劉敏茹，張 楠，龐菲菲，鄧小麗

(西安市氣象局，西安 710016)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生活水平提高，北方城市居民供暖面積不斷擴(kuò)大，供暖排放對(duì)冬季霧霾天氣的發(fā)生有著不可忽視的影響。如何加強(qiáng)供暖節(jié)能減排，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)已成為政府和社會(huì)公眾關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題；因此，大力推進(jìn)供暖氣象服務(wù)研究工作，并將其引入北方城市集中供熱工作中，對(duì)解決當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)與我國(guó)北方冬季供暖需求之間的矛盾具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)很多專家學(xué)者就氣象要素與冬季供暖之間的關(guān)系進(jìn)行了大量研究。馮濤等[1]對(duì)北京地區(qū)氣象要素與供暖之間的關(guān)系進(jìn)行了研究；王保民等[2]對(duì)節(jié)能溫度、供熱氣象指數(shù)、供熱參數(shù)進(jìn)行了研究，得出了供熱氣象指數(shù)等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)； 李瑞萍等[3]對(duì)太原冬季采暖期氣溫變化特征與節(jié)能效應(yīng)進(jìn)行了分析和研究； 劉和平等[4]對(duì)鄭州市冬季采暖期氣候變化特征及節(jié)能潛力進(jìn)行了分析和研究。陳正洪等[5]對(duì)城市熱島強(qiáng)度訂正與供熱量預(yù)報(bào)進(jìn)行了分析和研究。吳素良等[6]研究了西安采暖期氣溫變化對(duì)供暖的影響，龐文保[7]研究了西安市冬季冷暖的歷史演變對(duì)采暖的影響。而針對(duì)西安地區(qū)供暖部門提供專業(yè)性的供暖氣象服務(wù)方面的研究還不多見(jiàn)。2012年起，西安市公共氣象服務(wù)中心每年為西安燃?xì)夤崽幪峁┕┡瘹庀蠓?wù)，為供熱節(jié)能、維持室內(nèi)溫度、減輕城市空氣污染發(fā)揮了一定的積極作用；但由于預(yù)報(bào)服務(wù)模型考慮的氣象要素較為單一，缺乏太陽(yáng)輻射、風(fēng)速等修正量，造成供暖氣象服務(wù)存在一定局限。本文利用2009—2019年西安相關(guān)氣象觀測(cè)資料，引入節(jié)能溫度來(lái)分析建立本地節(jié)能溫度計(jì)算模型，探討本地供暖節(jié)能氣象等級(jí)劃分，對(duì)開(kāi)展西安市供暖氣象預(yù)報(bào)服務(wù)提供較好的技術(shù)支撐，也為節(jié)約能源、減少大氣污染排放做出一定貢獻(xiàn)。

1 資料與方法

1.1 資料

氣象資料選取西安涇河氣象觀測(cè)站2009—2018年10個(gè)供暖季(當(dāng)年11月15日至第二年3月15日)的日平均氣溫、日平均風(fēng)速、天氣現(xiàn)象等氣象觀測(cè)資料。

1.2 研究方法

節(jié)能溫度是綜合氣溫、城市熱島強(qiáng)度、風(fēng)和輻射影響因子的修正溫度[2]。在供暖時(shí)段，綜合考慮某一地區(qū)某時(shí)段的氣溫、城市熱島效應(yīng)、風(fēng)和輻射等因子對(duì)供暖溫度的影響，得到一個(gè)修正后的溫度，即為當(dāng)?shù)氐墓?jié)能溫度。

西安和北京都屬于北方城市，氣候上均屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，氣候特點(diǎn)較為相似。西安冬季寒冷，風(fēng)速較小，多霧霾，少雨雪。最冷月份為1月，月平均氣溫為-1.2～0.5 ℃。冬季，冷空氣來(lái)自高緯度大陸區(qū)，多偏北風(fēng)，寒冷干燥。北京地區(qū)冬季氣溫低，降水少，晴天多。最冷月份是1月，月平均氣溫-4.7 ℃。冬季平均風(fēng)速為2.5 m/s，冬季常年風(fēng)向以偏北或西北風(fēng)為主。因此，參考《北京市節(jié)能氣象等級(jí)》(DB11/T 1233—2015)[8]中的節(jié)能溫度計(jì)算方法及公式，建立西安本地的節(jié)能溫度計(jì)算模型。

1.2.1 節(jié)能溫度計(jì)算公式 節(jié)能溫度計(jì)算公式為

TJ=Tp+TR+TV，

(1)

其中，TJ、Tp、TR、TV分別代表節(jié)能溫度、某時(shí)段的平均氣溫、太陽(yáng)輻射對(duì)氣溫的修正量、風(fēng)速對(duì)氣溫的修正量，單位均為℃。

1.2.2 太陽(yáng)輻射修正量 由于夜間沒(méi)有太陽(yáng)輻射，因此太陽(yáng)輻射對(duì)節(jié)能溫度的修正量主要考慮白天的影響，夜晚為零。晴天時(shí)，太陽(yáng)輻射修正量為1.3 ℃；陰天、多云且有中度霾、重度霧/霾天氣時(shí)太陽(yáng)輻射修正量為0 ℃；雨雪天氣時(shí)為-1.3 ℃。

1.2.3 風(fēng)速修正量 風(fēng)會(huì)造成供熱量的耗散，風(fēng)速每增加1 m/s，風(fēng)速修正量為0.2 ℃。由于風(fēng)速增大致使耗熱量增大，故風(fēng)速修正量為負(fù)值，TV=-0.2V℃，V為某時(shí)段的平均風(fēng)速值。

2 節(jié)能溫度

選取西安涇河氣象站2009—2018年10個(gè)供暖季(11月15日—第二年3月15日)的日平均氣溫、日平均風(fēng)速、天氣現(xiàn)象等氣象觀測(cè)資料，并結(jié)合太陽(yáng)輻射修正量、風(fēng)速修正量等代入公式(1)，計(jì)算得到西安本地10個(gè)供暖季每天的日節(jié)能溫度TJ(為了便于計(jì)算平均值，將閏年2月29日略去，下同)。

從2009—2018年西安供暖季的日節(jié)能溫度結(jié)果中可以看出，最小日節(jié)能溫度為-7.48 ℃，出現(xiàn)在2018年1月28日，其次為2018年1月26日的-6.48 ℃。最大日節(jié)能溫度為19.16 ℃，出現(xiàn)在2013年3月8日，其次為2018年3月14日的18.58 ℃。10個(gè)供暖季中，日節(jié)能溫度小于0 ℃的日數(shù)占總供暖日數(shù)(由于將閏年2月29日忽略，總供暖日日數(shù)1 210 d)的20%；日節(jié)能溫度大于等于10 ℃的日數(shù)占總供暖日數(shù)的8%，日節(jié)能溫度大于等于8 ℃的日數(shù)占總供暖日數(shù)的16%。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)2009—2018年供暖季同一日的日平均節(jié)能溫度情況來(lái)看，日平均節(jié)能溫度小于0 ℃的日數(shù)占供暖季供暖日數(shù)(供暖日數(shù)121 d，下同)的4%，日平均節(jié)能溫度≥8 ℃的日數(shù)占供暖日數(shù)的9%(圖1)。由此可見(jiàn)，不同年份供暖季節(jié)能溫度的分布存在較大差異。

圖1 2009—2018年西安供暖季日平均節(jié)能溫度變化

3 供暖節(jié)能氣象等級(jí)劃分探討

根據(jù)2009—2018年西安供暖季的日節(jié)能溫度分布情況，并結(jié)合西安本地氣候特點(diǎn)和供暖實(shí)際情況，對(duì)供暖節(jié)能氣象等級(jí)進(jìn)行劃分。從2009—2018年西安供暖季的日節(jié)能溫度分布情況可知，日節(jié)能溫度<0 ℃和≥8 ℃的日數(shù)均等于或接近總供暖日數(shù)的20%，日節(jié)能溫度≥0 ℃且<8 ℃的日數(shù)占64%。因此，將日節(jié)能溫度≥8 ℃定義為一級(jí)，日節(jié)能溫度<0 ℃定義為五級(jí)，日節(jié)能溫度在0～8 ℃之間的平均劃分為三個(gè)等級(jí)，即共五級(jí)：一級(jí)，TJ≥8 ℃；二級(jí)，5 ℃≤TJ<8 ℃；三級(jí)，2 ℃≤TJ<5 ℃；四級(jí)，0 ℃≤TJ<2 ℃；五級(jí)，TJ<0 ℃(表2)。

按照該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)西安供暖季的供暖節(jié)能氣象等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到2009—2018年西安供暖季供暖節(jié)能氣象等級(jí)分布情況(表2、圖2)。由表2可見(jiàn)，總體來(lái)看供暖節(jié)能氣象等級(jí)三級(jí)占比最大，達(dá)27%，一級(jí)占比最少，為16%。由圖2可見(jiàn)，不同等級(jí)的供暖節(jié)能氣象等級(jí)日數(shù)隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)不完全一致，不同年份之間存在一定的差異。這與實(shí)際情況相符合。

表1 西安供暖節(jié)能氣象等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)及各等級(jí)在2009—2018年的占比

圖2 2009—2018年西安供暖季各供暖節(jié)能氣象等級(jí)分布

考慮了太陽(yáng)輻射、風(fēng)速等影響因素對(duì)人體舒適程度影響以及城市氣候局部差異的節(jié)能溫度，能夠滿足對(duì)人體舒適度和節(jié)能兩方面的要求[9]。利用節(jié)能溫度模型得到的西安供暖季供暖節(jié)能氣象等級(jí)的等級(jí)劃分方法，能夠較好地反映出氣象條件對(duì)西安實(shí)際供暖需求的影響，應(yīng)用于西安供暖專業(yè)服務(wù)業(yè)務(wù)中，取得較好的效果，獲得相關(guān)部門的認(rèn)可。

4 結(jié)論與討論

(1)2009—2018年供暖季西安最小日節(jié)能溫度為-7.48 ℃(2018年1月28日)，最大的日節(jié)能溫度為19.16 ℃(2013年3月8日)；日節(jié)能溫度<0 ℃的日數(shù)占總供暖日數(shù)的20%，日節(jié)能溫度≥8 ℃的日數(shù)占總供暖日數(shù)16%。

(2)西安供暖節(jié)能氣象等級(jí)劃分為五級(jí)：一級(jí)，TJ≥8 ℃，低量，早晚供暖；二級(jí)，5 ℃≤TJ<8 ℃，較低量，間斷性供暖；三級(jí)，2 ℃≤TJ<5 ℃，中量，全天供暖；四級(jí)，0 ℃≤TJ<2 ℃，大量，全天供暖；五級(jí)，TJ<0 ℃，高量，全天供暖。

(3)本文使用的太陽(yáng)輻射對(duì)氣溫的修正量1.3 ℃，這一修正量是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，適用于北京地區(qū)。因?yàn)樘?yáng)輻射隨著緯度、季節(jié)等的變化而變化，不同緯度的太陽(yáng)輻射有一定差異，北京和西安的太陽(yáng)輻射也有差異，其對(duì)溫度的貢獻(xiàn)是不同的。從地理位置來(lái)看，西安的修正值應(yīng)該比北京的要大一些。目前，沒(méi)有找到與西安相近緯度的太陽(yáng)輻射修正量，在以后的研究中，需要根據(jù)西安的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到更加適合西安本地的太陽(yáng)輻射修正量。

(4)考慮了太陽(yáng)輻射、風(fēng)速等氣象條件影響的節(jié)能溫度以及相應(yīng)的對(duì)供暖節(jié)能氣象等級(jí)的劃分方法，在一定程度上使西安城市供熱的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益進(jìn)一步提升；但是，由于該研究主要依據(jù)氣象數(shù)據(jù)對(duì)西安本地供暖溫度進(jìn)行計(jì)算及等級(jí)劃分，缺乏供暖量數(shù)據(jù)的支持，也未考慮地理信息等資料的描述等，研究還不夠充分和全面，還需在以后的研究中不斷改進(jìn)和完善。