利用采暖/制冷度日分析建筑能耗变化的适用性评估

采暖/制冷度日与建筑能耗有显著线性关系,被认为是最简单可靠的衡量能源需求的指标,但其适用性还缺乏全面的评估。通过模拟1961-2009年天津市办公、商场以及不同节能水平的居住建筑能耗,分析了能耗与采暖/制冷度日的关系,确定其反映能耗变化的适用性。结果表明：采暖期办公及商场建筑的热负荷与采暖度日的相关性达到极显著水平（P<0.01）,决定系数（R2）分别为0.99和0.97;制冷期冷负荷与制冷度日的关系尽管也达到极显著水平,但决定系数仅分别为0.64和0.55;不同节能水平居住建筑热负荷与采暖度日极显著相关,决定系数均在0.99以上。研究认为：采暖度日可以反映办公、商场及居住建筑的热负荷特征,用于分析气候变化对能耗的影响是可行的;但制冷度日不能完全反映办公及商场建筑冷负荷的变化,仅可分别解释冷负荷变化的64%和55%,单纯用制冷度日研究能耗变化是不够全面的。通过分析能耗与气候要素的关系发现,冬季采暖期能耗主要受气温的影响,而夏季制冷能耗受气温和湿度的共同影响。     

天津市典型办公建筑极端能耗气候响应特征分析

利用TRNSYS软件模拟了1981—2010年天津市典型办公建筑采暖和制冷能耗,采用百分位法确定逐日和逐时的能耗极端值,分析了极端能耗对气候响应的特征,以期为办公建筑采暖和制冷节能提供依据.结果表明:1981—2010年天津市典型办公建筑采暖极端能耗日数呈下降的趋势,而制冷极端能耗日数呈上升的趋势,均未通过显著性检验.此外,极端能耗占总能耗的比例也没有显著的变化趋势.采暖日极端能耗主要受温度和风速影响,而制冷日极端能耗则受温度、湿度和辐射的共同影响.干球温度、湿球温度、风速及辐射对采暖小时极端能耗均有影响,其中采暖小时极端能耗对风速和辐射的响应存在延迟;制冷小时极端能耗主要受湿球温度和辐射影响,对辐射的响应没有延迟,而对湿球温度的响应存在2—3 h的延迟.可见,天津市典型办公建筑采暖和空调制冷系统节能设计及安全运行需考虑不同气象因子的影响.     

未来气候变化对天津市办公建筑制冷采暖能耗的影响

利用能耗模拟软件（TRNSYS）模拟了1971—2010年天津市办公建筑制冷和采暖能耗,结合未来不同排放情景（低排放：B1;中等排放：A1B）下气候预估数据,定量评估了未来（2011—2100年）气候变化对办公建筑能耗的影响。结果表明,2011—2100年热负荷呈显著的下降趋势,而冷负荷显著上升,冷负荷的上升幅度高于热负荷的下降,导致总能耗呈微弱的上升趋势;低排放情景下热负荷的下降和冷负荷的上升幅度低于中等排放情景,总能耗的变化在两种排放情景下没有明显差异;与1971—2010年相比,低排放和中等排放两种情景下2011—2050年热负荷下降10%左右,而冷负荷上升约12%,总能耗增加超过2%;2051—2100年热负荷的下降和冷负荷的上升更为明显,尤其是冷负荷上升（约30%）,总能耗增加8%左右,冷负荷变化率在两种情景下相差较大。     

气候变化对天津市不同节能水平建筑制冷采暖能耗的影响

利用天津市地面气象观测站1961—2017年逐小时观测资料,通过TRNSYS软件,对不同节能水平办公建筑供热和制冷能耗,以及居住建筑供热能耗进行动态模拟,定量评估了气候变化对天津市不同节能水平建筑能耗的影响。结果表明：在供暖期和制冷期,温度均呈现显著上升的趋势,而太阳辐射则呈现下降的趋势,受其影响,1961—2017年办公和居住建筑供热能耗呈现显著下降的趋势,制冷能耗呈现微弱的上升趋势,但气候变化对供热能耗的影响要明显强于制冷能耗;随着建筑节能水平的提升,供热和制冷能耗均有一定程度的下降,其中供热能耗的降幅尤为明显,四步节能居住建筑相比于一步到三步节能居住建筑,供热能耗分别下降了53.56%、50.13%和21.25%。对新建建筑及既有建筑的节能改造,应充分考虑不同节能水平对建筑能耗的影响,结合实际需求酌情进行升级改造。除此之外,建筑节能水平的提升,会使其供热和制冷能耗变化量随温度的上升而减小,说明其对气候变化的敏感性在逐渐减弱。因此,提高建筑节能水平,可以更好的应对气候变化,保证其在未来的使用中耗能更低。     

信阳市人体舒适度指数变化及未来趋势分析

利用信阳气象站1961-2013年的观测资料计算逐日人体舒适度指数(CIHB),运用线性倾向估计、滑动平均和滑动标准差,分析了信阳CIHB的变化趋势,以及舒适日数变化趋势。在此基础上,运用R/S分析法对CIHB及舒适日数变化趋势进行了预测。结果表明:1)信阳的年均CIHB呈显著上升趋势,线性趋势为0.016/a。春、冬季的平均CIHB呈显著上升趋势,且趋势强度相当。秋季平均CIHB虽呈上升趋势,但趋势不显著。夏季平均CIHB呈显著下降趋势。冬季CIHB标准差总体上没有明显的增大或减小趋势,夏季CIHB标准差不断减小,表明信阳出现极端天气气候事件的概率没有增加。2)信阳舒适日数呈显著增加趋势,达0.359天/a,冷、热日数呈减少趋势,趋势强度冷日数的大于热日数的。3)通过R/S分析,年、季平均CIHB具有长期相关的特征,未来的年及春、秋、冬季平均CIHB将继续上升,夏季平均CIHB将继续下降。年舒适日数具有长期相关的特征,未来年舒适日数仍将增加,年冷、热日数继续减少。     

石家庄近53a冬季气温变化特征

利用石家庄1955年1月至2008年4月逐日气温观测资料,分析讨论了石家庄冬季平均气温、寒冷日数、冷积温的变化特征以及冬季气温的突变和周期;研究了冬季变暖的背景下,石家庄冬季时间尺度的演变、冬季极端冷(暖)日的变化特征和严重冷(暖)冬的分布.结果表明:石家庄近53 a冬季气温明显上升,最低气温的上升对冬季增温的贡献较大,寒冷日数与冷积温均呈明显减少趋势;冬季气温在20世纪90年代发生突变,存在15 a和3 a左右的周期;近53 a冬季缩短了近4个候,主要体现在冬季结束时间的提前;冬季极端冷日日数呈显著减少趋势,极端暖日日数年际变化加大;严重冷冬均出现在20世纪80年代之前,而严重暖冬均出现在上世纪末到本世纪初.     

近50a北京人居环境中气候因子的变化特征

应用1951—2003年逐日气象观测资料,分析影响北京城市人居环境主要气候因子的变化特征。结果表明：近50 a北京增暖趋势明显,气候变暖与极端热（冷）不舒适日数之间具有较好的相关性,其所导致的总体趋势是使热（冷）不舒适日数上升（下降）,同时增加了出现极端热（冷）不舒适日的随机性。分析还表明,北京年加热度日指数存在明显下降趋势,年制冷度日指数变化正好相反,这意味着未来北京冬季供暖耗费能源将会减少,而夏季降温耗费能源将会增加。     

1976—2015年乌鲁木齐市极端气温变化特征分析

根据乌鲁木齐市1976—2015年逐日气温资料,采用线性趋势法、距平法、累计距平法、主成分分析法和Morlet复数小波法,计算并分析极端气温指数的变化趋势、指数相关性及周期性等。结果表明:1、极端最高、最低气温,夏季、热夜、暖昼和暖夜日数呈上升趋势,冰冻、霜冻、冷昼和冷夜日数呈下降趋势。2、极端最高、最低气温距平呈波动变化,其中极端最高在1992-1994年快速下降,2003-2008年较明显上升;极端最低在1991-1999年快速上升。3、夏季和热夜日数相似,1996年之前减少,之后快速增长。冰冻和霜冻日数与前者趋势相反。4、冷昼和冷夜日数在90年代中期之前缓慢上升,暖昼和暖夜缓慢下降。90年代中期后,情况相反。5、暖夜、冷夜、热夜和霜冻日数的变化对乌鲁木齐气温总体变化起到主要作用。6、各暖指数、冷指数间呈正相关,而暖指数与冷指数之间呈负相关。7、极端最高气温存在准6年周期,还存在准32年的年代际振荡周期;极端最低气温存在准3年、6年、12年周期,其中准12年周期贯穿始终。     

近51年海南岛极端气温事件分析

利用1970—2020年海南岛18个气象站点逐日气温资料和数字高程数据,选取12个适用于研究区的极端气温指数,结合气候倾向率、相关分析等方法,分析了海南岛近51 a极端气温事件时空分布特征,并探讨极端气温事件与海拔、区域的关系。结果表明：近51 a海南岛极端气温冷事件(霜日日数、冷夜日数、冷昼日数、冷持续日数)呈减少趋势,极端气温暖事件(夏日日数、暖夜日数、暖昼日数、热持续日数)呈增加趋势,且增加幅度明显大于冷事件减少的幅度,极端低温阈值和高温阈值、日最高温极小值和极大值以及日最低温极小值和极大值均存在升温倾向,升温幅度在0.25～0.47℃/(10 a)之间;极端气温冷事件的变化趋势与海拔存在显著负相关关系,极端气温暖事件的变化趋势与海拔相关性较小;各极端气温指数在海南岛不同地区变化趋势的方向一致,但变化幅度的空间差异性较大,大部分极端气温指数在中部山区变化最明显,极端低温、高温阈值、霜日日数和夏日日数在南部地区变化幅度小于其他地区。     

龙胜县近50a来冬季气温变化特征分析

该文采用龙胜站1960年12月—2010年2月的逐日平均气温和最低气温资料,用一元线性回归方法对龙胜50a来年平均气温、冬季平均气温、冬季平均最低气温、冬季极端最低气温、冬季寒冷日数与冬季冷积温进行了统计分析。结果表明：50a来龙胜年平均气温、冬季平均气温、冬季平均最低气温和冬季极端最低气温都呈明显上升趋势,其中冬季极端最低气温的上升最为显著;冬季寒冷日数与冬季冷积温都呈明显下降趋势。年平均气温和冬季平均气温的年代际变化特征基本一致,20世纪90年代开始都呈明显上升趋势;冬季平均最低气温和冬季极端最低气温自20世纪60年代开始始终维持上升的年代际变化趋势;冬季寒冷日数和冬季冷积温自20世纪80年代开始始终维持下降的年代际变化趋势。特别是20世纪90年代以来,龙胜年平均气温、冬季平均气温、冬季平均最低气温和冬季极端最低气温的年代平均值都高于多年平均值,而冬季寒冷日数与冷积温的年代平均值都低于多年平均值,龙胜处于相对暖期。     

近60年商洛市气温变化特征分析

利用商洛市7个国家气象站1961—2020年近60 a的日平均气温、月平均气温、月最高气温、月最低气温等资料,选取10种极端气温指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendall非参数检验、累积距平法,对商洛平均气温、最高气温、最低气温的年际、年代际、季节变化特征,异常性及极端性进行了分析。结果表明：近60 a来商洛年平均气温、平均最高气温、平均最低气温的年际变化呈上升趋势,其中平均最高气温的线性倾向率最大;除平均最低气温冬季线性倾向率呈下降趋势外,平均最低气温的春季、夏季、秋季和年平均气温、平均最高气温四季变化均呈上升趋势,年平均气温、平均最高气温春季线性倾向率最大,平均最低气温夏季线性倾向率最大;季节气温的年代际变化特点为20世纪60—90年代为相对偏冷期,21世纪为相对偏暖期;通过M-K突变检验和累积距平法得出商洛年平均气温发生了由低温到高温的突变,突变时间在1987—1988年;分析平均气温异常性得出偏暖年份多出现在21世纪之后,偏冷年份多出现在20世纪90年代以前,尤其集中在60年代中期左右,秋季偏暖年份最多,春季偏冷年份最多;近60 a极端最高气温有显著的年际变化,暖夜日数呈增多趋势,冷夜日数呈减少趋势,暖昼日数较冷昼日数增多明显,昼指数变化较夜指数变化明显,热指数呈上升趋势,冷指数呈下降趋势,进一步说明商洛呈增温趋势。     

中国极端气候变化观测研究回顾与展望

评述、总结了近年有关中国极端气候变化的观测研究成果,讨论了尚未解决的科学问题和今后应重点加强的工作方向。已有研究表明,1951年以来中国大陆地区极端气候事件频率和强度发生了一定变化,但不同类型和不同区域极端气候变化存在明显差异。从全国范围看,与异常偏冷相关的极端事件如寒潮、冷夜和冷昼天数、霜冻日数等,显著减少减弱,偏冷的气候极值减轻;与异常偏暖相关的暖夜、暖昼日数明显增多,暖夜日数增多尤其明显,但高温事件频数和偏热的气候极值未见显著长期趋势;全国平均暴雨和极端强降水事件频率和强度有所增长,特别是长江中下游和东南地区、西部特别是西北地区有较明显增长,而华北、东北中南部和西南部分地区减少减弱;多数地区小雨频数明显下降,偏轻和偏强降水的强度似有增加;全国遭受气象干旱的范围呈较明显增加趋势,其中华北和东北地区增加更为显著;登陆和影响我国的热带气旋、台风频数有所下降,其造成的降水总量有较明显减少;北方地区的沙尘暴事件从总体上看有显著减少减弱趋势;我国东部部分地区夏季雷暴发生频率也存在较明显下降趋势。现有工作表明,在涉及极端气候变化研究的资料处理和分析方法方面还有改进余地。观测资料的非均一性,以及观测环境改变和城市化对地面气候要素变化趋势的影响偏差,需要进行深入评价和客观订正。此外,目前对于区域极端气候变化的综合分析还较薄弱,在极端气候变化机理的研究方面有待加强。     

1955—2016年甘肃定西地区极端气温变化特征

利用甘肃省定西地区岷县、临洮和华家岭3个站点的气温数据,应用线性趋势拟合等方法,基于10个气温指数,研究了1955—2016年定西地区极端气温变化趋势和特征。结果表明,霜冻日数、结冰日数、冷日日数和冷夜日数4个指数呈下降趋势,而极端最高气温、极端最低气温、夏日日数、热夜日数、冷日日数和冷夜日数6个指数均呈上升趋势。气温变化的第一主周期为30 a,第二主周期为17 a。夏日日数、热夜日数、暖日日数和暖夜日数的变化在气温总体变化中起主要作用。极端最低气温与霜冻日数、冷日日数、冷夜日数显著相关,极端最高气温与夏日日数、暖日日数、暖夜日数显著相关,暖夜日数与霜冻日数也具有较高的相关性。气温指数突变大多发生在1993—1999年。     

河北邯郸地区极端降水指数气候特征及其与降水量、气温的关系

利用1974—2015年河北邯郸地区16个观测站逐日降水与最高、最低气温资料,分析了邯郸地区极端降水指数的时空变化特征,探讨了极端降水对年降水量和气温的响应关系。结果表明:近42 a来,河北邯郸地区极端降水指数中除中雨日数呈轻微上升趋势、大雨日数及连续湿日整体无明显变化趋势外,其他指数均呈下降趋势,其中最大1 d降水量、最大5 d降水量、极强降水量下降趋势显著,且分别于2004、1992、2006年发生显著突变。各极端降水指数的变化幅度区域性差异明显,极值指数以邱县、曲周县减少最显著,绝对指数以峰峰矿区减少最显著,而相对指数则以曲周县减少最显著。除连续干旱日数呈微弱的负相关外,其他极端降水指数与年降水量呈显著正相关;除最低气温与中雨日数、连续湿日呈微弱正相关外,最高、最低气温与极端降水指数均呈负相关,极端降水对最高气温的响应比最低气温更敏感。     

1960—2018年佛冈县前汛期极端降水的变化特征

利用1960—2018年佛冈县国家观测站4—6月的逐日降水量资料,对前汛期极端降水进行年际和年代际变化分析,结果表明:近59年佛冈县前汛期极端降水量、强度和日数均呈弱的下降趋势。近59年佛冈县前汛期共出现30次连续性极端降水,最长持续时间为3d。前汛期极端降水强度和日数分别在1988和1969年发生减少突变,极端降水量未发生突变。前汛期极端降水量、强度和日数均存在5~8年的年际周期振荡,年代际周期变化则存在差异。     

湿球温度冷度日反映制冷能耗的适用性评估

基于湿球温度提出一种新的表征制冷能耗的冷度日,利用TRNSYS软件模拟得到1961—2012年逐月制冷能耗,分析了基于湿球温度的冷度日反映我国不同建筑气候区制冷能耗的适用性。结果表明,除上海外,基于干球温度的冷度日并不能很好地反映制冷能耗,仅能解释逐月制冷能耗的17%~60%;基于湿球温度的冷度日能够很好地反映各建筑气候区的制冷能耗,可以解释逐月制冷能耗的67%~98%。此外,各建筑气候区随着设定的基础湿球温度不同,计算得到的冷度日对制冷能耗的解释量不同。基础湿球温度为16.85℃的冷度日对哈尔滨和天津制冷能耗解释量最大,而不同基础湿球温度的冷度日对上海和广州制冷能耗解释量均无明显差异。以上研究结果证实,基于湿球温度的冷度日能较好地反映各建筑气候区制冷能耗,但各气候区用湿球冷度日反映制冷能耗时应设定不同的基础湿球温度。     

1961-2015年华东地区极端气温变化研究

基于华东399个气象站点逐日最高、最低气温数据，利用极端气候指数软件RClimdex和线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验、概率密度函数等气候统计诊断方法，分析了华东极端气候的时空变化特征。结果表明，1961-2015年期间，华东最低气温极大值和极小值分别以0.2℃/10a和0.6℃/10a的趋势显著增加，最高气温极小值以0.3℃/10a的趋势显著增加，结冰、霜冻、冷夜和冷昼日数分别以0.5d/10a、3.7d/10a、2.0%/10a和0.7%/10a显著减少，夏天日数、热夜日数、暖夜和暖昼日数分别以2.9d/10a、2.8d/10a、1.8%/10a和0.8%/10a显著增加。期间华东最低和最高气温极值均发生升高突变，霜冻和结冰日数、冷夜和冷昼日数分别在20世纪80年代中后期和90年代发生减少突变，夏天日数、热夜日数、暖夜和暖昼日数则在2000年发生增多突变。与1961-1990年期间相比，1991-2015年间华东最低和最高气温极值的概率密度函数分布均右移，峰值多增大；霜冻、结冰、冷夜和冷昼日数的分布函数左移，峰值升高，形状变窄，而夏天日数、热夜日数、暖夜和暖昼日数恰好相反。     

乌江流域极端降水时空分布特征及重现期分析

基于1960—2016年乌江流域41个气象站的逐日降水观测资料,利用线性倾向估计、滑动平均、累积距平等方法计算趋势系数和气候趋势,分析了研究时段内乌江流域年暴雨等级面雨量、年平均最大日降水量、年平均极端持续强降水次数和对应降水量的时空分布特征,分析表明:(1)乌江流域年暴雨等级面雨量和日数呈显著增加趋势(均通过α=0.05显著性水平检验),而暴雨强度呈不显著性增加趋势;5—10月各旬暴雨等级面雨量及日数变化基本一致,5月中旬至8月上旬呈单峰型分布,暴雨强度呈波动增减分布。(2)近57 a乌江流域年平均最大日降水量年代际变化比较明显。(3)乌江流域发生极端持续强降水年平均次数呈不显著的减少趋势,但极端持续强降水量呈不显著的增加趋势。采用耿贝尔极值Ⅰ型分布法计算了乌江流域5个代表站不同重现期日最大降水量值,发现不同站点日极端最大降水量重现期水平差异明显,重现期时间尺度存在临界点,约为50 a。     

中国建筑气候分区和采暖气候条件变化研究

利用1951-1980年和1981-2010年两个气候期的月平均气温数据,对中国大陆地区建筑气候分区进行对比,讨论建筑气候分区的变化;并基于近气候期的建筑气候分区以逐日气温为基础,讨论了1951-2018年不同分区采暖气候条件变化特征。结果表明：与1951-1980年相比,1981-2010年严寒地区范围有所缩减,南界北移;寒冷区、夏热冬冷区、夏热冬暖区北进,温和区西扩,夏热冬暖区范围增大。中国大陆采暖度日数、采暖日数、采暖日均强度分布一致,东部随纬向增加,西部随海拔增加;采暖度日数严寒地区最大,寒冷地区其次,夏热冬暖地区最小;1951-2018年,中国大陆各建筑分区的采暖度日数都呈显著减少趋势,减少速率严寒地区最大,温和地区最小;夏热冬冷地区距平百分率的波动最大,严寒地区波动最小。1998-2012年,全国各建筑气候分区采暖度日数和采暖日均强度在此期间均表现为增加,其中夏热冬暖地区增加趋势通过了0.05显著性检验。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究Ⅱ.敏感性试验分析

利用NCARCAM3.1大气环流模式,设计了有、无土壤湿度年际异常的两组数值试验,探讨了土壤湿度年际异常对极端气候事件模拟的可能影响。结果表明,模式模拟的极端气候事件对土壤湿度异常十分敏感,土壤湿度异常对极端气候指标的多年平均空间分布、年际变率以及年际变化均具有重要影响。当不考虑土壤湿度的年际异常时:(1)模拟的暖夜日数、暖昼日数和热浪持续指数的发生频次在全国范围内均明显减少,而霜冻日数则明显增加。极端降水指标的响应表现出明显的空间差异,极端降水频次在江淮流域明显减小,而极端降水强度则表现为东北减弱、长江流域增强;中雨日数和持续湿期在我国大部分地区减少。(2)极端气温指标的年际变率在我国大部分地区呈减小趋势;而极端降水事件的变化则较为复杂,极端降水频次和极端降水强度的年际变率在长江以南有所增强,而北方地区则有所减弱。中雨日数和持续湿期的年际变率在我国呈现出较为一致的减少趋势。(3)模式对暖夜日数、霜冻日数的年际变化的模拟能力明显下降,并对4个极端降水指标的年际变化的模拟能力在全国多数区域均有不同程度的下降。