高海拔地區(qū)采暖期預(yù)測分析

高海拔地區(qū)采暖期預(yù)測分析

采暖期變化能源是經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。能源消耗影響著氣候變化。同時，氣候變化改變了能源消耗。陳莉等研究認(rèn)為,取暖對氣候的敏感性很大,與1980年以前時段相比,1980年代中期以來我國集中采暖區(qū)界線明顯北移。我國《取暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,設(shè)計計算用采暖期天數(shù)應(yīng)按累年日平均氣溫穩(wěn)定<5℃。按這個標(biāo)準(zhǔn),全國大部分地區(qū)采暖期縮短5~10d。在氣候變化背景下,青海省剛察縣氣候變暖趨勢十分明顯,尤其以冬季氣溫升高最為明顯。長期以來,剛察縣供暖時間固定為9月15日到次年5月15日,在不同年份,由于氣候波動影響,應(yīng)用《取暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的采暖起止日期與固定采暖日期之間,有較大的差距,有些年份無法保證采暖所需室內(nèi)溫度≥16℃的要求,影響人們正常的工作與生活,有些年份春秋季氣溫偏高導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高,既造成能源浪費,又使用戶對供暖服務(wù)產(chǎn)生不滿。本文通過分析高海拔地區(qū)剛察縣采暖指標(biāo)變化特征,嘗試從氣象角度對采暖初、終日期和能源需求大小進(jìn)行預(yù)測,拓寬公共氣象服務(wù)領(lǐng)域,提高供暖氣象服務(wù)的科技含量,為科學(xué)采暖節(jié)能決策提供參考依據(jù),真正實現(xiàn)“看天供暖”的目的。1數(shù)據(jù)和方法1.1數(shù)據(jù)來源1961~2008年逐日平均氣溫來源于青海省剛察縣地面觀測記錄資料。1.2分析1.2.1采暖期天數(shù)的確定根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019-2003)》規(guī)定,設(shè)計計算采暖期天數(shù),采暖室外臨界溫度的選取,一般民用建設(shè)和工業(yè)建筑采用5℃。日平均氣溫≤5℃的初終日采用5d滑動平均法確定。采暖期長度就是采暖初日和終日之間的天數(shù)。1.2.2實現(xiàn)月采暖日平均氣溫采暖度日(heatingdegree-day)HDD就是日平均氣溫與規(guī)定的基準(zhǔn)溫度的實際離差。采用下列公式計算:HDDi=Tb?Ti(1)ΗDDi=Τb-Τi(1)式中,HDDi為第i天的采暖度日值,Tb為基準(zhǔn)溫度,Ti為第i天的日平均氣溫,基準(zhǔn)溫度Tb為5℃。溫度越高,HDD越小,表明采暖能耗越少,采暖度日能較好反映采暖期能耗的高低。1.2.3建立預(yù)報模型對獲取的供暖指標(biāo)和對應(yīng)時段的氣象要素進(jìn)行相關(guān)分析,篩選影響不同供暖指標(biāo)的關(guān)鍵氣象因子,通過多元線性回歸和逐步回歸,建立預(yù)報模型。應(yīng)用DPS統(tǒng)計軟件完成多元線性回歸和逐步回歸。2結(jié)果與分析2.1分析剛察縣供暖指標(biāo)2.1.1采暖期持續(xù)時間分析1961~2008年的逐日氣象資料,找出≤5℃的初、終日期,發(fā)現(xiàn)剛察縣平均采暖初日為9月18日,比實際采暖開始日期(9月15日)推遲3d,最早進(jìn)入采暖期的時間為9月4日,出現(xiàn)在1972年;最晚進(jìn)入采暖期的時間為10月3日,出現(xiàn)在1989年,兩者間隔30d。平均采暖終日在5月27日出現(xiàn),比實際采暖結(jié)束日期(5月15日)推遲12d,最早結(jié)束采暖期的時間為4月30日(2006年),最晚結(jié)束時間出現(xiàn)在6月17日(1974年),采暖期終日間隔48d。由圖1可以看出,剛察縣冬季進(jìn)入采暖期的初日推遲,平均每10a推遲2~3d,采暖期終日呈逐年提前趨勢,平均每10a提前近3d。由表1可知,2001~2008年采暖初日比1960年代、1970年代、1980年代和1990年代分別推遲了9d、9d、5d和2d,采暖終日分別提前13d、7d、7d和5d。尤其是2000年以后的平均采暖終日比1990年代提前5d。這說明氣候變暖后剛察縣采暖開始和終止日期均發(fā)生了明顯變化,寒冷天氣來得愈來愈晚,結(jié)束得愈來愈早。2.1.2采暖長度趨勢圖2表示了剛察縣采暖期長度及采暖度日變化趨勢,由圖可以看出,采暖期長度呈逐年縮短趨勢,平均每10a縮短近5d。2001~2008年采暖長度比20世紀(jì)60年代、70年代、80年代和90年代分別縮短了21d、15d、11d和4d,這種趨勢與采暖初日推遲、終日提前的情況相吻合。說明在氣候變暖背景下,剛察縣采暖期愈來愈短,對降低采暖能源消耗和減少大氣污染比較有利。2.1.3采暖期采暖能力分析采暖能源消耗除與采暖期長短有關(guān)系外,還與采暖期內(nèi)溫度的高低有著直接關(guān)系。分析氣象資料發(fā)現(xiàn),剛察縣多年平均采暖度日為2333.5℃,最大采暖度日出現(xiàn)在1967年,為2744.1℃,最小采暖度日出現(xiàn)在1998年,為2026.5℃,兩者相差717.6℃。由圖2可知,采暖度日呈極顯著下降趨勢,下降幅度為69.1℃/10a,特別是1994年氣溫突變后,下降趨勢更加明顯。分析年代際采暖度日資料(表1)可知,2001~2008年采暖度日比20世紀(jì)60年代、70年代、80年代和90年代分別減小了309.9℃、191.9℃、162.1℃和146.5℃。采暖度日與采暖期平均氣溫關(guān)系極為密切,兩者相關(guān)系數(shù)為-0.979,通過信度為0.001的顯著性檢驗。由圖2可以看出,采暖度日在1967~1968年最大,這一時段正好也是平均氣溫最低的時段,表明采暖期溫度越低,采暖度日越大,采暖能源消耗也就越大。根據(jù)近47a剛察縣采暖度日變率變化特點,結(jié)合采暖期溫度分布實際,將剛察縣采暖能源需求狀況分為5個等級(表2)。由表2可以看出,剛察采暖能源需求以正常年份居多,約占44.7%,異常年份出現(xiàn)概率較小,約占10.6%,能源需求偏多或偏少的年份分別占22%左右,說明剛察縣冬季出現(xiàn)特冷或特暖的年份較少。但采暖能源需求時間分布不均勻,異常偏多主要分布在1960年代,偏多年份主要以1970~1980年代為主,偏少年份出現(xiàn)在1980年代中期以后,主要集中在2000年以后,異常偏少的一年出現(xiàn)在1998年。說明1980年代以后,隨著氣候變暖,剛察縣采暖能源需求量在逐年減少。2.2供暖時期的預(yù)測模型2.2.1預(yù)測方程的建立根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019-2003)》標(biāo)準(zhǔn)計算得出的剛察縣1961~2008年采暖初、終日期與相應(yīng)年份前期氣象條件進(jìn)行因子普查,篩選出關(guān)鍵氣象因子,利用逐步回歸方法,建立了該縣采暖初、終日預(yù)測方程(表3)。在方程建立過程中,初日模式與采暖開始時的9月平均氣溫之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,終日模式與5月平均氣溫關(guān)系密切。說明初、終日預(yù)測模式的可信度較高。同時利用此預(yù)測模式,結(jié)合月動力延伸預(yù)報結(jié)果,可提早做出該縣采暖起止日期趨勢預(yù)測,為供熱部門合理安排燃煤運輸、存儲和開閉爐提供參考依據(jù)。2.2.2采暖粒度變率與冬季或最冷平均氣溫采暖期每日的氣溫高低直接影響供熱所耗能源的多少。當(dāng)室外溫度較高時,可以減少供熱時間,降低供水溫度,從而節(jié)約能源。研究表明,采暖度日變率與冬季或最冷月平均氣溫關(guān)系較為密切,分析兩者的相關(guān)關(guān)系,可得出:Y=?5.5637Xw?64.546(2)Y=-5.5637Xw-64.546(2)式中Y為采暖度日變率,Xw為冬季平均氣溫,二者相關(guān)系數(shù)為-0.8828,通過了信度為0.001的顯著性檢驗。從(2)式可以看出,冬季平均氣溫越高,采暖度日變率越小,采暖能源需求越小,這與實際情況基本一致。2.2.3采暖期能源消耗預(yù)測結(jié)果利用2008~2011年剛察縣地面觀測資料和預(yù)測模型,分別計算近3a該地采暖初日、終日及能源需求趨勢預(yù)測,并與《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019-2003)》規(guī)定計算出的初、終日期進(jìn)行比較,其結(jié)果如表4如示。近3a利用模型預(yù)測出的初日和終日與規(guī)范計算出的實況相差均在3d之內(nèi),基本符合實際工作之需。采暖期能源消耗預(yù)測結(jié)果與實際調(diào)查結(jié)果接近。上述驗證說明剛察縣采暖期預(yù)測模型可應(yīng)用在氣候?qū)Σ膳茉从绊懛治龇?wù)中。同時利用此預(yù)測模式,結(jié)合月動力延伸預(yù)報結(jié)果,可提早做出該縣采暖起止日期趨勢預(yù)測,為供熱部門合理安排燃煤運輸、存儲和開閉爐提供參考依據(jù)。3采暖日與氣溫關(guān)系剛察縣平均采暖初日為9月18日,終日為5月27日,冬季進(jìn)入采暖期的初日推遲,平均每10a推遲2~3d,采暖期終日呈逐年提前趨勢,平均每10a提前近3d。表明氣候變暖導(dǎo)致剛察縣采暖開始和終止日期均發(fā)生了明顯變化,寒冷天氣來得愈來愈晚,結(jié)束得愈來愈早。采暖期長度呈逐年縮短趨勢,平均每10a縮短近5d。剛察縣多年平均采暖度日為2333.5℃,多年采暖度日呈極顯著下降趨勢,采暖度日與采暖期平均氣溫之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系。隨著氣候變暖,剛察縣采暖能源需求量在逐年減少。采暖初日與9月平均氣溫之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,終日與5月平均氣溫的關(guān)系可以用Ye=-5.2972T5