文章以中國《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》JCJ26-95中附錄A所列的嚴寒和寒冷地區84個主要城鎮為研究對象，分析了這些城鎮1951年以來采暖期長度、采暖強度的趨勢變化速率，結果表明，采暖期長度和采暖強度大多呈減少趨勢，其中采暖期長度減少比較明顯的是東北及內蒙古自治區大多城鎮，減少速率在-5d/10a～-3d/10a之間；采暖強度減少趨勢更加明顯。為了研究采暖氣候條件的平均狀況，本文計算了最近30 a（1976～2005年）采暖期長度及采暖強度的平均狀況，并與1951～1980年30 a均值進行了比較，發現東北地區大多城鎮采暖期長度減少超過5 d；東北地區和內蒙古自治區大多城鎮采暖強度減少超過200℃.d。對近30 a采暖期采暖耗煤變化率的研究表明：除四川省的康定外，其它城鎮建筑單位面積耗煤量由于氣候變暖采暖耗煤變化率均有一定程度減少，其中個別城鎮減少量超過10%。

嚴寒和寒冷地區；主要城鎮；采暖期長度；采暖強度；采暖耗煤

1 引言

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第四次評估報告中的決策者摘要（Http://www.ipcc.ch/spm2feb07.pdf, 2007）指出，在1850年有器測資料以來最暖的12 a中，1995～2006年占了11個；1906～2005年全球平均氣溫上升趨勢為0.74[0.56～0.92]℃/100 a；過去50 a線性趨勢幾乎是過去100 a線性趨勢的2倍（0.13[0.10～0.16]℃/10a）。北半球自20世紀80年代以來的迅速增溫在統計學上已達到了突變程度[1-2]。任國玉[3]對我國的地面氣溫分析表明，我國近54 a來（1951～2004）年平均地表氣溫變暖幅度比全球或半球同期平均增溫速率高得多（約為1.3℃，增溫速率接近0.25℃/10 a），冬季增溫速率最高，達0.39℃/10 a。

中國氣候的明顯變暖，勢必會對采暖氣候條件有一定的影響。陳莉等[4]對我國集中采暖區、過渡采暖區以及采暖期長度的研究表明，20世紀80年代中期以來，中國氣候變暖，尤其是90年代中期以來的顯著變暖，對中國冬季采暖氣候條件產生了很大影響。與1980年以前時段相比，1980年代中期以來我國集中采暖區和過渡采暖區的界線明顯北移,尤其110°E以東地區北移最大達2個緯距；全國大部地區采暖期長度縮短5～10 d。尤其是處在集中采暖區的嚴寒和寒冷地區，與1980年以前時段相比，20世紀80年代中期以來的氣候變暖，使嚴寒地區和寒冷地區南界向北移動最大達2個緯距；1980年代中期以來的氣候變暖理論上對嚴寒地區和寒冷地區主要城鎮采暖期節煤的貢獻率大部達5%～10%，尤其是1990年代中期以來，氣候變暖對采暖期節煤貢獻更大[5]。陳峪等[6]分析表明自1960年代以來特別是1980年代中期以來，采暖度日數（基礎溫度為5℃）呈明顯減少；最冷的采暖季節能源需求將超過平均需求量的20%以上，而比最暖的采暖季節多達60%。這些研究成果對于認識1980年代中期以來氣候變暖對我國采暖氣候條件的影響很有意義，但這些研究成果較缺乏對嚴寒和寒冷地區采暖能源需求歷年變化的縱向認識，同時在研究平均采暖氣候條件方面稍顯不足。

本文選取中國《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）JCJ26-95》[7]中附錄A所列的嚴寒和寒冷地區84個主要城鎮，同時根據文獻7的規定，取室內基礎溫度為18℃，對這些城鎮1951年以來采暖期長度、采暖強度的趨勢變化速率進行分析，從而對嚴寒和寒冷地區采暖氣候條件的縱向變化有一定的認識。同時，為了研究近30 a采暖氣候條件的平均狀況，文章分析了1976～2005年采暖期長度、采暖強度的30 a均值，并以1951～1980年為基準氣象條件，計算了氣候變暖所導致1976～2005年采暖期采暖耗煤變化率的情況。希望研究結果對能源、建筑等相關部門在進行能源規劃、節能設計等研究時，提供一定的科學參考；同時希望進一步加深我國對氣候變暖影響的認識。

2 資料

本文所用逐日氣溫資料來源于中國氣象局。《中國民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）JCJ26-95》[7]附錄A共列出了85個氣象臺站，由于所獲得的氣象資料中缺少寶雞，所以本文研究文獻7附錄A所列的84個城鎮，不影響分析結果。這84個臺站最早是1951年建站，最晚是1960年建站，資料截止至2006年。

3 相關指標和方法的確定

3.1 采暖期長度的確定

根據《采暖通風與空氣調節設計規范（GB50019-2003）》[8]規定，設計計算用采暖期天數，應按累年日平均溫度穩定低于或等于采暖室外臨界溫度的總日數確定。其中采暖室外臨界溫度的選取，一般民用建筑和工業建筑，宜采用5℃。

本文在確定采暖初終日時，采用連續5 d滑動平均法。但在青海和西藏地區，部分臺站全年溫度都較低，即使在盛夏，也經常出現低于5℃的現象，偶爾在春季和初夏出現幾天高于5℃的日子，但隨后很多天又持續低于5℃。因此本文在判斷采暖終日時，附加了一個判據，即在出現第一組5日滑動平均溫度通過5℃后，其后連續29 d，即連續30個5日滑動平均超過5℃，才確定其為采暖終日[4，5]。采暖初日和終日之間的日數為采暖期長度。

因為嚴寒和寒冷地區采暖期普遍跨年度，即從前一年的秋季或冬季開始，而到當年的春季結束，本文定義1951年秋/冬季至1952年春季的采暖期，為1951年采暖期，依此類推。

3.2 采暖強度的計算方法

20世紀50年代初，Thom首次用度日法探討了能源消費與溫度的關系[9-11]。所謂某一天的度日就是指日平均溫度與規定的基礎溫度的實際離差。為了研究的方便，度日又分為兩種類型，即采暖度日數（heating degree.day）和空調度日數（cooling degree.day）[12]，如果日平均溫度低于基礎溫度，人們根據采暖的需要，用下式計算采暖度日數：

式中：HDDi為第i天的采暖度日數;Ti為第i天的日平均溫度;Tb為基礎溫度，取為18℃[7]。

采暖強度用HDD18來表示。采暖期采暖度日總量大小反映了采暖期溫度的高低，采暖度日數大，說明采暖期溫度低，供給的熱量要多，采暖強度大，也即采暖需求大。因此，采暖期度日數的變化，直接反映了采暖需求的變化。

3.3 趨勢變化速率計算方法

采用文獻13的方法，計算趨勢變化速率，即用最小二乘法計算時間序列與時間的線性回歸系數，即得到趨勢變化速率。

3.4 采暖耗煤變化率的計算方法

氣候變暖所引起的建筑物采暖耗煤變化量ΔB以及采暖耗煤變化率ηB按照式（2）及式（3）計算。

式中ΔB--建筑物單位面積采暖耗煤變化量，kg/m2; BC--基準氣象條件下建筑物單位面積采暖耗煤量，kg/m2; BC′--氣候變化后建筑物單位面積采暖耗煤量，kg/m2;

令基準氣象條件下建筑物單位度日單位面積建筑物采暖耗煤量qc為

設氣候變化前后，單位度日單位面積建筑物采暖耗煤量不變，則

式中HDD18--基準氣象條件下采暖度日數，℃.d；HDD18'--氣候變化后采暖度日數，℃.d。

將式（4）代入式（2），得

4 結果分析

4.1 采暖期長度及采暖強度的趨勢變化分析

通過對84個城鎮逐年采暖期長度以及采暖強度的趨勢分析，得到見表1所示的各城鎮1951～2005年的趨勢變化速率。從表中可見，大多數城鎮1951～2005年期間，采暖期呈減少趨勢，減少最多的是寧夏回族自治區的固原，變化速率為-8.9 d/10 a；東北及內蒙古自治區大多城鎮減少趨勢也比較明顯，變化速率在-5 d/10 a～-3 d/10 a之間；而華北、西北大多數城鎮變化速率為-3 d/10 a～0 d/10 a。在這84個城鎮中，只有4個城鎮（克拉瑪依、哈蜜、康定、甘孜）采暖期呈現增加趨勢，但趨勢均很弱，不到1 d/10 a。

表1 嚴寒和寒冷地區主要城鎮采暖期長度和采暖強度1951～2005年趨勢變化速率

采暖強度的減少趨勢更加明顯。嚴寒和寒冷地區84個主要城鎮1951～2005年采暖強度的變化趨勢均為減少，減少趨勢最明顯的是青海的格爾木和內蒙古自治區的海拉爾，變化速率約-190℃.d/10 a，而減少趨勢最弱的是四川的康定。東北大多城鎮變化速率為-170℃.d/10 a～-150℃.d/10 a；華北及中原一帶大多城鎮變化速率為-150℃.d/10 a～-100℃.d/ 10 a。

4.2 近30 a采暖長度及采暖強度平均值變化分析

近30 a（1976～2005年）來，嚴寒和寒冷地區主要城鎮采暖期長度范圍在100～320 d之間，極大值位于青海的瑪多，采暖期長度為317 d；其次是內蒙古自治區的海拉爾、博克圖、滿州里、錫林浩特、多倫，黑龍江北部的呼瑪、嫩江、伊春以及青海的玉樹、大柴旦，這些地區采暖期長度在200～220 d之間；極小值位于江蘇的徐州、陜西的西安，接近110 d。圖1a為近30 a采暖期長度平均值相對于基準氣象條件（1951～1980 a）的距平值分布圖，從圖上可以看到，近30年采暖期長度減少最多的是寧夏回族自治區的固原、河北省的張家口，減少幅度超過10 d；東北地區大多城鎮采暖期長度減少超過5 d；7個城鎮采暖期長度有所增加，其中山西省的運城采暖期長度增加最明顯，增加幅度超過5 d。

圖1 嚴寒和寒冷地區主要城鎮近30 a（1976～2005年）采暖期長度與采暖強度平均值相對于基準氣象條件（1951～1980年）距平分布圖

近30 a（1976～2005年）來，嚴寒和寒冷地區主要城鎮采暖強度范圍在1 600～7 400℃.d之間，采暖強度極大值位于青海的瑪多，約7 400℃.d，其次是黑龍江北部的呼瑪、嫩江和內蒙古自治區北部的海拉爾、博克圖、滿州里，采暖強度超過6 000℃.d，極小值位于江蘇的徐州，為1 660℃.d。圖1b為近30年采暖強度平均值相對于基準氣象條件（1951～1980年）的距平值分布圖，從圖上可以看到，除了四川的康定采暖強度略有增加外，其它城鎮均呈減少態勢。內蒙古自治區的海拉爾、新疆的塔城、黑龍江的呼瑪、青海的格爾木減少超過400℃.d以上；東北地區和內蒙古自治區大多城鎮減少超過200℃.d

4.3 1976～2005年相對于1951～1980年采暖期采暖耗煤變化率

我國在1980年代中期以來，冬季變暖強烈[14,15]，這種顯著變暖一直維持至今。因此，有必要分析一下最近30 a（1976～2005年）相對于1951～1980年的30年平均氣候狀況下的采暖期由于氣候變暖所導致的采暖耗煤變化率。圖2是1976～2005年相對于1951～1980年嚴寒和寒冷地區84個主要城鎮采暖期采暖耗煤變化率ηB分布圖。從圖上可以看到，新疆維吾爾自治區的吐魯番、河北省的張家口，1976～2005年相對于1951～1980年采暖耗煤增加10%以上；54個城鎮采暖耗煤增加5%以上；只有四川省的康定由于采暖強度略有增加，使得采暖期用煤增加，但增加幅度很小，為0.45%。

圖2 中國嚴寒和寒冷地區84個主要城鎮1976～2005年相對于1951～1980年采暖期采暖耗煤變化率ηB分布

5 結論

（1）通過對嚴寒和寒冷地區84個主要城鎮近55 a（1951～2005年）采暖期長度和采暖強度的趨勢分析，得出采暖強度減少趨勢較為顯著，其中減少趨勢最明顯的是青海的格爾木和內蒙古自治區的海拉爾，變化速率約-190℃. d/10 a；東北大多城鎮變化速率為-200℃.d/10 a～-150℃. d/10 a；華北及中原一帶大多城鎮變化速率為-150℃.d/10 a～-100℃.d/10 a。

（2）嚴寒和寒冷地區84個城鎮中，74個城鎮最近30 a（1976～2005年）采暖期長度平均值比1951～1980年30 a均值有所減少，其中寧夏回族自治區的固原、河北省的張家口減少較明顯，減少超過10d，東北地區大多城鎮采暖期長度減少超過5d；而83個城鎮采暖強度呈減少態勢，其中內蒙古自治區的海拉爾、新疆的塔城、黑龍江的呼瑪、青海的格爾木減少超過400℃.d以上。

（3）最近30 a（1976～2005年）與1951～1980年的30 a平均氣候狀況比較，除四川省的康定采暖耗煤沒有減少外，其它城鎮采暖期均由于氣候變暖而導致采暖耗煤減少，其中新疆維吾爾自治區的吐魯番、河北省的張家口，采暖耗煤減少10%以上。

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1002－252X（2010）04－0027－04

2010－8－6

杜巖（1967-），男，黑龍江省哈爾濱市人，黑龍江省人民政府機關職工大學，大專生，工程師.