浅析那曲市冬季供暖指数预报方法研究

摘要：气象—热力数据进行分析，运用天气学原理[2] ，分析各种不同的气象因子对供暖温度的影响，采用多元线性回归方法，建立气象要素与供暖温度的关系，即供暖预报方程，建立那曲市供暖指数预报平台，发布色尼区供暖气象服务信息。根据气象行业标准计算出色尼区不同等级节能温度阈值，确定色尼区供暖等级。在节能温度计算过程中得出色尼区辐射对气温的修正量为2.0℃；在节能温度计算过程中得出色尼区风速对气温的修正量为-2.5℃，表明1米/秒的风速对气温的影响为2.5℃。

关键词 供暖指数 节能温度 阀值 修正量

引言

藏北地区冬季供暖问题已经成为政府部门和社会各界关注的重要问题。冬季，如何能够营造一个温暖舒适的工作和生活环境，已经成为关系到社会发展和经济民生的大问题。供暖与气象的关系密不可分，气象条件对供暖的影响越来越受国内外学者关注。如美国的AccuWeath公司在40多年前开始制作的“冬季供暖预报系统研制”在北方冬季供暖气象节能和供暖指数预报的研究方面较为广泛，取得了较好的效果，北京观象台制作的供暖气象指数等级确定等为供暖主管部门及相关节能单位提供科学的决策依据，而那曲市冬季气候寒冷，每年供暖期为10月中旬至翌年5月中旬，时间长达为7个多月，地方政府以及那曲市热源厂对供暖气象服务的需求量较大，目前我市、没有本地化的供暖气象等级标准，为气象服务带来诸多困难，特此本文根据计算色尼区供暖时段节能温度，不同等级的节能温度阈值，节能温度所处的阈值范围进行研究制作那曲市色尼区供暖气象指数及等级标准，争取建立适合那曲各县通用的计算模型，根据各县供热资料，制作各县供暖气象指数预报产品。期望为那曲市供暖部门科学供暖和节约能源提供科学依据。

一、气候概况

西藏那曲市地处青藏高原腹地，平均海拔4503米，冬季漫长，夏季短暂[2]；年平均温度低 ，采暖季长，随着近年供暖措施的不断改善，色尼区城区基本实现了水暖供应，为了环境保护，采用的是集中供暖，这也带来了一些小问题，由于那曲地区积温少，冻土时间长，供暖能耗量大，为了保护环境，减少污染物的排放量，同时保障供暖能满足大家的生活需要，本项目结合那曲市色尼区实际情况，引进国内成熟的供暖指标[3]，增加本地干扰因子及影响因素，初步探索制定适合色尼区的供暖节能气象指标，在减少排放的同时，不影响群众采暖；在此基础上做到节能，气象因子与供暖之间的关系极为密切，主要通过气温预报提出供暖级别的方式来实现。

二、供暖指数预报研究内容和技术方法

2.1研究内容

对色尼区建站以来供暖季的气象—热力数据[2] 进行分析，运用天气学原理，分析各种不同的气象因子对供暖温度的影响，采用多元线性回归方法，建立气象要素与供暖温度的关系，即供暖预报方程，制定供暖气象指数及等级标准。

2.2技术方法

根据国家行业标准，结合本地天气气候特点，计算方法如下：

（1）计算供暖时段的节能温度

节能温度是指：综合考虑气温、热岛效应、辐射、风速等环境因子得出的温度指标[3]。单位为摄氏度（℃）。

根据节能温度的计算公式Tj = T+ ΔT+TR + Tv式中：Tj为节能温度.

-T为色尼区试验时的温度（24小时平均温度预报值），△T为城市热岛强度修正值，试验期城区代表站（那曲站）和郊区代表站（罗马站）月平均气温差，

--Tr为辐射对气温的修正量，

--Tv为风力对气温的修正量。以上数据计算定义为如下：

T为色尼区试验时的温度（24小时平均温度预报值）

△T为城市热岛强度修正值，根据历史气象资料观测得色尼区月平均气温为0.9℃，罗玛镇月平均气温为0.4℃，△T=0.5℃。

TR（辐射对气温的修正量）

（2）辐射对气温的修正量计算

根据实际供热和热平衡理论，可得到辐射对节能温度的影响，其修正量（Tr ）的计算公式如下：

式中：

j —取值1,2,3,.......30,对应试验次数；

Hj —对应试验的单位时间实际供热总量，单位为瓦（W）；根据那曲市热源厂专业人员介绍，目前我市无热度剂量计，通过面积来推算得一个供暖季实际供热总量为1.12x108（瓦）。

Sj 一个供暖季供热面积，单位为平方米（m2），色尼区供热面积为160万平方米；

q 一单位时间、单位面积保持1℃温差（室内比室外高1℃）所损失的热量，单位为瓦每摄氏度平方米（W/（℃.m2））,即围护结构传热系数，经查阅《建筑节能设计标准》，≤3层楼的围护结构系数为0.5W/（℃.m2）；

Tj,in一对应第j次试验的室内温度，职工住房内观测数据，单位为摄氏度（℃）；

Tj,out一对应第j次试验的室外温度，单位为摄氏度（℃）

公式中的X表示对试验累次求和％

上述数据代入公式后Tr ≈2.0℃

Tv(风速对气温的修正量)

按照实际供热和热平衡理论，可得风速对节能温度的影响，其修正量（Tv ）的计算公式如下：

式中：

v —个供暖季的日平均风速，单位为米每秒（m/s）；

V —需预报时段的日平均风速,单位为米每秒(m/s)；

 相关数据代入公式后得出  TV=-2.5V,表明1米/秒的风速对气温的影响为2.5℃。

（3）节能温度阈值计算

根据气象行业标准，以北京市观象台为参照点，进行气温对纬度、经度、海拔高度做了修正得出色尼区节能温度，具体方法如下：

2.1色尼区供暖气象等级的节能温度阈值的计算见式（1）、式（2）。

Tsi = Xi (0. 0402Δφ+ 0. 0402ΔZ — 0. 3929) — Xi (0. 4098Δφ+ 0. 4098ΔZ + 0. 764)

       +0. 1583(Δφ+ ΔZ) +8. 8                           ........... (1)

Txi = X2 (0. 0551Δφ+ 0. 0551ΔZ — 0.5893) — X； (0. 4378Δφ+ 0. 4378ΔZ + 0. 275)

— 0. 025(Δφ+ △Z) +5. 9                        .........(2)

式中：Tsi；—节能温度上限，单位为摄氏度（℃ ）； Txi —节能温度下限，单位为摄氏度（℃）；Xi —节能温度级别数,Xi的值等于i的值；Δφ为相对北京市观象台气温的纬度变化率，单位为摄氏度每度。△Z为色尼区相对北京市观象台气温的海拔高度变化率，单位为摄氏度每米(°C/m)。

色尼区相对北京市观象台的气温纬度变化率Δφ的计算如下：由于色尼区φ＝31.5°，适用于 φ＜38. 5°时,

△φ = 0.935(△φ— 39.93) =-7.9101  .........(3)

式中：φ—色尼区纬度（色尼区纬度），单位为度（°）。

色尼区相对北京市观象台气温的海拔高度变化率(△Z)的计算：由于色尼区所在经度为92°，平均海拔高度为4508米；适用于经度>105°，高度Z>900米时按下面公式计算得出：△Z = 0.00130(Z — 54. 7)=5.7828  (4)

式中：Z 为色尼区海拔高度，单位为米(m)。

根据以上方法算出△φ =-7.9101 ，△Z =5.7828代入(1)(2)方程计算得出节能温度上限和下限得出色尼区节能温度阈值（如表1）

表1 色尼区节能温度阈值表

注：不同等级节能温度阈值取值原则：

—等级为1时上限四舍五入取整数；

—其他等级上限与上一等级下限取整后数值相同，直接作为阈值分界点。如遇某个供暖等级的 上限节能温度与上一等级的下限节能温度取整后相差1℃，则取两者较小值做上下限节能温度[3] 。

2.3等级划分

根据节能温度T所处的阈值范围，将供暖气象等级按气象行业标准表2由低到高分为1级、级、3级、4级、5级、6级 共六个等级，详见表2。 

 表2   供暖气象等级划分

三、开展那曲市供暖气象服务     

积极应用该方法制作气象服务产品，通过多次产品制作，产品检验，方法订正，优化那曲市供暖指数预报方法；最终确定了切实可行，方法科学的那曲市供暖指数预报方法，制作了那曲城区供暖气象气象服务专题服务，服务效果良好。               

四、供暖指数预报平台简要介绍

鉴于以上方法和技术路线，建立那曲市供暖指数预报平台，功能和操作方法如下：

4.1平台概述

那曲市供暖指数系统主要提供数据导入、功能指数产品生成两大功能。根据预置的Excel模板规则完成数据录入整理，然后将Excel表数据导入系统，系统可自动生成供暖指数色斑图以及供暖指数表等产品供用户使用。

4.2平台应用操作

系统包含实验数据导入、指数生成两大菜单，主界面如下图：

图1.功能菜单展示区

第一步：点击“实验数据导入”按钮，按系统提示找到要导入的Excel表（Excel表应处于关闭状态），然后点击“打开”按钮。

图2.资料调用区

图3.导入方法展示区

注意：用户可根据提供的Excel模板，完成Excel表各列数据的整理，需要根据实际情况完成站名、站号、经度、纬度、高度、供热系数、供热面积、供热总量、室内温度、室外温度、实时风速、小时风速、郊区月平均气温、城区月平均气温、时间列数据的填写，填写完记得保存、关闭Excel表。

图4.表格展示区

第二步：点击主菜单“指数生成”会有弹出框，点击“确定按钮”系统会自动完成供暖指数计算并生成供暖指数等值面图以及表格类服务产品。

图5.供暖指数等级图

五、结论

（1）建立那曲市供暖指数预报平台，发布色尼区供暖气象服务信息。

（2）根据气象行业标准计算出色尼区不同等级节能温度阈值，确定色尼区供暖等级（表1）。

（3）在节能温度计算过程中得出色尼区辐射对气温的修正量为2.0℃；

（4）在节能温度计算过程中得出色尼区风速对气温的修正量为-2.5℃，表明1米/秒的风速对气温的影响为2.5℃。

参考文献

[1] 朱乾根等.天气学原理和方法(第三版). 北京: 气象出版社2000.10.

[2] 乔全明, 张雅高. 青藏高原天气学.  北京: 气象出版社1994.

[3] 北京市供暖指数预报方法 QXT255-2015

作者简介：巴旦卓玛（1985.07）女，藏族，西藏日喀则，本科学历，副高，从事研究方向：天气预报、服务。