關(guān)鍵詞：京津冀地區(qū)；降溫度日；采暖度日

中圖分類號(hào)：X16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

度日實(shí)質(zhì)上是日均氣溫與規(guī)定氣溫閾值的離差，在最適溫度的情況下，勞動(dòng)效率最高，當(dāng)高于或者低于閾值時(shí)，由于外在環(huán)境的變化，必然會(huì)影響人的活動(dòng)和消費(fèi)，為了達(dá)到人體的舒適狀態(tài)，會(huì)通過(guò)消耗能源去改變室內(nèi)溫度，因此，度日也是一種反應(yīng)能源需求狀態(tài)的熱量單位。劉玉蓮等基于采暖度日分析了中國(guó)建筑氣候分區(qū)，結(jié)果表明嚴(yán)寒地區(qū)有所縮減，各建筑氣候分區(qū)采暖度日數(shù)呈顯著降低趨勢(shì)。解云昊利用度日對(duì)大連市生活能耗影響研究表明，大連年均氣溫每升高1℃，生活能耗增加15.65萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。胡琳等利用考慮了濕度、風(fēng)速等要素的度日統(tǒng)計(jì)方法對(duì)廣州體感溫度特征變化進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)廣州對(duì)于制冷的能源需求最高。隨著全球氣候變化的影響，有研究表明采暖度日呈下降趨勢(shì)，降溫度日呈上升趨勢(shì)，但是由于氣候變化的區(qū)域性特征，度日的變化也具有顯著的地域特征。

1數(shù)據(jù)和方法

1.1度日計(jì)算方法

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：www.nmic.cn/）地面氣候數(shù)據(jù)資料集京津冀地區(qū)（北京、天津、河北）1961年-2015年103個(gè)站點(diǎn)的逐日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)。

度日可分為兩種類型，分別為采暖度日（Heat-ing Degree Day，HDD）和降溫度日（Cooling Degree Day，CDD），指在一定時(shí)間內(nèi)低于或者高于某個(gè)基礎(chǔ)溫度的累計(jì)值。生理學(xué)家認(rèn)為23℃～24℃是人體感知最為舒適的環(huán)境溫度，據(jù)相關(guān)測(cè)定，一般建筑室內(nèi)溫度與外在環(huán)境“熱平衡”溫度之差為3℃～7℃。參照相關(guān)研究和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采暖和降溫度日基礎(chǔ)溫度分別采用18℃、26℃。

采暖度日（HDD）是指一年中某日日平均氣溫低于18℃時(shí)，18℃減去當(dāng)日的平均溫度，并將此溫度累加，得到全年的采暖度日值，即溫度升高到18℃所需要加熱的溫度；降溫度日（ CDD）指一年中某日日平均氣溫高于26℃時(shí)，當(dāng)日的平均溫度減去26℃，并將此溫度累加，得到全年的降溫度日值，即溫度降低到26℃所需要降溫的溫度。計(jì)算公式如下，THDD為低于18℃的日均溫度；T_CDD為高于26℃的日均溫度，n為某一年的天數(shù)。

1.2分析方法

根據(jù)所整理的103站1961年-2015年的逐日平均氣溫序列，利用式（1）和式（2）建立降溫度日和取暖度日時(shí)間序列，然后用算術(shù)平均方法求得各站點(diǎn)及京津冀區(qū)域逐年、多年平均序列。在此基礎(chǔ)上，可運(yùn)用趨勢(shì)分析方法、氣候傾向率等方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

氣候傾向率計(jì)算，以一元線性函數(shù)T（t）=at+b擬合逐年度日序列，t=1，2，3\"'n，根據(jù)最小二乘法求出常數(shù)項(xiàng)a和b，a的符號(hào)表示時(shí)間序列的趨勢(shì)，agt;0和alt;0分別表示因變量隨時(shí)間變化而上升和下降。擬合系數(shù)R²反應(yīng)了擬合程度，越接近于1，因變量與自變量相關(guān)性越強(qiáng)。a值乘以10，即為氣候傾向率。

2結(jié)果與分析

2.1京津冀地區(qū)1961年-2015年度日空間分布特征

京津冀地區(qū)度日分布具有明顯的緯度特征，同時(shí)又受到地形的顯著影響。1961年-2015年采暖度日年平均為2358.73℃·d～5951.64℃·d，多年平均最大值在河北康保縣，最小值在河北峰峰縣。采暖度日多年平均空間分布呈現(xiàn)出由西北向東南遞減的趨勢(shì)，西北山地區(qū)HDD值較大，除河谷地區(qū)，基本上都在4000℃·d以上。平原地區(qū)多年平均采暖度日較為均一。降溫度日表現(xiàn)為與采暖度日相反的空間分布特征，呈現(xiàn)為西北向東南遞增的趨勢(shì)，同樣受到地形和緯度的影響比較大。1961年-2015年降溫度日年平均為0.03℃～125.87℃·d，多年平均最小值在河北沽源縣，最大值為河北峰峰縣。張家口市、承德市大部分地區(qū)降溫度日幾乎可以忽略不計(jì)，年均降溫度日基本都在20℃·d以下。北京市和天津市城區(qū)的降溫度日較大。

1961年-2015年，京津冀地區(qū)HDD基本為下降趨勢(shì)，下降區(qū)間在6～167.7℃·d/10a之間，下降趨勢(shì)最大在天津城區(qū)站，最小在北京霞云嶺。西北山區(qū)HDD的下降趨勢(shì)較大，河北沽源、崇禮、康保、張北以及淶源等氣候傾向率都超過(guò)了-105℃·d/10a。除此之外，北京和天津城區(qū)下降趨勢(shì)也較顯著，北京市觀象臺(tái)以及通州氣候傾向率分別為-100·7℃·d/10a、-143℃·d/10a，天津市城區(qū)站及東麗區(qū)分別為-167.7℃/10a·d、-102.6℃·d/10a。京津冀地區(qū)CDD基本上為增加趨勢(shì)，增加區(qū)間在0.1℃～23.54℃·d/10a，上升趨勢(shì)最大值在天津市城區(qū)站，除此之外，北京市觀象臺(tái)、昌平、豐臺(tái)、通州等，天津市東麗區(qū)、薊縣，河北省石家莊市、邢臺(tái)等氣候傾向率超過(guò)了14℃·d/10a，這些站點(diǎn)都為城區(qū)站。值得注意的是，西北山區(qū)一年中的每日溫度很少有超過(guò)26℃，但是近年來(lái)，西北山區(qū)超過(guò)26℃的日數(shù)呈逐漸增加趨勢(shì)。

2.2

京津冀地區(qū)1961年-2015年度日時(shí)間變化特征

如圖1所示1961年-2015年京津冀地區(qū)年均和冬夏季節(jié)度日逐年變化趨勢(shì)。從圖1（a）可以看出年均采暖度日下降趨勢(shì)較明顯，氣候傾向率為72.8℃·d/10a，R²為0.39，大致以1989年為分界點(diǎn)，1989年后的大多數(shù)年份HDD均值都位于多年平均之下，HDD最大值出現(xiàn)在1969年，為3680.92℃·d，最小值出現(xiàn)在2014年，為2820.87℃·d。從降溫度日逐年變化趨勢(shì)可以看出1961年-2015年的變化總體可以分為兩個(gè)階段，分別為1961年-1993年、1994年-2015年。在第一個(gè)階段，CDD呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，并且多年平均值為56℃·d，明顯低于第二階段，且波動(dòng)較??；第二階段為波動(dòng)上升趨勢(shì)，多年平均值為81.2℃·d。并且表現(xiàn)出較大的波動(dòng)，比如在1995年-1997年，波動(dòng)差值達(dá)到了105.21℃·d。

采暖度日和降溫度日的高值分別主要集中在冬季和夏季，為此分別統(tǒng)計(jì)了冬夏季節(jié)的度日變化，圖1（c）、圖l（d）分別為冬季HDD和夏季CDD逐年變化趨勢(shì)，為分析冬季和夏季分別對(duì)全年HDD、CDD的貢獻(xiàn)，將每個(gè)站點(diǎn)的季節(jié)度日占全年度日的比例作為季節(jié)度日對(duì)全年度日的貢獻(xiàn)率。冬季對(duì)全年HDD的貢獻(xiàn)率多年平均為60%。通過(guò)比較冬季HDD變化趨勢(shì)與年HDD的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)它們之間具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。夏季對(duì)全年CDD的貢獻(xiàn)率多年平均為97.3%，全年的降溫度日主要集中在夏季。

2.3郊區(qū)與城區(qū)度日年變化對(duì)比分析

為分析人類活動(dòng)對(duì)度日變化的影響，此節(jié)基于北京，選取代表臺(tái)站分析城市化對(duì)度日的影響。選取延慶、霞云嶺、密云上甸子為鄉(xiāng)村站；選取豐臺(tái)、北京、通州為城區(qū)站。如圖2所示城區(qū)和鄉(xiāng)村1961年-2015年度日變化趨勢(shì)的差異性。為分析城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)度日變化的貢獻(xiàn)率，文章參考劉偉東等使用的方法，分析城市化對(duì)度日變化的影響。度日變化率為氣候傾向率，假設(shè)T_u為城區(qū)站的度日變化趨勢(shì)，T_r為郊區(qū)站的度日變化趨勢(shì)，城市化的影響為△T_u，城市化貢獻(xiàn)率為E_u。

利用式（3）-式（4）可求得：對(duì)于HDD，城市化貢獻(xiàn)率為62.2%；對(duì)于CDD，城市化貢獻(xiàn)率為105.2%。結(jié)合上圖可以發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的變化，度日均出現(xiàn)了較大的離差，特別是CDD，在1997年之后，鄉(xiāng)村站變化仍較為平緩，甚至表現(xiàn)為弱的負(fù)增長(zhǎng)，但是城區(qū)站卻迅速上升。為分析城市化對(duì)各站度日變化貢獻(xiàn)率，假設(shè)以上述站點(diǎn)的度日變化趨勢(shì)為區(qū)域的度日變化趨勢(shì)，設(shè)Ea為城市化對(duì)各站點(diǎn)度日變化貢獻(xiàn)率，T_a為各站點(diǎn)度日變化率。利用下式求得城市化對(duì)北京市各站度日變化的貢獻(xiàn)率。（見(jiàn)表1）

由表1可知，對(duì)于HDD，城市化對(duì)各站HDD降低的貢獻(xiàn)率超過(guò)40%的臺(tái)站主要集中在近郊和城區(qū)站，其中城市化對(duì)豐臺(tái)站HDD的貢獻(xiàn)率最高，對(duì)懷柔和霞云嶺的貢獻(xiàn)最小。對(duì)于CDD，與城市化對(duì)HDD的貢獻(xiàn)率近似，40%以上的城市化貢獻(xiàn)率主要集中在近郊和城區(qū)，其中，城市化對(duì)豐臺(tái)CDD的貢獻(xiàn)率是最高的，達(dá)到了101.34%，其次是北京站，為93.99%，對(duì)一些遠(yuǎn)郊站的貢獻(xiàn)較小，特別是對(duì)霞云嶺和上甸子的貢獻(xiàn)為負(fù)。結(jié)論均表現(xiàn)為城市化對(duì)近郊和城區(qū)的站點(diǎn)影響明顯，對(duì)遠(yuǎn)郊站點(diǎn)影響較小。

2.4山區(qū)與平原地區(qū)年變化對(duì)比分析

為比較地形對(duì)度日年變化的影響，以海拔200米作為劃分依據(jù)，低于200米為平原地區(qū)，反之為山地高原地區(qū)。從圖3中可以看出山區(qū)和平原地區(qū)的采暖度日年變化之間差值較大，京津冀地區(qū)1961年-2015年平均差值在1201℃·d左右，差值最大為1333℃·d，出現(xiàn)在1981年；差值最小為1088℃·d，出現(xiàn)在1998年。從氣候傾向率來(lái)看，山區(qū)為-66.9℃·d/10a，平原地區(qū)為-73.9℃·d/10a，山區(qū)HDD降低速度小于平原地區(qū)。對(duì)于降溫度日，1961年-2015年山地和平原地區(qū)年變化平均差值為56.5℃，差值最大為131.2℃（1997年）；差值最小為17.4℃（1976年）。從逐年的波動(dòng)特征來(lái)看，平原地區(qū)起伏較大，特別在1993年-2015年變化幅度增大，上升趨勢(shì)更為顯著；山區(qū)同樣如此，1993年-2015年起伏增大，說(shuō)明高溫天氣增多且不穩(wěn)定性增強(qiáng)。從氣候傾向率和R2來(lái)看，平原地區(qū)都大于山區(qū)，平原地區(qū)的氣候傾向率為-5.8℃·d/10a，山區(qū)降溫度日上升趨勢(shì)不明顯，但是從1996年以來(lái)也是表現(xiàn)為較大的波動(dòng)。平原地區(qū)人口密集，高樓林立，人為制造的熱量釋放更多，且地勢(shì)低，氣溫相較于山區(qū)更高，所以平原地區(qū)降溫度日變化大于山區(qū)。（見(jiàn)圖3）

如圖4所示，當(dāng)海拔在200米以下，采暖度日基本集中在2 000℃～3500℃·d之間，采暖度日隨著海拔上升逐漸升高，京津冀地區(qū)最高達(dá)到了6000℃·d左右，海拔在1500米左右。并且海拔與HDD之間存在極大的相關(guān)性，擬合系數(shù)為0.85，在海拔200以上，海拔每升高100米，HDD就升高190.4℃·d。降溫度日CDD與海拔呈現(xiàn)為對(duì)數(shù)曲線關(guān)系，當(dāng)海拔在200米以下，降溫度日降低非?？欤呛０纬^(guò)200米，降溫度日下降速度較慢，逼近0℃·d，兩者之間的擬合系數(shù)為0.35。

3結(jié)論

文章分析了京津冀地區(qū)1961年-2015年HDD與CDD的時(shí)空分布與變化特征，探討了城市化和地形對(duì)HDD與CDD的影響。HDD多年平均呈現(xiàn)出由西北向東南遞減的趨勢(shì)。年均HDD總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，西北山區(qū)和一些城區(qū)站的下降趨勢(shì)較大；CDD為西北向東南遞增的趨勢(shì)，在山區(qū)和平原過(guò)渡地帶，梯度較大，年均CDD總體為增加趨勢(shì)，城區(qū)站增加趨勢(shì)更大。HDD和CDD后期的氣候傾向率都大于前期。以北京地區(qū)代表臺(tái)站分析表明，HDD、CDD表現(xiàn)為城市化對(duì)近郊和城區(qū)的站點(diǎn)影響明顯，對(duì)一些遠(yuǎn)郊站點(diǎn)影響較小。山區(qū)HDD降低值大于平原地區(qū)，但是平原地區(qū)下降趨勢(shì)更為顯著；平原地區(qū)CDD增加值、顯著性以及波動(dòng)幅度都大于山地地區(qū)。度日與海拔之間具有較好的相關(guān)性。