时间：2022-03-25 22:50:12
关键词：东部季风区；夏季降水；时空分布；EOF；MannKendall检验；功率谱
中图分类号：P426 文献标识码：A 文章编号：
1 研究背景
气候变化既包括缓慢的、连续性的周期性变化，也包括快速的、不连续的突变。近百年来全球气候最突出的特点是显著的增暖趋势。IPCC（政府间气候变化专门委员会）第四次评估报告指出，最近100年（1906年-2005年）全球平均地表温度上升了[1]。相关研究表明，中国近百年地面平均气温的变化和线性趋势与北半球大体一致[2]。但由于受季风影响，我国气候与全球气候的年代际变化有不同之处，降水比气温有更明显的年代际变化[3]。
关于中国东部季风区夏季降水的年代际变化问题，近些年来已经成为大气科学研究关注的焦点[4]：李红梅[5]等对近40年我国东部盛夏日降水变化做分析，发现降水特性的变化，不仅表现为线性趋势，还存在显著的年际和年代际变化；郭其蕴[6]等、吕俊梅[7]等、缪启龙[8]等研究指出，在 20世纪70年代中期，东亚夏季风经历了由强到弱的年代际变化，夏季风强时中国东部、华北地区多雨，长江流域少雨，而夏季风弱时情况则相反；丁一汇[9]等研究发现，从20世纪70年代后期开始，东亚主要异常雨带有不断南移的趋势，造成了南涝北旱的降水分布；周连童[3]等利用我国夏季降水资料分析得出我国夏季降水在1976年前后发生了一次跃变；黄荣辉[1011]等研究认为在90年代末东亚夏季气候可能又发生了一次明显的年代际变化；张永领[12]等对长江流域夏季降水进行诊断分析，发现长江三角洲和汉水长江三峡在1974年发生了由少到多的突变；郝立生[13]等研究发现华北降水近50年表现为减少趋势，特别是从20世纪70年代突变发生以来减少更加明显。
全球变暖是一个长时间尺度的还在继续的过程[14]，由此引起季风环流变化，导致我国东部各地区在不同阶段表现出不同的降水特征，因此有必要利用更长时间尺度的降水资料，来探讨降水的年代际变化。由于EOF法在提取物理量场时空变化的信息特征方面具有明显的优点，多年来一直广泛应用于大气及地球科学各领域[15]。但在相关研究中，鲜有对分解出的时间系数做进一步处理后再分析讨论的。因此，本文以中国东部季风区夏季（6月-8月）降水量为研究对象，选取更长时间尺度（1951年-2012年）的降水序列，运用EOF法详细探讨了我国东部季风区夏季降水的主要空间分布型，再用MannKendall检验和功率谱法对时间系数做进一步处理，分析各分布型的时间演变特征，并揭示其与季风指数的关系，为预测未来我国夏季降水空间分布型的变化趋势提供参考依据。
2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源
本文以中国东部季风区1951年-2012年夏季（6月-8月）降水作为研究对象，降水数据来源于国家气候中心所提供的东部季风区138个气象站点的逐月（6月-8月）降水资料。各气象站点的地理分布范围（图1）
图1 中国东部季风区138个气象站点分布
2.2 研究方法
本文主要采用EOF法对夏季降水场进行分解，再对得到的时间系数做突变检测和周期分析，探讨各分布型的时间演变特征。EOF法[16]即经验正交函数分解法，是气候统计诊断中应用最为普遍的方法，其基本原理[17]是把原变量场分解为正交函数的线性组合，构成为数很少的互不相关的典型模态，每个典型模态都含有尽量多的原始场的信息。EOF法没有固定的函数，能在有限区域对不规则分布的站点进行分解，展开的收敛速度快，并且分离出的空间结构具有一定的物理意义。
如果把一个气象要素场看成时间和空间的函数，EOF方法可将气象场分解为只与时间或空间有关的两部分，与空间有关的部分由正交函数组成，称为特征向量，表示原始场的空间典型结构，对应特征值大小表示该空间典型场的权重；与时间有关的部分表示各正交函数随时间的变化，称为时间系数，表示该典型场随时间的变化[18]。
3 结果与讨论
3.1 中国东部季风区夏季降水的空间分布特征
对中国东部季风区138个气象站点1951年-2012年夏季（6月-8月）降水总量的原始场作EOF分解，得到前5个特征向量的特征值及其方差贡献率，见表1。
表1 前5个特征向量对应的特征值及其方差贡献率
把方差贡献率作为衡量逼近原始场程度的指标[19]，第一经验正交函数的方差贡献率最大，具有与展开资料矩阵的n个样本最相似的特征[20]；第二经验正交函数的方差贡献率次之，具有与展开资料矩阵的n个样本第二相似的特征，以此类推。因此，只需选取前几个方差贡献率足够大的经验正交函数，就能够概括原始场的主要特征。
如何选取经验正交函数？分离出的经验正交函数究竟是有物理意义的信号还是毫无意义的噪音？要回答此类问题，就需要进行显著性检验[16]。本文采用North等（1982）提出的计算特征值误差范围的方法来进行显著性检验。经计算发现，只有前三个特征值通过了检验，并且前三个特征向量的累计方差贡献率高达93%，足以表征东部季风区夏季降水场的变率分布结构。图2为前三个特征向量的空间分布图。
3.1.1 第一空间分布型
由图2（a）可知，第一特征向量的各分量全区均为正数，而且夏季降水有四个正的高值中心，分别位于西南地区、华南地区、东南沿海和东北平原。所以第一特征向量反映了我国东部季风区夏季降水具有一致的变化趋势，一致偏多或一致偏少，即“总体一致型”，空间分布型的特征为自东南向西北逐渐递减。这主要是由于夏季我国大陆受来自太平洋的东南季风和来自印度洋的西南季风的影响，季风带来大量的海洋水汽，降水沿着季风输送方向逐渐减少，越靠近水汽发源地降水越多，所以形成了自沿海向内陆逐渐递减的降水空间分布格局。
3.1.2 第二空间分布型
第二特征向量代表的是我国东部季风区夏季降水第二常见的雨型。图2（b）中显示夏季降水从南到北呈现出“+ +”交替分布的空间分布特征，即“南北涝（旱）中间旱（涝）型”。总体看来，等值线大致呈南北向纬度地带性分布，江淮流域大范围地区为负值，并依次向南北两侧递增，以南的华南地区和以北的黄河流域均为正值。这一特征向量代表的是江淮流域的降水趋势与黄河流域、华南地区相反的空间分布类型，即若江淮流域降水多，则黄河流域、华南地区降水少，反之亦然。这一分布型主要是由于西太平洋副高每年夏季的南北季节性移动所造成的。每年7月中旬，副高移到25°N-30°N附近，长江流域因受其控制而炎热少雨，进入伏旱期，而此时黄河流域正处于雨带，华南地区则不受副高控制，加上台风等热带气旋活动频繁，因此降水也较多。
3.1.3 第三空间分布型
由图2（c）可见，我国东部季风区夏季降水的第三大雨型大致以长江流域为界，呈现南正北负的分布格局，即“南涝（旱）北旱（涝）型”。其正的高值中心分别位于长江流域中下游和珠江流域北部，负的高值中心位于华北平原、辽东半岛以及四川盆地。关于“南涝（旱）北旱（涝）”的形成原因，有专家认为与东亚夏季风的强弱有关，夏季风强时，中国东部、华北地区多雨，长江、华南地区少雨，形成南旱北涝；夏季风弱时则相反，形成南涝北旱。
由以上分析可知，我国东部季风区夏季降水主要有三种空间分布类型，分别是“总体一致型”、“南北涝（旱）中间旱（涝）型”以及“南涝（旱）北旱（涝）型”。
3.2 中国东部季风区夏季降水的时间演变特征
3.2.1 趋势分析
我国东部季风区夏季降水每一种空间分布型的特征向量都对应一种时间系数，反映了该降水分布型随着时间的变化趋势：若某年时间系数为负数，表明当年降水与所对应的空间分布型相反；时间系数绝对值越大，表明该分布型越典型。图3为前3个特征向量所对应的标准化时间系数与其10年滑动平均曲线，分析如下。
图3（a）为“总体一致型”所对应的时间系数，1951年-2012年期间均为正数。第一时间系数作为第一经验正交函数的权重，反映了我国大尺度的旱涝年的分布，时间系数大
对应的是涝年，反之对应旱年。由图可知，第一时间系数的[JP]数值大部分在0.12附近振荡，其中高于0.14的年份为1954
图2 前三个特征向量的空间分布
图3 时间系数与其10年滑动平均曲线
年、1995年、1998年和2008年，为我国夏季降水的涝年；低于0.11的年份为1967年、1978年和1989年，为我国夏季降水的旱年；20世纪50-90年代东部季风区夏季降水变化一直平缓，到了90年代后，有明显的上升趋势，并且连续出现了几个大尺度的涝年，最近几年又有趋于稳定的趋势。
图3（b）为“南北涝（旱）中间旱[HJ1.91mm]（涝）型”所对应的时间系数。由图可知，20世纪50年代中期前后时间系数为负。60-70年代为正，从80年代开始由正变为负，说明降水类型由70年代之前的“南北涝中间旱型”转变为之后的“南北旱中间涝型”。直到90年代中期后，降水类型开始在“南北旱中间涝型”和“南北涝中间旱型”之间转换，但大多数年份的时间系数在0值附近正负振荡，其绝对值较小，说明无论是“南北涝中间旱型”还是“南北旱中间涝型”，都并不典型。
图3（c）为“南涝（旱）北旱（涝）型”所对应的时间系数。由图可知，在20世纪70年代初期之前，时间系数大多数为负，此时对应的我国夏季降水场为典型的“南旱北涝型”；70年代初到80年代末，时间系数有所上升，但幅度较小，徘徊在0值附近，呈现较弱的“南涝北旱型”特征；90年代后出现了明显的增长趋势，一直持续到2010年前后，表明20世纪90年代后，我国夏季降水呈现出典型的南涝北旱特征；最近几年该时间系数逐渐减小，南涝北旱的特征有所减弱，并且有转变为南旱北涝的趋势。
综合以上分析可以得出，中国东部季风区夏季降水总量从20世纪90年代开始有明显的上升趋势；50年代到60年代“南旱北涝型”比较典型；60年代到70年代末，降水类型为“南北涝中间旱型”；80年代到90年代转变为“南北旱中间涝型”，到了90年代之后，“南北涝（旱）中间旱（涝）型”逐渐不典型，之前不显著的“南涝北旱型”降水特征则重新开始变得典型；最近几年该空间分布型又有减弱并转变为“南旱北涝型”的趋势。
3.2.2 突变分析
MannKendall检验法[16]是一种非参数统计检验方法，不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，计算也比较简便，可以明确突变开始的时间。
由图4（a）和图4（b）的UF曲线可见，第一和第二时间系数均未检测出突变的发生。
由图4（c）中第三时间系数的UF曲线可见，1951年-1956年和1970年-2012年UF的值大于0，时间系数为上升阶段；1957年-1969年UF的值小于0，时间系数为下降阶段。在1973年前后UF曲线和UB曲线有一交点，位于信度值1.96之间，随后UF曲线开始做小幅波动，到1991年后持续上升，并于1997年前后显著上升，超过了显著性水平的临界线，通过了显著性检验，说明时间系数的这次上升趋势是一次突变，时间开始于1973年前后。这与前面第三时间系数的趋势分析结果大致相同，即我国夏季降水第三空间分布型在20世纪70年代初期之前为“南旱北涝型”，70年代初期之后为“南涝北旱型”，这一空间分布型的转变为突变。从90年代开始，该空间分布型变得比以前更加典型。
3.2.3 周期分析
功率谱分析[16]是应用极为广泛的一种分析周期的方法，它以傅立叶变换为基础，将时间序列的总能量分解到不同频率上的分量，根据不同频率的波的方差贡献诊断出序列的主要周期，从而确定出周期的主要频率，即序列所隐含的显著周期。
图4 时间系数MK突变检验曲线
对我国东部季风区夏季降水EOF分析中前3个特征向量的时间系数做功率谱分析，得到结果见图5。可以看出，第一时间系数存在50年左右的显著周期（峰点超过99%红噪音标准谱）；第二时间系数存在2年左右的显著周期（峰点超过99%红噪音标准谱）；第三时间系数存在50年左右的主周[HJ1*4][HJ]
图5 前3个时间系数功率谱分析
期（峰点超过99%红噪音标准谱）和2～3年左右的次周期（峰点超过95%红噪音标准谱）。
4 季风强弱对我国夏季主要降水场的指示作用
我国夏季降水的多寡、雨带的起讫及移动均与季风活动密切相关。近10年来，为了尽可能地反应季风的物理实质，许多学者从不同方面定义了不同的季风指数。本文采用李建平等[21]所提出的动态标准化季节变率指数来探讨季风强弱对我国夏季主要降水场的指示作用。该指数不仅能够描述不同季风区的季节变化和年际变率及其与雨量的关系，而且还可以用来划分全球季风系统的地理分布[2223]。
李建平将全球对流层季风系统按纬度分为热带季风系统、副热带季风系统和温寒带中的季风区三类。我国东部季风区主要受热带季风系统中的南亚季风、南海季风，以及副热带季风系统中的东亚季风影响。图6从上到下依次为东亚季风指数（EAMI）、南亚季风指数（SAMI）、南海季风指数（SCSMI）、EOF1时间系数、EOF2时间系数及EOF3时间系数对比图。表2为上述季风指数与EOF各时间系数的相关系数。
图6 各季风指数与各时间系数对比
从表2中可以看出只有第二特征向量的时间系数与季风指数存在一定的正相关关系，其中与东亚季风指数的相关系数为0.461，通过了99%的显著性检验，与南海季风指数的相关系数为0.277，通过了95%的显著性检验。第二特征向量所代表的空间分布型为“南北涝（旱）中间旱（涝）型”，说
表2 各季风指数与各时间系数的相关系数
明当东亚季风高指数或南海季风高指数时期，第二特征向量的时间系数值偏大，我国东部季风区“南北涝中间旱”的降水格局比较明显，即黄河流域、华北地区以及华南地区降水偏多，而江淮流域降水则偏少，反之亦然。反映东亚季风及南海季风的强弱对我国东部季风区夏季第二降水场有一定的影响作用，因此二者的季风指数对降水场有一定的指示作用。
5 结论
（1）中国东部季风区夏季（6月-8月）降水主要有三种空间分布类型，分别是“总体一致型”、“南北涝（旱）中间旱（涝）型”以及“南涝（旱）北旱（涝）型”。
（2）第一空间分布型反映了我国东部季风区夏季降水的平均场，第一时间系数反映了大尺度的旱涝年。其中1954年、1995年、1998年和2008年，为我国夏季降水的涝年；1967年、1978年和1989年，为我国夏季降水的旱年。20世纪50年代到90年代中国东部季风区夏季降水量一直趋于平缓，90年代后有明显的上升趋势，最近几年降水量又趋于平缓。对其时间系数作MK突变检验和功率谱分析，未检测出突变的发生，但发现其存在50年左右的显著周期。
（3）第二空间分布型在20世纪50年代中期为典型的[JP2]“南北旱中间涝型”，60年代初至70年代末为“南北涝中间旱型”，70年代末后转变为“南北旱中间涝型”，90年代以后该降水空间分布型无论是“南北旱中间涝型”还是“南北涝中间旱型”均不再典型。对其时间系数作MK突变检验和功率谱分析，未检测出突变的发生，发现其存在2年左右的显著周期。[JP]
（4）第三空间分布型在20世纪70年代初之前为典型的“南旱北涝型”，70年代初到80年代末转变为较弱的“南涝北旱型”，90年代开始一直持续到2010年前后呈现出典型的“南涝北旱型”，最近几年时间系数逐渐减小，南涝北旱的降水特征有所减弱，并有转变为南旱北涝的趋势。对其时间系数作MK突变检验和功率谱分析，发现70年代初空间分布型的转变是一次突变，并且该分布型存在50年左右的主周期和2～3年左右的次周期。
（5）通过建立东亚季风指数、南亚季风指数、南海季风指数和EOF各时间系数之间的联系，发现第二特征向量的时间系数与东亚季风指数和南海季风指数存在一定的正相关关系，表明东亚季风及南海季风的强弱对我国东部季风区夏季第二降水场有一定的指示作用。
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近年来,许多学者对我国雷暴气候开展了广泛研究,取得了大量科研成果[5-10].张敏锋等[5]认为,近30年来我国大部分地区平均雷暴频数在波动中减少,而东北地区年平均雷暴日有增加的趋势;徐桂玉等[6]研究了我国南方雷暴的气候特征;许迎杰等[7]通过对低纬高原雷暴的气候特征进行研究发现,低纬高原年雷暴日数有减少的趋势.迄今为止,有关针对重庆雷暴的长序列气候变化趋势方面的研究所见甚少.因此,研究重庆雷暴的气候变化,对于分析重庆区域气候以及区域气候资源要素的变化规律等具有重要的理论和现实意义,同时也为进一步研究雷暴与强对流天气的联系,以及雷暴的成因,特别是与大尺度大气环流的联系打下基础.本文试图通过数理统计、REOF(旋转主成分)、最大熵谱分析等方法分析重庆地区雷暴的空间分布及年际变化、季节变化和周期变化的的气候规律,旨在于为重庆市防雷减灾提供气候背景和气候资源综合评价等参考依据.
1资料来源及处理方法
采用重庆34个观测站1973-2008年的雷暴日数,数据来源于重庆市气候中心.在资料统计时,观测资料上有闪电记录或雷暴记录的均作雷暴统计,一日中无论打一声雷还是打一整天雷,均计为一个雷暴日.在以上确定了雷暴日的基础上,本文统计出重庆1973-2008年33个台站逐月的雷暴日数并建立了时间序列,然后运用EOF、REOF[11]、趋势分析[12]、Mann-Kendall突变检验[13]、最大熵谱估计等方法对该时间序列进行了时空分布特征分析.
2结果分析
2·1重庆雷暴的气候特征
据统计,1973-2008年重庆地区平均雷暴日数为36·87d/a,平均历年雷暴日数变化也不相同,由图1A可见,以1973年最多,达49·51d,距平12·64d;2001年最少,仅为24·49d,距平-12·38d;从变化趋势来看,1973-2008呈波动减少趋势,减少幅度为1·8d/10a.
图1B给出了雷暴日数的年内变化分布,可见重庆地区雷暴全年都可以发生,但主要集中于4-9月,4-9月累计平均雷暴日数为30·91d,占全年雷暴总数的89·4%;其中7,8月的雷暴日数最多,分别为8·73,7·97d.1,12月出现日数最少,平均为0·07d,其次是2月和11月出现次数均为0·6d,这4个月累计约占全年雷暴日数的3·75%,也就是说晚秋和冬季重庆地区出现雷暴的概率是非常小的.
以1981-2000年重庆地区雷暴日数13·45d为常年值,分析1973-2008年每10年间(其中1973-1980年为8年,2001-2008年为8年)重庆地区雷暴的年代际距平(图2A).结果表明,重庆地区雷暴日数呈现出逐年代下降的变化趋势.在20世纪70,80年代,雷暴日数为正距平(距平值分别为4·51d和0·45d);90年代为弱的负距平;在21世纪最初8年,雷暴日数负距平最高,距平值达4·89d.对重庆地区过去4个时期月雷暴距平分析(图2B),结果表明,在70年代,雷暴日数在1,2,5,11月为弱负距平外,在其他月均为正距平;7,8月雷暴日数在70,80年代为正距平,在90年代和21世纪最初8年为负距平,特别是在2001-2008年期间的8月,雷暴日数负距平最高(-1·51d).
2·2重庆地区雷暴的空间分布
图3为1973-2008年37a重庆年平均雷暴日分布图.由图可见,重庆雷暴空间分布很不均匀,长江沿线和东南部较多,西北部和东北部相对较少;东南与西北和东北年平均雷暴日数相差20d左右.年平均雷暴日最大值出现在东南部,达45~50d,其中有2个站年均雷暴日数超过45d,分别是秀山、酉阳(48·4,50·6d);中部地区年平均为38·8d,各站点差异相对较小;东北地区年平均雷暴日数为36·9d,属于重庆年平均雷暴日数的次低值区;西北部年平均雷暴日数为34·1d,为最低值区;最小值出现在西北部的潼南,年平均雷暴日仅为28·1d.
这与重庆年降水日数的空间分布相近[14],表明重庆年平均雷暴日数空间分布与降水有很好的相关性.另外,这种雷暴分布形式还与重庆特殊的地形地貌和气温等的空间分布有关.重庆地处亚洲季风区,西连四川盆地和青藏高原,南接云贵高原,是长江上游与长江中下游的过渡地带;北有大巴山,东有巫山,东南有武陵山,南有大娄山,地势由西向东逐步升高,由南北向长江河谷倾斜,起伏较大.当夏季风由东南方向吹来,越过大娄山等东南部山地,在迎风坡的抬升作用和局地对流的影响下,雷暴容易在南部地区发展和成熟;长江流域的大多数站点位于海拔较低的河谷中,河谷的地形特点犹如锅底,四周山地环抱,地面散热困难,热量不易散失,天气系统向北移动的过程中,由于其复杂的地形特征加上充沛的水汽条件和较高的气温,成为重庆地区雷暴日次多的地区.
从各季分布图中可清楚地看出雷暴的季节变化情况(图4).冬季,雷暴主要分布在重庆东南部的秀山、酉阳、黔江、彭水等地,最大值为3·11d.春季雷暴日数增加且幅度较大,多雷暴带还是位于重庆东南部,中心值为酉阳,为18·6d,重庆西部雷暴日数基本小于10d.夏季重庆雷暴日数的大值中心移至西部的南川、万盛一带,万盛为26·4d,最小值位于重庆西北的潼南和东北部的巫山,分别为16·6,17·0d.秋季重庆雷暴明显减少,中心位置维持东南部不变,中心在酉阳(4·58d),同时还出现东北部的次高值中心.
2·3夏半年异常分布特征
重庆地区夏半年(4-9月)主要受西南季风及东亚副热带高压边缘暖湿气流的共同影响,雷暴日占全年的89·4%,所以,分析夏半年雷暴日的空间分布异常特征具有实际意义.对重庆34个台站夏半年雷暴日利用主成分(EOF)和旋转主成分(REOF)进行分析,由于站点较多,资料序列长度较短,为保证EOF分解的可靠性,用North等[15]提出的计算特征值误差范围的方法进行显著性检验,经计算,前2个载荷向量场所占方差分别为48·386%,10·615%,前10个载荷向量场所占总方差的累积为90·671%(见表1),第1载荷向量场(图5A)占总方差的比例最大,其载荷向量呈一致的正值,在0·05~0·25之间变化,反映了重庆地区受大尺度气候异常的影响,表现为一致的有雷暴日或无雷暴日.表明尽管重庆地形复杂,地势起伏较大,但雷暴日数的空间分布仍有很好的一致性.即在同一天气系统控制之下,出现雷暴的步调一致.
第2载荷向量场(图5B)表现为东南部与西部、东北相反的异常分布,东南部为负,西部、东北部基本为正,0值线在石柱到武隆一带.之所以会出现这种变化特征,可能主要与重庆地区的地形分布有关,夏季东南季风盛行,当越过大娄山等东南部山地,在迎风坡的抬升作用和局地对流的影响下,重庆东南部雷暴日数偏多;而某些情况下,例如当盆地涡活跃时或当副热带高压位置偏南时,重庆地区西部、东北地区雷暴日偏多,而东南部高海拔地区雷暴日数会有所减少.
为了进一步了解夏半年雷暴日数的地域特点,选用经过EOF分解的前10个载荷向量进行正交旋转变换(REOF),取旋转特征向量绝对值0·5为临界值,对重庆地区近37a夏半年雷暴日数的空间变化进行分区,共分了4个区(图6),每个区选取1个代表站.
Ⅰ区———重庆中西部(图6A).这是重庆夏半年雷暴日数的空间分布第一关键区,占方差贡献的24·263%,旋转载荷向量全部为正值,中心值为0·83,代表站是万盛.高值区域集中在重庆中西部,包括梁平、巴南、沙坪坝、涪陵、北碚、长寿、合川、南川、綦江、万盛等10个市(县).
Ⅱ区———东南部(图6B).旋转载荷向量均是负值,其中心值为0·87,代表站是黔江,高值区域集中在重庆东南部,包括黔江、彭水、武隆、酉阳、秀山等4个市(县).
Ⅲ区———东北部(图6C).旋转载荷向量均是负值,高值区域集中在重庆东北部,包括巫溪、巫山、奉节、万州、云阳、城口、开县共7市、县,其中心值为-0·81,代表站是巫溪.
Ⅳ区———西部(图6D).高值区域集中在重庆西部,旋转载荷向量均是负值,其中心值为-0·75,代表站是永川.包括永川、璧山、大足、荣昌、铜梁、江津、渝北、潼南共8个市(县).
2·4重庆夏半年雷暴日数异常的时间变化特征
2·4·1年际变化及趋势分析
图7为各区代表站夏半年雷暴日的标准化距平曲线和一阶时间趋势.可以看出,万盛37年来夏半年雷暴日发生频次表现为下降趋势,减少幅度为1·3d/10a;1984,1994和2000年夏半年雷暴日数异常偏多(标准化距平>1),而1989,2001,1993,2007,1980和2008年异常偏少(标准化距平<-1).其中2000和1994年为发生日数最多的年份,发生雷暴日数为53,45d;1989年为发生日数最少的年份,雷暴日数仅为19d.
黔江37年来夏半年雷暴日数呈显著的减少趋势,减少幅度为4·0d/10a;1982,1994,1978,1984,1973和1983年夏半年雷暴日数异常偏多(标准化距平>1),而2001,2003,2004,2006,1989和1996年异常偏少(标准化距平<-1).其中2001和2003年为发生日数最少的年份,发生雷暴日数分别为16,18d;1983和1973年为发生雷暴日数最多的年份,发生雷暴日数为44,42d.
重庆东北部的巫溪37年来夏半年雷暴发生日数呈减少趋势,10a减少率分为2·0d.1991,2002,1995夏半年雷暴日数异常偏多(标准化距平>1);而1989,1980,2005,2007,2001,2004,1993年异常偏少(标准化距平<-1).其中1995年为发生日数最多的年份,发生雷暴日日数为37d;2002年次之,为34d;1989和1980年为发生日数最少的年份,雷暴日数为13和16d.
永川37年来夏半年雷暴日数呈下降趋势,10a减少率分为2·7日.1977,1984,1994,1975和1983年夏半年雷暴日数异常偏多(标准化距平>1),而2001,2003,2006,1993和1980年异常偏少(标准化距平<-1).其中1983年和1975年为发生日数最多的年份,发生雷暴日日数均为39d;1994年次之,为38d;2001,2003和2006年为发生日数最少的年份,雷暴日数均为14d.
2·4·2Mann-Kendall突变检验
运用M-K非参数检验方法,对各异常型代表站夏半年雷暴日数进行了时间序列的趋势分析和突变检验,图8为重庆各异常型典型代表站夏半年雷暴日M-K统计曲线,图中UF代表降水的顺序统计曲线(粗线),UB为降水的逆序统计曲线(细线),并给定显著性水平:p=0·05,临界线为±1·96(两条虚线).若UF值大于0,则表明序列呈上升的趋势,小于0则表明呈下降趋势.当统计曲线超过临界线时,表明上升或下降趋势显著.如果统计曲线在临界线之间出现交点,则交点对应的时刻就是突变开始的时间.
万盛夏半年雷暴日数的M-K检验曲线表明,夏半年雷暴日数80年代末到今有明显的减少趋势,在2006年发生一次减少突变,由于突变后的资料年限太短,突变虽具有统计学意义,但不排除是临时性的短期突变.黔江夏半年雷暴日数UF曲线可见,80年代末期以来雷暴日数有减少的趋势,而且雷暴日数减少是一突变现象,开始时间为1995年.巫溪夏半年雷暴日数M-K曲线表明,从1985年开始呈减少趋势,减少突变发生在1999年.永川夏半年雷暴日数M-K曲线表明,1984年以来雷暴日数有下降的趋势,根据两曲线交点的位置,确定该区80年代末以来减少是一突变现象,1989年为突变年.
2·4·3周期分析
为研究重庆各分区夏半年雷暴日数的周期,针对资料序列不太长的特点,对各代表站夏半年雷暴日数进行最大熵谱估计.计算结果为图9,万盛第一峰值和第二峰值分别对应2a和3a的周期,第三峰值和第四峰值分别对应4·5a和12a的周期,表明万盛夏半年雷暴日数存在显著12a左右的年代际变化周期和显著的2~3a左右年际变化周期.黔江夏半年雷暴日数存在显著12a左右的年代际变化周期和显著的2a左右年际变化周期.巫溪夏半年雷暴日数年际变化信号比较强,9a和2~4a左右的年际变化周期最为显著.
永川存在显著的2a的年际变化周期.
因此,重庆夏半年雷暴日数的各空间分区中,近37年来夏半年雷暴日数各区之间的周期振荡不太一致,均存在2a左右的年际变化周期,不同的分区主要还存在着4a的年际变化周期和12a左右的年代际变化周期振荡.
3结论
1)重庆雷暴年际变化较大,自1973-2008年雷暴日数有明显减少的趋势,每10a雷暴日数减少近1·8d.
2)重庆雷暴空间分布的总趋势是自东南向西北和东北减少,东南与西北和东北年平均雷暴日数相差20d左右,雷暴日数分布与降水、气温和地形密切相关.
3)重庆雷暴季节变化显著,由冬至夏,雷暴逐渐增多,7月达最大值,其中4-9月为多雷暴月.由夏至冬,雷暴逐月减少,尤其9月以后雷暴量骤减,其中以12月为最少;虽重庆地区雷暴全年都可以发生,但夏半年占全年雷暴总数的89·4%.
关键词：夏热冬暖;地区;既有建筑;节能;改造技术
夏热冬暖地区位于我国南部，在北纬27°以南，东经97°以东部分地区，包括海南全境、广东大部、广西大部、福建南部、云南小部分以及香港、澳门与台湾。该地区夏季漫长，冬季寒冷时间很短，甚至几乎没有冬季，长年气温高且湿度大，气温的年较差和日较差都小，太阳辐射强烈，雨量充沛。最热月平均温度25℃～29℃，累年最冷月平均温度高于10℃，累年日平均温度大于等于25℃的天数为100～200d。由此可见，这一地区的建筑必须充分满足夏季的防热要求，一般可不考虑冬季保温，但对于夏热冬暖地区的北区可兼顾。
1．夏热冬暖地区的气候特征与既有建筑夏季室内热环境状况
冬季的采暖要求。夏热冬暖地区既有建筑的围护结构，普遍采用240mm或180mm厚实心普通砖或190mm厚空心普通砖墙，其传热系数值K>1.8W／(m2・K)，隔热性能比较差，尤其是西向的墙体在夏季其内表面温度可达到35℃～36℃，接近夏季室外计算温度的最高值。传统预制板架空通风屋顶[K=3.0W／(m2・K)]虽有一定的隔热效果，但在夏季高温炎热的气候条件下，经实测其内表面最高温度可达40T；左右，对人体产生明显的热辐射。与围护结构墙体相比，门窗的热阻远低于墙体，是隔热的薄弱环节。由于既有建筑的门窗多采用单层铝合金窗[K=6.25W／(m2・K)]，有的还是气密性很差的木窗、钢窗，空调的耗能近一半是该处引起的。通过上述分析可见，夏热冬暖地区既有建筑由于护结构(包括门窗部分)的传热系数偏大，门窗气密性差，屋顶隔热性能不足，在炎热的夏季室内气温超过30℃，有的甚至高过33℃～35℃，远高于夏季室内热舒适温度的上限28t，不仅使该地区夏季室内热环境难以满足人们的正常的生活和工作需要，而且造成空调能耗的巨大浪费。
2．墙体节能改造技术
根据建筑围护结构传热计算：Q=K(ti- te)F可知，要降低传热量，必须减少传热系数K的值、护结构的面积F以及室内外的温差(ti- te)。由于外墙围护结构面积占整个建筑表面积的比例较大，对于一幢层数在6层的单元式住宅，外墙面积约占整个建筑护结构面积的65％，随着建筑高度的增加，这一比例将进一步增大。同时，通过外墙传热所造成的能耗损失约占建筑护结构总能耗损失的50％。由此可见，加强外墙的保温隔热性能对提高建筑节能具有十分重要意义。对既有建筑外墙的节能改造，可通过提高建筑外墙的总热阻、设置通风隔热墙以及外遮阳等技术措施来达到减少能耗的目的。对外墙的节能改造可采取加设隔热层的做法，使其传热系数值K=1.0W／(m2・K)；对于相对平整大片的东、西墙面还可采用通风隔热墙的做法，若在通风墙体的顶部与底部设置可开闭的通风口，在冬季关闭通风口还能起到保温墙的作用。
从围护结构内表面平均温度计算公式Qi=t i + ( tsa－t i)R i／R可知，为降低室内内表面温度包，除了增大围护结构的总热阻只外，还叮以采取降低室外平均综合温度乙的方法。为此，夏热冬暖地区既有建筑的节能改造还可以通过对外墙采取遮阳和对外墙进行浅色饰面的措施，降低太阳对外墙的辐射强度及减少外墙对太阳辐射的吸收，以达到降低室外综合温度的目的，其中采用绿色藤蔓植物遮阳，不失为一种有效的方法。利用绿色植物的生态隔热措施，不仅能遮阳，降低太阳对护结构的辐射强度，而且由于绿色植物对太阳辐射的吸收和蒸腾作用，降低了遮阳构件对周围环境的太阳辐射反射和热转移量，从而有利于改善建筑外部的热环境，进而减弱城市的热岛效应。此外，若遮阳设施采用用具有光电转换功能的太阳能光伏电磁板，不仅遮阳还能利用太阳能。
3．屋顶节能改造技术
与外墙面相比，屋面所占建筑外表面面积的比例，虽低于墙体，但由于所处的位置特殊，对建筑的能耗影响较大。既有建筑的屋面隔热多采用预制板架空通风隔热屋顶，未设保温隔热材料，其传热系数K=3.0W／(m2・K)，远低于该地区目前现行的居住建筑节能设计标准值K≤1.0W／(m2・K)和公共建筑节能设计标准K≤0.9W／(m2・K)的要求。在炎热的夏季，强烈的太阳辐别使屋顶表面的综合温度高达70℃～80℃，顶层室内温度要比下层的室内温度高出3℃～4℃，增加了顶层房间的空调能耗。因此，提高既有建筑的屋面隔热性能，对改善顶层的热环境和降低建筑的能耗都具有重要的意义。
4．窗户节能改造技术
窗户与其他建筑护结构相比，由于其传热系数大，气密性差，且太阳辐射透过率高，因此是建筑隔热的最薄弱环节。目前夏热冬暖地区既有建筑的窗户普遍为单层铝合金窗，其传热系数K值高达6.0～6.5W／(m2・K)。早期建造的建筑有的还是采用钢窗或木窗，气密性就更差。针对上述窗户节能存在的问题，应从减小其传热系数、提高气密性以及采取有效的遮阳措施等方面着手进行节能改造。
5．改善既有建筑外部环境，减弱室外热湿作用
室内热环境总是受到室外热湿作用的影响，尤其在门窗开启时其影响更甚。为改善建筑内部的热环境和降低由于外部热湿环境的不利影响所造成的建筑能耗，除了上述的提高建筑护结构的隔热性能外，还可以通过改善既有建筑外部环境的小气候、减弱室外的热湿作用来达到建筑节能的目的。对既有建筑的外部环境改造可采取在其周围种植被乔木、将硬地改为透水性铺砖地面、在建筑外墙进行垂直绿化、在有条件的地区还可在建筑的周边设置水体等。以上这些措施都能起剑减弱太阳对建筑的热辐射和降低室外综合温度的作用。
6. 结语
对既有建筑节能改造是一项长期的且量大面广的工作。为使该项工作真正得以落实，充分发挥其在建设节约型社会和国家可持续发展战略中的重要作用，还必须加强有关政策方面的研究，以政策扶持推动建筑节能改造工作的开展。应采取各项优惠政策，积极鼓励建立专门的建筑节能工程公司从事既有建筑的节能改造工作。■
参考文献
[关键词]桂林；降水；气候变化；突变
中图分类号：TV 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）31-0317-02
引言
当前，全球环境问题已越来越引起人们的关注，其中，温室效应更是研究的热点。由于工业化社会的迅猛发展，气候变化特别是温室效应可通过降水的改变影响水分截流、地表径流和蒸发等整个水循环过程，这势必加剧水资源系统的不稳定性和水资源供需的矛盾因此，全面认识研究各地降水量的长期变化规律及发展趋势就显得至关重要。
桂林市地处南岭山系西南部，广西壮族自治区东北部，位于东经109°45’’-104°40''，北纬24°18''-25°41''，土地面积27809平方公里。广西气象灾害相当频繁，经常受到干旱、洪涝、低温冷害、霜冻、大风、冰雹、雷暴和热带气旋的危害，其中以旱涝最突出。
1 资料
本研究通过南京信息工程大学气候中心资料室的中国753站50-2010年逐日站点资料和160站50-210年月平均资料，筛选出桂林气象站中资料最完整、分布均匀、最具代表性的站点。从台站获取了时间序列为1951- 2010年， 共60a的逐日降水量资料和月降水资料作为研究对象， 统计出月降水量、季节降水量、年降水量。
2 结果与分析
2.1 降水量变化趋势分析
2.1.1 年降水量
线性趋势分析表明，整个分析期，桂林市年降水量的总体变化趋势不明显（1.64mm /10a， |r|=0.03 < r0.05 = 0.2875） 。但从图1 可以看出，年降水量变化趋势具有明显的阶段性， 1951 - 1954年为正距平，1955-1967年（13a），以负距平为主， 1968 - 1983年（ 16a） ，正距平。1984 - 2010年（ 27a） 正距平与负距平年份交替出现，且正、负距平变幅较大，为震荡期。
除了上述的分析之外，从图1很难看出更短周期的变化信息。对此，图2给出了相应的Morlet小波变换图。图2清楚地显示了桂林市近60年来年降水在不同时间尺度上的周期振荡和突变点特征。图2上半部分为低频，等值线相对稀疏，对应较长尺度周期的振荡。下半部分是高频，等值线相对密集，对应较短尺度周期的振荡。由图1与图2比较可见，从图2中可得到更丰富的变化周期尺度信息。由图2可见，存在多重时间周期尺度上的嵌套复杂结构现象。明显地存在2-3a、5-6a、7-8a的短期振荡周期1960年以后生成的14a左右的振荡周期，25a左右的中期振荡周期贯穿整个时间序列。
综上分析，桂林市近60年降水量受多重周期性规律控制，明显地存在2-3a、5-6a、7-8a的短期振荡周期， 1960-1980年期间生成14a左右的振荡周期，25a左右的长期振荡周期贯穿整个时间序列。从振荡的剧烈程度上看7-8a左右短期振荡周期和14a左右的中周期变化是年降水的主要控制周期，但2-3a、5-6a的短周期和25a年的长周期变化也对年降水有较大影响。
2.1.2季降水量
线性趋势分析表明，整个分析期，四季的降水量均没有明显的线性变化趋势（春季，-6.31mm /10a， |r|=0.16； 夏季，6.97mm /10a， | r| = 0.148；秋季， - 4.17mm /10a， | r | = 0.173；冬季0.64mm /10a， | r| =0.045） 。春、夏、冬季降水量有一定的阶段性特点，春季降水量变化可分4个阶段， 50年代初- 50年代中期为正距平阶段， 50年代中期- 70年代初期为负距平阶段， 70年代初期到80年代初期又转为正距平，之后又转为正距平，但属于振荡过渡期，其变化表现为由少到多的趋势，在50年代初、60年代末和80年代初期存在三个转折点。夏季降水量变化有3个阶段， 50年代初- 70年代中期为震荡阶段， 70年代中期- 90年代初期为负距平阶段，其变化表现为由多到少的趋势，在70年代中期和90年代中期存在两个转折点。50mm以上的暴雨80%以上发生在夏季， 100mm以上的大暴雨全部发生在夏季，夏季降水量占全年降水量的61%。冬季降水量变化有2个阶段， 50年代初期-70年代末期为负距平阶段， 70年代末期开始又转为正距平。
春季降水量受多重周期性规律控制，明显地存在2-3a、6-7a和14a的短期振荡周期和24a左右的长期振荡周期。
夏季降水量受多重周期性规律控制，明显地存在2-3a、6-7a和10a的短期振荡周期和25a以上的长期振荡周期。从振荡的剧烈程度上看2-3a和6-7a左右的周期变化是全年降水的主要控制周期。
秋季降水量同样受多重周期性规律控制，明显地存在5a和8-12a的短期振荡周期和17a的长期振荡周期。从振荡的剧烈程度上看8-12a和17a左右的周期变化是全年降水的主要控制周期，但5a的短周期变化也对年降水有较大影响。
冬季降水量也受多重周期性规律控制，明显地存在5a、10a的短期振荡周期和13a的中期振荡周期。从振荡的剧烈程度上看10a和13a左右的中期周期变化是全年降水的主要控制周期，但5a的短周期变化也对年降水有较大影响。
2.3 降水量的突变分析
在50年代初期，UF和UB均大于零，表明序列呈上升趋势。自80年代中期以来，桂林市年平均降水量有一明显的增多趋势。90年代以来这种增多趋势均超过显著性水平0.05临界线，表明桂林市降水量的上升趋势是十分显著的。根据UF和UB曲线的交点的位置，确定桂林年平均降水20世纪80年代的增多是一突变现象，即可确定桂林站年降水在1988年由一个相对少雨期跃升到一个相对多雨期，降水量呈上升趋势。所谓多雨期与少雨期是相对于当地平均降雨而言，是相对的。（见图5）
3.结论与讨论
（1） 50年代- 21世纪初，各时段降水量线性变化趋势均不明显， 当地年降水量总体呈增多趋势（1.64mm /10a， |r|=0.03 < r0.05 = 0.2875）；可能原因是太阳活动对亚洲季风降水的影响。太阳活动对亚洲季风降水的变化起着决定作用[18-21]，太阳活动增强，亚洲季风强盛而且带来的降水也增多。按季节分析，春季和秋季降水量有减少趋势，冬季和夏季降水量均呈增多趋势（春季， -6.31mm /10a， |r|=0.16；夏季，6.97mm /10a， | r| = 0.148；秋季， - 4.17mm /10a， | r | = 0.173；冬季0.64mm /10a， | r| =0.045） 。
关键词：北方夏季气温；Hadley环流；变化趋势；相关分析
中图分类号： P423 文献标识码：A
引言
近几十年来，我国北方气候总体呈现暖干化的趋势，已逐渐对生态环境、水资源、工农业生产和人民生活产生重要影响。讨论全球变暖背景下区域气候变化特征已成为气候研究热点之一。经向风的变异对我国气候变化具有十分重要的影响，研究经圈环流的变化及其与中国区域气候变化的关系具有重要的科学价值和社会意义。本文使用我国北方较长序列的实测气温资料，用旋转经验正交展开方法，分析该区夏季气温的时空变化特征，讨论我国北方夏季气温特征及其与Hadley环流的关系。
1 资料及分析方法
1.1 资料
来自http：// cdc.noaa.gov/Datasets/necp.reanalvsis.derived/资料网上NCEP / NCAR所整理的全球再分析月平均υ风场资料。
中国气象局国家气候中心提供的中国160个气象站的月平均气温资料，时间为1951年1月～2010年12月。本文选取我国北方70个站上夏季6～8月的月平均气温资料。
1.2 分析方法
本文主要使用了平均经圈环流的质量流函数计算方案[1]和旋转经验正交展开（REOF）统计分析方法[2-3]。以气温的年际变化的区域差异为依据，将我国北方（N35°以北）分为多个气温变化区，然后再研究各气温变化区的标准温度序列及其与Hadley环流强度的关系。
2 我国北方夏季气温的REOF分析及异常分布的空间模态
我国北方夏季气温旋转前后的前6个主分量对应的方差贡献情况如表1所示，可见EOF及REOF分解头几个模态的方差贡献率高，收敛速度也比较快，能代表我国北方夏季气温的绝大部分信息。旋转前后方差贡献发生了一定的变化，其中第一主分量方差旋转前方差贡献为50.8%，旋转后明显减至22.5%。相反，第二、第三个主分量方差旋转前方差贡献分别为9.9%和7.9%，旋转后分别为20.6%和20.4%，相对于旋转前，方差贡献有较明显增加。旋转后，能更加真实地反映出局地特征。其中前3个旋转荷载向量的累积方差贡献率已达63.5%，集中反映了E90°以东测站分布稠密区的区域气候特征，而后3个模态高荷载主要集中在E90°以西分布稀疏的站点，区域代表性不强，因此，将不做分析。
图1列出了我国北方夏季气温的前3个模态，表征了我国北方E90°以东3种不同的气候区域类型，具有一定的代表性。RLV1模态明显地突出了东北的负值区，且通过0.05的显著性水平的统计检验（以阴影区标注，下同），该模态的方差贡献率达22.5%，为前6个RLV模态中的最大者（见表1），因而也是我国北方夏季气温异常分布最常见的模态，明显反映了全球气候变暖的趋势。RLV2模态明显地突出了华北的负值区，方差贡献率为20.6%，这与东亚夏季风有密切关系[5]。RLV3模态明显地突出了西北地区中部的正值区，方差贡献率为20.4%，这与全球平均Hadley环流强度有密切的关系。
表1 我国北方夏季气温EOF和REOF前6个模态的方差贡献及累积方差贡献率（%）
3 各气温异常模态的时间变化及其与Hadley环流的关系
在气温异常分布模态识别的基础上，再从各模态RLV1～RLV3对应的各时间系数RPC1～RPC3的变化，判断各该模态气温异常随时间的变化特征。众所周知，随着全球气候变暖，我国大部分地区气温存在着明显的变暖趋势，但从图1可看出整个北方区域内，各区域增温趋势并不完全相同。图1右列RPC1曲线主要反映了我国东北部夏季气温随时间的变化。由于在RLV1图上为负值区，所以对应的时间系数曲线RPC1的峰（谷）值年为低（高）温年。近60a来，该区夏季气温总体呈线性增加的趋势，与冬季北半球Hadley环流强度（Hadley环流强度文献4有详述，本文略，下同）有显著的正相关，相关系数达0.35（表2），通过0.05以上的信度检验。RPC2曲线主要反映了我国华北地区夏季气温随时间的变化，由表2可见其与Hadley环流强度的关系不明显，上文已提到，它主要受东亚夏季风的影响。RPC3曲线主要反映了我国西北地区中部夏季气温随时间的变化，可见其在20世纪80年代初发生了由减弱趋势转变为显著增强趋势的年代际转折，与夏季南半球Hadley环流强度有显著的正相关，相关系数达0.53，通过0.001以上的信度检验。
另外，从表中可见，冬季北半球Hadley环流强度与西北地区中部内蒙古一带夏季气温的相关系数达0.29，也通过0.05以上的信度检验，说明我国北方大部分地区存在明显的增温，这与左洪超等[6]研究得出的结论是一致的。也同时说明我国北方大部分地区夏季气温的年代际变化能较好地被平均经圈环流变化所解释。
表2 Hadley环流强度与我国北方各区域的相关系数
图1 我国北方夏季气温作REOF分析的前3个模态（左）及相应的时间系数（右）
其中，RLV值缩小了100倍，等值线间隔0.125，实线为正值，虚线为负值，阴影区为通过0.05显著性水平检验的区域，RPC值放大了100倍
4 结语
我国北方夏季气温异常场主要分为东北、华北、西北3个区域。
东北地区夏季气温呈线性增强的趋势，与冬季北半球Hadley环流强度的变化趋势一致；西北地区夏季气温变化趋势同夏季南半球Hadley环流强度变化趋势，即在20世纪80年代初发生了由减弱趋势转变为显著增强趋势的年代际转折。
众所周知，相关并不能完全解释事物的成因，引起气温年代际变化的因子还有待进一步的研究。
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哈尔滨哈投投资股份有限公司热电厂（以下简称哈投热电厂）属于热电联产企业，是1980年由国家计委等四个部门批准建设的全国十个连片重点供热工程之一，担负着化工区的工业生产蒸汽和采暖供热的任务。1999年扩建了热网首站，向哈尔滨南岗经济开发区提供热源。
下面结合哈投热电厂夏季热水工程运行的实际，对燃煤热电厂如何深化热电联产，增加能源利用，作如下比较和分析。
哈投热电厂夏季运行时存在的问题：
哈投热电厂的生产有着极大的季节性限制。因为冬季担负着哈尔滨市经济开发区730万平方米的采暖供热任务，企业的供热量较大；夏季因没有采暖用热，只有周边几家工厂用工业蒸汽和会展中心制冷用蒸汽，供热量很小，只能单台机组运行近五个月的时间。这样运行存在以下问题：
1、三段抽气压力偏高，可达0.22MPa，超过安全门动作压力，安全运行系数降低；
2、限制电负荷运行，由于三段压力偏高，只好减小电负荷运行，来减小三段抽气压力；
3、因外网用气量很小，向后汽缸的排汽量增加，凝结水量多，排气温度偏高，被循环水带走的热量较多，不经济，能源浪费大；
供出的热量少，原料煤消耗不变，夏季的热效率偏低；
夏季供热水运行效益特点分析：
1、该供热水工程，最大供热量可达10MW，供水流量达500--600吨/时，加热蒸汽用量12吨/时；
2、2007年夏季供热水热量合计17734GJ，使原来夏季的供电煤耗由652g/Kw.h降到595g/Kw.h，供热煤耗直降57g/Kw.h，仅这一项供热期可节约标煤2494吨，折合人民币108万元；
3、该工程投产后，有效地消除了机组夏季运行时三段压力高的危害。增加了三段用气量，有效地解决了三段压力高的难题，杜绝了安全门的漏流，保证了机组运行的安全系数，电负荷也有所增加。
4、夏季供热水设备投入运行，加热器的汽源用的是三段汽源，和一段抽汽相比，三段汽源是比较低的低品位能源，将它作为夏季加热汽源是比较经济的，这样最大限度的实现了能源的梯级利用，提高了能源利用率，减少了损失浪费，基本实现了以尽可能少的能源消耗，创造尽可能大的经济效益。
5、该工程采用变频技术。除方便运行人员的操作之外，还可以根据用热情况随时调整网上流量，节约了大量的电能，同时也避免电机启动时电流过大造成的冲击和运行时大马拉小车的浪费。
6、夏季热水工程投产后，对改善哈市的空气质量又有着积极的作用。 哈投热电厂为区域性的集中供热的热电厂，已经成为开发区供热的主热源，该工程投产后，原开发区区域内的夏季供热小锅炉房已被拆除，其热负荷由该工程供给。现已拆除16吨/时锅炉2座、15吨/时锅炉2座，环境效益极为明显。
7、对哈市减少二氧化硫的排放做出贡献。由于供电煤耗的降低，每年夏季节约标准煤2494吨，可以减少二氧化硫排放17吨，减少粉煤灰等废弃物1600吨，减少排污费约4万元，为减少哈市的环境污染做出贡献。
8、该工程对全年总热效率有着积极的作用，总热效率由2006年的68.8%上升到2007年的73.4%，能源的综合利用效果明显提高。
三、夏季供热水运行前后比较：
2007年，夏季供热水工程直接经济效益约172万元，尤其是全厂总的热效率提高了4.6个百分点，能源的利用率得到较大程度的提高。
四、分析
众所周知，电厂锅炉产生的蒸汽驱动汽轮发电机组，排除的蒸汽仍然含有大部分热量被冷却水带走，因而火电厂的热效率只有30%---40%。如果蒸汽驱动汽轮机的过程或之后的抽汽或排汽的热量能加以利用，可以既发电又供热，这就是热电联产。这个过程既有电能生产又有热能生产，是一种热、电同时生产、高效的能源利用形式。其热效率可达80％，能源利用效率比单纯发电约提高一倍以上。据中国电力企业联合会公布的统计数据显示：我国单机6000千瓦及以上的供热机组共有2302台，装机容量4813万千瓦。热电联产机组与凝气发电和小锅炉供热相比，每年可节约4800万吨以上的标煤，相应地减少12480万吨二氧化碳排放量、76万吨二氧化硫排放量以及2064万吨的灰渣排放。目前，热电联产行业的供热量已经占全国供热总量的81.96％（蒸汽）、26.72％（热水），成为工业供热和城市居民采暖的支柱产业。同时，占全国发电总量12.26％的电量也来自热电联产机组。是一个不容忽视的能源供应系统，其在节能环保方面的突出作用不可小视。根据总热效公式，总热效率=（供热量＋供电量×3600千焦／千瓦时）／（燃料总消耗量×燃料单位低热值）×100％，不难看出，哈投热电厂因为新建设了夏季供热水工程，供热量和供电量均有增加，而燃料煤却有所减少，导致了总热效率的增加；究其实质就是充分利用了较低品位的三段抽汽（其焓值为2736.8KJ/Kg）作为加热汽源，比用一段抽汽（其焓值为3080.3KJ/Kg）作为加热汽源的焓值低的344KG/Kg， 相对机组而言每千克主蒸汽就有344KJ的能量多转化为电能，机组抽汽的能量得到了充分利用，热效率得到提高，减少了机组的冷源损失。从而达到增产节约，减少了原煤消耗量，减小了大气污染，改善空气质量，推进了节能减排工作。
关键词：径流量；时间序列；影响因子；叶尔羌河
叶尔羌河卡群站为全河水量控制站，流域集水面积50248km2，（含国外面积2870km2），多年平均年径流量65.66×108m3[1]。本文利用叶尔羌河卡群站1957-2010年实测的年径流时间序列，进行趋势性分析及预测，来判断未来径流变化和相关性因素分析。
1 研究区概况
叶尔羌河源于喀喇昆仑山北麓，资源头向西北流，出山口水量控制站以上河长527km。中国境内流域面积9.36×104km2[2]。流域范围包括新疆喀什地区的塔什库尔干、叶城、泽普、莎车、麦盖提、巴楚、岳普湖等7个县和兵团农三师、公安系统的45个农林牧场，另外还有克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿克陶县和阿克苏地区的柯坪、阿瓦提县及农一师的部分乡和农场[3]。叶尔羌河径流组成是：冰川融水占64.0%，地下水占22.6%，雨雪水混合补给占13.4%，其年内径流量多集中在夏季，卡群站夏季（6-8月）径流量占年径流量的68.5%[4]。
2 径流变化分析
2.1 径流量年代变化特征分析
叶尔羌河不同年代径流量有所差别（表1），1957-1966年间年均净流量为62.59×108m3比多年平均径流量少3.62×108m3，这个时段的最高径流量83.97×108m3（1959年）。1967-1976年比上一时段多了1.86×108m3，比多年平均径流量少1.75×108m3，径流量最高值出现在1973年为85.39×108m3，1997-2006年径流量最高值达70.87×108m3，比多年平均径流量多4.66×108m3，这时段也是全研究阶段最高值。变差系数 值为0.17，原因叶尔羌河以高山冰雪融水和雨水混合为补给，由于气温和降水的耦合关系，使得 值较小。
近50年来叶尔羌河径流量波动中呈现增加趋势，增加趋势不太明显（图1）。径流量回归方程为y=0.1601x+64.135，R2=0.0476显示叶尔羌河径流量以0.16×108m3/10a速度增加。
2.2 年径流量变化趋势分析
时间序列为1957-2010年的共54a的资料，其Mann-Kendall趋势检验结果（表1）。ZC>0说明叶尔羌河年径流量是增加的。ZC>ZCa/2（a=0.05查表得到此时的ZCa/2=1.96），表明年径流量增加趋势显著。
运用累积距平法[5]得出了距平累积曲线，分析近54年来叶尔羌河年径流的阶段性（图2）。叶尔羌河近54年来的径流量序列在前后期波动很明显，1995年前后径流量呈由少增多的趋势，是趋势波动点。径流量在1997年之后有非常明显的增加，说明径流量的增加可以作为气温上升的滞后效应。
2.3 年径流量变化突变点分析
突变点检验结果表明（图3），卡群水文站没有明显的突变，只是在1995年Uf与UB在信度线±2.56之间有一个显著焦点，且Uf随后上升序列在90年代中期后出现径流增多的趋势。
2.4 径流趋势预测
2.4.1 径流周期分析
叶尔羌河卡群站径流周期表现为5、18、23a的变化周期，从F检验表可以查出，当a=0.10时， 5a和18a周期变化的F>Fa。叶尔羌河年径流量时间序列周期以5a和18a为主，其中5a周期变化置信度比较高。表明叶尔羌河流域以5a为主周期（表2）。
2.4.2 未来变化趋势分析
因叶尔羌河年径流量存在周期性变化，所以，本文利用周期叠加趋势模型对卡群站的年径流量变化趋势进行分析。
表3显示此水文站年径流量周期叠加趋势模型的重要参数。卡群水文站年径流量预测的均方拟合误差为7.33（图4），水文站实测值与拟合值之间的差异很小，说明模型拟合的结果置信度较高。年径流量起伏振荡明显，但总体上呈现增加趋势。2022年将会出现一次比历年高的丰水年，年径流量约为99.08×108m3。
3 叶尔羌河径流量与其影响因子间的相关关系
叶尔羌河径流量与其影响因子之间的定量相关关系，运用塔什库尔干气象站的年平均气温、最高气温、最低气温、夏季平均气温、年降水量、夏季降水量、7-8月降水量与叶尔羌河径流量进行相关分析（表4）。
夏季平均气温的单相关系数最大，为0.84，原因是夏季气温升高，促进高山冰川和积雪融化，径流量增多。说明促进叶尔羌河径流量增多的重要因素是是夏季气温。而年降水量、夏季降水量、7-8月降水量与年径流量呈负相关关系，相关系数分别为-0.34、-0.43、-0.56。
图4 叶尔羌河卡群站年径流量实测值与拟合值结果
河流径流的变化主要取决于气温，但不能确切说明气温偏高，径流量必然偏多。叶尔羌河1980和2009年气温高，但径流量偏少，1998年气温最高，为54年来的最暖年份，但年径流量不是最多，只有比多年平均径流量多3.69×108m3。虽然径流量的变化与降水没有太大关系，但是降水量的增加，使得冰川的积累量增加，夏季冰川融化，调节河流径流量。
4 结论
（1）近54年来，叶尔羌河最大径流量和最小径流量分别出现在1989年和1994年。在1997-2006年径流量最高值达70.87×108m3，比多年平均径流量多4.66×108m3，这时段也是全研究阶段最高值。变差系数为0.17；
（2）叶尔羌河多年径流量有不明显的增加趋势。说明叶尔羌河产流区（山区）人类活动对径流的影响不大。经过Mann-Kendall趋势检验，在0.05的显著性水平下叶尔羌河径流跃变显著。径流量以0.16×108m3/10a速度增加。卡群水文站年径流量发生突变年份为1995年，从这一年后径流呈明显的增多趋势；
（3）对叶尔羌河年径流量变化周期分析表明，卡群水文站表现为5a主周期。将来卡群站年径流量均明显的递增趋势，相对平稳。其中2022年出现一次丰水年，高于历年平均径流量的38.46%。
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关键词：环境空气；污染特征；资阳市
1 引言
随着经济的发展，城市化进程的加快，大气污染物排放量逐年增加，城市空气质量愈发恶化，成都平原地区尤为突出，大气污染成为中国日益突出的重要环境问题之一[1～4]。分析全国75个重点城市空气质量，其中颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5、臭氧、SO2和NO2是影响城市大气环境质量的主要污染物，并对生态环境和人体健康产生显著影响[5，6]。随着人民群众对环境保护的日益重视，环境空气质量的优劣成为人们重视的焦点，并逐渐被纳入各级政府的目标考核任务中[7]。
关于资阳市区大气污染物的研究较为缺乏。鉴于此， 笔者利用中国环境监测总站数据和资阳市环保局对外公开的监测数据进行了系统分析，研究了 2015 年资阳市区污染物浓度变化特征，以期为资阳市大气环境状况变化和与防控措施研究提供科学依据。
2 监测网络概况及数据来源
资阳市现有城市空气质量自动监测站5个，其中评价城市点4个，清洁对照点1个。上述城市点位均由国家环保部规范审批建设的国控站点组成，点位代表性良好，基本实现了资阳市城市区域全覆盖。统计数据均来自于中国环境监测总站数据和资阳市环保局空气质量年报。
3 结果分析
3.1 空气质量总体概况
2015年资阳市主城区空气质量参照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）要求O测，监测参数项目为二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（8 h平均值，O3）、颗粒物（粒径小于等于10 μm，PM10）和细颗粒物（粒径小于等于2.5 μm，PM2.5）六参数、年均值如表1所示，六参数中年均值除PM10和PM2.5均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中二级标准。
2015年资阳市主城区空气质量总体状况良好，其中优良天数为288 d，优良率为78.9%；轻度污染天数61 d，中度污染天数13 d，重度污染天数1 d，无严重污染天数，轻度污染及以上天数为75 d。如图1所示，2015年各首要污染物分布情况，其中PM2.5 污染天数72 d，PM10污染天数109 d，O3 污染天数119 d， O3为首要污染物天数最多，PM10次之，PM2.5最少。
由于资阳市在2014年前执行《环境空气质量标准》（GB3095-1996）标准，2014年以后执行《环境空气质量标准》（GB3095-2012）。2010～2014环境空气质量参照《环境空气质量标准》（GB3095-1996）标准监测，仅监测SO2，NO2，PM10三个参数。为了与资阳市历史空气质量数据统一比较，对2015年只统计三参数。如图2所示，SO2年均浓度值在2010～2013年逐年下降，2014年略有上升，2015年大幅下降，整体趋势呈下降趋势；NO2年均浓度值在2010～2011年逐年下降，2011～2013年逐年上升，2014～2015年大幅下降，整体呈下降趋势；PM10年均浓度值在2010～2013年逐年上升，2014年略有下降，2015年大幅上升，整体呈上升趋势。综上所述，资阳市环境空气质量整体情况不容乐观，尤其颗粒物PM10整体呈上升趋势，空气质量改善压力较大。
3.2 气候环境总体概况
由于资阳市地处成都平原，四季变化对大气质量影响很大，从气象特征看，资阳市冬季少雨多雾，静风和逆温天气频繁，而且光照较弱，日照时间短，该季节不利于大气污染物扩散和稀释，这是造成冬季污染较重的主要原因。夏季逆温天气较弱，太阳辐射强，温度高，大气对流活动旺盛，而且降水充足，对空气的污染物起到清除和冲刷作用，故而夏季污染较轻。如图3，汇总了资阳市近20年月平均降水量和月平均风速，资阳市月平均降水量较多的时间，集中于4～10月份，风速较大的时间集中在4～10月。
3.3 空气质量时间变化规律
一个城市的空气质量主要由两方面决定：一是本地污染源的排放及分布状况；二是当地大气及环境对污染物的扩散能力。本地污染源的状况在一定的季节和时间范围之内，由于地理环境下相对稳定而变化不大，而当地大气环境气候变化对各种污染物扩散能力影响很大。探讨不同时段各种污染物的变化特征，对于了解当地大气污染的变化趋势、制定污染预防措施具有重要意义。
3.3.1 空气主要污染物逐日变化情况
如图4所示，显示了2015年资阳市空气主要污染物SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3、CO日均浓度逐日变化趋势。
SO2日均浓度集中在7～119 μg/m3之间，远低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中SO2日均浓度150 μg/m3 ，且大部浓度值低于该值，没有高于该值的数据，SO2污染特征呈现“U”型变化，两头大中间小的状态，前半年SO2浓度逐渐降低，后半年浓度又逐渐上升。但从历史数据，如图2所示，资阳市SO2浓度的变化趋势为下降趋势。CO日均浓度集中在0.3～1.9 mg/m3之间，数据均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中CO日均浓度4 mg/m3 ，CO污染特征呈现 “U”型变化，两头大中间小的状态。SO2和CO全年高值大部分存在于上半年1～3月份和12月份。
PM2.5日均浓度集中在7～164 μg/m3之间，部分数据高于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中PM2.5日均浓度75 μg/m3 ，但大部浓度值低于该值，高于该值的监测数据有51 d，PM2.5污染特征呈现“U”型变化，两头大中间小的状态，前半年PM2.5日均浓度逐渐降低，后半年日均浓度又逐渐上升。PM10日均浓度集中在25～239 μg/m3之间，部分数据高于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中PM2.5日均浓度150 μg/m3 ，但大部浓度值低于该值，高于该值的监测数据有31 d，PM10污染特征呈现“U”型变化，两头大中间小的状态，前半年PM10日均浓度逐渐降低，后半年日均浓度又逐渐上升。PM2.5和PM10，全年高值存在于上半年1～4月份和12月份之间。但从图2历史数据分析，颗粒物PM10整体呈上升趋势。从气候原因分析，1～4月份和12月份是资阳市全年平均降水量和平均风速较小的时间段，气候条件不利于PM10和PM2.5的扩散和稀释[8～10]。
NO2日均浓度集中在7～49 μg/m3之间，数据均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中NO2日均浓度80 μg/m3 ，NO2污染特征呈现 “U”型变化，两头大中间小的状态，全年高值大部分存在于上半年1～4月份。但是从图2历史数据分析， NO2整体呈下降趋势。O3日均浓度集中在18～212 μg/m3之间，部分数据高于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中O3日均浓度160 μg/m3 ，高于该值的监测数据有31 d。O3污染特征呈现倒“U”型变化，两头小中间大的状态，全年高值大部分存在于3～10月份。由于O3浓度和日照以及气温关系很大，而3～10月份是资阳市日照时间变长和气温升高的时间段[11，12]。
3.3.2 空气主要污染物逐月变化情况
如图5所示，显示了2015年资阳市空气主要污染物SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3月均浓度逐月变化趋势，由于 CO月均浓度变化在0.8～1.6 mg/m3之间，变化幅度不大，没有列入Ρ取
由图5可以看出，2015年SO2最小月均值在10月和11月，最大月均值2月份；1～4月份全年较高，5～11月变化幅度不大，12月份小幅升高，从全年整体看SO2月均浓度呈现先降低后升高的趋势。2015年NO2最小月均值在6月，最大月均值1月份；1～4月份全年较高，5-9月变化幅度不大，10～12月份小幅升高，从全年整体看NO2月均浓度呈现先降低后升高的趋势。2015年O3最小月均值在11月，最大月均值4月份；4～8月份全年较高，从全年整体看O3月均浓度呈现“倒U型”趋势，即先升高后降低。2015年PM2.5最小月均值在9月，最大月均值1月份；4～9月份全年较低，从全年整体看PM2.5月均浓度呈现U型趋势，即先降低后升高。2015年PM10最小月均值在9月，最大月均值1月份；6～9月份全年较低，从全年整体看PM10月均浓度呈现“U型”趋势，即先降低后升高。
如图6所示，显示了2015年资阳市空气主要污染物PM2.5/PM10月均比值逐月变化趋势。PM2.5/PM10月均比值整体呈现“U型”趋势，全年最低值在6月份，最高值在1月份，基本趋势为先降低后升高。 其中1～3月PM2.5/PM10月均比值大于0.5，说明PM2.5占比较大；3月以后PM2.5/PM10月均比值小于0.5，说明PM10占比较大，全年整体PM10占比较大，颗粒物PM10污染较重。
3.3.3 空气主要污染物季节变化情况
如图7所示，显示了2015年资阳市空气主要污染物SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3月均浓度逐季变化趋势，以通用天文季节与气候季节相结合来划分四季。 即3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12、1、2月为冬季。各污染物季节变化趋势明显，除O3外呈现春冬季节高，夏秋季节低，除NO2外四季浓度变化波动较大。
SO2春冬季节浓度远高于夏秋浓度，全年趋势明显，全年冬季浓度最高，夏季浓度最低，冬季浓度值约为夏季的2倍。这主要是由于SO2大部分来源于化石燃料燃烧，冬季的燃煤取暖、露天烧烤、工业用煤会导致SO2等污染物的大量排放，而夏季燃烧源较少且降水较多，使得SO2浓度降低。
O3春夏季节高于秋冬季节，全年春季浓度最高，波动幅度较大，春季浓度值约为冬季的1.6倍. 这是因为秋冬季节在太阳光强减弱的影响下，生成臭氧的光化学反应能力降低，使得秋冬季节臭氧浓度明显下降，远低于光照较强的春夏季节。
NO2春冬季节高于夏秋季节，与臭氧的变化特征相反，夏季资阳市市区的NO2浓度最低，秋冬季节逐渐升高. 这种变化趋势与秋冬季节臭氧浓度降低导致消耗的氮氧化物减少有关，另外，夏季大气对流较强且降水多，有利于污染物的扩散和消除，而秋季秸秆等生物质焚烧在一定程度上也会增加污染物的排放。
资阳市空气中PM2.5和PM10整体污染水平不高。PM2.5春冬季节浓度远高于夏秋浓度，全年冬季浓度度最高，变化幅度较大； PM10春冬季节浓度远高于夏秋浓度，全年冬季浓度最高，变化幅度较大，这是由于春冬季沙尘天气较为频发，且天气相对干燥，风速大于夏秋季节，导致地面扬尘增加，PM10浓度较高。
虽然影响污染物浓度的因素多且复杂，污染物浓度随时间不断波动变化，但除臭氧外，其余五项污染物的变化表现出明显的季节变化特征，都呈现出“U”型分布，即春、冬季的污染程度要重于夏、秋季。由于影响因素不同，臭氧与其余五项污染物的变化趋势正好相反，但也具有明显的季节变化规律。结合各项污染物全年变化情况，8月和9月是一年中资阳市市区空气质量最好的月份，这与资阳市历年气象条件影响基本一致。
4 结论与对策
（1）2015年Y阳市主城区空气质量总体状况良好，其中优良天数为288 d，优良率为78.9%；轻度污染及以上天数为75 d。全年各首要污染物O3为首要污染物天数最多，PM10次之，PM2.5最少。SO2、CO 和NO2年均浓度达到国家二级标准，其余三项污染物浓度超标。
（2）根据各项污染物的逐日变化可以发现，除O3外，其余五项污染物浓度全年呈“U”型分布。3～10月份臭氧浓度较高，SO2和NO2在1～4月和12月浓度较高，PM10和PM2.5浓度在1～4月份和12月份较高，超标现象集中在上述时间段，其中PM10超标31 d，PM2.5超标51 d。
（3）各种污染物均表现出了季节变化的特征，总体呈“U”型分布。臭氧浓度春、夏季要明显高于秋、冬季，春季浓度约为冬季浓度的1.6倍。NO2季节变化幅度较小，夏季浓度值最低。SO2浓度季节变化较大，冬季的浓度最高，秋季浓度最低。PM2.5浓度最高的为冬季，春季浓度高于秋季，夏季浓度最低。而PM10浓度冬季最高，较为明显的高于其它3 个季节，春季浓度次之，夏季最低。
（4）针对三大首要污染物PM2.5、PM10和臭氧，PM2.5和PM10作为主要影响因子，需要尽快完成源解析工作，提高污染防治针对性，此外，PM2.5/PM10大部分比值低于0.6，说明大颗粒物PM10比重占比很大，污染较重，须坚持道路扬尘和工地污染源等治理。对O3要加快建立规范可靠的臭氧量值溯源体系，掌握臭氧来源及分布规律是下一步臭氧污染治理的基础。
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Analysis on the Air Quality and Pollution Characteristics
in Main Urban Areain Ziyang City
Bu Xingbing1， Pan Dun2， Wang Huizhen3
（1.Sichuan ProvincialEnvironmental Monitoring Station， Chengdu，Sichuan 610041， China；
2.Chengdu Third People’s Hospital，Chengdu，Sichuan 610031， China；
3.Universityof Xihua， Chengdu，Sichuan 610039，China）
关键词：环境；气候；节能；
建筑物节能降耗的技术措施很多，但哪种最合理、经济、有效？我觉得基于环境、气候条件的节能技术、措施是比较合理、经济有效的。我们在设计广州市萝岗区凯达楼这一项目时在这一方面作了深入研究。
1、设计任务解读：
凯达楼位于广州市萝岗中心区西南部，是该区十三个执法部门的联合办公用房。项目周边绿化很好，可建设用地面积25642㎡。任务书要求容积率30%。萝岗区作为广州的一个新区，业主在制定能源可持续发展规划时提出把该区打造成绿色环保、可持续发展的生态新区。在设计任务书明确提出要将萝岗中心区打造成一个生态型、环保节能型的新区，凯达楼就位于新区中。
我们从节能的角度分析，本项目要做一个体量分散的方案，而非一个高大体量、集中式建筑物。因为高大体量、集中式建筑物势必消耗更多能量，对节能环保不利。
2、环境、气候条件分析：
我们在拿到任务书后，首先分析了广州市的气候环境。广州位于我国东部沿海，在热工分区上属于夏热冬暖地区，南亚热带季风性海洋气候，东南向季风明显，冬夏室外风速比较高；太阳高度角大，太阳辐射强烈，冬季日照率51%，夏季日照度30%；最冷月平均干球温度13.3℃，最热月平均温度28.4℃，极端最高温度38.7℃。广州地区夏季时间长，但炎热时间比较短。冬季最冷月平均温度在10℃以上，根本不用采暖，相对湿度在70%以上，长年湿度大，气温的年较差和日较差都小，雨量充沛。再者从广州的风玫瑰图（如图1）可以看出广州夏季6、7、8月份主要风向为东南风。对于利用自然通风是有利条件。为减少能耗，夏季防热，遮阳、保温、通风是该项目需要重点考虑的。
然后分析了建筑物所处的环境。从卫星图上可以看出，基地周边环境绿化很好。东西为山岗，南面地势较低较平，北面为山。这种地形有利于引导风南北对流。如图1、2所示
3、节能技术措施的形成过程：
首先我们分析了当前很多已建项目节能设计存在的问题：建筑规划上欠合理，建筑物四周绿化面积少，没有充分考虑环境绿化对建筑物室内热舒适的影响，严重影响室内热舒适性；许多建筑隔热措施不够，年代稍久的建筑外墙大多为180㎜粘土砖墙，这样的围护结构难以建立一个舒适的室内热环境；由于受到市场经济大潮影响，建筑设计上重美观轻隔热，片面追求豪华，墙体外维护结构很多采用玻璃幕墙，忽视了太阳辐射和室外气温对室内环境热舒适的影响；没选择合适的体形系数及窗墙比，如高层建筑，窗墙比往往过大等。我们的节能设计要避免这些问题。我们采取如下措施：
在规划层面：针对气候和环境条件中季风明显，利用好以自然通风。自然通风利用风压、热压产生的空气流动，达到带走室内热量，降低室内温度的目的，不仅能改善空气品质，又能大幅减少空调能耗，减少污染，提高热舒适度，因此自然通风是比较经济而又成熟的降温方式，成为广泛采用的生态节能技术措施。
从范围上可分为小区自然通风组织和室内自然通风组织，其中建筑规划布局是组织良好自然通风的先决条件。基于以上分析，我们在总体构思时结合地形地貌，充分考虑基地周围的环境条件及与周围建筑的关系，将建筑物分散为三部分，分别为凯达楼（一）、凯达楼（二）、凯达楼（三）（以下简称凯一、凯二、凯三。凯一主要功能是办公，凯二主要功能是食堂，凯三主要功能是车库。）并且合理选择建筑的朝向和窗墙面积比。将凯一分为三个板式塔楼，顺应山体的山势条状排列，这样很好地利用了自然风；地上一至六层，部分地下一层。凯二靠山边布置，地上四层，第一层部分半地下布置。凯三半地下布置。其中凯三的半地下布置，既减少了能耗又不会阻挡凯一、凯二自然通风。如图2所示
再者将建筑物体型尽量做到简单，凯一体型系数控制在较小值0.260；建筑平面上室内空间通过门厅、内庭院、休息廊等空间形式引入穿堂风；这样减少了建筑物得热、加强了散热。（如图3所示）同时凯三的屋顶绿化增加了整个区域的绿地率，为凯一、凯二提供了较好的室外热舒适性条件，且在凯三适当部位布置采光井节省照明能耗。
规划完成后做了建筑风环境分析，分析结果如图4示（2）。从分析结果可以看出整个建筑物通风条件是极好的。
业主委托华南理工大学做了个节能研究。其研究结果如下：外窗节能措施对总节能率的贡献为84.5%，外墙节能措施对总节能率的贡献为12.4%，屋顶节能措施对总节能率的贡献为3.1%。针对这一研究结果我们采取了如下措施：
首先对于外窗这一“耗能大户”：设计了高效的遮阳体系。太阳的辐射能是夏季空调的主要负荷，而建筑外窗是太阳辐射透入室内的主要部分之一，外窗遮阳对降低建筑能耗，提高室内居住舒适性有显著的效果。有模拟数据表明，当外窗综合遮阳系数从0.9降低到0.3时，建筑制冷能耗降低了整整30%。凯一采用了深凹进去的窗及不锈钢遮阳板、凯二采用了深挑檐加水平和竖向遮阳百页的隔热遮阳措施，减少太阳辐射热。如图6、7所示。外窗选用中空6+9+6厚蓝灰色LOW—E中空玻璃，并且可开启面积大于30%。
外墙采用200厚加气混凝土块墙，外面干挂石材，增强围护结构的保温、隔热性能。
对于屋面：据相关测算由于广州地区夏季日照时间长，太阳辐射强度大，通常水平屋面外表面的空气综合温度达到60～80℃，顶层室内温度比其下层室内温度要高出3～5℃。因此，提高屋面的保温隔热性能，对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要，这也是减少空调耗能，改善室内热环境的一个重要措施。
针对常规屋面传热系数大的缺点，本项目屋顶采用了30厚聚苯板保温层，其上设置绿化种植屋面，这种种植屋面具有良好的夏季隔热、冬季保温特性和较好的热稳定性，可以防夏季辐射热。
4、节能措施效果分析：
通过上述处理后再节能计算，参照建筑物空调年耗电量指标 Ec为71.4 kw.h/m2，本工程空调年耗电量指标 Ec为69.0kw.h/m2，符合公共建筑节能技术规范，达到节能50%的目标（2）。上述指标是在外窗采用一般铝合金框情况下的计算数值，若采用断热铝合金框节能效果肯定会更加明显。但由于断热铝合金造价高的原因，本工程采用了一般铝合金不能不说是一种遗憾。
5、结语
本项目由于具备合理、经济、有效的节能措施，与自然环境良好结合，而获得2011年度国家勘察设计协会优秀设计三等奖。建筑节能工作是一个复杂庞大的系统工程，需要方方面面的相互协调配合、深入研究、共同努力才能实现，不能指望“一招制胜”。节能建筑也不是各种新技术和新设备的“堆砌物”。要基于项目所在地区的气候条件、环境特点，进行模拟分析和综合优化设计，才能制定出合理、经济、有效的节能措施。
参考文献
关键词 气温；降水量；变化；特征；吉林和龙；1961―2010年
中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）13-0301-03
IPCC第五次报告指出，过去的130年全球升温0.85 ℃，温度升高将导致冰川减少、海平面上升，一系列的连锁反应带来的是极端天气的增加，已经严重威胁了人类的生存[1]。诸多研究表明，我国也是气温升高较明显的国家之一[2-4]，贺伟等对东北地区的气温和降水研究表明：1961―2005年东北地区年平均气温呈显著上升趋势，气候倾向率为0.38 ℃/10年。降水整体呈现减少趋势，气候倾向率为-5.71/10年[5]。王江山等分析了气候变暖和农业的关系，指出气候变暖增加了农业生产的不稳定性、导致某些极端天气气候事件频发、农业受损严重，农业生产布局、结构、生产条件变化，更增大了农业生产的脆弱性[6]。和龙市位于吉林省东南部，长白山东麓，境内地貌多山区、丘陵、台地、谷地、河谷平原，总面积5 069 km2，农作物（玉米、水稻）的耕作面积仅占全市总面积的5%左右，却供养着全市23万人，在全球、全国气候变暖的大背景下，分析和龙市的气候变化特征十分必要。
历史经验证明，人类的经济和社会的发展，如果顺应气候变化规律，就能推动社会发展，有利于完成各项活动，在不同的天气、气候条件下，做到顺天时、量地利，获得最大的经济效益和社会效益。本文对1961―2010年和龙市的气温和降水数据进行整理分析，找出其中的规律性，为今后的短期气候预测和服务“三农”提供参考依据，为指导农业生产和服务地方经济贡献绵薄之力。
1 资料与方法
1.1 资料来源
本文选用1961―2010年和龙市的平均气温和降水量数据，资料来源于和龙市气象站近50年资料，选用的平均气温和降水数据已经通过了代表性、准确性和比较性的检验。本文对四季的划分遵照气象学常规的定义：春季（3―5月）、夏季（6―8月）、秋季（9―11月）、冬季（12月至翌年2月）。
1.2 研究方法
1.2.1 温度与降水的趋势分析。利用一元线性方程对温度、降水数据进行趋势分析，方程为：
■i=a+bti（1）
式（1）中，用xi表示样本量为n的某一气候变量，ti表示所对应的时刻，建立xi与ti之间的一元线性回归方程。a为回归常数，b为回归系数，即气候倾向值。
1.2.2 突变分析检验。利用累积距平和Mann-Kendall方法结合对数据进行突变分析检验，Mann-Kendall方法的优点是不需要遵从一定的分布，且不受异常值的干扰，结合累积距平法使突变分析更直观。其公式分别如下：
累积距平算法：对序列x，其某一时刻t的累积距平表示为：
■t=■（xi-x）（t=1，2，…，n）（2）
其中，
x=■■xi（3）
Sk=■ri（k=2，3，…，n）（4）
式（4）中，当xi>xj时，ri=+1，当xi
UFk=■（k=1，2，…，n）（5）
式（5）中：UF1=0，Var（Sk）、E（Sk）是累计量Sk的均值和方差，在x1、x2、…、xn相互独立，且有相同连续分布时，可得出：
E（Sk）=n（n-1）/4
Var（Sk）=n（n-1）（2n+5）/72
1.2.3 周期分析。利用目前广泛使用的小波分析对数据进行周期分析。
2 结果与分析
2.1 气候年变化趋势
2.1.1 气温变化趋势。通过对1961―2010年气温数据进行分析可知（图1a），和龙市50年来平均气温呈上升趋势，气候倾向率为0.234 ℃/10年，相关系数通过了0.025的显著性水平检验，其上升速率低于东北地区年平均气温的增长速率[5]。和龙市50年间的年气温平均值为5.2 ℃，20世纪60年代初期气温明显偏低，气温以1985年为分水岭，1961―1985年的气温偏低，但气温总体仍然呈上升趋势，气候倾向率为0.087/10年，25年中共计6年气温高于本市的年气温均值、17年气温低于50年气温均值；1986―2010年的气温偏高，气候倾向率为0.246/（10年・℃），其中仅4年的年气温略低于50年气温均值，说明自1986年开始和龙市气温偏高明显。
2.1.2 降水变化趋势。通过对1961―2010年降水量数据分析可知（图1b），近 50年和龙市降水量变化基本平稳，总体呈增加趋势，气候倾向率为6.097 mm/10年。和龙市年均降水量为547 mm，降水以1983年为分水岭，1961―1983年降水量偏少明显，降水呈减少趋势，气候倾向率为-61.576 mm/10年，1973―1983年为降水量偏少最明显，且1980年年降水量下降到历史最低点；1984―2010年降水量较前期（1961―1983年）增多明显，但整体趋势仍呈现下降，气候倾向率为-40.173 mm/10年，1986―1995年的降水量偏多明显，1995年降水量达到历史最高点。
2.2 气候季节变化趋势
2.2.1 气温季节变化趋势。和龙市气温总体呈上升趋势，但四季的平均气温变化幅度不同（表1），对气温上升趋势的贡献不同。春季升温趋势不明显，总体仍呈上升趋势，气候倾向率为0.1 ℃/10年，20世纪90年代春季气温回升最明显，21世纪00年代春季气温下降趋势最明显；夏季气温较为平稳，略有上升，气候倾向率为为0.01 ℃/10年，20世纪90年代气温上升趋势明显，60年代气温下降趋势明显；秋季气温呈上升趋势，气候倾向率为0.24 ℃/10年，其中80年代气温回升趋势最明显，气候倾向率为1.45 ℃/10年。冬季气温上升趋势最明显，气候倾向率为0.52 ℃/10年，明显高于年气温的涨幅趋势，在80年代冬季气温回升最明显，气候倾向率为1.96 ℃/10年。50年来和龙冬季气温上升了2.6 ℃，对气温整体回升的贡献最大，其次为秋季。这与虞海燕等关于中国不同区域季节气温的研究结果略有不同[6]，冬季对东北地区增暖贡献最大，其次为春季，分歧主要出现在和龙市秋季增温贡献大于春季，可能与和龙市地处长白山区，境内多丘陵、盆地、山区、谷地和河谷平原等地貌有关。
2.2.2 降水季节变化趋势。由和龙地区四季的降水趋势（表1）可知，春季降水量呈上升趋势，气候倾向率为4.73 mm/10年，在20世纪70―80年代春季降水量呈下降趋势，在剧烈波动中下降，进入2000年以后快速上升；夏季降水基本平稳，整体呈现下降趋势，气候倾向率为-0.22 mm/10年，其中20世纪70年代、21世纪00年代下降趋势最明显，10年间降水量分别累积下降了130.7 mm，其他年代也不同程度地呈下降趋势；秋季降水整体呈现上升趋势，气候倾向率为0.6 mm/10年，其中20世纪60―70年代呈现下降趋势，70年代气候倾向率达到了-14.17 mm/年，在80年代开始秋季降水呈现上升趋势；冬季由于降水性质决定降水量是四季中最少的，在过去的50年冬季降水整体呈上升趋势，气候倾向率为0.99 mm/10年，对降水整体呈上升趋势的贡献列第2位。
2.3 气候突变分析
2.3.1 气温突变分析。利用累积距平和Mann-Kendall方法对气温数据进行处理，从累积距平（图2a）来看，1961―1989年年平均气温累积距平曲线整体呈下降趋势，表示有负距平值，1990―2010年平均气温累积距平曲线整体呈上升趋势，表示有正距平值，其中1986―1991年累积距平曲线波动明显，气温下降到最低点，自1986年开始气候回升趋势较为明显。从Mann-Kendall分析图（图2b）来看，在±1.96的临界区域内，UF值>0，呈上升趋势，UF线与UB线的在临界区域内的交点在1961年和2007年，可以认为这2年为气候突变年。2种方法结合说明和龙市50年气温基本没有发生突变。
2.3.2 降水突变分析。利用累积距平和Mann-Kendall方法对气温数据进行处理，从累积距平（图3a）来看，1961―1983年年累积距平曲线整体呈下降趋势，表示有负距平值，1984―2010年降水累积距平曲线整体呈上升趋势，表示有正距平值，其中1981―1986年、2001―2006年累积距平曲线波动明显，降水下降到最低点和上升到最高点，其间可能是气候突变年份。从Mann-Kendall对降水数据的分析图（图3b）来看，UF线和UB线相交于1983年、2003年，且交点在临界区域之内，那么此年可能是降水突变开始时间。结合2种方法基本可确定1983年、2003年为和龙市降水突变开始时间。
2.4 周期分析
2.4.1 气温的周期分析。前面分析表明，和龙市气温在各个季节存在不同时间尺度变化特征，为了进一步分析气温的变化特征，本文利用Morlet小波分析方法对气温数据进行统计，小波分析不仅可以给出气候序列变化尺度，还可以给出变化的时间位置。和龙市气温存在多时间周期尺度变化（图4a），存在4、7、11、16年的周期变化，在4年的周期变化里存在1963―1965年、1968―1971年、1979―1981年的气温偏低期；在7年的周期变化里存在1969―1972年的气温偏低年；在11年的周期变化里存在1983―1987年的气温偏低年。在7、11、16年的周期变化中，2005―2010年周期振荡的等值线里均存在未闭合的等值线，表明未来的几年温度变化将在波动中保持升温趋势。
2.4.2 降水的周期分析。通过前面对降水数据的分析表明，降水存在不同时间尺度的变化特征，进一步利用Morlet小波对降水时间周期变化特征进行分析（图4b），和龙市降水也存在4、7、11、16年的周期变化，降水在准11年的周期变化里存在1963―1970年、1975―1981年、1988―1993年、2003―2009年的降水偏少年，2009―2010年在11年和16年的周期振荡的等值线里均存在未闭合的等值线，在11年的周期变化里，降水偏少年份基本结束，将迎来降水偏多的年份，这与2012―2013年和龙市降水量偏多的实况非常吻合。
3 结论
研究结果表明，1961―2010年和龙市平均气温呈上升趋势，其中20世纪80年代增温趋势最明显，四季平均气温趋势与年变化一致，但各个季节增温趋势程度不同，冬季最强，对气候变暖的贡献率最大，其次为秋季。
1961―2010年和龙市降水量基本平稳，略有上升，降水
在20世纪80年代上升趋势最明显，四季降水的年变化趋势也略有不同，夏季降水略有下降趋势，春季、秋季、冬季呈上升趋势，春季上升趋势最明显，对年降水呈上升趋势的贡献率最大[7-8]。
从气温和降水突变分析来看，和龙市50年来的气温没有发生突变，在波动中持续上升；降水经历了1983年由少到多、2003年由多到少的突变。从周期分析来看，气温和降水均存在4、7、11、16年的周期变化。
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[6] 虞海燕，刘树华，赵娜，等.1951―2009年中国不同区域气温和降水量变化特征[J].气象与环境学报，2011（4）：1-11.
气候变暖不仅仅加剧了病虫害的危害，更加速了病虫害种类数量的增加。以水稻、小麦农作物植物的螟虫和稻瘟。在20世纪50年代较为猖獗，之后10a危害逐渐减弱。但是，近年来随着气候的变暖，螟虫的数量又在逐渐增大。而且出现了新型病虫害稻飞虱。有关数据显示，我国从20世纪90年代以来，连续出现了12个季节性变暖。季节性变暖不仅能够降低病虫害的死亡率，还会增加冬季的病虫害数量，从而危害到农业生产。在季节性变暖期间，病虫害危害也达到了最高值。例如，河南省冬季蝗卵密度是常年的2.3倍，广东地区的短翅型褐飞虱数量急速增加。除季节性变暖外，暖春、炎夏等季节的病虫害危害也在逐渐加剧。
2季节性变暖对中国农作物病虫害的影响
2.1缩短病虫害越冬周期，加快病虫害繁殖周期
有关数据显示，全球气候变暖，导致我国多年来呈季节性变暖趋势。季节性变暖现象的出现会改变冬季的低温状态，缩短冬季时间，从而降低病虫害的死亡率，加快病虫害的繁殖，危害我国农业生产。首先，季节性变暖能够使病菌的越冬时间延迟，尤其是会延长冬季病菌的繁殖时间，增加菌源基数。实践证明，季节性变暖导致病菌的繁殖、感染率相比于常年能够增加50%。譬如2006年，河南省许昌市冬季温度平均比往年高3℃左右，12月中旬小麦纹枯病病株率比往年高7.2%左右。而且季节性变暖的病虫害存活率能够达到往年的2倍。其次，季节性变暖会是病虫害的发生期、危害期提前。有关调查显示，小麦病虫害的发生期相比于往年能够提前20d。而且季节性变暖还会造成病虫害区域的迁移。
2.2季节性变暖会造成病虫害的界限北移
众所周知，北方冬季并不适合病虫害的生存。但是，气候变暖则会使南北的冬季温度差异缩小，从而促使病虫害逐渐向北方迁移，这会加剧我国农作物病虫害的危害。加之季节性变暖会使病虫害的生存率提高，这对于主要的农作物种植区域——北方平原来说并非是件好事。有关数据显示，季节性变暖会造成稻飞虱向北迁移3个纬度左右，小麦条锈病的越冬海拔升高200米左右。这也就意味着在一些病虫害无法越冬的地区也会发生病虫害。例如，1979年褐飞虱虫卵在29°N附近地区的游草和再生稻上也能够繁殖，这不仅会加重我国农作物病虫害的防治难度，还会影响我国农作物的产量。另外，界限北移会加重农作物病虫害的危害，加快农作物的繁殖数量。一旦病虫害的危害加剧，会严重危害我国农业经济的发展。
2.3季节性变暖会加剧暖春、炎夏季节的病虫害危害
季节性变暖并非只是暖冬。气候变暖还会使炎夏持续时间变长、温度升高，同时也会造成春季的提前来临，从而使病虫害的生长周期延长。有关调查显示，暖冬和暖春都会造成病虫害初发期提前。而且持续性的暖春还会造成病虫害的时段性衰减。比如，禾谷缢管蚜在高湿阶段还会演变成为优势种群。另外，炎夏的高温会影响到病虫害的繁殖，延长病虫害的繁殖期。而夏季的延长意味着凉夏周期的延长，会加剧病虫害的生长。总的来说，季节性变暖会使中国气候向利于病虫害爆发、危害加剧的方向发展，从而影响我国农业经济的发展。为此，若要避免季节性变暖对农作物病虫害的影响，应当从我国农作物种类、农业布局等方面入手，才能做好农作病虫害的防治工作，促进我国农业发展。
3结语
关键词：地源热泵，全生命周期成本， 约当年均成本，敏感性分析
1 引言
地源热泵是一种利用浅层土壤中的能量进行采暖制冷的空调技术。浅层地温能，通常是指地表以下一定深度范围内（一般为小于400m埋深）的低温热资源，它的热源主要来自太阳能。它利用地下土壤常年温度相对稳定（约16℃～18℃），巨大的蓄热蓄冷的能力，通过埋入土壤中的地埋管换热器与所需能源的建筑物进行热交换。冬季将土壤中的热量取出对建筑物供暖，夏季则将建筑物内的热量排放至地下对建筑物进行降温，在一个年度里实现土壤热平衡。
常见的3种形式分别为地下水源热泵，地表水源热泵和土壤源热泵。土壤源热泵为闭式循环系统，不需开采地下水，所以不会对地表土壤和地下水造成任何污染，而且，地下水和地表水源热泵受到自然地理条件的限制，有一定的局限性。所以，土壤源热泵是目前发展最为成熟，性能最为可靠的地源热泵系统。 另外，土壤源热泵根据地下埋管热交换器不同的敷设方式，主要分为水平埋管与垂直埋管两种形式。由于垂直埋管占用的土地面积较少，所以这一埋管方式在我国得到最多的应用。本文在此仅分析垂直地埋管热泵系统，下文中简称地源热泵。
2经济评价方法及参数
地源热泵一机多用，可满足制冷和采暖需要，同时它使用电力，工作工程中无污染排放，不直接向周围大气环境排热，没有热岛效应。同时，地源热泵利用地表浅层地能， 其温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高而且使热泵机组运行更可靠和稳定。目前地源热泵在许多国家已经得到普遍的应用，在我国一些经济发达城市已建立了地源热泵示范工程和应用， 但是在中西部地区应用的较少，投资者对地源热泵的经济性还缺乏了解， 所以对地源热泵进行技术经济分析以及各种方案的比较很有必要. 因此，本文以西安地区某住宅项目为例结合经济性评价方法，对传统空调系统和地源热泵系统等几种投资方案进行技术经济性分析。为了对地源热泵系统进行科学合理的经济性评价，本文主要采用的经济性指标和评估方法主要有以下两点。
（1）项目生命周期成本（TTLC），年成本（EAC）。
（2）净现值（NPV），内部收益率法（IRR），投资回收期（PB）和折现回收期法（DPB）。
主要经济参数[1]
（1）全生命周期成本（TLCC）
全生命周期成本通常被用来评估2个或几个在寿命和投资上都不同的项目。计算公式如下，它考虑资本的时间价值，把生命周期N年中的现金流贴现到第1年初，并用该值等价为项目全生命周期成本。
式中，N为评价周期或者项目寿命，DR为贴现率，Cn为总成本，包含了财务成本，初投资和年运行总成本。其中，初投资指供整个系统各部分投资之和， 包括有：设备购置费、安装费以及运输费用等，而年运行总成本：指系统运行能耗费用，设备折旧费用和维修费、大修费等。
（2）约当年均成本法（Equivalent Annual Cost，EAC）[2]
约当年均成本法是上面计算的总生命周期成本（TLCC）等价成一个N年期的年金，从而得到的年金金额即为约当年均成本等价年。约当年均成本法被用于项目之间的比较，特别是当项目寿命不同。
EAC=TLCC X ACF
式中，n为评价周期或者项目寿命，DR为贴现率
（3）净现值（Net Present Value NPV）[3]
净现值是指投资项目按基准收益率（ic）将各年的净现金流量折现到起点的现值代数和， 计算公式为：
式中，CI为现金流入；
CO为现金流出，
i c为基准收益率， 取i c =7% ；
根据上述定义，NPV（ic）=0表示达到所预定的收益率标准，而不是投资项目盈亏平衡，NPV（ic）>0则表示除保证获得预订的收益以外，还可获得更高收益；而NPV（ic）0，考虑接受项目，而NPV（ ic）
（4）内部收益率（Internal Rateof Return IRR）
内部收益率是使得净现值（NPV）等于零时的折现率。
（5）投资回收期法（Payback Period）又称“投资返本年限法”。投资回收期是指项目运行后的收益额用来收回项目总投资所需的时间，它反映了收回初始投资的速度的快慢。由于没有考虑资金的时间价值是一种静态分析法。
式中T为投资回收期，Ct为t时期的现金流入量，Co为初始投资额。
（6）折现回收期法（Discount Payback Period）是指将项目的未来收益折算为现值，使其等于期初投资，所计算出来的回收期。 它考虑了资金的时间价值。
式中，ic为基准收益率；Pt是需要计算的投资回收期
3经济性分析模型
现以西安地区住宅建筑项目为例，分别比较3种方案；方案一，城市管网集中采暖+夏季分体空调统，方案二，冷热源为锅炉+冷水机组，末端为风机盘管；方案三，地源热泵+风机盘管。通过能耗计算，初投资费用计算，来进行经济性评估。
3.1能耗计算
住宅建筑为例进行计算， 其建筑面积为8000m2，按建筑面积冷热指标估算冷热负荷，见下表1。
3.2初投资
初投资包含整个系统全部投资， 在项目中进行简化，以单位建筑面积造价进行各方案的比较和评估。本文基于项目经验估算各方案造价。方案一集中采暖和分体空调组成， 其中西安地区新建商品房集中采暖安装费约为230元/m2 。方案三能源侧的地源热泵系统由地下埋管换热器系统和机房设备构成。其中，地下埋管换热器系统中以60/m估算[4]。方案二和方案三末端系统相同为风机盘管，考虑其造价较高于分体空调。各方案初投资费用见表2。
3.3年能耗费用计算
3种方案能耗费用计算见下表3，方案一年能耗费用为27.1万元，方案二锅炉+冷水机组能耗费用为 18.2万，方案三年能耗费用为14.3万元。以方案一为基础方案，方案二锅炉+冷水机组系统相比方案一节约费用约30%，方案三地源热泵系统则比方案一节约费用高达47%。值得一提的是能耗计算中采用了平均运行系数夏季60%和冬季50%来估计系统夏季和冬季运行的平均能效比，得出地源热泵系统较之传统系统能耗费用节约47%。而文献[5]中根据实际项目调研分析得出了类似结果，运行费用相对与传统空调系统而言可以节约40.30%， 因此，以上估算方法偏差不大，在经济分析模型中具有一定的可靠性。
其中：
（1）以西安地区为例，采暖季为4个月，以24h计，则运行小时数为24x30x4=2880h，制冷季为3个月，以10h计，运行小时数为10x30x3=900h。
（2）计算采用西安居民阶梯电价， 见表4。
西安地区集中采暖费用居民为5.8元/m2/月，共计23.2元/m2/采暖季。
（4）西安地区燃气费用为2.3元/m3。
3.4汇总
考虑后期维护费用，初投资和年总运行费用汇总，见下表5。
4计算结果和分析
根据上节进行的能耗计算，初投资和年运行费用的计算， 对3个方案分别进行技术经济参数的计算， 每种方案分别计算投资及年总成本和相应供暖空调方案的现金流量表， 计算结果汇总如下。
4.1初投资差值和年运行成本收益
以方案一为基础方案，相比之下，方案二和方案三初投资差值分别为40万和56万，见图1。运行成本收益即相比于方案一，方案二和方案三所节省的运行费用分别为4.8万和12万元，见图2。
4.2全生命周期成本TLLC和约当年均成本 EAC
由于各个方案的寿命不同，需要同时计算全生命周期成本和约当年均成本。通常，分体空调寿命期为8～10年，取10年。冷水机组和燃气锅炉，寿命期均考虑为 15～25年，取20年，而地源热泵的寿命期为15～25年，地下埋管系统50年，简化和方便计算地源热泵系统寿命取20年。结果见图3图4。
由图3得出方案二的全生命周期成本最高，方案一和方案三地源热泵几乎一样。由图4得出方案三地源热泵系统的约当年均成本最低，方案一集中采暖+分体空调系统次之， 方案二锅炉和冷水机组最高。尽管方案二和方案三初投资均高于方案一（图1），且方案三地源热泵初投资还远高于方案二， 但是由于运行能耗成本的节省（图2）和更长的设备寿命更长，其约当年均成本均低于方案一，因此从生命周期成本和约当年均成本， 地源热泵项目均为最佳选择。
4.3 NPV
以基准收益率为7%考虑，方案一为基础方案，方案二锅炉+冷水机组系统较之基础方案运行费用节省收益为4.8万元/年，设备寿命周期为20年，而方案三地源热泵方案运行费用收益为11.95万元/年，设备寿命周期为20年。由此分别计算得出，方案二和方案三的NPV分别为11万元和70.7万元（图5），由此得出内部收益率IRR分别为3.1%和13%（图6），意味着锅炉+冷水机组系统的内部收益率远低于地源热泵系统。从NPV 和IRR 的经济性评估法得出，地源热泵项目优于传统的锅炉+冷水机组系统项目。
4.4投资回收期
如图7和图8 ，锅炉+冷水机组方案的投资回收期 SPB和折现回收期DPB分别约为8年和14年， 而地源热泵方案投资回收期SPB和折现回收期DPB分别约为5年和6年。
5 地源热泵系统净现值的敏感性分析
地源热泵方案的净现值的敏感性分析主要分析了四个因素-基准收益率，初投资，年维护成本和电价的变化对方案净现值的影响。随着这个四个因素的增加，NPV值越小。由图9可以得出在同等比例变化下，初投资和基准收益率对净现值结果影响最大，年维护成本和电价对NPV的影响最小。值得一提的是，国家正在大力推行绿色建筑评价标识，其中地源热泵是其中1个重要评价指标之一。根据文献[6]， 二星绿色建筑绿色补贴为45元/m2， 简单计算得出地源热泵初投资差值会从56万元降至20万元，则相应的折现回收期DPB仅为2年（图10），因此，大大提高了地源热泵项目的经济性。
6结语
通过以上经济评估指标分析，可以得出地源热泵方案全生命周期成本和集中采暖+分体空调系统几乎一样，而约当年均成本均低于此方案以及锅炉+冷水机组方案。此外，较之锅炉+冷水机组方案，地源热泵项目有着较高的净现值和内部收益率，更短的投资回收期，因此地源热泵方案在西安地区有着良好的经济效益。并且，通过各因素的敏感性分析得出初投资是影响地源热泵项目经济性的最重要的影响因素。随着地源热泵技术的越来越成熟，设备成本逐渐下降，另外加上环保节能绿色建筑的推行和补贴，地源热泵将会显示出更良好的经济性效益。需要指出的是，以上分析还存在着不足之处，在计算过程中进行了简化，成本分析不够全面，例如未考虑设备折旧成本等因素，需要进一步的完善。但是，本文建立了经济分析的模型，结合具体项目实际情况，帮助投资者进行地源热泵项目决策，从而推动地源热泵项目在中西部地区的更进一步的开展。
参考文献
[1] Cato， M.S.， （2009） Green economics： an introduction to theory， policy and practice， Earthscan.
[2]曹等著.金融分析原理及用.械工出版社，2010.07
[3]李新国， 赵军， 朱强 2001年地源热泵供暖空调的经济性 太阳能学报 2001年10月， Vol 22， No 4.
[4]许淑惠，邢云绯 地源热泵供热空调特性及技术经济分析北京建筑工程学院学报第 18 卷 第 4 期
