基于日際尺度的珠三角城市群冷日度與熱力日際變化特征分析

太陽是指在給定時(shí)期內(nèi)，超過或低于一定間隔的日平均溫度的總?cè)掌骄鶞囟?，分為冷日dd（涼爽的deg壞日）和熱日（hdd，赫感的）。度日最初是用來反映農(nóng)作物生長(zhǎng)中所需熱量水平的物理量單位。近些年,度日作為一個(gè)應(yīng)用廣泛的參數(shù)已在能耗及能源管理、植物生長(zhǎng)發(fā)育和病蟲害管理、天氣期貨及天氣風(fēng)險(xiǎn)管理、建筑設(shè)計(jì)等方面發(fā)揮作用。國外度日研究開展得較早也較成熟,Thom早在20世紀(jì)50年代研究了度日計(jì)算的問題。目前,國外一些氣象部門及其他機(jī)構(gòu)在網(wǎng)站上提供一周或逐日、逐月、逐年的度日值查詢,供能源專家等使用者統(tǒng)計(jì)某地某時(shí)期度日總和及相應(yīng)消耗的總能源,并可預(yù)計(jì)未來能源的消費(fèi)情況。近年來,我國一些氣象工作者陸續(xù)開展了度日研究[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18],但對(duì)作為我國三大城市群之一—珠三角城市群的度日研究尚屬空白。珠江三角洲地區(qū)包括東莞、肇慶、廣州、惠州、佛山、深圳、江門、珠海、中山9市(以下簡(jiǎn)稱為珠三角城市群),面積5.47×104km2,約占廣東面積的30.4%。截至2009年,珠三角城市群常住人口4786.24×104人,約占全省常住人口的49.7%,國民生產(chǎn)總值32105.88×108元,占全省經(jīng)濟(jì)總量的82.2%,約占全國經(jīng)濟(jì)總量的10%,可見珠三角城市群在廣東甚至全國的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。隨著該地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們生活水平的顯著提高,珠三角城市群對(duì)能源的需求日益增加,因而節(jié)能降耗、預(yù)測(cè)未來能源消耗及探索能源管理新模式已成為日益緊迫的任務(wù)。本研究是首次以該城市群9個(gè)城市為研究對(duì)象,分析研究該城市群CDD和HDD的月際、年際和年代際變化特征,為珠三角地區(qū)能源管理及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。1數(shù)據(jù)和方法1.1平均氣溫觀測(cè)結(jié)果選取珠三角城市群的東莞、肇慶、廣州、惠州、佛山、深圳、江門、珠海、中山共9個(gè)觀測(cè)站,應(yīng)用9個(gè)觀測(cè)站1962—2011年逐日4時(shí)次(2、8、14、20時(shí))觀測(cè)資料得出的平均氣溫。其中,佛山觀測(cè)站1962年8月16日—9月30日平均氣溫缺測(cè)資料用相關(guān)系數(shù)較好的三水、順德觀測(cè)站資料進(jìn)行插補(bǔ)訂正,東莞觀測(cè)站1966年9月1日—1969年12月31日平均氣溫缺測(cè)資料用相關(guān)系數(shù)較好的廣州、惠州觀測(cè)站資料進(jìn)行插補(bǔ)訂正。1.2不同代表站資料的影響本文采用4時(shí)次觀測(cè)資料的平均氣溫,與基礎(chǔ)溫度相比較后得出每日度日值,再進(jìn)行累加。本文計(jì)算可描述為:其中T日平均氣溫,BT為基準(zhǔn)溫度,CDD為冷度日,HDD為熱度日,n為天數(shù)。筆者曾以26.0和18.3℃作為基準(zhǔn)溫度進(jìn)行計(jì)算,后來發(fā)現(xiàn)以全省1981—2010平均溫度21.8℃作為基準(zhǔn)溫度效果較好,在不同代表站資料中均能獲得較高的相關(guān)系數(shù)并且較為穩(wěn)定,又能實(shí)際反映珠三角地區(qū)降溫或取暖的生活習(xí)慣。故本文以21.8℃作為度日基準(zhǔn)溫度。2年3月至1月,珠三角城市群珠三角城市群CDD集中在每年4—10月間(圖1),其中最大值均出現(xiàn)在7月,分別為東莞235℃·d·m-1,肇慶245.4℃·d·m-1,廣州239.8℃·d·m-1,惠州234.2℃·d·m-1、佛山252.9℃·d·m-1,深圳236.7℃·d·m-1,江門231.9℃·d·m-1,珠海236.1℃·d·m-1,中山238.5℃·d·m-1。珠三角城市群HDD集中在每年11月—次年3月(圖2),其中最大值均出現(xiàn)在1月,分別為東莞214.3℃·d·m-1,肇慶226.2℃·d·m-1,廣州232.1℃·d·m-1,惠州229.0℃·d·m-1、佛山234.0℃·d·m-1,深圳191.9℃·d·m-1,江門222.2℃·d·m-1,珠海194.5℃·d·m-1,中山223.2℃·d·m-1。可見,珠三角城市群各站CDD、HDD逐月變化均較為明顯,但在峰值月份數(shù)值差別并不大。另外,我們發(fā)現(xiàn)珠三角城市群7月平均CDD、1月平均HDD分別為238.9、218.6℃·d·m-1,與中心城市廣州7月CDD、1月HDD基本一致,驗(yàn)證了筆者研究中把廣州作為珠三角地區(qū)度日分析代表站的觀點(diǎn)。3cdd的年際變化珠三角城市群CDD均呈逐年上升趨勢(shì)(圖3),上升速率分別為東莞50.1℃·d·10a-1(線性趨勢(shì),圖略,下同),肇慶35.7℃·d·10a-1,廣州51.3℃·d·10a-1,惠州43.9℃·d·10a-1、佛山87.9℃·d·10a-1,深圳71.5℃·d·10a-1,江門47.1℃·d·10a-1,珠海18.8℃·d·10a-1,中山59.8℃·d·10a-1。珠三角城市群HDD均呈逐年下降趨勢(shì)(圖4),下降速率分別為東莞49.8℃·d·10a-1,肇慶35.6℃·d·10a-1,廣州34.9℃·d·10a-1,惠州43.9℃·d·10a-1、佛山60.7℃·d·10a-1,深圳61.2℃·d·10a-1,江門42.4℃·d·10a-1,珠海28.7℃·d·10a-1,中山54.0℃·d·10a-1。很明顯,珠三角城市群中經(jīng)濟(jì)總量較大、發(fā)展速度較快的佛山、深圳CDD上升速率及HDD下降速率明顯快于其他城市,這說明度日變化(對(duì)珠三角城市群來說,主要考慮CDD變化)可能跟當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)活動(dòng)較為活躍有關(guān)。同時(shí),氣候變暖也將導(dǎo)致CDD上升、HDD下降:CDD多年變化與珠三角地區(qū)平均氣溫多年增溫趨勢(shì)基本一致,而HDD多年變化則與珠三角地區(qū)平均氣溫多年增溫趨勢(shì)相反,CDD最大值均出現(xiàn)在1980年以后,這與近10多年來氣候明顯變暖10a的事實(shí)基本一致。珠三角城市群冷度日和熱度日年際變化的極值數(shù)據(jù)見表1。4年平均氣溫關(guān)聯(lián)參數(shù)東莞、肇慶、廣州、惠州、佛山、深圳、江門、珠海、中山9站年CDD與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)較高,分別為:0.92、0.71、0.78、0.82、0.74、0.91、0.82、0.77、0.90,均通過a=0.01的顯著性檢驗(yàn)。東莞、肇慶、廣州、惠州、佛山、深圳、江門、珠海、中山9站年HDD與年平均氣溫相關(guān)系數(shù)也較高,分別為:-0.93、-0.89、-0.89、-0.91、-0.60、-0.92、-0.91、-0.90、-0.92,且均通過a=0.01的顯著性檢驗(yàn)。這表明年CDD與年平均氣溫具有明顯的同位相變化趨勢(shì),而年HDD與年平均氣溫具有明顯的反位相變化趨勢(shì)。5廣東年代際平均氣溫cdd變化珠三角城市群CDD、HDD的年代際變化趨勢(shì)如圖5、圖6所示?？梢钥闯?20世紀(jì)80年代以后各地CDD呈明顯上升趨勢(shì),而HDD則從20世紀(jì)80年代以后呈顯著下降趨勢(shì)。有研究指出,廣東年代際平均氣溫自上世紀(jì)80年代以來開始振蕩上升,90年代以后來升溫更加顯著,其中珠三角地區(qū)是主要增溫區(qū)域?？梢?CDD與平均氣溫年代際變化趨勢(shì)呈同位相,而HDD與平均氣溫年代際變化趨勢(shì)呈反位相。6溫度與年際、年代際變化關(guān)系本文通過對(duì)1962—2011年珠三角城市群的度日研究得出初步結(jié)論:(1)珠三角城市群月CDD主要集中在4—10月,其最大值均出現(xiàn)在7月,各站月度日最大值差別較小。CDD多年變化呈明顯上升趨勢(shì),佛山、深圳CDD上升速率較快,其原因可能與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有關(guān)。(2)珠三角城市群月HDD主要集中在11月—次年3月,其最大值均出現(xiàn)在1月,各站月最大值差別不大。HDD多年變化呈明顯下降趨勢(shì),經(jīng)濟(jì)總量大、發(fā)展速度快的佛山、深圳下降速率明顯快于其他城市。(3)珠三角城市群年CDD、HDD與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)均較高,且均通過a=0.01的顯著性檢驗(yàn)。各站CDD與年際、年代際平均氣溫