1、杨文,曹经福,李明财,等.气候变暖背景下青海省夏季空调需求分析 J.地理科学,2023,43(6):1113-1121.Yang Wen,Cao Jingfu,Li Mingcai et al.Requirement ofair-conditioning for cooling in summer in Qinghai Province under climate warming.Scientia Geographica Sinica,2023,43(6):1113-1121.doi:10.13249/ki.sgs.2023.06.017气候变暖背景下青海省夏季空调需求分析杨文1，曹经福2,3
2、，李明财2,3，牟纷纷1，艾磊1（1.青海建筑职业技术学院，青海 西宁 810013；2.天津市海洋气象重点实验室，天津 300074；3.天津市气象科学研究所，天津 300074）摘要摘要：利用 19612019 年青海省 6 城市逐时气温资料，结合 20002019 年各城市社会经济资料，评估了气候变化及城市化对各城市空调度时数的影响，研究气候变暖背景下青海高原地区的空调需求。受气候变暖影响，各城市空调度时数均显著增多，升幅为 1.1(h)/10a（玉树）124.2(h)/10a（乐都），且随海拔升高而减小。除祁连和玉树外，格尔木、共和、西宁和乐都空调度时集中出现在午后 1118 时，近
3、10 a 显著增多。祁连、玉树、共和气温超过26 的日持续时长偏短，多为 12 h，而西宁、格尔木、乐都则偏长，可达 1114 h。空调度时数与城市发展规模有一定联系，人口多的地区，空调度时数大，反之亦然。本研究证实，气候变暖导致青海高原部分城市空调度时数不同程度地增多，对夏季空调有一定需求，气候特征及城市发展均影响青海高原地区夏季空调。关键词关键词：气候变暖；空调度时数；空调需求；持续时长；城市化中图分类号中图分类号：P467文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1000-0690(2023)06-1113-09 自工业革命以来，全球平均地表温度升高了0.651.06，19512019
4、年中国年平均气温呈升高趋势，升幅为 0.24/10a，明显高于全球平均水平1。受气候变化影响，供热制冷能耗发生了明显变化2-6，其中大部分区域供热能耗减少，集中供暖区域的供暖强度均降低，有利于供热节能；与之不同，气候变暖导致中国大部分地区制冷能耗不同程度增多。为此，明确当前气候条件下地区空调用能需求，在保证居民室内热舒适环境的前提下，制定合理的空调用能方案是建筑节能减排及设备运行安全的基础依据。度日/度时不仅可以衡量一地冷暖程度，还可以表征建筑供热和制冷能耗，且方法简单可靠，已被广泛用于研究建筑供热和制冷用能7-10。近年来，诸多学者从不同空间尺度利用度日评估了气候变化对建筑供热制冷能耗的影响
5、，预估未来气候条件下能耗的变化趋势11-15，为能源规划、能源战略的制定及能源消费的预测提供科学依据。此外，暖度日和冷度日还被广泛用于冷暖能源需求16-17、供热指标18-20。尤其是气候变暖背景下，冷度日和冷度时被用于评估制冷能耗需求改变对空调系统能效、设备容量及室内热舒适和人体健康的可能影响21。由此可见，气候变暖下夏季空调制冷需求的响应，对空调设备的设计和运行提出了更高的要求。青海省位于青藏高原东北部，地貌复杂多样，4/5 以上地区为高原，属高原大陆性气候。由于其特殊的位置及下垫面，其地形和热力强迫可影响全球气候，青海高原气温波动升高，升幅明显高于全球和全国水平,未来 1.5 全球温升下
6、，青藏高原变暖幅度更大，尤其是冬季，可达 3.13 22。诸多研究证实气候变暖导致中国供暖能耗减少23，严寒及寒冷地区节煤量可达 5%10%，其中青海供暖能耗明显降低24。此外，青海高原极端气温暖指数（暖持续日数和最高温度极低值）显著增加25，这意味着气候 收稿日期收稿日期：2022-01-22；修订日期修订日期：2022-04-12基金项目基金项目：国家自然科学基金项目（42105174）、青海省重点研发与转化计划（2022-SF-144）、中国气象局重点创新团队“气候变化检测与应对”（CMA2022ZD03）资助。Foundation:National Natural Science Fo
7、undation of China(42105174),Qinghai Province Key R&D and Trans-formation Plan(2022-SF-144),Key Innovation Team of China Meteorological Administration(CMA2022ZD03).作者简介作者简介：杨文（1986），男，青海西宁人，工程师，研究方向为能源与动力工程专业。E-mail:通信作者通信作者：曹经福。E-mail:cjf_with_ 第 43 卷第 6 期地理科学Vol.43 No.62023 年 06 月Scientia Geographi
8、ca SinicaJune,2023变暖不仅导致该地区冬季温度升高，影响供暖能耗，还使得夏季温度升高，可作用于夏季制冷能耗。目前青海绝大部分地区基本无夏季空调，但气候变暖叠加居民生活质量提升，夏季空调需求也日益增加。基于此，亟需评估气候变暖背景下青海地区夏季空调的需求，从而为制订适应气候变化的空调节能设计及提高居民室内舒适度的对策提供依据。本文选取青海 6 个新型城市化试点城市，通过分析各城市空调度时数等制冷能耗指标，以及地区生产总值和人口数量等城市规模数据，探究气候变化对青海省不同城市夏季空调需求的影响，可为城市安全运行及提升夏季室内舒适提供合理的对策，助力城市高质量发展。1 资料与方法1.
9、1研究区域研究区域青海地理位置介于 8935E10304E，3136N3919N，北部和东部同甘肃相接，西北部与新疆相邻，南部和西南部与西藏毗连，东南部与四川接壤，位于西北地区。地势总体呈西高东低、南北高中部低的态势，西部海拔高峻，向东倾斜，呈梯型下降。本文选取青海 6 个城市进行分析，包括西宁、祁连、共和、玉树、乐都、格尔木，6 城市国家级气象台站空间分布见图 1。0204060 80 km格尔木祁连共和西宁乐都玉树国家气象观测站海拔/m464040803520296024001840图 1 青海省海拔高度及所选 6 城市国家气象站空间分布Fig.1 Altitude of Qinghai
10、Province and distribution of 6 nationalmeteorological stations 1.2资料来源资料来源本文数据来自国家气象信息中心，包括19612019 年 6 个国家级气象站日平均气温、19612004 年一日 4 次定时观测气温、20052019 年逐时气温。其中，日平均气温及逐时气温均无连续性缺测，2004 年以前逐时数据以及个别缺测数据已利用三次样条插值法获得，数据已做质量控制和均一化检验26-27。通过青海省 20002019 年统计公报（http:/ GDP、常住人口、城镇人口及其比例等社会经济资料。1.3空调度日空调度日/时数计算时数
11、计算空调度日数（CDD）是指室外日平均气温高于室内设计基础温度的度数累积值，一般用于确定建筑物节能综合指标限值和空调年耗量，具体计算公式为：CDD=ni=1(TdiTb)(Tdi Tb)（1）式中，CDD 为空调度日数，d；n 为时间长度，d；Tdi为日平均气温，；Tb为基础温度，其中，本文计算空调度日数的基础温度为 26，下同。与空调度日数相似，空调度时数（CDH）也可表征建筑制冷能耗，是指室外逐时气温高于室内设计基础温度的度数累积值，具体计算公式为：CDH=ni=1(ThiTb)(Thi Tb)（2）式中，CDH 为空调度时数，h；n 为时间长度，h；Thi为逐时气温，。从空调度日数和空调
12、度时数均为一定时期内气温超过基础温度累积值，区别在于计算数据的时间尺度不同，空调度时数的时间精度高于空调度日数，可以获得一日不同时刻的结果。1.4灰色关联分析灰色关联分析本文利用灰色关联分析法研究城市发展规模与空调度时的相关性，确定城市发展对空调需求的影响。灰色系统理论28-29主要用于样本量较少的研究，以部分已知信息和部分未知信息为研究对象，通过提取部分已知信息的有价值信息，实现对系统或演变规律的有效描述与监控。灰色关联分析的数据包括参考数据序列（记为母序列）和比较数据序列（记为子序列），具体计算如下：i(k)=minimink|x0(k)xi(k)|+maximaxk|x0(k)xi(k)
13、|x0(k)xi(k)|+maximaxk|x0(k)xi(k)|（3）i(k)x0(k)xi(k)k (0,1)式中，为关联系数；为参考序列，本文以空调度时为参考序列；为比较序列，选取地区生产总值（地区 GDP）、常住人口及城镇人口比率为比较序列；=1,2，n；i=1，2，m；，本文1114地理科学43 卷 =0.5ri设。关联度 则为：ri=1nnk=1i(k)（4）1.5数据检验数据检验本文利用 M-K 检验分析 19612019 年青海6 城市 11:0018:00 空调度时数的变化趋势及其突变。另外，利用线性回归检验了 19612019 年青海 6 城市年空调度时以及气温超过 26
14、年日数变化趋势。统计分析基于 SPSS16.0 完成，P 0.05 表示通过显著性检验。2 结果与分析2.1空调度时数的年变化空调度时数的年变化统计了 19612019 年青海 6 城市空调度日数，发现各城市年空调度日数均为 0d，即近 59 a 来6 城市无空调度日数。通过分析 19612019 年青海 6 城市空调度时数的年变化（图 2），发现与空调度日数不同，青海 6 城市空调度时数存在一定量值，且近 59 a 各城市空调度时数均显著增多（P 0.05），但城市之间量值有一定差异。乐都空调度时数多年平均值最大，为 405.6h，增幅为 124.2(h)/10a；西宁、格尔木空调度时数次之
15、，多年平均值分别为167.1h 和 217.8h，增幅分别为 31.9(h)/10a和 22.8(h)/10a；祁连、共和空调度时数在 1995年前波动较小，此后波动较大，增幅分别为 6.1(h)/10a 和 16.4(h)/10a；玉树空调度时数最小，增幅仅为 1.1(h)/10a，1993 年以前多以 0 值为主，至 1994 年起，空调度时数有一定增量，但各年空调度时数均未超过 40h。上述可知，虽然近 59 a 青海 6 城市均无空调度日数，但各城市均存在空调度时数，而且海拔高地区空调度时量值小且增幅小，海拔低地区空调度时量值大且增幅大，表明各城市空调度时及其变化是否影响夏季空调需求值
16、得进一步分析。就一日内空调度时数的变化来看（图 3），19612019 年西宁空调度时数在集中在 11:0021:00，2005 年以后明显增多；格尔木空调度时主要出现在 12:0020:00，2000 年以后明显增多；乐都空调度时数多出现在 11:0022:00，多年来呈显著增多的变化趋势，其中 2006 年 15:00 空调度时数可达 220.6h；共和一日空调度时数总体偏小，2000年以后阶段性出现在 13:0018:00；在祁连和玉树，近 59 a 各时刻空调度时数均较小，大部分时间几乎为 0，变化趋势不明显。由上，一日 24 h 空调度时数的年际变化不仅受气候变化的影响，还受经纬度、海拔等地理因素的影响。格尔木、共和、乐都、西宁纬度相近，格尔木、乐都、西宁空调度时数集中出现在 11:0020:00，而 y=2.28x+149.45R2=0.1,P=0.014y=1.64x4.29R2=0.17,P0.001e 格尔木0200400600b 共和y=12.42x+32.87R2=0.48,P1.96，下同）；格尔木、祁连突变点均为 2006 年，均在 2015 年后显著增多；共
