气候变化对天津市商场和居住建筑极端能耗的影响

通过模拟1961-2009年天津市商场建筑采暖和制冷能耗及不同节能水平居住建筑采暖能耗,采用百分位法确定了极端能耗阈值,分析了不同类型建筑的极端能耗年际变化特征,同时探讨了其与气候变化的关系。结果表明,近49年来,采暖期商场建筑热负荷极值日数呈显著下降趋势,而制冷期冷负荷没有明显变化趋势,但年际间波动较大;商场建筑热负荷极值对总热负荷的影响总体呈显著减小趋势,而冷负荷极值对总冷负荷的贡献呈弱的减少趋势,但没有通过显著性水平检验;一步节能居住建筑采暖热负荷极值日数呈显著下降趋势,且占总热负荷的比重显著减少;二步节能居住建筑仅有7年出现热负荷极值,而三步节能建筑热负荷49年来没有出现极值。逐步回归分析表明,平均气温是影响商场和居住建筑冬季热负荷极值的主要因素,而商场建筑冷负荷极值主要受湿球温度的影响。对商场建筑和居住建筑在设计和运行两个方面进行节能时要充分考虑能耗的变化特征以及不同时期对不同气候因子的响应,也要考虑制冷能耗极值的出现对空调系统运行安全的影响。另外,随着节能水平的提高,居住建筑能耗减少的同时,极端能耗出现的日数明显减少,有利于居住建筑节能。     

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。     

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。     

华北局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统发生发展对比分析

利用常规地面高空观测、多普勒雷达、风廓线、VDRAS(Variational Doppler Radar Analysis System)和NCEP再分析资料,对2018年8月5—6日副热带高压(以下简称副高)控制下华北一次局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统触发和发展机制进行了分析。结果表明:这次大暴雨发生在副高控制下,处于高温、高湿气团中,大气层结极不稳定。暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成,分别是太行山迎风坡上西南—东北向、华北平原地区保定一带南北向、保定至霸州附近西南—东北向和以雄安新区为中心东西向原地生消的准静止MCS-Ⅰ、MCS-Ⅱ、MCS-Ⅲ和MCS-Ⅳ,均属于β中尺度。在相似的环境中,不同中尺度对流系统触发机制有较大差异,太行山迎风坡上的MCS-Ⅰ是由近地层偏东暖湿气流在迎风坡与山风形成的辐合抬升触发;由辐射差异和前期强降水形成的局地冷池受MCS-Ⅰ影响再次加强后,其出流与环境风形成的两条地面辐合线分别触发了MCS-Ⅱ和MCS-Ⅲ,并组织对流沿辐合线呈带状发展;而超低空偏东风增强叠加冷池出流在地形抬升作用下促使沿山暖湿气团进一步抬升,使得原本消亡的MCS-Ⅰ再次重建...     

天津春季气候特征及2013年春季影响因子分析

利用1974-2012年天津12个气象站的降水、气温资料及NCEP／NCAR再分析资料等,采用经验函数正交分解（EOF）和相关分析等统计方法,对天津春季的气候特征及主要影响因子进行分析。结果表明：1）天津春季降水空间分布主要有全市一致型和南北反位相型2种分布型,其总方差贡献接近90％,2013年春季为全市一致型。2）东亚冬季风、北极涛动（AO）和西太平洋副高是天津春季气候的主要影响因子。3）2013年,东亚冬季风偏强,AO冬、春持续负位相,春季西太平洋副高偏弱、偏东,均指示天津2013年春季降水偏少、气温偏低的可能性大。     

改进的ECMWF集合预报融合产品在海河流域的检验与分析

利用2012—2015年5—8月欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)集合预报在海河流域的17个降水统计量产品与对应降水实况的TS评分检验结果,设计了适合该地区的多种统计量融合技术改进方案,并对新方案进行试验评估。4个月(2016年5—8月)的逐日试验分析结果显示:对于36 h预报时效,与国家气象中心下发的产品相比,改进后的融合产品在5个降水量级的TS评分上均有一定程度提高,降低了暴雨以下量级降水的漏报率,同时消除了大暴雨的虚报区;对于60 h和84 h预报时效,改进后的产品对大雨及以下量级降水的TS评分均有所提高,降低了大雨及以下量级降水的漏报率。新方案更符合海河流域夏季降水特点,提高了该地区降水预报准确率。     

ＣＬＭ３０对中国区域陆面过程的模拟试验及评估（Ⅱ）：土壤湿度

利用CLM3.0及普林斯顿大学的全球大气外强迫场资料,对中国地区1948—2001年的土壤湿度进行了off-line模拟,进一步评估了CLM3.0对中国地区土壤湿度的模拟能力。结果表明:模式基本能揭示土壤湿度的空间分布型,即华北干、东北和东南湿二湿一干的分布特征,但模拟值较观测值普遍偏高;就年际变化而言,在5个分区中,云贵地区模拟的年际变化与观测的相关性最好,东北区域次之,模拟的东部中纬度区域的年际变化较差,全区范围内7月的模拟好于4月;模式对于土壤湿度倾向有一定程度的模拟能力,基本能模拟出4月东北东部区域的干化趋势,但模式模拟的变化幅度较观测值偏小很多,其中以黄淮江淮地区模拟的趋势最差。     

气候变化对华北4个城市建筑节能设计气象参数的影响

分析了1951年以来华北地区北京、天津、石家庄和太原4个城市建筑节能设计气象参数的变化特征,以期为建筑节能设计提供参考。结果表明：自1951年以来的近60年,4个城市采暖及冬季空气调节室外计算温度都明显升高,夏季空气调节室外计算干球温度呈升高趋势,夏季空气调节室外计算日平均及逐时温度总体上升高,但升高幅度较冬季采暖和冬季空气调节室外计算温度升高幅度均偏小;夏季通风室外计算温度呈弱的升高趋势,而室外计算相对湿度在北京、天津及太原降低,石家庄基本不变。气候变化对建筑节能设计气象参数存在明显的影响,对冬季采暖和空调的影响明显大于夏季空调,这对建筑节能设计是有利的。由于夏季通风室外计算温度升高不明显,对通风节能影响不大,而北京、天津相对湿度的降低有利于通风节能。     

ＣＬＭ３０对中国区域陆面过程的模拟试验 及评估Ⅱ：土壤湿度

利用NCAR公用陆面模式（Community Land Model 3.0,CLM3.0）及普林斯顿大学1948—2001年1°×1°、3 h一次的全球大气近地面强迫资料,对中国地区1948-2001年的土壤温度进行了off-line模拟试验,通过对模拟结果和全国台站观测土壤温度资料的对比,评估了CLM3.0对中国区域不同层次土壤温度的模拟能力。结果表明：模式能模拟出中国地区多年平均土壤温度的空间分布型,除部分地区模拟比观测偏高外,模式模拟的土壤温度普遍偏低;模式能较好地反映出中国地区土壤温度的年际变化,对4月的模拟稍好于7月。对于划分的8个子区域,东部区域模拟好于其它各区,除高原一带外,表层的模拟均好于深层;模式基本能抓住土壤温度的变化趋势,而且模拟出了7月长江流域以南地区土壤温度显著降低这一趋势,但模拟的趋势比观测有所偏弱。     

京津冀地区暖季降水日变化特征分析

使用2007—2017年京津冀地区156个气象站暖季(5—9月)逐小时降水观测数据,根据地形将研究区域分为6个分区,分析各分区降水量季节内变化和日变化特征,结果表明:1)京津冀的多雨区主要位于沿燕山南麓到太行山,存在多个降雨中心。2)各分区降水量季节内特征总体表现为单峰型,即7月降水量最大,7月第3候至8月第4候是主汛期,8月降水量次之,5月最少。3)降水呈夜间多,白天少的特点,7月初之前的前汛期降水多发生在16—21时;主汛期降水呈双峰型,峰值在17—22时,次峰值出现在00—07时; 8月中旬以后的后汛期多夜间降水,峰值多出现在00—08时。4)高原山区多短历时降水,长历时累计降水对季节降水贡献率大值区位于平原地区,而持续性降水贡献率大值位于太行山区和燕山迎风坡的西部。