哈尔滨市采暖气候条件变化研究

覃 雪,陈 莉,方丽娟,万琳琳

(哈尔滨市气象局，黑龙江 哈尔滨150028）

1 引言

近年来，我国用于建筑供暖、通风和空调等的建筑能耗占总能耗的20%-25%，特别是东北地区采暖能耗占建筑能耗50%以上， 而且通常也是这部分能耗浪费最多，同时节能潜力也大。 供暖能耗与采暖期间的室外平均气温关系密切，气温越低，供暖需求越大，反之亦然。 根据《采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)》规定，设计计算用采暖期天数，应按累年日平均温度稳定低于或等于采暖室外临界温度的总日数确定。 其中采暖室外临界温度的选取，一般民用建筑和工业建筑，宜采用5 ℃。因此，本文采暖初终日为稳定通过5 ℃日期。 采暖强度为暖通行业通常采用的室内计算温度18 ℃与室外逐日平均气温的差进行累加得到。 文中提到的年份， 如2012年，为2012-2013年采暖期。

2 采暖期平均气温的变化特征

哈尔滨1951-2012年采暖期平均气温为-8.8℃。 采暖期平均气温序列均呈现升温趋势，变化速率为0.12 ℃/10 a，趋势系数为0.1693，升温趋势没有通过0.05 显著性检验（图1）。 哈尔滨采暖期平均气温的变化速率远小于冬季（12月-翌年2月）平均气温的变化速率，这说明哈尔滨后秋、前春的气温升温趋势不明显。

图1 1951-2012年哈尔滨采暖期温度距平变化趋势图(黑线为温度距平，灰线为5 a 滑动平均)

1951-2012年，哈尔滨采暖期平均气温距平偏高超过1 个标准差的有6 a， 分别是1958、1989、1997、2001、2006 和2007年，其中1958年采暖期平均气温最高，距平为1.9 个标准差。 采暖期平均气温偏低超过1 个标准差的有15 a， 分别是1952、1956、1962、1964、1965、1967、1969、1972、1974、1976、1983、1993、2000、2009、2012年，其中最冷的是1956年，距平偏低超过2.5 个标准差。 值得一提的是，2000年以来的13 a 间，有3 a 平均气温偏低，尤其是2000年和2012年，负距平为2.5 个和1.9 个标准差，偏冷程度居62 a 来第2、5 位。

图2 1951-2012年哈尔滨采暖期平均气温MK 检验曲线（实线为UF，虚线为UB）

从MK 突变分析（图2）可知，哈尔滨采暖期平均气温序列在1983-1984年左右发生了突变， 哈尔滨采暖期进入升温趋势通道， 特别是从2005年开始，上升倾向显著，UB 曲线超过了0.05 置信区间。 但从2010年UB 曲线有所下降， 说明采暖期平均气温有下降趋势。

3 采暖期天数的变化特征

哈尔滨1951-2012年采暖期天数平均为181 d。采暖期天数序列呈现显著的减少趋势，变化速率为-3.714 d/10 a，趋势系数为-0.618，通过了0.001 显著性检验（图3）。

图3 1951-2012年哈尔滨采暖期天数距平变化趋势图(黑线为天数距平，灰线为5 a 滑动平均)

1951-2012年期间，哈尔滨采暖期天数偏少超过1 个 标 准 差 的 有4 a， 分 别 是1988、1990、1998 和2008年，其中2008年采暖期天数最少，比历史同期偏少16 d，偏少距平为1.7 个标准差。 采暖期天数偏多超过1 个标准差的有18 a，超过2 个标准差的有7 a，分别是1951、1954、1955、1958、1963、1969 和1986年，其中采暖期天数最多的是1955年，偏多超过3.5个标准差。 与采暖期平均气温不同的是2000年以来的13 a，只有2 a 采暖期比历史同期稍长，而10 a 采暖期天数偏少。

图4 1951-2012年哈尔滨采暖期天数MK 检验曲线（实线为UF，虚线为UB）

通过MK 突变分析（图4）可知，哈尔滨采暖期天数在1987-1988年发生了突变，1993年开始采暖期天数减少倾向十分显著。

3.1 采暖期初日的变化特征

哈尔滨1951-2012年采暖初日平均为10月13日，采暖初日呈现转晚趋势，变化速率为1.587 d/10 a，趋势系数为0.433，通过了0.001 显著性检验（图5）。

图5 1951-2012年哈尔滨采暖初日变化趋势图(黑线为初日距平，灰线为5 a 滑动平均)

1951-2012年，哈尔滨采暖初日距平偏晚超过1个标准差的有6 a， 分别是1988、1990、1998、2001、2008 和2011年， 偏晚超过2 个标准差的有1 a，为1995年，距平为2.0 个标准差。 采暖初日距平偏早超过1 个标准差和2 个标准差的均为7 a，其中最早的是1958年，距平偏早超过2.8 个标准差。

3.2 采暖期终日的变化特征

哈尔滨1951-2012年采暖终日平均为4月12日，采暖终日呈现转早趋势，变化速率为2.122 d/10 a，趋势系数为-0.524，通过了0.001 显著性检验（图6）。

图6 1951-2012年哈尔滨采暖终日变化趋势图(黑线为终日距平，灰线为5 a 滑动平均)

1951-2012年，哈尔滨采暖终日距平偏早超过1个标准差的有7 a， 分别是1974、1981、1997、2002、2007、2008 和2010年，其中最早的是2007年，距平偏早超过1.6 个标准差。采暖终日距平偏晚超过1 个标准差的为14 a，超过2 个标准差的为5 a，其中最晚的是1955年，距平偏晚超过2.4 个标准差。

4 采暖强度和采暖耗能变化率的变化特征

哈尔滨1951-2012年采暖强度均值为4 878.5℃·d， 采暖强度呈现显著的减少趋势， 变化速率为-119.4 ℃·d /10 a。 从采暖耗能变化率角度看，哈尔滨变化速率为-2.6%/10 a，趋势系数为-0.586，通过了0.001 显著性检验（图7)。

图7 1951-2012年哈尔滨采暖强度距平变化趋势图(黑线为采暖强度距平，灰线为5 a 滑动平均)

1951-2012年， 哈尔滨采暖强度偏少超过1 个标准差的有5 a， 分别是1995、2001、2006-2008年，其中2001年采暖强度最小，比历史同期偏少566 ℃·d，采暖耗能变化率为-12.2%，超过1.7 个标准差。采暖强度偏高超过1 个标准差的有23 a， 超过2 个标准差的有7 a， 分别是1952、1955、1956、1963、1969、1976、2012年，其中采暖强度最高的是1969年，采暖耗能变化率为22.2%，偏高超过3.1 个标准差。 2000年以来的13 a 间，采暖强度高低年份比例相同，2012年采暖强度偏高超过2.2 个标准差， 位居62 a 以来第4 高， 而2001、2007、2006 和2008年采暖强度偏低超过1 个标准差，位居62 a 以来第1-4 位。值得注意是，2009、2010 和2012年，采暖强度均偏高，采暖耗能变化率分别为10.1%、1.2%和15.8%。

通过MK 突变分析（图8）可知，哈尔滨在1980 s中期发生了突变，1988年左右开始，减少倾向十分显著，UB 曲线大大超过了0.05 置信区间。

图8 1951-2012年哈尔滨采暖强度MK 检验曲线（实线为UF，虚线为UB）

5 小结

采暖期平均气温、采暖期天数、采暖强度是采暖气候条件的三个重要因素， 经过相关分析得到采暖期平均气温与采暖强度的相关极为显著，为-0.6286，而采暖期的长度与采暖期平均气温没有明显关系。通过一元线性回归分析， 采暖强度与采暖期平均气温的回归方程为：

式中，h 为哈尔滨的采暖强度（℃·d）;t 为哈尔滨采暖期平均气温（℃）。 公式(1)R2为0.321，调整后的R2为0.088，F 值为6.997，通过了0.05 显著性检验。

同理， 采暖耗能变化率与采暖期平均气温的回归方程为：

式中，s 为哈尔滨的采暖耗能变化率（%）。由公式(1)-（2）可见，哈尔滨采暖期平均气温升高1 ℃，采暖强度减少180 ℃·d，采暖耗能减少3.9%；反之亦然。

近5 a， 哈尔滨采暖期采暖强度有3 a 高于1981-2010年30 a 平均值， 尤其是2012年采暖期，采暖强度为1951年以来第4 高，采暖耗能较30 a 平均值偏高15.8%。 如果以2011年哈尔滨市统计年鉴上的市区人口（不包括呼兰区和阿城区）351.6685 万人、城镇人均使用面积22.1 m2来作为人口和住宅面积参数，单位面积单位度日数采暖耗煤量3.774×10-3kg（取自《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JCJ26-95》），那么2012年采暖期理论上采暖耗煤量为157.9 万吨，比2011年多25 万吨，可见由于气候寒冷所导致的采暖耗煤的增量非常可观。 那么，相反如果暖冬也同样会带来可观的节能效果。