哈爾濱市采暖氣候條件變化研究

覃 雪,陳 莉,方麗娟,萬琳琳

(哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱150028）

1 引言

近年來，我國用于建筑供暖、通風(fēng)和空調(diào)等的建筑能耗占總能耗的20%-25%，特別是東北地區(qū)采暖能耗占建筑能耗50%以上， 而且通常也是這部分能耗浪費(fèi)最多，同時(shí)節(jié)能潛力也大。 供暖能耗與采暖期間的室外平均氣溫關(guān)系密切，氣溫越低，供暖需求越大，反之亦然。 根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50019-2003)》規(guī)定，設(shè)計(jì)計(jì)算用采暖期天數(shù)，應(yīng)按累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于采暖室外臨界溫度的總?cè)諗?shù)確定。 其中采暖室外臨界溫度的選取，一般民用建筑和工業(yè)建筑，宜采用5 ℃。因此，本文采暖初終日為穩(wěn)定通過5 ℃日期。 采暖強(qiáng)度為暖通行業(yè)通常采用的室內(nèi)計(jì)算溫度18 ℃與室外逐日平均氣溫的差進(jìn)行累加得到。 文中提到的年份， 如2012年，為2012-2013年采暖期。

2 采暖期平均氣溫的變化特征

哈爾濱1951-2012年采暖期平均氣溫為-8.8℃。 采暖期平均氣溫序列均呈現(xiàn)升溫趨勢，變化速率為0.12 ℃/10 a，趨勢系數(shù)為0.1693，升溫趨勢沒有通過0.05 顯著性檢驗(yàn)（圖1）。 哈爾濱采暖期平均氣溫的變化速率遠(yuǎn)小于冬季（12月-翌年2月）平均氣溫的變化速率，這說明哈爾濱后秋、前春的氣溫升溫趨勢不明顯。

圖1 1951-2012年哈爾濱采暖期溫度距平變化趨勢圖(黑線為溫度距平，灰線為5 a 滑動平均)

1951-2012年，哈爾濱采暖期平均氣溫距平偏高超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有6 a， 分別是1958、1989、1997、2001、2006 和2007年，其中1958年采暖期平均氣溫最高，距平為1.9 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。 采暖期平均氣溫偏低超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有15 a， 分別是1952、1956、1962、1964、1965、1967、1969、1972、1974、1976、1983、1993、2000、2009、2012年，其中最冷的是1956年，距平偏低超過2.5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。 值得一提的是，2000年以來的13 a 間，有3 a 平均氣溫偏低，尤其是2000年和2012年，負(fù)距平為2.5 個(gè)和1.9 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，偏冷程度居62 a 來第2、5 位。

圖2 1951-2012年哈爾濱采暖期平均氣溫MK 檢驗(yàn)曲線（實(shí)線為UF，虛線為UB）

從MK 突變分析（圖2）可知，哈爾濱采暖期平均氣溫序列在1983-1984年左右發(fā)生了突變， 哈爾濱采暖期進(jìn)入升溫趨勢通道， 特別是從2005年開始，上升傾向顯著，UB 曲線超過了0.05 置信區(qū)間。 但從2010年UB 曲線有所下降， 說明采暖期平均氣溫有下降趨勢。

3 采暖期天數(shù)的變化特征

哈爾濱1951-2012年采暖期天數(shù)平均為181 d。采暖期天數(shù)序列呈現(xiàn)顯著的減少趨勢，變化速率為-3.714 d/10 a，趨勢系數(shù)為-0.618，通過了0.001 顯著性檢驗(yàn)（圖3）。

圖3 1951-2012年哈爾濱采暖期天數(shù)距平變化趨勢圖(黑線為天數(shù)距平，灰線為5 a 滑動平均)

1951-2012年期間，哈爾濱采暖期天數(shù)偏少超過1 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 差 的 有4 a， 分 別 是1988、1990、1998 和2008年，其中2008年采暖期天數(shù)最少，比歷史同期偏少16 d，偏少距平為1.7 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。 采暖期天數(shù)偏多超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有18 a，超過2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有7 a，分別是1951、1954、1955、1958、1963、1969 和1986年，其中采暖期天數(shù)最多的是1955年，偏多超過3.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。 與采暖期平均氣溫不同的是2000年以來的13 a，只有2 a 采暖期比歷史同期稍長，而10 a 采暖期天數(shù)偏少。

圖4 1951-2012年哈爾濱采暖期天數(shù)MK 檢驗(yàn)曲線（實(shí)線為UF，虛線為UB）

通過MK 突變分析（圖4）可知，哈爾濱采暖期天數(shù)在1987-1988年發(fā)生了突變，1993年開始采暖期天數(shù)減少傾向十分顯著。

3.1 采暖期初日的變化特征

哈爾濱1951-2012年采暖初日平均為10月13日，采暖初日呈現(xiàn)轉(zhuǎn)晚趨勢，變化速率為1.587 d/10 a，趨勢系數(shù)為0.433，通過了0.001 顯著性檢驗(yàn)（圖5）。

圖5 1951-2012年哈爾濱采暖初日變化趨勢圖(黑線為初日距平，灰線為5 a 滑動平均)

1951-2012年，哈爾濱采暖初日距平偏晚超過1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有6 a， 分別是1988、1990、1998、2001、2008 和2011年， 偏晚超過2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有1 a，為1995年，距平為2.0 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。 采暖初日距平偏早超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差和2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的均為7 a，其中最早的是1958年，距平偏早超過2.8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。

3.2 采暖期終日的變化特征

哈爾濱1951-2012年采暖終日平均為4月12日，采暖終日呈現(xiàn)轉(zhuǎn)早趨勢，變化速率為2.122 d/10 a，趨勢系數(shù)為-0.524，通過了0.001 顯著性檢驗(yàn)（圖6）。

圖6 1951-2012年哈爾濱采暖終日變化趨勢圖(黑線為終日距平，灰線為5 a 滑動平均)

1951-2012年，哈爾濱采暖終日距平偏早超過1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有7 a， 分別是1974、1981、1997、2002、2007、2008 和2010年，其中最早的是2007年，距平偏早超過1.6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。采暖終日距平偏晚超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的為14 a，超過2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的為5 a，其中最晚的是1955年，距平偏晚超過2.4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。

4 采暖強(qiáng)度和采暖耗能變化率的變化特征

哈爾濱1951-2012年采暖強(qiáng)度均值為4 878.5℃·d， 采暖強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著的減少趨勢， 變化速率為-119.4 ℃·d /10 a。 從采暖耗能變化率角度看，哈爾濱變化速率為-2.6%/10 a，趨勢系數(shù)為-0.586，通過了0.001 顯著性檢驗(yàn)（圖7)。

圖7 1951-2012年哈爾濱采暖強(qiáng)度距平變化趨勢圖(黑線為采暖強(qiáng)度距平，灰線為5 a 滑動平均)

1951-2012年， 哈爾濱采暖強(qiáng)度偏少超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有5 a， 分別是1995、2001、2006-2008年，其中2001年采暖強(qiáng)度最小，比歷史同期偏少566 ℃·d，采暖耗能變化率為-12.2%，超過1.7 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。采暖強(qiáng)度偏高超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有23 a， 超過2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的有7 a， 分別是1952、1955、1956、1963、1969、1976、2012年，其中采暖強(qiáng)度最高的是1969年，采暖耗能變化率為22.2%，偏高超過3.1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。 2000年以來的13 a 間，采暖強(qiáng)度高低年份比例相同，2012年采暖強(qiáng)度偏高超過2.2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差， 位居62 a 以來第4 高， 而2001、2007、2006 和2008年采暖強(qiáng)度偏低超過1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，位居62 a 以來第1-4 位。值得注意是，2009、2010 和2012年，采暖強(qiáng)度均偏高，采暖耗能變化率分別為10.1%、1.2%和15.8%。

通過MK 突變分析（圖8）可知，哈爾濱在1980 s中期發(fā)生了突變，1988年左右開始，減少傾向十分顯著，UB 曲線大大超過了0.05 置信區(qū)間。

圖8 1951-2012年哈爾濱采暖強(qiáng)度MK 檢驗(yàn)曲線（實(shí)線為UF，虛線為UB）

5 小結(jié)

采暖期平均氣溫、采暖期天數(shù)、采暖強(qiáng)度是采暖氣候條件的三個(gè)重要因素， 經(jīng)過相關(guān)分析得到采暖期平均氣溫與采暖強(qiáng)度的相關(guān)極為顯著，為-0.6286，而采暖期的長度與采暖期平均氣溫沒有明顯關(guān)系。通過一元線性回歸分析， 采暖強(qiáng)度與采暖期平均氣溫的回歸方程為：

式中，h 為哈爾濱的采暖強(qiáng)度（℃·d）;t 為哈爾濱采暖期平均氣溫（℃）。 公式(1)R2為0.321，調(diào)整后的R2為0.088，F(xiàn) 值為6.997，通過了0.05 顯著性檢驗(yàn)。

同理， 采暖耗能變化率與采暖期平均氣溫的回歸方程為：

式中，s 為哈爾濱的采暖耗能變化率（%）。由公式(1)-（2）可見，哈爾濱采暖期平均氣溫升高1 ℃，采暖強(qiáng)度減少180 ℃·d，采暖耗能減少3.9%；反之亦然。

近5 a， 哈爾濱采暖期采暖強(qiáng)度有3 a 高于1981-2010年30 a 平均值， 尤其是2012年采暖期，采暖強(qiáng)度為1951年以來第4 高，采暖耗能較30 a 平均值偏高15.8%。 如果以2011年哈爾濱市統(tǒng)計(jì)年鑒上的市區(qū)人口（不包括呼蘭區(qū)和阿城區(qū)）351.6685 萬人、城鎮(zhèn)人均使用面積22.1 m2來作為人口和住宅面積參數(shù)，單位面積單位度日數(shù)采暖耗煤量3.774×10-3kg（取自《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）JCJ26-95》），那么2012年采暖期理論上采暖耗煤量為157.9 萬噸，比2011年多25 萬噸，可見由于氣候寒冷所導(dǎo)致的采暖耗煤的增量非?？捎^。 那么，相反如果暖冬也同樣會帶來可觀的節(jié)能效果。