汽車高寒測試城市的氣溫條件分析

何俊南 王雪穎 李偉 董曉菲 吳昊

中國汽車技術研究中心有限公司 天津市 300300

1 引言

高寒環境會影響汽車的動力系統、傳動系統、空調系統和冷卻系統等低溫敏感系統和低溫高負荷系統，高寒地區的整車環境適應性試驗作為開發和驗證過程中不可缺少的環節，已受到國內外汽車企業的高度重視。氣溫條件，作為汽車企業制定高寒測試方案和選擇高寒測試時間的關鍵影響因素，對于汽車高寒測試至關重要，但目前缺乏系統、深入的統計分析。針對于此，本文梳理了高寒地區的典型測試城市，并對近三個高寒測試季的氣溫數據進行分析，具體包括對月氣溫、日氣溫和小時氣溫的分析。

2 高寒測試城市

目前，我國高寒地區的汽車測試場地已經形成黑龍江省黑河市、內蒙古自治區牙克石市兩個頭部集群競爭的發展態勢，該類地區冬季氣溫較低且持續時間較長，是進行汽車高寒環境測試的優勢地區。其中，黑河市地處黑龍江省西北部，小興安嶺北麓，大興安嶺東端，屬于寒溫帶大陸性季風氣候，夏季溫和、短暫而多雨，冬季寒冷、漫長；牙克石市位于呼倫貝爾市中部，大興安嶺中脊中段西坡，大部分地區屬于寒溫帶大陸性季風氣候，北部部分地區屬于亞寒帶氣候。測試場地的建設或運營單位主要包括專業的場地服務機構、整車企業、零部件企業和檢驗檢測機構等，典型的汽車測試場地匯總如表1所示。

表1 國內典型的高寒汽車試驗場

高寒測試季通常從當年11 月持續至次年3 月，本文選取黑河市和牙克石市近三個高寒測試季（2021-2022、2020-2021、2019-2020）的氣溫數據進行分析，氣溫數據來源于中國氣象局，氣象站點信息如表2 所示。

表2 氣象站點信息

3 月氣溫分析

近三個高寒測試季的月氣溫數據如表3所示，由表分析可知：從當年12 月至次年2月這段時間的氣溫明顯更低，是汽車高寒測試的“黃金時期”，在此期間，牙克石市的月平均最高氣溫、月平均氣溫和月平均最低氣溫分別可以維持在-13℃以下、-20℃以下和-26℃以下，黑河市的月平均最高氣溫、月平均氣溫和月平均最低氣溫分別可以維持在-8℃以下、-15℃以下和-21℃以下。

表3 近三個高寒測試季月氣溫數據色階表

4 日氣溫分析

4.1 日平均氣溫

近三個高寒測試季的日平均氣溫曲線如圖1 所示，由圖分析可知：縱觀近三個高寒測試季全程，除三月中下旬，牙克石市和黑河市的日平均氣溫基本可以分別維持在-35℃至0℃之間和-30℃至0℃之間；三月中下旬會迎來升溫，牙克石市和黑河市的日平均氣溫均可以上升到0℃至5℃之間；近三個高寒測試季的當年12 月至來年2 月期間，牙克石市和黑河市的日平均氣溫基本可以分別維持在-35℃至-10℃之間和-30℃至-10℃之間；牙克石市和黑河市在近三個高寒測試季的最低日平均氣溫分別為-34.5℃和-31.1℃、-33.1℃和-31.6℃、-32.2℃和-30.4℃。

圖1 近三個高寒測試季日平均氣溫

4.2 日最低氣溫

近三個高寒測試季的日最低氣溫曲線如圖2 所示，由圖分析可知：縱觀近三個高寒測試季全程，除三月中下旬，牙克石市和黑河市的日最低氣溫基本可以分別維持在-40℃至-5℃之間和-35℃至-5℃之間；三月中下旬會迎來升溫，牙克石市和黑河市的日最低氣溫均可以上升到-5℃至0℃之間；近三個高寒測試季的當年12 月至來年2 月期間，牙克石市和黑河市的日最低氣溫基本可以分別維持在-40℃至-15℃之間和-35℃至-15℃之間；牙克石市和黑河市在近三個高寒測試季的最低氣溫分別為-39.7℃和-34.7℃、-40.5℃和-37.8℃、-38.0℃和-34.9℃。

圖2 近三個高寒測試季日最低氣溫

4.3 日最高氣溫

近三個高寒測試季的日最高氣溫曲線如圖3 所示，由圖分析可知：縱觀近三個高寒測試季全程，除三月中下旬，牙克石市和黑河市的日最高氣溫基本可以分別維持在-30℃至5℃之間和-25℃至5℃之間；三月中下旬會迎來升溫，牙克石市和黑河市的日最高氣溫均可以上升到5℃至15℃之間；近三個高寒測試季的當年12 月至來年2 月期間，牙克石市和黑河市的日最高氣溫基本可以分別維持在-30℃至-5℃之間和-25℃至0℃之間；牙克石市和黑河市在近三個高寒測試季的最高氣溫分別為9.0℃和8.4℃、13.2℃和14.1℃、11.4℃和14.1℃。

圖3 近三個高寒測試季日最高氣溫

5 小時氣溫分析

5.1 小時氣溫分布

選取近三個高寒測試季白天（上午8:00至下午5:00）的小時平均氣溫數據，其氣溫分布如圖4 所示，由圖分析可知：牙克石市和黑河市在近三個高寒測試季白天的氣溫分布趨勢基本保持一致,均類似于正態分布，且-25℃至-5℃的氣溫區間頻次占比最高，氣溫低于-25℃的區間，牙克石市更具優勢。

圖4 近三個高寒測試季白天小時氣溫分布

選取近三個高寒測試季中當年12 月至來年2 月白天（上午8:00 至下午5:00）的小時平均氣溫數據，進行統計分析，各氣溫區間占比如圖5 所示。由圖分析可知：牙克石市占比最多的三個氣溫區間分別為-25℃至-20℃、-20℃至-15℃和-30℃至-25℃，對應的比例分別為27%、26% 和18%，即氣溫在-30℃至-15℃區間的比例可達到71%；黑河市占比最多的三個氣溫區間分別為-20℃至-15℃、-15℃至-10℃和-25℃至-20℃，對應的比例分別為31%、23%和22%，即氣溫在-25℃至-10℃區間的比例可達到76%；牙克石市和黑河市在近三個高寒測試季中當年12 月至來年2 月的白天小時平均氣溫低于0℃、-10℃、-20℃、-30℃的 比 例 分 別 為99.9% 和99.8%、93.3% 和86.7%、52.7%和33.2%、7.5%和1.8%。

圖5 近三個高寒測試季中當年12 月至來年2 月期間白天的小時氣溫占比統計

5.2 日最低和最高氣溫出現時間分布

選取近三個高寒測試季的日最高和最低氣溫數據，統計牙克石市和黑河市的日最低氣溫和日最高氣溫出現的時間區間。

近三個高寒測試季中日最低氣溫出現時間占比統計如圖6 所示，由圖分析可知：在整個測試季期間，牙克石市的日最低氣溫出現時間占比最高的三個時間區間分別為7:00-8:00、8:00-9:00 和23:00-24:00；黑河市的日最低氣溫出現時間占比最高的三個時間區間分別為7:00-8:00、23:00-24:00 和6:00-7:00；牙克石市和黑河市的日最低氣溫出現在早上6:00-9:00 區間的占比分別為47%和46%。

圖6 近三個高寒測試季中日最低氣溫出現時間占比統計

近三個高寒測試季中日最高氣溫出現時間占比統計如圖7 所示，由圖分析可知：在整個測試季期間，牙克石市日最高氣溫出現時間占比最高的三個時間區間分別為15:00-16:00、16:00-17:00 和14:00-15:00；黑 河市日最高氣溫出現時間占比最高的三個時間區 間 分 別 為15:00-16:00、14:00-15:00 和16:00-17:00；牙克石市和黑河市的日最高氣溫出現在下午14:00-17:00 區間的占比分別為72%和77%。

圖7 近三個高寒測試季中日最高氣溫出現時間占比統計

6 結語

本文通過對高寒地區汽車測試典型城市的氣溫條件分析，得到以下結論：

（1）縱觀近三個高寒測試季，從當年12月至來年2 月的氣溫條件更低、更穩定，是集中開展汽車高寒測試的“黃金時期”，往往在三月中下旬會迎來升溫，日最高氣溫直奔零上；

（2）近三個高寒測試季白天的小時平均溫度分布趨勢一致，且從當年12 月至來年2 月期間白天的小時平均氣溫，牙克石市在-30℃至-15℃區間、黑河市在-25℃至-10℃區間的比例均超過了70%；

（3）近三個高寒測試季日最低氣溫出現時間較分散，牙克石市和黑河市的日最低氣溫出現在早上6:00-9:00 區間的占比均接近一半，出現在晚上23:00-24:00 區間的占比均接近20%；

（4）近三個高寒測試季日最高氣溫出現時間集中在下午，牙克石市和黑河市的日最高氣溫出現在下午14:00-17:00 區間的占比均超過70%；

（5）基于對近三個高寒測試季的氣溫條件分析，綜合考量月氣溫、日氣溫和小時氣溫，牙克石市的氣溫條件優于黑河市。