黑龙江省50 a来度日的时空分布特征

孙 爽，王春华，裴宇航

（1.黑龙江省气候中心，黑龙江 哈尔滨 150030；2.黑龙江省大气探测技术保障中心，黑龙江 哈尔滨150030）

黑龙江省50 a来度日的时空分布特征

孙 爽1，王春华1，裴宇航2

（1.黑龙江省气候中心，黑龙江 哈尔滨 150030；2.黑龙江省大气探测技术保障中心，黑龙江 哈尔滨150030）

选用黑龙江省经过均一性检验的59个台站1961-2010年逐日最高、最低气温计算全省逐年热度日（HDD）、冷度日（CDD），分析其趋势及年代际和空间分布特征。结果表明：50 a来HDD总体呈显著的下降趋势，CDD整体表现为显著上升趋势。HDD基本上呈现由北向南递减趋势，CDD与HDD呈相反的变化特征，二者纬向分布明显。HDD与CDD均与对应时段平均气温具有较高的相关性，HDD与冷季平均气温呈反位相变化，CDD同暖季平均气温呈同位相变化。随着气候变暖，冷季用于供暖的能源将减少，暖季制冷所需的能源消耗将不断增加。

热度日；冷度日；基础温度

1 引言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，采暖、空调的能耗占总能耗的比例呈上升趋势，目前，中国采暖、空调耗能已占全国能源消耗总量的27.6%[1]。城市的取暖耗能和降温耗能与气温关系密切。随着经济的发展，常规的气温表征形式往往不能满足需求，从而各种与气温有关的参数应运而生。其中度日（degree-day）是一个基本的设计参数，在很多应用领域如发电和耗电业、环境能源计划、军事、保险业等均要求使用该参数[2]，人民生活中也广泛应用该参数。国外开展度日研究较早，如Thom于20世纪50年代初首次用度日法探讨了美国能源消费和气温的关系[3]。目前美国气象部门在一些网站上公布逐日的度日值[4]，人们可根据发布的各地度日值，统计某一期间10 d、1个月或1 a的度日总和及相应消耗的总能源来预计未来能源的消耗情况，比较不同城市能源消耗情况。在国内，上海市气候中心首先采用度日作为衡量上海市夏季降温和冬季取暖的指标，中国许多学者[5-13]也进行了相关研究。但总体而言，已有的研究比较零散，目前国内尚未系统地开展这项研究。随着经济的发展，人民生活水平的提高，对能源需求的日益增加，能源及有关规划决策部门即将使用度日资料，以比较国内外用于供暖和空调制冷的能源需求状况和未来发展趋势。

2 资料和方法

本文选取通过均一化检验[14]的黑龙江省59个台站1961-2010年逐日最高和最低气温作为基础资料，分析黑龙江度日的时、空变化特征。

本文应用的是度日分析法。度日可分为两种类型：热度日(heating degree— day，HDD)和冷度日 (cooling degree— day，CDD)。热度日即一段时间内日平均气温低于基础气温的累积度数，热度日值越大，表示气温越低 ，如果日平均气温高于该基础气温，那么这一天的热度日为零。冷度日与热度日相反，指日平均气温高于基础气温的累积度数，冷度日值越大，表示气温越高，若日平均气温低于基础气温，则无冷度日。

某一年的度日数计算如下：

目前人们一般认为18℃是人体的最舒适气温，并且根据黑龙江省2009年10月发布的《黑龙江省城市供热条例》，“在供热期限内，供热单位应当保证居民居室内气温不低于18℃”，所以本文选取18℃作为黑龙江省的基础气温。

HDD是冷季取暖耗能的一个定量指标。年HDD一般定义每年冷季(10月一次年4月)各月HDD之和。考虑其他行业与HDD的关系密切加之黑龙江省特点，将年HDD定义为1—4月与10—l2月HDD之和。年CDD则定义为5—9月CDD之和，即CDD是暖季高温程度的一种描述，也是夏季降温耗能的一个定量估计。综上所述，HDD和CDD实际上是一种客观反映能源需求状态的热量单位。

因为气象部门往往只发布日最高和日最低气温，所以根据Zalom[15]等提供的算法，用日最高气温与日最低气温的平均值来代替日平均气温，将其与基础气温代入前面公式计算就可以得到该日的HDD或CDD。

3 度日分析

3.1 时间变化

从图1可看出，1961-2010年黑龙江省HDD总体呈下降的趋势，与黑龙江省气温上升趋势相反，下降速率为125.4℃·d/10 a,通过了0.01的显著性检验。近年来，黑龙江省气候变暖显著，尤其是冬季的增温超过其他季节，所以HDD的下降趋势也十分明显。同时可以看出，1969年的HDD值最大（6 113℃·d），次大值出现在 1965年（5 991℃·d），2007年的 HDD 最小 （4 886 ℃·d），次小值出现在1990年（4 921℃·d）。HDD值大表明供暖季节气温低，消耗的能源多；相反HDD值越小表明供暖期气温高，消耗的能源少。HDD多年平均值为5 435℃·d，与全国其他地区相比明显偏大，这与黑龙江省所处的地理位置有关系。

从图2可看出，CDD整体表现为上升趋势，与近年来黑龙江省气温上升趋势相同，上升速率为28.5℃·d/10 a，通过了0.01的显著性检验。CDD的多年平均值为275℃·d。2010年的CDD值最大(449℃·d)，次大值出现在2000年 （429℃·d）。CDD最小值出现在1971年 （165℃·d），1976年的CDD为次小值（1976℃·d）。CDD值大表明夏季气温高，空调或者风扇制冷需要消耗的能源多。

图1 黑龙江省1961-2010年HDD逐年变化

图2 黑龙江省1961-2010年CDD逐年变化

3.2 空间变化

从图3a中可看出，HDD的空间分布基本上呈现由北向南递减趋势，纬向分布比较明显。大兴安岭北部地区的HDD最大，平均为6 400～7 220℃·d；黑河大部以及伊春北部地区的HDD次之，平均为6 000～6 400℃·d；松嫩平原大部、三江平原东部和西北部地区的HDD偏小，平均为5 200～6 000℃·d；牡丹江大部以及三江平原西南部地区的HDD最小，平均为4 400～5 200℃·d。

从图3b可看出,黑龙江省几乎全部地区的多年平均HDD均呈减小趋势，且均通过了0.05的显著性检验，各地区减小非常明显。其中伊春最北部地区的HDD减小最明显，趋势系数<-0.62，速率为124～177℃·d/10 a；大兴安岭东北部、黑河东南部、伊春北部、齐齐哈尔南部和大庆交界处、绥化东部以及牡丹江南部地区的减小也较明显，趋势系数<-0.54，减小速率为98～150℃·d/10 a；三江平原西北部的HDD减小最弱，近50 a平均减小61℃·d/10 a。

图3 黑龙江省1961-2010年CDD空间分布和空间趋势变化图

从图4a中可看出，CDD的空间分布基本上呈现由北向南递增趋势，纬向分布比较明显。齐齐哈尔西南部、大庆南部和哈尔滨西部地区的CDD最大，平均为360～460℃·d；松嫩平原大部、黑龙江省南部以及东部地区的CDD次之，平均为220～360℃·d；大兴安岭北部和黑河的孙吴地区的CDD最小，平均为80～150℃·d。

从图4b中可看出，黑龙江省几乎全部地区的多年平均CDD均呈增加趋势，且几乎全部通过了0.05的显著性检验，各地区增加非常明显。其中黑河中部、齐齐哈尔西部以及伊春北部地区的CDD增加最明显，趋势系数超过0.66，速率为28～40℃·d/10 a；大兴安岭北部、伊春南部、大庆东部、绥化西部、哈尔滨西北部、牡丹江部分地区以及三江平原大部的CDD减小最弱，趋势系数为0.26～0.46，近50 a平均增加19℃·d/10 a；其他地区的增加速率平均为 19℃·d/10 a。

3.3 年HDD、CDD与平均气温的关系

图4 黑龙江省1961-2010年CDD空间分布和空间趋势变化图

3.3.1 年际HDD、CDD与平均气温的关系

从表1可看出，HDD与对应冷季的平均气温、平均最低气温和年平均气温相关性尤其好，均超过了0.001的显著性检验，其中与冷季平均气温具有最明显的反位相关系，HDD 最大值出现在 1969年（6 113℃·d），而 1969年对应冷季的平均气温也为历史最低值(-10.4℃)。CDD则与对应暖季的平均气温、平均最低气温和平均最高气温相关性明显，也均超过了0.001的显著性检验，CDD与暖季的平均气温具有最明显的同位相关系，CDD的最小值出现在1971年（165℃·d），对应暖季的平均气温为历史第三低值(16.8℃)。表1说明HDD、CDD均与对应时间段的平均气温有最为明显的关联，对应时段平均气温的变化在很大程度上决定了HDD、CDD的变化。

表1 HDD、CDD与不同平均气温之间的相关系数

3.3.2 年代际HDD、CDD与对应时段平均气温的关系

从图5可看出，冷季从20世纪70年代开始平均气温明显升高，从-8.5℃上升到-7.0℃；暖季从80年代开始平均气温显著升高，从17.5℃升高到18.4℃，增暖趋势均显著。HDD呈明显的下降趋势，从5 733℃·d下降到5 241℃·d，而CDD从226℃·d上升到327℃·d。 因此HDD与冷季平均气温年代际变化呈反位相变化，CDD与暖季平均气温年代际变化呈同位相变化，这与HDD、CDD同对应时段平均气温的年际变化特征一致。

图5 1961-2010年平均HDD、CDD及对应时段平均气温年代际变化

综上所述，黑龙江省年际、年代际的HDD与对应时段的平均气温呈反位相关系，随着气候变暖，尤其是冬季，HDD将继续变小，即冷季用于供暖的能源将减少；年际、年代际的CDD与对应时段的平均气温具有同位相变化，暖季空调、风扇等制冷所需的能源消耗将不断增加。

4 结论

（1）1961-2010年黑龙江省HDD总体呈显著的下降趋势，与黑龙江省气温上升趋势相反；CDD整体表现为显著上升趋势，与近年来黑龙江省气温上升趋势相同。HDD的年代际变化在20世纪60年代有微弱的上升趋势，70-90年代转为明显的上升趋势，2000年代则波动较小、变化不明显。CDD在20世纪60-70年代有微弱的上升趋势，80年代以后上升显著。

（2）从空间分布来看，HDD和CDD均纬向分布明显，且二者呈相反的变化趋势，HDD的分布基本上呈由北向南递减趋势，CDD的分布则基本上呈由北向南递增趋势。

（3）HDD同冷季平均气温、CDD同暖季平均气温的相关性最显著，HDD与冷季平均气温呈反位相变化，CDD同暖季平均气温呈同位相变化；年HDD最大值对应冷季平均气温最低值，年CDD最小值出现在暖季第三冷年。

（4）随着气候变暖，冷季用于供暖的能源将减少，暖季空调、风扇等制冷所需的能源消耗将不断增加。

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Temporal and spatial variation characteristics of Degree-Days in Heilongjiang province in the past 50 years

SUN Shuang1,WANG Chun-hua1，PEI Yu-hang2
(1.Climate Center of Heilongjiang Province,Heilongjiang Harbin 150030；2.Heilongjiang Meteorological Observation and Technical Support Center,Heilongjiang Harbin 150030)

The data of daily maximum and minimum temperature which was from 59 stations and passed the homogeneity test was selected.Based on the data from 1961-2010,the Degree-Days were calculated to analyze their temporal and spatial distribution.The results showed that the HDD was reduced significantly and the CDD was increased significantly in the past 50 years.Spatially,the HDD appeared a decrease trend from north to south in Heilongjiang,while the CDD showed an opposite variation characteristics.They both had significant latitudinal distribution.The HDD and CDD were highly correlated with the corresponding period average temperature,the HDD changed in an opposite phase with the mean temperature of the cold season,while the CDD changed in a same phase with the mean temperature of the warm season.With the climate warming in Heilongjiang province,the energy consumption in cold season decrease,while,the energy consumption in warm season increase.

Heating degree days;Cooling degree days;Threshold temperature

P423.3

A

1002-252X(2012)02-0001-04

2012-2-1

孙爽（1984-），女，黑龙江省哈尔滨市人，哈尔滨师范大学，本科生，助理工程师.