气候变化对典型气象年数据的影响及能耗评估——以中国北方大城市天津为例

本文以中国北方城市天津为例,采用Sandia及Danish两种方法生成典型气象年（TMY）数据,并借助TRNSYS软件模拟得到3个时段（1961-1990年、1971-2000年和1981-2010年）典型办公建筑的逐时负荷,评估气候变化对典型气象年数据及模拟负荷的影响。结果表明：Sandia和Danish生成典型气象年的方法在天津均有较好的适用性,Sandia方法采用6个气象要素生成的典型气象年数据代表性满足要求。受气候变化影响,典型气象年数据变化较大,采暖期（11月-翌年3月）较制冷期（6-9月）的变化更明显;从30年均值差异看,1981-2010年相对于1961-1990年,建筑供热负荷减少5.2%,而制冷负荷增加1.6%。因此,在使用典型气象年数据进行建筑设计能耗评估时需充分考虑气候变化的影响,加快典型气象年数据的生成和更新工作。基于天津现行使用的典型气象年数据模拟得到的办公建筑制冷负荷较1981-2010年偏低6.7%,供热负荷偏高4.7%。表明采用现行典型气象年数据进行建筑能耗评估时,会造成制冷负荷偏低,供热负荷偏高,从而降低人体舒适度及造成供热能源浪费。     

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。     

东北地区玉米不同生长阶段干旱冷害危险性评价

利用东北地区35个农业气象站1961—2010年气象资料、玉米产量资料和1981—2010年玉米生育期资料,选用合适的干旱指标和冷害指标,结合自然灾害风险理论建立了灾害危险性评价模型。基于灾害判别结果和历史灾情资料,从典型灾害年中提取不同灾种的影响差异,构成权重系数,对东北地区玉米不同生长阶段和整个生育期干旱、冷害危险性进行评价。结果表明,东北地区干旱、冷害危险性在玉米生长前期(出苗—拔节阶段)主要集中在东北地区东南部,此阶段主要以冷害为主;而在玉米生长后期(抽雄—成熟阶段),风险高值区转移到西部,此阶段以干旱为主。生长前期和生长后期对整个生长阶段危险性的贡献值分别为0.3473和0.6527。东北地区的主要气象灾害正逐渐从冷害向干旱转变,冷害发生的频次逐渐减少,而干旱发生的频次快速增多,影响的范围也迅速增大。     

气候变化对青海东部农业区干旱的影响

利用青海东部12个测站的1961—2017年的资料序列,分析了气温、降水、蒸发、标准化降水指数(SPI)的变化趋势,及气候变化对干旱气象指数(SPI)的影响。结果表明:青海东部区域平均气温呈非连续性明显升高趋势,线性倾向值为向值为0.396℃/10a,年降水量、年蒸发量及干旱气象指数(SPI)总体呈增加趋势。说明气候变化呈暖湿方向发展,青海东部干旱指数(SPI)与年平均气温、蒸发量与呈反相关,而与降水量呈正相关。     

未来气候变化对东北玉米品种布局的影响

为探求未来气候变化对我国东北玉米品种布局的影响,基于玉米生产潜力和气候资源利用率,结合区域气候模式输出的2011—2099年RCP_4.5,RCP_8.5两种气候背景气象资料和1961—2010年我国东北地区91个气象站的观测数据,分析了未来气候变化情况下,东北玉米品种布局、生产潜力、气候资源利用率的时空变化。结果表明:未来东北地区玉米可种植边界北移东扩,南部为晚熟品种,新扩展区域以早熟品种为主,不能种植区域减少。未来玉米生产潜力为南高北低,增加速率均高于历史情景,水分适宜度最低,而历史情景下温度是胁迫玉米生产的关键因子。未来东北玉米对气候资源利用率整体下降,其中RCP8.5情景利用率最低。     

新书架

《中国重大干旱事件分析(1961—2020年)》邹旭凯等编著该书利用新构建的气象干旱指数(DI)和区域性干旱过程的统计方法,使用1961—2020年中国国家级气象观测站逐日平均气温和降水量资料,计算了历年中国区域性干旱事件的气象干旱指数及其强度,并对区域性重大干旱事件的发展演变特征和影响进行了较为详细的分析。主要内容包括:1961—2020年中国区域性干旱事件的频率、强度的时空分布和变化特征分析,1961—2020年最强前20名的全国区域性重大干旱事件和2001—2020年逐年的全国区域性干旱事件的气象条件、干旱强度和范围的发展演变情况及干旱影响评估,还给出了1961—2020年中国31个各省(自治区、直辖市)的区域性干旱过程的历年变化。该书可以为气象、农业、水利和环境等领域的科研与业务人员提供基础资料信息,也可为干旱灾害防御有关部门提供决策参考。     

1961—2019年长江中下游区域性干旱过程及其变化

客观识别区域性干旱过程,评估其强度是开展精准监测、评估干旱影响业务的基础.基于长江中下游地区502个国家级气象站1961—2019年逐日气温、降水资料以及1971—2019年干旱受灾面积,运用气象干旱综合指数(MCI)及区域性干旱过程识别方法,识别出长江中下游地区126次区域性干旱过程,干旱过程的次数随着持续天数增多呈...     

城市适应气候变化能力评价—以朝阳市为例

利用朝阳市1961—2016年气温、降水资料和2007—2016年社会经济资料,采用层次分析法（AHP）构建了基于气候系统和城市系统的城市适应气候变化能力评价指标体系,根据综合指数评价结果将适应能力分为五个等级,定量评估了2007—2016年朝阳市气候系统危险度、城市系统适应度以及城市适应气候变化能力动态变化。结果表明：2007—2016年朝阳市气候系统危险度显著增加,危险度由“较低”水平至“一般”水平,气候系统危险度的增加主要是由气象灾害和极端气候危险度增加造成的;随着经济发展和城市公共服务不断完善,朝阳市城市系统适应度稳步提升,由“低”水平提高至“高”水平;在气候系统和城市系统共同作用下,朝阳市城市适应气候变化能力显著提高,年增加率为0.029,综合能力由“较低”水平提升至“较高”水平。     

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.     

2009—2010年黔东北地区夏秋冬连旱成因分析

该文利用黔东北地区10个气象观测站1961—2010年逐日平均雨量资料、美国NCEP/NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心提供的环流特征量资料,分析了2009—2010年黔东北地区持续干旱的时空分布及其同期大气环流的异常特征,指出2009—2010黔东北地区地区特大干旱与大气环流异常有很大的关系,中高纬度环流及西太平洋副热带高压、西风带环流、低层流场、水汽输送以及垂直运动持续异常都有关。     

气候变化对中国华北地区办公建筑供热制冷能耗的影响评估

以中国华北地区五大城市办公建筑为例,利用1961—2017年气象数据和TRNSYS软件模拟的供热制冷负荷数据,评估了气候变化背景下华北地区建筑供热制冷负荷的变化。在此基础上,对模拟负荷和气象要素进行多元线性逐步回归分析,揭示了影响建筑供热、制冷负荷的主要气象因子。结果表明：1961—2017年中国华北五大城市供热负荷均呈下降趋势,降幅为0.05（石家庄）—0.13 kWh·m^-2·（10 a）^-1（呼和浩特）;各城市制冷负荷的变化不同,仅呼和浩特为增多,增幅为0.04 kWh·m^-2·（10 a）^-1,其余城市制冷负荷无明显变化;从总负荷来看,各城市均呈下降趋势,降幅为0.05（太原）—0.10 kWh·m^-2·（10 a）^-1（呼和浩特）。由供热制冷负荷与气象要素的回归分析可知,冬季供热负荷主要受气温影响,五大城市的显著增温导致供热负荷减少;与此不同,夏季制冷负荷主要受气温、太阳辐射的共同影响,呼和浩特平均气温和太阳辐射均呈显著上升趋势,导致其制冷负荷显著增加。其他城市气温显著升高,而太阳辐射显著降低,二者的综合作用导致制冷负荷没有明显的变化趋势。总体来看,在气候变暖背景下,中国华北地区冬季供热负荷明显降低,而夏季制冷负荷并未明显增加,导致总负荷显著降低,气候变暖总体上对建筑节能有利。     

天津市超高层建筑暖通空调设计气象参数评估

利用255m天津气象塔数据定量评估了建筑暖通空调设计气象参数随高度的变化及其对设计负荷的影响,建立了一种气温垂直模型,明确了该模型可推算超高层建筑室外气温,基于此推算超高层建筑暖通空调室外设计气象参数。结果表明:在5—200m处,供暖设计温度、冬季空调室外设计温度和夏季空调室外设计干球温度均随高度降低,200m与5m高度处相比,分别降低2.0℃、1.4℃和2.8℃,导致供暖和冬季空调设计负荷分别增加5.78%和1.36%,而夏季空调设计负荷减少5.85%。基于气温垂直模型得到的200—500m气温数据计算气象参数,发现从200m到500m,供暖设计温度、冬季空调室外设计温度和夏季空调室外设计干球温度均随高度降低,降幅分别为0.52℃/100m、0.50℃/100m和0.66℃/100m。本研究表明,基于地面2m高观测数据计算的建筑暖通空调设计气象参数无法满足超高层建筑暖通空调设计需求,应充分考虑气象参数的垂直变化,选择合理的气象参数,为超高层建筑暖通空调设计提供基础,以保证室内热舒适环境达标,达到降低建筑能耗的目的。     

中国东北地区重污染事件气溶胶浓度变化与天气形势分析

近年来中国东北地区污染事件频发,为揭示该地区重污染天气分布特征,利用2014—2017年中国东北地区40个城市空气质量数据及对应的高低空天气形势资料,统计分析得到中国东北地区大气污染状况的变化特征以及区域重污染事件的天气学特征。结果表明：2015—2017年中国东北地区PM_2.5和PM₁₀年平均质量浓度呈下降趋势,其中PM_2.5年平均质量浓度下降的更快,PM_2.5最大值出现在辽宁和吉林中部地区约为90—100 μg·m^-3,SO₂年平均质量浓度较高值分布在辽宁西部地区约为50 μg·m^-3,而NO₂最大值出现在沈阳—长春—哈尔滨一带,约为45 μg·m^-3,CO质量浓度最大值分布在东北沿海地区约为1.6 mg·m^-3,相反中国东北地区O₃年平均质量浓度呈上升趋势,最大值出现在沿海的大连及营口等地,约为100 μg·m^-3。污染物浓度变化具有鲜明的季节变化特征,不同地区PM_2.5和PM₁₀与AQI最大值均出现在冬季,SO₂冬季质量浓度最大值出现在沈阳（180 μg·m^-3）,NO₂与CO冬季最大值出现在哈尔滨（80 μg·m^-3,1.8 mg·m^-3）。相反,O₃最大值出现在夏季沈阳地区约为140—150 μg·m^-3。重度污染级别（200 μg·m^-3≤PM_2.5 < 300 μg·m^-3）和严重污染级别（PM_2.5>300 μg·m^-3）的空气质量表现出以哈尔滨为中心,向周围迅速减少,辽宁中部又略有增加的特征;中度污染（150 μg·m^-3≤PM_2.5 < 200 μg·m^-3）的天数沈阳>哈尔滨>长春,轻度污染（100 μg·m^-3≤PM_2.5 < 150 μg·m^-3）的天数是沈阳>长春>哈尔滨。引发中国东北地区重污染的天气形势大致可分为高压型,低压型和北高南低型3种,出现比例分别为62%、27%和11%;高压型850 hPa高压脊东移经过中国东北地区,地面处于高压南部或弱高压中心,有时在黑龙江北部或辽宁西南部连续有弱小的低压生成并快速东移过境;低压型850 hPa低压系统发展并东移经过中国东北地区,地面处于低压后弱高压中;北高南低型850 hPa和地面中国东北地区受北面高压和南面低压的共同影响。     

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。     

沈阳近地层大气颗粒物浓度垂直变化特征及与气象因子的关系

利用2018年10月1日至2019年9月30日沈阳地区三个高度大气颗粒物浓度和气象要素逐时观测资料,分析了不同高度颗粒物浓度时间变化特征及其与气象要素的关系.结果表明:不同高度的颗粒物浓度均存在明显的季节变化,秋冬季数值明显高于春夏季.冬季,三个高度的PM2.5平均浓度为54.98±12.67μg·m-3、63.77±...     

秦皇岛市气温与近地面臭氧浓度的关系分析

利用2013年1月至2014年12月和2017年1月至2019年6月秦皇岛市近地面臭氧（O₃）浓度数据和气象资料,采用广义相加模型（GAM）,运用回归分析方法和基于R语言的统计分析软件,控制气压、相对湿度、日照时数、总云量等要素的混杂效应及时间变化趋势,分析春季、夏季、秋季、冬季气温与O₃浓度的关系。结果表明：秦皇岛市O₃浓度夏季最高、春季次之,冬季最低,与气温变化趋势基本一致,呈现明显的季节变化。各季气温与O₃浓度呈非线性相关关系,拟合曲线存在拐点,拐点两侧相关效应存在明显差异,主要表现为春季日平均气温高于15.0℃时,气温每升高1℃,O₃浓度增加7.6 μg·m^-3,增长速率是气温低于15.0℃时的4.0倍;夏季日平均气温高于27.2℃时,气温每升高1℃,O₃浓度增加13.9 μg·m^-3,增长速率是气温低于27.2℃时的11.6倍;秋季日平均气温高于21.4℃时,气温每升高1℃,O₃浓度增加47.5 μg·m^-3,增长速率是气温低于21.4℃时的19.1倍;冬季O₃浓度偏低且变化较为平稳,气温对O₃浓度的变化影响不大。由于春夏两季O₃浓度基础值偏高,因此,夏季和春季气温偏高时O₃浓度快速增加现象应引起高度重视。     

中国长三角地区PM2.5时空分布数值模拟研究

利用第三代空气质量预报模式LOTOS-EUROS(Long Term Ozone Simulation-European Operational Smog)对2018年中国长三角地区细颗粒物(PM2.5)浓度的时空分布进行数值模拟,通过对比模拟结果与地面观测值,验证模式对PM2.5长期特征模拟的合理性并探讨长三角地区P...     

沈阳城市绿地土壤呼吸时空变化特征

以沈阳市4类植被配置方式24块城市绿地为研究对象,探究城市绿地土壤呼吸速率的时空动态变化规律及其影响因素。结果表明：土壤呼吸速率具有显著的夏季高、冬季低的季节动态规律性,偏相关分析显示,土壤温度与土壤呼吸时间动态变化显著相关。此外,植被配置方式对绿地土壤呼吸速率的影响存在差异：稀乔（5.68 μmol·m^-2·s^-1）>乔草（5.66 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌（4.75 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌草（3.84 μmol·m^-2·s^-1）,稀乔和乔草土壤呼吸显著高于乔灌草配置。空间异质性分析显示,由疏透度导致的地表土壤温度差异,加之土壤有机质等养分条件差异可能是不同植被配置城市绿地土壤呼吸速率出现差异的主要因素。冬季和夏季拟合结果对比显示土壤温度是影响城市绿地碳排放空间异质性的主要因素,因此,如何通过合理的植被配置减少直达地表光照辐射、降低土壤温度是实现城市绿地减排的重要选项。     

若尔盖高寒湿地夏季近地面水平热平流对地表能量闭合度的影响研究

近地面能量不闭合问题一直以来都是陆面过程研究的一个重要的科学问题,且在非均匀湿地下垫面的近地面尤为突出.利用中国科学院若尔盖高原湿地生态系统研究站花湖观测场的地面风场和温度场数据,计算了由湿地下垫面热力非均匀性引起的水平热平流,并分析了考虑水平热平流后地表能量平衡的变化.结果表明:2017年夏季若尔盖湿地近地面水平热平...     

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。