0.   引言

全球变暖在全球和区域尺度上对气候系统和社会经济产生了重大影响，是人类生存和发展的问题(Fan, 2008)。近年来极端事件频发，干旱程度加剧、冰川退缩，由气候变化引发的问题愈发突出(Huang et al，2018；卢珊等，2020；李雅培等，2021)。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告指出，与1850—1900年相比，2011—2020年全球地表平均温度已上升约1.1 ℃(IPCC，2023)。江西省位于长江中下游，属亚热带季风气候区，年平均气温约18 ℃左右，自北向南递增；极端最高气温都在40 ℃以上(高山地区除外)，为长江中下游最热地区之一。受全球变暖影响，江西省年平均温度总体呈明显上升趋势，其中1981—2020年每10 a平均温度上升0.4 ℃(苏海报等，2022)。2022年江西省平均气温为19.0 ℃，排历史第二高位。

随着科学的进步和气象在各行各业中指导作用的提升，气候变化对社会的影响日益显现(魏东岚和周薇，2005)，如对建筑能耗的影响(徐伟等，2012；许馨尹等，2016)。由于建筑能耗由室外气候条件、室内各种热源的发热状况以及室内外通风状况决定，因此室内环境、空调采暖负荷、室外空气计算参数等重要建筑节能设计因子与气候条件密切相关，需充分考虑气候变化的影响(任兆成等, 2015；郑文晖, 2003)。室外空气计算参数可参照《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范(GB50736—2012)》(徐伟等，2012)中给出的计算方法，且规范给出了中国主要城市的室外空气计算参数表，为工程建筑的防灾减灾、节能减排设计等提供参考。但规范中给出的室外空气计算参数表是根据1971—2000年气象数据制定的。考虑气候变化的影响，其中室外空气计算参数已不适应当前的气候条件，势必要进行订正才能在工程设计中使用。

文中以江西省为例，通过利用1963—2022年气象资料，采用10 a滑动计算4个气候时段(各30 a)的室外空气计算参数，分析江西省气候变化的特征以及室外气象设计参数的变化情况，订正工程设计中相关参数设计标准，旨在为重大工程建设中的参数设计提供科学依据。

1.   资料与方法

1.1   研究数据

使用的数据为江西省气象数据中心提供的江西省83个气象台站(图 1)1963—2022年逐日平均气温和14时气温，数据已经过质量控制。

图  1  江西气象观测站点分布

Fig.  1  Distribution of surface meteorological observation stations in Jiangxi Province

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1.2   研究方法

1.2.1   主要室外空气计算参数

研究的主要室外空气计算参数包括采暖室外计算温度、夏季空气调节室外计算日平均温度、冬季通风室外计算温度、夏季通风室外计算温度。依据《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范(GB 50736—2012)》(徐伟等，2012)中室外空气计算参数采用数据原则和方法，计算以下参数：

1) 采暖室外计算温度：冬季历年平均不保证5 d的日平均温度，即历年冬季日平均气温升序排序的第5N+1个日平均温度数值。

2) 夏季空气调节室外计算日平均温度：累年平均每年不保证5 d的日平均温度，即历年日平均气温降序排序的第5N+1个日平均温度数值。

3) 冬季通风室外计算温度：历年最冷月(1月)平均温度的平均值。

4) 夏季通风室外计算温度：历年最热月(7月)14时平均温度的平均值。

文中每10 a滑动平均分段计算以上参数，每个时间段为30 a，即1963—1992年、1973—2002年、1983—2012年、1993—2022年。文中四季划分：春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12月—次年2月。

1.2.2   统计方法

利用Mann-Kendall法进行趋势检验和非参数Mann-Kendall法进行突变检验(Mann, 1945；Aluo and Cabilio, 1955；Sen, 1968)。利用气温数据与年份数据作一元线性回归分析计算年平均气温倾斜率(任福民和翟盘茂, 1998；陈晓龙和王平, 2021)。空间分布图的绘制采用克里金插值法(李伟等, 2007)。

2.   结果与分析

2.1   江西省年平均气温变化趋势

1963—2022年江西省年平均气温呈明显上升趋势，其变化率为0.25 ℃/(10 a)。除永新站通过了信度0.05的显著性检验外，其他82个观测站均通过了信度0.01的显著性检验，这与李柏贞等(2017)对江西省气温变化趋势的分析结果一致。分析年平均气温变化趋势空间分布(图 2)发现，赣南(赣州)、赣中(吉安、抚州)南部地区的年平均气温上升趋势小于赣北地区(南昌、景德镇、萍乡、九江、新余、鹰潭、宜春、上饶)，上升率的高值中心位于南昌、高安、樟树、丰城、萍乡和武宁等一带，年平均气温变化率大于0.3 ℃/(10 a)。

图  2  江西省1963—2022年平均气温变化率空间分布(单位：℃/a)

Fig.  2  Interannual variability distribution of average temperature in Jiangxi Province during 1963-2022 (unit: ℃/a)

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分析江西省冬季、夏季平均气温趋势变化发现，冬季和夏季平均气温均呈上升趋势，均通过了信度0.01的显著性检验，且冬季上升趋势(0.31℃/(10 a))大于夏季(0.14℃/(10 a))，符合中国的气候变暖在季节变化上“冬暖”特征(沙万英等，2002)。分析11个设区市代表气象观测站冬、夏季平均气温倾斜率(表 1)发现，赣南冬、夏季平均气温增加趋势均小于赣中和赣北，其中景德镇和萍乡气温变化率最大。

2.2   江西省平均气温突变分析

利用非参数Mann-Kendall法对江西省1963—2022年平均气温进行突变检验。分析图 3发现，江西省年平均气温在1963—1994年呈下降趋势，其中1969—1978年气温下降趋势通过了信度0.05的显著性检验，表明下降趋势非常显著；江西省年平均气温从20世纪90年代以来呈显著的增加趋势，这与江西省高温增加趋势一致(刘文英等，2021)。到21世纪初，增加趋势通过了信度0.05的显著性检验，甚至从2004年开始增加趋势通过了信度0.01的显著性检验，这表明江西省年平均气温上升趋势十分显著(刘蓉等，2016)。气温的UF和UB曲线虽在2006—2010年相交多次，但超出了临界线，不能作为突变点。

图  3  江西省1963—2022年(a)年、(b)冬季和(c)夏季平均气温Mann-Kendall突变检验结果

Fig.  3  Mann-Kendall curve of annual (a), winter (b) and summer (c) mean temperature in Jiangxi Province from 1963 to 2022

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江西省冬季平均气温从1987年以来呈上升趋势，2000年以后上升趋势更加显著。冬季平均气温的UF和UB曲线在1997年相交且处于临界线内，表明在1997年发生显著突变，江西省1963—2022年冬季日平均气温为7.1 ℃，1963—1996年冬季日平均气温为6.7 ℃，1997—2022年冬季日平均温度为7.8 ℃，突变后冬季平均气温较多年平均值偏高0.6 ℃。江西省夏季平均气温在1963—2004年整体呈下降趋势，这与侯伟芬等(2004)对江南地区夏季气温变化特征研究结果一致。自2005年以来夏季气温呈上升趋势，UF和UB曲线的交点超出临界线，江西省夏季平均气温在1963—2022年未发生突变。

江西省设区市1963—2022年冬季平均气温发生显著性突变的检验结果(图 4)显示，各市冬季平均气温在1973—1977年呈上升趋势，除赣州和鹰潭冬季气温在2015年发生突变，其他市冬季平均气温的显著性突变发生在1990—1997年。

图  4  江西省部分设区市1963—2022年冬季平均气温Mann-Kendall突变检验

Fig.  4  Mann-Kendall curve of annual mean temperature during winter in cities of Jiangxi Province from 1963 to 2022

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2.3   气候变化对主要室外空气计算参数的影响

图 5给出了江西省1993—2022年采暖室外计算温度、夏季空气调节室外计算日平均温度和冬、夏季通风室外计算温度空间分布。分析发现，江西省采暖室外和冬季通风室外计算温度分布呈“南高北低”特征，夏季空气调节室外计算温度在赣北中部较高，夏季通风室外计算温度分布整体呈“东南高、西北低”特征。

图  5  江西省1993—2022年采暖室外计算温度(a)、夏季空气调节室外计算日平均温度(b)和冬、夏季通风室外计算温度(c、d)空间分布

Fig.  5  Spatial distribution of outdoor temperature for heating (a), outdoor design mean daily temperature for summer air conditioning (b), and outdoor design temperature for summer, winter ventilation (c, d) in Jiangxi Province from 1993 to 2022

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表 2给出了《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范(GB 50736—2012)》中已有江西代表站的主要空气室外计算参数与利用1993—2022年气象数据计算得到的参数值。对比分析发现，在气候变化背景下，采暖室外计算温度、夏季空气调节室外计算日平均温度和冬季通风室外计算温度均有不同幅度的上升，夏季通风室外计算温度变化幅度不大。

2.3.1   气候变化对采暖室外计算温度的影响

采暖室外计算温度是建筑结构进行采暖设计时重要的气象设计参数(刘魁星等，2014)，图 6给出了江西省1963—2022年采暖室外计算温度空间分布和时间变化。分析图 6a发现，与1963—1992年相比，1993—2022年江西采暖室外计算温度均有不同幅度(0.5—1.5 ℃)的增加，其中赣北东部增加幅度相对较大(景德镇和铅山上升幅度最大为1.5 ℃)，与刘文英等(2021)的江西省东北部和中部为持续区域性高温过程发生强度和频次较高地区的研究结果一致，而赣南地区幅度较小。

图  6  江西省采暖室外计算温度的差值空间分布(a；1993—2022年与1963—1992年差值，单位：℃)及各设区市变化趋势(b)

Fig.  6  Difference distributionof outdoor design temperature for heating in Jiangxi Province (a. D-value between 1993-2022 and 1963-1992) and the variation trend in various cities (b)

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江西省11个设区市1963—2022年采暖室外计算温度整体呈现上升趋势(图 6b)，景德镇上升幅度最明显(1.3 ℃)。4个时间段中1973—2002年采暖温度升高幅度最大，符合江西省冬季平均气温在20世纪90年代发生显著突变的特征。

2.3.2   气候变化对夏季空气调节室外计算日平均温度的影响

夏季空气调节室外计算温度主要用于确定新风负荷。图 7给出了江西省夏季空气调节室外计算日平均温度的空间和时间变化。分析图 7a发现，1963—2022年除永新、安义、上饶和崇仁等地的空气调节室外计算温度降低外，其余各地有不同幅度(0.1—1.3 ℃)的增加。从空间分布情况看，樟树、崇义、安远、新干、乐安、萍乡和景德镇夏季空气调节计算温度升高了1.0 ℃以上，将影响制冷设备选型及运行效果，增加室内空气冷却能耗(李明财等，2011)。

图  7  江西省夏季空气调节室外计算日平均温度的差值分布(a；1993—2022年与1963—1992年差值)及各地级市变化趋势(b)

Fig.  7  Difference distribution of outdoor design mean daily temperature for summer air conditioning in Jiangxi Province (a. D-value between 1993-2022 and 1963-1992) and the variationtrend in various cities (b)

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分析江西省11个设区市1963—2022年夏季空气调节室外计算日平均温度的变化趋势(7b)发现，景德镇上升幅度最显著(0.9 ℃)，与采暖室外计算温度的变化趋势一致。夏季空气调节温度在1973—2012年变化幅度较小，甚至有降低趋势，与江西省夏季平均温度在1963—2004年整体呈下降趋势一致。

2.3.3   气候变化对冬夏季通风室外计算温度的影响

通风室外计算温度可以确定通过通风可以消除多少余热(付祥钊和陈敏，2011)，1963—2022年江西省冬季通风室外计算温度越来越高(图 8a、b)。从空间分布上看，与1963—1992年相比，1993—2022年冬季通风室外计算温度上升幅度为0.2—1.1 ℃，赣北地区的东部和中南部升高幅度较大，景德镇升高最显著(1.1 ℃)。冬季通风室外计算温度在1983—2012年上升趋势最显著，符合江西省冬季平均气温在1997年发生显著性突变的特点。

图  8  江西省冬季(上)、夏季(下)通风室外计算温度的空间分布(a、c；1993—2022年与1963—1992年差值)及各设区市变化趋势(b、d)

Fig.  8  Difference distribution of the outdoor design temperature winter (top) and summer (bottom) ventilation in Jiangxi Province (a, c: D-value between 1993-2022 and 1963-1992) and the variation trend in various cities (b, d)

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1963—2022年，赣南地区夏季通风室外计算温度呈现上升趋势(图 8c、d)，赣中和赣北地区变化趋势不明显，而赣西地区甚至出现下降趋势。从各设区市的变化趋势来看，赣州升高最明显(0.45 ℃)，其他设区市升高幅度较小(0.05—0.24 ℃)，萍乡和新余市呈下降趋势。

3.   结论与讨论

利用1963—2022年观测数据，对江西省气温变化以及对主要室外空气计算参数变化进行分析，分析了气候变化对江西室外空气计算参数的影响，得出以下主要结论：

1) 江西省1963—2022年平均气温呈显著上升趋势，变化率为0.25 ℃/(10 a)，北部地区大于南部和中南部。冬季平均气温上升趋势(0.31 ℃/(10 a)) 大于夏季(0.14 ℃/(10 a))，符合中国气候变暖在季节变化上“冬暖”的特征。年平均气温、夏季平均气温未发生突变，但冬季平均气温在1997年发生显著性突变。

2) 江西省1992—2022年采暖、冬季通风以及夏季通风室外计算温度整体呈“南高北低”的空间分布特征，而夏季空气调节室外计算温度则是赣北中部较高。在气候变暖的背景下，采暖、夏季空气调节和冬季通风室外计算温度均有不同幅度的上升，夏季通风室外计算温度变化幅度不大。

3) 江西省空气室外计算参数存在明显的时间变化特征，即随气候变暖呈升高趋势，冬季的增加幅度大于夏季。其中，采暖室外计算温度升高0.5—1.5 ℃，采暖室外计算温度升高，建筑的传热负荷设计值减小(徐伟等，2012)。夏季空气调节计算温度升高0.1—1.3 ℃。冬季气温在20世纪90年代发生显著突变导致1973—2002年采暖温度升高幅度最大，不利于节能。冬季通风室外计算温度呈现上升趋势，1993—2022年升高0.2—1.1 ℃。夏季通风室外计算温度变化趋势不明显。

4) 江西省采暖室外计算温度赣北东部上升幅度最大；夏季空气调节室外计算日平均温度主要在赣北中部和赣中北部上升幅度较大；赣北地区的东部和中南部冬季通风室外计算温度上升幅度较大，以景德镇升高最明显；赣中和赣北地区夏季通风室外计算温度变化趋势不明显，而赣西地区甚至出现下降趋势。

目前执行的《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范(GB 50736—2012)》计算主要室外空气计算参数选取的气象数据已不适用于当前江西省民用建筑节能设计参考依据，本研究通过利用不同气候时段的气象资料，给出气候变化背景下江西省主要空气室外计算参数的变化，更具有代表性，有助于提高气候变化的应对能力。