【关键词】混凝土桥梁结构；温度；规定；分析方法
要研究温度对结构的影响，首先就要确定这一时刻结构内部的温度分布情况即温度场，而结构内部沿梁高的温度分布是随着日照辐射强度、桥梁方位、日照时间、地理位置、地形地貌等随机因素的变化而变化的，且结构对这些因素的变化在时间上还有明显的滞后性。加之桥梁结构的温度分布在几何上又是多维的，所以分析求解这种温度荷载是很复杂的，若要求得一个严格的函数解是不可能的，现有各种计算方法求解结果，无论在物理上或是数学上都具有一定的近似性。分析桥梁结构的温度荷载的计算方法，一般有以下三种类型：一是按Fourier的热传导方程求解；二是近似数值解；三是运用半理论半经验公式求解。
温度荷载的规定
铁路桥涵规范的规定是以我国气候条件为依据制定的，但铁路桥梁悬臂伸长较短，而管理桥梁悬臂长度相对较长，由于悬臂对太阳辐射的遮挡，箱梁的温差分布特点可能有所不同。铁路桥涵规范中规定的降温温差模式同样采用指数分布形式，其取值见相关规定。
4、欧洲大陆一些国家的桥涵规范
欧洲大陆一些国家如德国、瑞典、丹麦和法国，均采用线性温差模式，即温差沿梁高方向呈直线分布，其温差取值在5-15℃之间。除法国规范外，均对降温温差作了相关规定，同样采用线性分布的温差模式。
（1）分析方法
上式中（a）称为抛物线方程，其泛函变分问题的处理方法为：令时间变量暂时固定，即先考虑在一具体瞬时得条件下（仅是位置的函数）对泛函变分，然后再考虑的变化。
7、半经验半理论公式
上述方法虽有一定的近似性，但对复杂结构的温度场分析，是一种有效的方法，然而在桥梁工程设计中，特别是对计算温度应力来说，不能给出控制时刻的温度场的函数表达式，并导出一目了然的温差分布与应力关系，为此，以现场实测资料为依据，用数理统计方法分析温度分布规律，由此建立桥梁结构温度场的半经验半理论公式。
一个理想的半经验半理论公式应全面的考虑到影响温度分布的主要因素，诸如太阳辐射、气温变化、风速以及桥梁地理位置、太阳位置等参数，考虑上述众多因素势必导致公式复杂化。然而从桥梁工程运用的角度来看，因设计计算一般都以某一特定时刻的最大温差作为设计控制荷载，因此，影响这种控制温度荷载的主要因素也可进行一定的简化。
参考文献：
[1]叶见曙，贾琳，钱培舒。混凝土箱梁温度分布观测与研究。东南大学学报，2002
地球为何会变暖
冰川融化，春季提前来临，植被分界线往高海拔推进，如此种种都说明了一个问题――地球变得越来越暖和。有专家研究显示：整个20世纪，全球平均气温升高了0.8摄氏度。由此，《科学启蒙》小记者提出了第一个问题：地球为什么会越来越暖和呢？
讨论一开始，同学们由于紧张，都不太敢发言。《科学启蒙》小记者亮亮为调动同学们的参与热情，首先开讲了：“我通过查找资料了解到，地球温度升高，有两种解释：到达地球的热量变多，或离开地球的热量变少。由于太阳活动的变化，致使每年到达地球的热量增加大约0.1%，所以第一种情况基本可以排除了……”
小记者亮亮的话还没讲完，就有同学开始发言了，岳岳抢着说道：“那一定是离开地球的热量变少了。不过原因我还说不好。”被同学们称为小科学家的嘉嘉慢慢地站起来说：“其实是温室气体在作怪，二氧化碳等温室气体能吸收特定频率的红外辐射，而这些热能只有一部分会发散到太空中，其余的则辐射回地球表面和低层大气，大气层中温室气体增加，就意味着能发散出去的热量减少，地球也就变得更暖和了。”
《科学启蒙》小记者在嘉嘉发言后做了一个小的总结，表扬了岳岳的热情、勇敢和嘉嘉的博学，也提出了一些希望，希望同学们能积极参与到讨论中来，除了热情、勇敢外，还要做足准备，对要讨论的话题有深入的了解。
地球变暖后的变化
地球变暖，会引起一系列的变化，如今的
“五带划分”“干湿情况”都要有所调整。哪些地方会变成热带天堂？哪些地方会变成潮湿地狱？哪些地方又会变成荒芜人烟的沙漠？同学们这一次讨论很热烈，纷纷说出了自己所了解的情况。
热带会扩张
张新同学首先说：“地球变暖后，热带地区会扩张，而且会变得更加湿润；热带地区边缘的干燥地区会更干燥，并且往极点移动；高纬度地区会变得更温暖、更潮湿。”李玲同学补充道：“嗯，张新同学说的很不错，不过具体怎样变化，科学家们也没有确切的定论。”
海平面会上升
小科学家嘉嘉同学又慢条斯理地开讲了：“除了张新和李玲说的以外，海平面也会上升的，因为海洋变暖后会膨胀。通过查找资料，我还了解到我们今天正处于温暖的冰期末期。过去50万年里，有几个相对温暖的间冰期，那时气温比现在高了不到1度，海平面大概比现在高5米。约300万年前，气温比过去几千年的平均气温高出一两度，海平面比现在高了至少25米。通过研究过去百万年气温与海平面的关系，人们发现温度每升高1度，海平面最终会因此上升20米。”
不愧是同学们所称作的小科学家，这么小的孩子，对知识的理解竟能这么透彻。《科学启蒙》小记者们都被嘉嘉的博学给折服了
就在《科学启蒙》小记者们表现出惊叹的时候，关杨同学说话了：“其实海平面的上升也和陆地上的冰融化或滑落入海有关。有材料写道：如果格陵兰岛和南极大陆的冰都融化，海平面会上升超过60米。”
看来同学们这次是真的做足了准备工作，不但讨论得热烈，而且所列材料也很翔实，还举出了例子，相信读者朋友们也很容易理解哦。
地球变暖的影响
由于人们大量排放二氧化碳等温室气体，我们的“家园”温度在不断升高，也产生了一系列的变化，那么这些变化会对人们的生活产生哪些影响呢？
生活受到威胁
平时很少回答问题的王允同学也参与到讨论中来了，令老师和同学都很惊讶，他镇定自若地说道：“如今，气候在迅速变暖，而且可能比过去几百万年都热，同时不稳定气候也越来越多。为了适应这样的变化，许多物种都不得不迁徙到更适合自己生存的温度环境中，而为了和食物出现的时间同步，动物必须改变繁殖和迁徙的时间。许多物种都可能做不到，将面临着灭种的危险。”徐燕也说道：“不光动物会有灭种的危险，对我们人类的影响也很大。从居住地到农作物的选择，我们已经适应了特定的气候情况。气候变暖，连同大洪水和严重干旱灾害风险的加剧，也会给我们造成更多潜在的毁灭性冲击。”
洪灾和旱灾会更多
姜思源说：“近年来，洪灾和旱灾也频繁‘光顾’我们的生活，这和气候变暖也是有关系的。温暖的空气可以包容更多水分，空气湿润了就会带来更多降水，下雪下雨的频率也会更高。降水一密集，洪水就会多。”董晓亮首先肯定了姜思源同学的说法，不过有不同的看法：“尽管世界大部分地区平均降雨量会增多，干旱期还是会不时出现。旱期来临时，高温下土壤会更快变干。一旦土壤干透，太阳的热量就不会使水分蒸发，而是直直透入地里，引发或加剧热浪。”
同学们说完自己的意见后，《科学启蒙》小记者做了总结，对同学们能辩证地看问题给予了肯定，还希望同学们以后能多多做这样的讨论练习。
如何应对地球变暖
地球变暖会产生很多变化，也会给动物和人类的生存带来很多威胁和灾难，为此，我们要保护我们的“家园”，不让她继续变暖。《科学启蒙》小记者总结了一下同学们提出的解决办法，不外乎以下几点：一是强化认识，不要等到必须采取措施时才行动，因为那时遏制气候朝不利方向变化的最好机会可能已经失去；二是关注气候问题，不能只停留在“嘴上”，而要真正行动起来；三是减少温室气体的排放，这也是最主要的。
【关键词】《素问•热论》《伤寒论》《温病学说》新感与伏邪寒温统一论
体质学说古今医家多有论述。本文仅就体质因素对伤寒、温病发病的直接影响略陈管见，祈请斧正。
《素问•热论》曰：“今夫热病者，皆伤寒之类也”。揭示了外感热性病皆与寒邪相关，这是中医关于寒温学说的最早理论。迨至难经则分伤寒为五，“有中风、伤寒、湿温、热病、温病”。始有广义、狭义伤寒之分。仲景伤寒论继承和发展了内经热论学说，又赋予六经新的内容。他勤求古训，博采众方，结合临床经验，创造性的总结了一般外感疾病的发生和发展的变化规律、治疗原则以及方剂的配伍方法，始终而严密的将理、法、方、药一线贯联，有效地指导者外感热病及其他杂病的辩证论治，为后世医学的发展做出了重要贡献。然仲景所遇病情。寒多热少。故论中论寒者多，论温者少。虽有“太阳病发热而渴，不恶寒者为温病……发汗已，身灼热者为风温”之说，但立论简略，未成系统。随着代移时迁，人们渐觉用伤寒法未能痊愈，外感病诸多热病，于是温病学说，渐次崛起。张杰古，刘河间，王安道，吴又可等人，另立旗帜，经多数医家集3~5百年的实践经验至叶天士，吴鞠通，王孟英等乃蔚为大观，自成体系，实补伤寒法之不足，也是历史发展的进步。
从伤寒的温病，除了历史的局限的科学的不断进步外，还与其所处时代不同，影响了人体素质变异有关。仲景所在东汉时期和其以前，由气候等诸多因素影响，人少伏热，罹感者寒多热少，又适逢寒疫大作，夭亡甚众。故仲景就潜心研究和总结辨治伤寒诸法，伤寒论就是在这样的背景下成书的。在以后千百年的漫长岁月中。人体素质随着气候等因素的影响有所变异，故疾病的性质亦在潜移默化，故治疗方药也当随机应变。如刘河间在《保命集•伤寒第六》中说：“余自制双解通圣辛凉之剂，不遂仲景法桂枝、麻黄之药，非余自，理在其中，故此一时，彼一时，奈五运天气有所更，世态居民有所变……。”故创“六气皆从火化”之论。朱丹溪亦倡“阳常有余，阴常不足”之说，亦非妄言，也是有其气运更迭，人体素质变化的。又如《医宗金鉴•伤寒论心法要诀》有诗云：“六经为病尽伤寒，气同病异岂期然，推其行脏原非一，因从类化故多端。”近代王前飞也指出：“人群体质在时代的更迭中可发生潜在变化，疾病的特征亦随之变异“。从中医发病学的观点看素体阴虚者，常内多伏热，同感寒邪化热则速，故伤寒轻发热重，咽干口渴等温热症状多见，此时若不详辨证，固执麻桂之方，常劫伤津液，变证烽起。若素体内少伏热呈现恶寒重，发热轻，口不渴等症，麻桂又诚良方也。若感邪前内伏痰饮可见小青龙汤证；若素体脾胃虚寒则阳邪易陷太阴；若心肾阳虚则常太少两感；若胃热素盛，则邪易入阳明；若肠蕴积滞，则热与燥矢互结，常致阳明腑实之证；若素体阴虚已甚，则邪不但易化热伤津，更可入营动风。故同罹外邪，常因患者体质阴阳有异，感前原有宿疾不一，则病变虚实寒热不同。视病人体质强弱则治疗难易有别，预后又大相径庭。由此可见体质的阴阳直接影响着外感的寒温。关于体质学说影响疾病的的性质和转归的，现代医家亦有不少论述。如何炎在《浅谈学习伤寒•温病的点滴体会和临床经验》中说：“外因要通过内因起作用，同是外感上一种病邪，却又因人们的体质不同，发病的寒热虚实迥异”。刘宏伟在《慢性肾炎证候动态变化影响因素探讨》一文中也曾指出：“体质是个体生命活动表现出来的生理特性，本质差异。内经有‘因行而生病’。个体的生理特性，在许多情况下决定着机体的某些治病因素的易罹性以及病症发展的倾向性。因此证得背后或多或少的体现着人体的体质特点。易发体质决定了疾病的发生与证候的类型，体质差异决定了疾病的演变与转归。”王前飞等人在《论体质与治则》一文中认为：个体体质的特殊性往往导致机体的某种疾病的易感性，具有相似性质的事物间存在一种相互类聚，相互合，相见同化，相互融合的现象，古人称之为‘同气相求’。特殊体质（病理性体质）与相应病邪之间就存在着这种同气相求现象。
作为病因，外感六淫虽有风、寒、暑、湿、燥、火之分，然感冒之疾，实当首辨属寒属温。温病又有风温、春温、暑温、湿温、伏暑、秋燥、温毒、瘟疫之别。诸多温病除暑温是暑热直犯人体，瘟疫乃厉毒直接传染外，其他温病之作，皆因感寒而起，因风为百病之长，故多风寒相兼。寒邪袭表，阳气被伤，失却正常温煦作用，故恶寒。卫气奋起抗争故发烧，因寒性收引，腠理闭塞，故无汗，又因风性疏泄。若寒少风多，营卫失和，故也有自汗者。以现代学说来说，因寒冷刺激，初则体温中枢产热，表层交感神经兴奋，使汗腺分泌较少，血管收缩，发生毛窍收缩，竖毛寒颤，发热无汗或汗不多，头痛身重等症状。但暑热之证，则因气候炎热，外来之热及重，卫气郁结，内热无法放散必致因热极而发生发热，面赤、烦渴等现象。它如：湿温者乃长夏人体湿热内蕴，再感外邪，两邪相兼，缠绵难解；秋燥者乃秋令燥气大盛，人体津气已伤，在感风寒，很快化燥，津液更耗，伏暑乃暑热久罹，蕴伏体内，秋冬遇风寒诱发；疫毒虽盛，亦常因感冒后抵抗力下降而暴发，免疫力强亦有不病者，正如内经所谓：“邪之所凑，其气必虚”，“风雨寒邪不得虚，邪不能独伤人，必因虚邪之风，与其身形，两虚相得，乃客其形”。至于风温，做为病名则可，若做为病因则不妥，不管临床或日常生活中均可见，风和日丽，温风宜人，营卫调和，何以致病？必因春时阳气上升，气温渐暖，人体腠理易于疏泄，营卫失和，或病毒疫邪早已潜伏体内，此时偶感风寒易于化热，故发热，咽痛，口渴等症状，常能触邪即至，虽感仍是风寒，但已迅速化热，若过用辛温发散则易伤津动风，变证百出，故此时治当辛凉解表，银翘，桑菊之类可也。
新感与伏邪众说纷云，似指伤寒邪由外入内谓之新感，温病邪由内出外，谓之伏邪。其实伤寒温病，病情清浅者均可无伏邪，病情复杂者也都可有伏邪，也大都因感寒而诱发。《素问•生气通天论》云：“冬伤于寒，春必病温”，是关于伏邪学说的嚆矢。很多病在发生之前有先驱症状，都可认为是伏邪。疫疠病前多有伏邪氤氲，即某些传染病的潜伏期。其实人体很多部位，如口腔，肠腔等常有很多微生物寄生虫，但人体正气不虚，常不能致病。即谓“正气存内，邪不可干”。一旦人体感冒风寒后抵抗力下降，这些小生命即可兴风作浪，危害人体。前面多说的内有伏热当然也是伏邪之一，感冒前的诸多宿疾，也直接影响着新感得性质和转归，所以说伏邪也是人体素质的一个内容，诚如王前飞所说：“具有某种病理体质的人，未未发病时，体内已蕴含一定的病理基础，而为隐性的病理性体质，在病邪作用下，机体代谢失调，病理性产物超过一定阈值，便形成一定的证候”。只是对伏邪学说更深层次的认识。
综上所述。伤寒温病不在感邪之寒温，而因罹风寒则因患者身体素质不同，伏邪之有无，而发病才有寒温之异，所以寒邪作为外感热病的诱发因素乃一定道理，时逸人谓：“凡凡内热重之素因，如受外感，必患温病；内热轻之素因，如受外感，必患伤寒”。“伤寒温病皆以恶寒发热为必有之证型，所不同者，中医认为有无内热之潜伏，在病情上言之，风寒之证，恶寒较重，暑热之证，发热较重，恶寒较重之证即为‘伤寒’，发热较重之证，即为‘温病’。有谓受寒为伤寒，受温热为温病，以其受邪之不同为分别寒温之标准，是不知寒冷空气能刺激皮肤，伤及卫外机能方能致病；若谓但因受热所致病者，除“中暑”、“中热”外，实不多见，故不能以此项说法做为分别之标准“。时氏所言极是。其著《中医伤寒与温病》，颇多发明，对寒温之统一，大有裨益。伤寒温病古多门户之争，现代医家多有主统一者，如邓铁涛教授1958年在中医杂志撰写文指出：“温病学说是从伤寒基础上发展起来的。但是如果认为既然发展到温病就可以一笔抹煞了伤寒，取消了伤寒的宝贵经验是错误的。同样的认为温病学说不足道，抹煞了温病学说数百年来治疗经验也是不对的”。1989年在《温病专题讲座》中又强调“从《素问•热论》到《伤寒论》再到温病学说是一脉相承的关系，应为定论。两者的争论的确是不必要的”。这种从继承和发展的角度来研究伤寒与温病确属阅历之言，不但有益于寒温的统一，也促进了中医外感热病学说的发展。伤寒，温病虽经千百年来的发展、演变、争论。而余认为仍不出内经关于“人之伤于寒也则为病热”之旨。今从体质来论寒温，故寒温之争可休矣。
参考文献
[1]《医宗金鉴•伤寒论注》1982年10月出版总第316页.
[2]《医宗金鉴•伤寒心法要诀》1982年10月出版总第959页.
[3]时逸人著《中医伤寒与温病》1959年4月第14-15页.
[4]《内经辑要》南京中医学院1959年4月版第138页，128页，30页，136页.
[5]《难经译释》南京中医学院1961年11月版第127页.
[6]何炎《浅谈学习伤寒•温病的点滴体会和临床经验》新中医1986年09期（DOI）:CNKI:SUN:REND.O.1986-09-006.
[7]刘宏伟《慢性肾炎证候动态变化影响因素探讨》新中医1991年08期（DOI）:CNKI:SUN:REND.O.1991-08-006.
[8]王前飞《论体质与治则》新中医1992年09期（DOI）:CNKI:SUN:REND.O.1992-09-002.
关键词气候变化；时间偏好；不确定性；技术变迁
中图分类号F062文献标识码A
文章编号1002-2104（2012）11-0019-07doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2012.11.004
大量科学研究发现，人类的许多活动，如发电、交通运输、砍伐森林、工农业生产等都是温室气体的重要来源。由于许多温室气体包括二氧化碳可在大气中残留长达一个多世纪的时间，它对气候的影响具有极大的滞后性。即使温室气体排放量未来能逐步稳定下来，其对全球温度的影响也将是巨大的。因此，温室气体排放及其引致的气候变化、全球变暖等问题成为全球面临的共同挑战。由于气候变化与经济系统之间密切的内在联系，气候变化的经济学分析自然成为了众多经济学家的研究热点。
从经济学本质来看，气候变化问题主要涉及外部性。标准的外部性理论指出在确定性条件、完全竞争以及单一政府的前提下，可以通过征收庇古税、采取科斯提出的产权分配以及直接管制等手段加以解决。但全球气候变暖是在较大不确定性和市场失灵条件下的跨期国际间协调的集体行动问题，该问题涉及面广、跨度长，且更加复杂。
气候变化问题作为一项全球性挑战，同时存在明显的不均衡性。从温室气体排放量来看，发达国家与发展中国家对温室气体排放所承担的历史责任不同。发达国家现期排放量所占比重较大，而发展中国家的温室气体排放量将可能随着经济发展而大幅增长。从气候变化的未来影响来看，如不对温室气体加以控制，环境恶化问题会对各国产生深远的影响，其中发展中国家的情形更为糟糕。因为受到低收入和资本有限的约束，发展中国家要平衡增长与气候变化的关系面临着更大的挑战。因此，要遏制全球气候进一步变暖，发达国家与发展中国家的共同参与和合作是必需的。而要推行一种有效的国际合作机制，避免“搭便车”现象出现，就要在气候变暖的后果、各方的责任、激励机制等问题上达到共识。为形成有效可行的国际协定，所有国家必须了解减缓气候变化对于其增长、产业竞争力、安全、公共财政及环境的影响，尤其是减排成本对增长可能带来的冲击，减少其对各国尤其是发展中国家的增长前景的负面影响[1]。可见，气候变化的经济学研究进展对于各国制定可行的减排政策，促进气候政策的国际间协调，有效平衡经济增长与气候恶化提供了重要的理论依据。
1国外关于气候变化经济学分析的研究概述
从20世纪90年代起，经济学界就开始对是否要采取经济手段来减缓气候恶化、全球变暖展开了一系列讨论。他们通过建立不同的经济模型来比较减排成本和不采取减排措施气候变化对经济造成的损害，从而提出不同的政策结论和主张，形成了一些有代表性的、甚至针锋相对的几派观点。其中主要包括以前世界银行首席经济学家、英国首相经济顾问尼古拉斯·斯特恩（NicholasStern）为代表的“激进派”；以美国耶鲁大学经济学教授威廉·诺德豪斯（WilliamD.Nordhaus）和哈佛大学经济学教授马丁·魏茨曼（MartinL.Weitzman）为代表的相对“保守派”；以克拉克奖获得者、麻省理工学院经济学教授戴龙·阿西墨格鲁（DaronAcemoglu）为代表的学者引入了导向性技术变迁因素，得出更为系统的结论，估且称为“综合派”。
2006年10月，受英国政府的委托，由斯特恩主持的团队历经一年的调研时间，了一份关于全球气候变化的详实报告（TheEconomicsofClimateChange：TheSternReview，下文简称为Stern报告），全面阐述了气候变化对社会、经济、环境等带来的影响，引起了各界人士的高度关注。Stern报告围绕气候变化问题，运用经济增长理论框架采用成本—收益方法展开了详尽的经济学分析，系统剖析了气候变化与增长的关系，平衡减排成本与气候损害的政策决策，遏制气候变化的政策手段以及国际合作的开展等，得出了许多有益的结论。该报告最重要的主张是与不采取减排行动可能带来的未来损害相比，各国立即采取强有力的减排行动是必要的、合适的[2-3]。
Stern报告以后，引起了众多学者的批判与质疑，其中较为有影响的是威廉·诺德豪斯教授WilliamD.Nordhaus的研究。他对Stern报告的分析提出了强烈质疑，指出该报告提出的应立即采取有力减排措施的结论，很大程度上依赖于近似为零的时间贴现因子和特定的效用函数假设。如果根据当前的市场真实利率和储蓄水平而改变假设条件，则该报告较为激进的结论不再成立[4]。马丁·魏茨曼教授MartinL.Weitzman也对Stern报告较为激进的结论提出了质疑。他指出该结论主要依赖于低贴现率的假定以及分析过程中对难以量化的不确定性的忽略。如果对这两大因素重新加以考量，得出的气候政策主张将会明显不同[5]。美国经济学家肯尼斯·约瑟夫·阿罗KennethJ.Arrow也同样针对Stern报告中对未来远期进行近似于零的贴现因子的设定提出了质疑，但他仍基本认同该报告的主要结论，认为各国应迅速采取行动减少温室气体的排放，而不要甘冒气候变化可能带来的巨大的未来损害的风险[6]。
大多经济学家对气候变化问题的争论及其政策主张的分歧主要源于时间贴现因子的设定及对气候变化损害的不确定性的考量上，而对于技术进步对气候政策的内生性回应没有予以充分考虑。戴龙·阿西墨格鲁DaronAcemoglu等学者引入导向性技术变迁（directedtechnicalchange），从全新的视角分析了气候变化政策。他们在环境约束和有限资源条件下将内生的、导向性的技术进步引入到增长模型中，基于不同类型技术（清洁型技术和污染型技术）对环境政策的内生性回应，对不同环境政策的成本与收益进行分析。首先建立一个两部门（污染型投入品和清洁型投入品）的导向性技术进步模型，然后在污染投入品生产中引入可耗尽资源进行均衡分析，最后从单一经济扩展到两国模型；从而得出有关遏制气候灾难发生的政策类型，最优气候政策的结构及其对长期经济增长的影响，延迟实施环境管制的代价，生产污染型投入品是否使用可耗尽能源所带来的影响以及国际技术联系、国际贸易对国际间气候政策协调必要性的影响等重要结论。他们认为在两种投入品替代性强度不同的情况下，气候政策主张截然不同[7]。因此，该研究结论更加系统、全面，并对气候政策的国际协调提供了初步的理论依据。
可见，气候变化的经济学分析关注的焦点包括：用模型来刻画增长对温室气体排放的影响，对技术选择进行经济学分析和建模，计算碳的社会成本以及探讨碳税、市场机制及其它政策安排等方面。而分析的关键在于探讨如何平衡减排成本和不采取减排行动的风险的战略，即对采取不同环境政策所带来的遏制环境退化的收益以及减缓经济增长的成本两方面的权衡比较。因此，面对全球变暖的威胁，国际社会应当作出多大程度、多快的反应，是当前经济学家分析的首要问题。目前国外学者对于各国是否应立即采取大幅度的减排行动，仍存在较大分歧。通过梳理相关最新的研究成果，我们能厘清不同政策主张背后的原因以及当前研究存在的不足，为国际社会制定更合理的气候变化政策提供有力的理论基础，并为今后的研究指明方向。
2国外关于气候变化经济学分析的争论焦点
不同经济学家从各自的政治立场和价值观念出发，基于不同的假设条件、考量因素和模型设定，围绕气候变化问题进行系统的经济学分析，从而得出不尽相同的结论。总体来看，相关研究争论的主要焦点在于政策主张（包括减排目标、减排行动的快慢、减排的阶段性安排等）以及减排措施等方面，而政策结论存在分歧的主要原因在于时间贴现因子和特定效用函数的设定两大关键假设，对不确定性因素以及技术变迁因素的考量等方面。
2.1政策主张
Stern报告率先提出了较为激进的气候政策主张。报告中指出要遏制气候变化的恶劣影响，各国必须迅速采取有力的大幅度的减排措施。该报告收集了大量关于气候变化的影响及其经济成本的证据，并用不同的手段评估了成本和风险，并得出尽早采取有力行动的收益远远超出不行动的经济成本的重要结论。基于标准经济模型的结果，报告估计如果不采取减排行动，气候变化的整体成本和风险相当于每年全球GDP至少损失5%。如果将更大范围的风险和影响考虑进来，损失估计会上升到20%甚至更多。而从减少温室气体排放的成本来看，将大气中温室气体浓度稳定在450-550ppm二氧化碳等价物水平CO2e（当前水平为430ppm二氧化碳等价物，工业革命前仅为280ppm二氧化碳等价物），气候变化恶劣影响的风险会大幅降低，即意味着要在2050年前将温室气体排放量在目前水平上至少降低25%。如果当前立即采取有效减排措施，实现稳定温室气体浓度目标的成本可控制在每年全球GDP的1%左右。如果考虑到效率的提高以及控制环境污染的其它收益，成本还会有所降低。因此，尽管采取长期持续的措施来实施减排，控制气候变化的成本较高，但是从成本和收益的对比可看出立即采取有力的行为是十分必要的。
另一方面，根据该报告的测算，若对温室气体排放不加以控制，气候变化将会对增长和发展产生严重影响。据测算，如果当前不采取减排措施，大气中温室气体浓度在2035年可能会达到前工业时代水平的两倍，即全球平均气温至少升高2℃多。长期来看，气温甚至有50%的可能性会升高5℃。这无疑会对自然地理、人们的生产生活产生不可估量的影响。即使处在温和变暖的水平上，所有关于气候变化对各地区、部门影响的研究以及其对全球影响的经济模型估算，均表明气候变化将对全球产出、人类生活以及环境造成恶劣影响。显然，所有国家都会受到气候变化的影响，而最不发达国家和发展中国家受其影响最深，尽管它们前期排放的温室气体比重较小。由于气候变化是不可遏制的，各国只能尽可能在一定程度上减轻其对经济社会的影响，因此提高对气候变化的适应性至关重要，比如进行更有效的规划，培育更能抵抗气候变化的作物和推进基础设施建设等。
可见不论从成本—收益的对比，还是从对气候变化不加以遏制可能带来的未来损害程度来看，Stern报告都认为各国迅速采取强有力的减排行动势在必行，延迟行动的代价极大。
而该结论与许多早期的经济模型包括DICE模型（DynamicIntegratedmodelofClimateandtheEconomy）、RICE模型（RegionalIntegratedmodelofClimateandtheEconomy）等得出的结论大相径庭[8-10]，大多经济模型均支持“气候政策斜坡理论”（climatepolicyramp）。Nordhaus认为采取渐进性的全球减排路径是最优的，即起初实施缓慢温和的减排政策，随后在中长期加大减排力度，减缓全球变暖的政策是逐渐紧缩的，最后将温室气体浓度稳定在650-700ppmCO2e水平上（这与Stern报告中设定的温室气体浓度的稳定目标450-550ppmCO2e水平相距甚远）[11-12]。其原因在于资本回报率的变化，目前回报率较高的投资主要在于有形的、技术和人力资本投资，而随着时间的推移，气候变化带来的损害预计将远超过产出，因而转向更为集约型的减排投资更加有效。实施减排的组合方式及时机则取决于成本、气候变化带来的损害程度等。相类似地，Weitzman也不赞同Stern报告较为激进的政策主张，认为减排并非一个紧急性的行动。
尽管许多批评者认为由于全球气候变化的成本和损害程度存在极大不确定性，而且这种成本和损害将发生在遥远的未来，因此Stern所倡导的迅速有力的温室气体减排行动是不成立的；但Arrow认为即使Stern报告中的假设条件存在缺陷，但报告的基本结论仍是合适的。他指出在进行气候变化的经济学分析时，要特别注意以下两方面：温室气体排放的影响通常是不可逆的，且在大气中存留的时间长达数万年；气候变化问题具有全球范围的外部性。因此，现期进行大幅减排与当前不采取行动而遭受可能的风险和损害相比较是福利改进的。
Acemoglu等学者通过引入导向性技术变迁的视角，设立两部门模型，得出当清洁型投入品和污染型投入品的替代性强度不同时，气候政策也随之变化的结论。他们认为当清洁型投入品和污染型投入品有较强替代性时，只要对污染型投入品的生产征收暂时性的碳税（或对清洁部门补贴）就可实现经济的可持续长期增长，这一结论比Nordhaus更加乐观；当两部门的替代性不够高时，与Stern的观点类似，要避免气候灾难需要永久性的政策干预；但当两部门生产的投入品是互补品时，要阻止气候持续恶化的发生必须以牺牲经济长期增长为代价。同时Acemoglu等也认同Stern报告中，延迟政策干预的代价十分昂贵的观点。他们指出政策反应速度越快，低速增长的转换期就越短，但代价高昂的原因不仅是由于直接的环境损害（与Stern报告类似），更重要是因为政策干预的延迟进一步扩大了清洁型和污染型两部门间的差距，延缓了从污染型技术导向清洁型技术的转变。
2.2减排措施
在减缓气候变化的措施手段方面，不同学者也有不尽相同的主张。Stern报告提倡全面、多种减排手段并用，并对气候变化的国际合作协议框架的主要内容进行了阐述。
Stern报告指出由于温室气体主要来源于能源消耗、
①贴现（discount）包含两个相关但易混淆的概念，其一指货物贴现率，即衡量不同时点上货物的相对价格，又称作资本实际回报率、实际利率或资本的机会成本；其二指随时间推移不同家户或不同代人经济福利的相对权重，又称为时间偏好或时间贴现因子。本文提到的贴现率主要指后者。
农业和森林砍伐，因此有效的减排治理也应从这三大主要领域着手。首先，要减少能源消耗引起的温室气体排放可通过提高能源利用效率，改变需求以及推广清洁能源、电力、交通运输技术来实现，这需要各国共同采取有力而审慎的政策手段来进行有效激励。为实现大气中温室气体浓度的稳定目标，全球电力部门需要在2050年以前去二氧化碳化率达到至少60%，运输部门同样需要进行温室气体的减排处理。即使可再生能源能广泛地推广应用，预计到2050年化石燃料仍然将占据全球能源供应的一半以上，因而碳捕获和碳储存的广泛应用显得十分必要。其次，非能源消耗，如森林砍伐、工农业环节等引起的温室气体排放的减排也同样重要。对于许多相关节能减排技术的开发和应用，私人部门起到主要作用，而这需要清晰、长期可靠的市场结构和激励政策。有效的政策选择主要包括三大方面：通过碳税、基于产权分配的贸易或管制手段进行碳的合理定价；推行鼓励低碳技术创新和应用的政策；采取措施减少影响能源效率的壁垒，并通过教育宣传手段告知大众应对气候变化的方式，通过信息交流、讨论和教育手段来改变人们的偏好和行为。
同时，气候变化作为一个全球性问题，各国应作出集体回应，应对气候变化的国际性合作应基于各国对长期目标设定和行动协议框架的共识。《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》为国际性合作奠定了一定基础，但各国间仍需对气候变化的长期目标达成国际性共识，并形成更积极的合作协议框架。该框架主要包括以下几方面：①碳排放交易，扩大全球性碳排放交易是一种实现减排的有效手段，同时能为发展中国家向低碳发展转型提供资助；②技术合作，通过非正式的协调和正式协议均能提高全球创新投资的有效性，产品标准的国际性合作也是提高能源效率的重要手段；③减少森林砍伐，由于森林砍伐导致的温室气体排放比运输部门更多，管制森林砍伐是减少温室气体排放的高效手段，应推行大规模的国际性试点计划来探讨有效的管制手段。④提高适应能力，由于最不发达国家受气候变化的影响最大，发达国家应遵守承诺通过海外发展援助基金为这些国家提供资助，加深他们对气候变化影响的认识，并资助那些更抗洪涝灾害的新作物物种等研究。
尽管Nordhaus对于Stern报告激进的政策主张持怀疑态度，但他仍肯定了Stern报告的主要贡献在于选择气候变化政策时综合考虑了经济目标和环境目标，从原则上纠正了《京都议定书》的致命缺陷。对于该报告中提及的多种减排手段，他更侧重于提倡征收碳税的手段。他认为，与总量管制以及《京都议定书》中减排机制安排等数量导向性的手段相比，运用价格导向机制，提高碳排放定价，建立透明可比的全球性碳价信号（碳税等），对于温室气体排放的社会成本内部化以及激励低碳技术的研发十分关键。
Acemoglu等人的研究发现，最优的减排手段包括碳税和对清洁型投入品的研发补贴两部分，因为仅仅依靠碳税来减少碳排放并影响研究投入的方向，会导致过度的扭曲，因此碳税的过度使用是可以避免的。他们通过数值较准，在合理的参数设定以及两种投入品间的替代率足够高时，进一步验证了通过有效的减排措施迅速将技术进步导向清洁技术是最优的，而且最优的气候政策不会减缓经济的长期增长的结论。这一研究对于有些学者关于征收碳税会产生过度扭曲，并对经济增长产生负面影响的观点给予了有力的回应。
此外，他们将一国模型扩展为两国模型，研究发现当世界范围内仅存在国际技术联系而无国际贸易发生时，且两部门投入品间是高度可替代性的，仅仅发达国家（北方）实施环境管制就足以遏制气候灾难的发生。但在自由贸易条件下，若没有全球政策协调，发展中国家（南方）将沦为“污染天堂”，从而导致气候的加速恶化。这无疑为世界各国进行气候变化政策的积极合作与协调提供了有力的理论依据。
2.3贴现率和效用函数的假设
在假设条件方面，Stern报告运用R—K—C最优经济增长模型，分析社会决策者最大化无限期内贴现后的消费效用，即社会福利函数的经济路径选择。在该分析框架下，Stern报告设定了近似为零的贴现率和效用函数中的消费边际效用不变弹性，并充分反映了英国当局“政府大厦”功利主义（GovernmentHouseutilitarianism）色彩，作为全世界的社会计划者，决定着全球应对气候变暖风险的方式。而这种分析用于指导各国家进行气候变化磋商谈判显然不太合适。事实上，各国在进行商讨温室气体减排和责任分摊的磋商谈判过程中，会充分权衡自我收益以及减排投资与其它投资的收益比较。
显然，Stern报告激进结论与其它研究的分歧主要源于贴现率①的假设。零贴现率意味着无限远期的未来世代的经济福利与当代人同等对待；而正贴现率指未来世代的福利与当代人福利相对是缩减的（discounted）。时间偏好无疑是气候变化的经济学分析的焦点问题。Stern报告认为设定正贴现率意味着忽略遥远未来的巨大成本，在此假设前提下进行长期决策是不可靠的，因而将实际时间贴现因子设定为每年0.1%。近似为零的时间贴现因子实际上代表着基本的伦理道德标准所提倡的代际中立（intergenerationalneutrality），同样是英国政策功利主义传统的体现。而Nordhaus指出零贴现率使得分析气候变化问题时将大多发生在遥远未来的气候变暖损害的贴现值夸大，现期决定对于未来不确定性事件变得更为敏感，从而导致牺牲现期较多的收入（消费）以小幅度地增加未来收入（消费）。从伦理学出发，对代际间时间偏好的设定也有不同的观点，比如Rawlsian（minimax）welfarefunction劳斯福利函数等，而该报告对其它可能的选择并未加以提及和比较。
同时Nordhaus对于Stern报告中设定的对数效用函数及消费边际效用不变弹性，即不变相对风险规避系数（弹性设为1）也提出了质疑。在有限时期内，人们等量的消费可视作为拥有相同的福利水平，但研究气候变化问题时我们考虑的是无限远期，不同代人的消费效用存在着极大不确定性。未来世代的各种偏好，比如不同消费的效用水平，与老一代人消费的差别，对不同消费（物质或精神追求）的不同偏好等，为我们建模分析气候变化政策提出了巨大的挑战。
Nordhaus进而指出Stern报告中贴现率和效用函数的两大假设与现实市场利率水平是严重脱节的。从资本实际回报率角度来看，在最优增长模型框架中，该实际回报率是内生决定于时间贴现因子，消费边际效用弹性和人均产出增长率的。根据Stern报告的相关假定（人均产出长期增长率1.3%），实际利率的均衡水平仅为每年1.4%，与现实实际利率水平不太匹配，相应的全球最优净储蓄率也为现实水平的两倍。事实上，减排决定是基于当前减排边际消费成本与未来减少的气候变化损害的贴现后的边际消费收益的平衡作出的，其中资本实际回报率起着关键作用，但该报告对这种内在联系也并未考虑。
为进一步证实Stern报告两大关键假设的不合理性，Nordhaus通过不同的贴现率和消费弹性设定通过DICE模型进行了校准，证实了Stern报告所得出的激进结论主要依赖于贴现率和消费弹性两大关键假定，进而通过资本实际回报率来产生影响的。其它学者运用模型进行校准的结果也较为类似。例如PAGE模型的发明者ChrisHope根据他的假定条件和贴现因子，模型得出的碳平均社会成本为$43/t（Stern报告测算出的碳社会成本为$350/t），而将0.1%的贴现率带入PAGE模型后，碳成本便提高到$364/t[13-14]。Mityakov运用另外一个关于气候变暖的校准模型，发现Stern报告关于贴现率的假定使得气候变暖损害的现值夸大了8-16倍[15]。
Arrow同样对Stern报告中贴现率的设定提出了质疑，但其观点略有不同。他认为对成本—收益进行估算时，要适当地权衡未来影响与现期影响间的关系，其中时间偏好是关键因素。他同样也指出Stern报告中所采用的近似为零的贴现因子与现实观察到的储蓄率和利率水平不太匹配，但他利用Stern报告中的成本、收益方面的数据，将边际消费弹性设定为2（与当前大多经验证据一致），发现只要时间贴现因子低于8.5%，减排取得的收益（相当于避免气候变化的损害）都会超过气候变化的成本。因此他认为支持立即进行强有力的减排措施以控制二氧化碳（及其等价物）水平的结论对时间贴现因子的取值并不敏感。实际上，贴现因子和边际消费弹性两大假设是通过共同影响资本实际回报率来起作用的，因此，他的观点与Nordhaus的质疑并无矛盾。
2.4不确定性的考量
由于气候变化损害发生在未来远期，而且存在极大不确定性。Weitzman指出Stern报告的激进主张主要源于低贴现率的假定以及未充分考虑不确定性。同时他认为对气候变化问题进行贴现还存在很多未解决的问题；关于气候变化政策的研究没有充分考虑到小概率的气候变暖损害的影响，而收集更多关于具有厚尾型概率分布的不确定性的信息，对结构性参数不确定性进行更好的量化是当前研究的首要问题。因此他认为将遏制气候变暖问题简单地概念化成一种最优的消费平滑（consumptionsmoothing），相当于购买保险来抵消一种小概率的可能发生的大灾难的行为是不妥当的，要将气候变化的不确定性正式纳入分析框架进行考虑。
Arrow也同样指出对减排收益和气候变化的成本进行估算时，要考虑到气候变化恶劣影响的不确定性及体现风险规避倾向的行为（偏好）影响，尤其是对不确定的未来损害的态度。因此，对气候变化的未来损害的不确定性进行更精准的刻画和模拟，将有效弥补当前大多研究气候变化经济模型的不足，更准确地拟合出气候变化与增长的动态变化，为气候政策的设定与协调提供更切实有力的依据。
3研究述评与展望
气候变化政策研究是一个十分复杂的问题，其假设条件的设定，各国利益的平衡，效用函数的设定、科学数据的处理、模型的选取与运用、遏制气候变暖政策的未来成本和收益的确定、未来学习与技术进步的前景等方面都会影响决策结果。因此单凭某一个经济模型或相关设定，不可能制定出客观合理的全球气候变化政策，而需要对不同的情境、假定条件和模型设定进行比较和稳健性分析，尽可能较全面地反映气候变化问题的本质。
当前国外关于气候变化的政策主张争论的核心问题主要在于时间贴现因子和效用函数的设定、对未来损害不确定性的处理以及内生的导向性技术变迁等（见表1）。
时间偏好的高低直接反映人们对当前世代福利与未来世代福利的权衡，低时间贴现因子的设定使得无限远期不确定性的气候变化的损害被无限扩大，从而得出Stern报告中较为激进的结论：立即进行更加广泛且及时的干预是必要的，而且这些干预必须长期存在，从而会减缓经济的长期增长。但以Nordhaus为代表的其它经济学家对其近似为零的时间贴现因子提出了质疑，指出Stern报告中关于时间贴现因子以及消费边际效用弹性（弹性为1）的设定得出的均衡利率水平与实际市场利率极不相符，从而动摇了结论的可靠性。Nordhaus的分析得出了较为乐观的结论：有限度的、渐进式的干预政策是必要的，而且最优的管制政策对经济长期增长减缓的影响有限。Arrow虽然支持Stern报告中要立即采取大幅减排行动的结论，但在模型验证中仍修正了消费边际效用弹性的假设，以保证资本回报率与现实水平相一致。
不确定性是气候变化问题的另一个重要方面。评估各种决策的有效性必须充分考虑不确定性程度，较长的时间跨度和可能的各种结果。因此，气候变化的科学、经济及社会后果的综合不确定性使得各国要达成温室气体排放目标的一致意见十分具有挑战性。同样地，不确定性也会影响税收、产权分配和管制手段等政策工具的选择。例如，存在不确定性和信息不对称时价格工具或数量工具（税收或配额）的取舍。因此，不确定性的普遍存在意味着采用简单的方式进行未来贴现和效用函数的设定可能有误导性。
导向性技术变迁的引入，使得进行气候变化政策的成本—收益分析时，充分考虑到了传统污染型技术和清洁型技术的未来演进路径与导向性选择，从而得出了更为乐观的结论：在两种投入品替代性较高条件下（较符合现实情境），只要及时对污染型生产采取有效的环境管制政策（征收碳税或对清洁型生产给予补贴），仍可保持经济的长期增长，实现经济增长与环境的良性循环。这一研究不仅对鼓励各国，尤其是发展中国家积极采取减排行动起到了推动作用；而且为进一步研究气候政策的国际协调引入了全新的视角和方向。
通过对当前国外气候变化经济学研究的最新进展进行梳理和比较，发现该领域目前仍存在许多待解决的问题，今后的研究方向主要包括以下几方面：对于时间偏好的设定进行经验验证，使其与市场实际利率与储蓄率水平相匹配；试图将内生性时间偏好引入气候变化问题的成本—收益分析框架中；选取合适的概率分布引入随机变量来刻画气候变暖问题的不确定性，进一步量化环境损害的未来成本或自我修复能力的不确定性；引入内生的导向性技术变迁来深入分析最优气候政策及其对经济增长的影响，并试图运用微观、宏观数据对污染型和清洁型投入品的替代弹性进行估计；建立更为全面合理的两国或多国模型，分析各国气候政策的协调合作，为减缓气候变暖的国际协定的达成奠定理论基础。
参考文献（References）
[1]
SternN.BackgroundtoSternReviewontheEconomicsofClimateChange[N/OL].SternReviewWebPage，2007[2011-9-30].http：//hmtreasury.gov.uk/independent_reviews/stern_review_economics_climate_change/sternreview_backgroundtoreview.cfm.
[2]SternN.WhatistheEconomicsofClimateChange？[J].WorldEconomics，2006，7（2）：1-10.
[3]SternN.TheEconomicsofClimateChange：TheSternReview[M].CambridgeandNewYork：CambridgeUniversityPress，2007.
[4]NordhausWD.AReviewoftheSternReviewontheEconomicsofClimateChange[J].JournalofEconomicLiterature，2007，45（3）：686-702.
[5]WeitzmanML.AReviewoftheSternReviewontheEconomicsofClimateChange[J].JournalofEconomicLiterature，2007，45（3）：703-724.
[6]ArrowKJ.GlobalClimateChange：AChallengetoPolicy[J].Economists’Voice，2007，7：1-5.
[7]AcemogluD，AghionP，BursztynL，etal.TheEnvironmentandDirectedTechnicalChange[J].AmericanEconomicReview，2012，102（1）：131-166.
[8]ArrowKJ，ClineW，MalerKG，etal.IntertemporalEquity，DiscountingandEconomicEfficiency[A]BruceJP，LeeH，HaitesE.F.ClimateChange1995：
EconomicandSocialDimensionsofClimateChange[M].Cambridge，NewYorkandMelbourne：CambridgeUniversityPressfortheIntergovernmentalPanelonClimateChange，1996：125-144.
[9]NordhausWD.ManagingtheGlobalCommons：TheEconomicsofClimateChange[M].Cambridge，Mass.andLondon：MITPress，1994.
[10]NordhausWD，YangZL.ARegionalDynamicGeneralEquilibriumModelofAlternativeClimateChangeStrategies[J].AmericanEconomicReview，1996，86（4）：741-765.
[11]NordhausWD，BoyerJ.WarmingtheWorld：EconomicModelsofGlobalWarming[M].Cambridge，MassandLondon：MITPress，2000.
[12]NordhausWD.ClimateChange：GlobalWarmingEconomics[J].Science，2001，294（5545）：1283-1284.
[13]HopeC.TheMarginalImpactofCO2fromPAGE2002[J].IntegratedAssessmentJournal，2006，6（1）：19-56.
[14]HopeC.TheMarginalImpactofCO2fromPAGE2002：AnIntegratedAssessmentModelIncorporatingtheIPCC’sFiveReasonsforConcern[J].IntegratedAssessment，2006，6（1）：19-56.
[15]MityakovS.SmallNumbers，LargeMeaning：ASensitivityAnalysisoftheSternReviewonClimateChange[A].WorkingPaper，2007.
EconomicAnalysisofClimateChange：ReviewontheLatestProgressinForeignResearches
ZHANGJuan1，2
（1.SchoolofEconomics，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei430074，China；
2.SchoolofEconomics，SouthCentralUniversityforNationalities，WuhanHubei430074，China）
Abstract
关键词：SiC-MgCO3-Li2CO3系发泡剂；TG-DSC曲线；发泡原理；化学反应
1引言
近年来，发生了多起与保温材料有关的重大火灾，备受各界人士的关注，起火的主要原因是所用保温材料为有机材料，防火等级低。于是绿岛科技研发出了A1级防火的发泡陶瓷保温板，它特有的A1级防火，隔热保温，隔声，防潮等性能，用于建筑屋面隔热和外墙外保温系统中，广受好评，甚至被专家认为可以取代现有的有机保温材料EPS，XPS等。发泡陶瓷保温板是以陶土尾矿、陶瓷碎片、掺加料等作为主要原料，添加少量的矿化剂及发泡剂，采用先进的生产工艺和发泡成型技术，经1180～1200℃高温焙烧而成的高气孔率的闭孔陶瓷材料。产品之所以具有好的隔热保温性能，主要原因是发泡剂在烧制过程中产生大量气体，留下了大量气孔在产品中。本文通过研究发泡陶瓷保温板的TG-DSC曲线，分析发泡陶瓷保温板烧结过程中发泡剂的发泡原理。
2试验
2.1试验原料及配比
陶土尾矿、陶瓷碎片、掺加料、矿化剂、组合发泡剂（SiC、MgCO3、Li2CO3）。具体配比见表1
2.2试验方法
2.2.1热重分析法
热重分析法（TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度变化的一种技术方法。由热重分析仪记录的质量变化对应温度的曲线称为热重曲线（TG曲线）。TG曲线纵坐标为质量，横坐标为温度。通过分析TG曲线的变化，可以得出试样发生物理化学反应的起始温度、终止温度、最终失去质量的多少等。用在无机材料中应用中，通过分析TG曲线，可以对陶瓷矿物原料进行定性和定量分析，吸水和脱水的测定，蒸发和升华速度的测量等。
2.2.2差示扫描量热分析法
差示扫描量热分析法（DSC）是在程序控制温度下，测量待测试样和参比物的能量差（功率差或者热流差）随温度或者时间变化的一种技术方法。有差热扫描量热仪测量和记录的反应热量对应温度的曲线称为DSC曲线，纵坐标表示热量差，横坐标为温度。在无机材料应用中，通过分析DSC曲线出峰温度、峰谷的数目、形状和大小，并结合试样的来源及其他分析资料，可鉴定出原料或产品中的矿物、相变，进而找出吸热或放热效应的原因。
3结果与分析
对发泡陶瓷保温板的配方进行了TG-DSC试验测试，测试结果曲线如图1。
（1）发泡陶瓷保温板的TG曲线分析
从图1的TG曲线中可以看出，随着温度的升高，伴随着质量的减少，主要发生在三个阶段。第一阶段发生在20～320℃之间，失重为0.51%，这是由于原料中的吸附水随着温度升高而脱水引起的失重；第二阶段发生在320～800℃之间，失重为2.11%，此阶段主要是原料杂质的烧蚀及低温发泡剂MgCO3分解放出CO2而引起的失重；第三阶段发生在800～1190℃之间，失重为0.55%，此阶段主要是高温发泡剂SiC的氧化及Li2CO3高温分解放出CO2气体而引起的失重过程。
从总的TG曲线中可以看出，整个烧结过程中，失重为3.17%，整个烧结过程，实际的失重要比按照理论计算的失重少，这主要是因为发泡陶瓷保温板气孔率高，而且多楸湛谄孔，在烧结过程中，发泡剂产生的气体并没有完全排出，大部分被包裹在这些闭口气孔中。在矿化剂MgO及MgCO3分解出的MgO共同作用下，试样的熔融程度增加，液相量增加，包裹的气体量增多，而且此时液相量的粘度和表面张力较大，气体不易跑出，被牢牢的包裹形成气泡，最终形成密闭气孔保留在发泡陶瓷保温板。
（2）发泡陶瓷保温板的DSC曲线分析
从图1的DSC曲线中，随着温度的升高，整个烧结反应过程中主要有5个吸热峰和一个放热峰。第一个吸热峰发生在20～320℃之间，吸热峰温度为77.5℃，主要原因是吸附水吸热脱水的物理反应过程；第二个吸热峰发生在320～550℃之间，吸热峰温度为491.1℃，这主要试样夹带杂质的一个烧蚀吸热过程；第三个吸热峰发生在550～800℃之间，吸热峰温度为575.7℃，在这个吸热过程中，可能原因是发泡剂MgCO3的发生了分解反应：MgCO3MgO+CO2，放出了气体，从而在曲线中变现为吸热的过程；第四个吸热峰发生在800～950℃之间，吸热峰温度为911.5℃，根据查阅的相关资料，此吸热过程可能是发泡剂Li2CO3一个熔化过程而引起的吸热；第五个吸热峰发生在1100～1190℃之间，吸热峰温度为1189.5℃，此阶段峰值比较大，吸收的热量较多，其一原因可能是Li2CO3（Li2CO3Li2O+CO2）受热分解放出CO2气体的一个化学反应过程而引起的吸热，其二原因是晶相转变而引起的吸热；而唯一的放热峰发生在950～1100℃之间，放热峰温度为990℃，这可能是发泡剂SiC（SiC+2O2SiO2+CO2）被氧化的一个化学反应过程而引起的放热。
综合TG-DSC曲线分析可以发现，发泡陶瓷保温板的整个烧结过程中发泡剂的发泡原理是氧化反应或者分解反应而产生大量气体，虽然反应有部分质量的损失，但是却远比理论计算的失重量要小，不难发现大部分气体被包裹起来形成气泡。
4结论
（1）SiC-MgCO3-Li2CO3系发泡剂在发泡陶瓷保温板的发泡原理是通过氧化和分解等化学反应来释放大量气体。
（2）整个烧结过程中失重小于理论计算失重，从而得出发泡剂发生化学反应放出的气体大部分被包裹起来，最后形成密闭的气孔保留在发泡陶瓷保温板中。
（3）配方在烧成过程中1189℃有一个明显峰值，因此在1180～1200℃进行20min保温，会大大提高产品的各种理化性能。
参考文献
[1]万云萍，吴建青等.高效隔热保温陶瓷材料的研制[J].中国陶瓷，2009（5）p：33-37.
[2]李家驹，缪松兰，马光华，等.陶瓷工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，2001.
[3]曹春娥，顾幸勇，等.无机材料测试技术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007.
1.物质的三态及温度的测量
（1）自然界中物质可分为三种状态：固态、液态和气态.像冰这样的固态物质具有固定体积和形状；像水这样的液态物质没有固定的形状，但有固定的体积；像水蒸气这类的气态物质既没有固定的形状，也没有固定的体积.
（2）摄氏度（℃）的规定：该温标是由瑞典物理学家摄尔修斯首先规定的，它以通常情况下冰水混合物的温度作为0度，以标准大气压下水沸腾时的温度作为100度，在0度至100度之间等分为100份，每一等份是一个单位，叫做1摄氏度，摄氏度用符号℃表示.
（3）实验室常用的液体温度计是根据水银、酒精或煤油等液体热胀冷缩性质制成的.温度计使用方法：①使用前，观察温度计的量程和分度值；②将温度计的玻璃泡与被测物体充分接触；③待温度计的示数稳定后再读数，读数时，温度计仍须和被测物体接触；④读数时，视线要与温度计中液柱的上表面相平.
（4）体温计的测量范围是35℃～42℃，分度值是0.1℃.由于玻璃泡上方有一段细小的缩口，所以使用前用力将水银柱甩回玻璃泡，读数时体温计可离开人体再读数.
2.汽化和液化
（1）物质由液态变为气态叫汽化.汽化有两种方式：蒸发和沸腾.蒸发是只在液体表面进行的平和的汽化现象.蒸发在任何温度下都能发生.液体的温度越高，液体的表面积越大，液面上方空气流动越快，液体蒸发越快.液体蒸发时需要吸热.
（2）液体在沸腾时继续吸热，温度保持不变，产生的气泡在上升过程中由小变大，到达液面破裂.沸腾是在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象.液体沸腾时的温度叫做沸点.不同的液体其沸点不同.液体的沸点随气压的减小而降低，随气压的增大而升高.
（3）物质由气态变为液态叫液化.气体液化时放热.使气体液化的方法有两种：降低温度和压缩体积.
3.熔化和凝固
（1）物质从固态变成液态叫做熔化；物质从液态变成固态叫做凝固.固体分为晶体和非晶体.有固定熔化温度的物质称为晶体，如：冰、金属、水晶等.没有固定熔化温度的物质称为非晶体，如：松香、沥青、玻璃等.物质熔化时吸热、凝固时放热.
（2）晶体熔化时的温度叫做熔点.晶体液体凝固时也有一定的凝固温度，称为凝固点.同种晶体的熔点和凝固点相同，非晶体则没有熔点和凝固点.晶体的熔化条件是：一是温度到达熔点；二是继续吸热.凝固成晶体的条件是：一是温度到达凝固点；二是继续放热.
4.升华和凝华
（1）物质由固态直接变为气态叫做升华.物质由气态直接变为固态叫做凝华.物质升华需要吸热，凝华则会放热.
（2）在生活中人们常用干冰（固态的二氧化碳）来进行人工降雨，干冰撒进云层很快升华成气体，并从周围吸收大量的热，使云层的温度急剧下降，于是云层中的水蒸气就凝华成小冰晶或液化成小水滴，这些小冰晶逐渐变大，遇到暖气流就熔化为水滴，与原来的水滴一起下落形成雨.
5.水循环
（1）物质从一种状态转变成另一种状态叫做物态变化.熔化、凝固、液化、汽化、升华、凝华是物态变化的具体形式.物态变化过程伴随着能量的变化.水、冰雪、冰晶、水蒸气，都属于水的三态，它们不停地运动着、变化着、循环着，形成一个巨大的水循环系统.
（2）水的作用：供人、畜饮用；利用水能；用于植物吸收；用于运输；制造美景等.破坏水资源会给人类带来的危害：地表下沉、土地沙化、鱼虾死亡、人畜生病等.同学们要树立起节约用水的意识，认识到水资源的宝贵性，从自身做起.
考点扫描
考点1温度计
例12009年全球范围流行“甲流”，某市有关部门要求各校师生进行“晨检”.图1中是某同学测量体温的结果，示数是，体温计的工作原理是.
解析解答时要先明确体温计的量程和分度值.图1中体温计的分度值是0.1℃，可读出此时的示数是36.6℃.体温计是利用液体的热胀冷缩原理工作的.
答案36.6℃液体的热胀冷缩
考点2汽化和液化
例2长岛是个淡水严重短缺的海岛，海水淡化是解决这一问题的有效措施.图2是小明同学设计的海水淡化流程图，在这一过程中海水先后发生的物态变化是（）.
A.液化、汽化B.汽化、升华
C.汽化、液化D.升华、液化
解析根据海水淡化流程图分析出海水淡化过程中所涉及的物质状态变化是解答的关键.图2中的海水淡化流程是：对海水进行加热，使其发生剧烈的汽化，此时大量的水变成水蒸气，而水中很多的杂质都留在了容器中，同时也受到了高温的消毒.高温的水蒸气通过螺旋状玻璃管，被冷凝管内不断逆向流动的海水冷却，水蒸气遇冷液化变成非常纯净的淡水（或蒸馏水）.答案应选C.
考点3熔化和凝固
例2图3是小明绘制的某种物质熔化时的温度-时间图像.下面说法正确的是（）.
A.图像中间的水平线段表示这段时间内物体不吸热
B.图像反映的可能是冰的熔化过程
C.图像反映的可能是蜡的熔化过程
D.图像反映的表示晶体的熔化过程
解析本题考查同学们对物质的熔化过程中温度随时间变化曲线的理解，其别要理解与横轴平行的图像在纵轴上的截距所表示的物理意义.由图可知，该物质在2min时开始吸热熔化，图像中间的水平线段表示物质的熔化过程，在熔化过程中物质吸收热量，温度保持不变，在靠近4min时全部熔化成液体.即该物质属于晶体，其熔点是60℃.答案应选D.
考点4升华和凝华
例4白炽灯丝是由钨丝制成的，长期使用灯泡会变黑，这种现象属于（）.
A.先凝华后升华B.先蒸发后凝固
C.先升华后凝华D.先汽化后液化
解析结合所提供的材料可知在上述物态变化过程中没有出现液态，即物质状态的变化是从固态变为气态，再由气态变为固态，则所包含的物态变化是先升华后凝华.答案应选C.
考点5水循环
例5“地面的水后，在高空遇到冷空气，会成小水滴或为小冰晶.大量的小水滴或小冰晶集中悬浮在高层空气中，这就形成了.”对于引号中这段文字空缺的内容，下列填充正确的是（）.
A.蒸发凝华液化雨
B.蒸发液化凝华雨
C.汽化液化凝固云
D.蒸发液化凝华云
解析我们知道奔腾的江河湖泊和浩瀚的海洋都是由水组成的，皑皑的冰山雪岭是由冰组成的，飘荡的白云是由水和冰晶组成，包围地球的大气中还含有大量的水蒸气.水、冰雪、冰晶、水蒸气，都属于水的三态，它们不停地运动着、变化着、循环着，形成一个巨大的循环系统.其中，云的形成过程是：江、河、湖、海、土壤、植物中的水通过蒸发变成水蒸气，升入天空，水蒸气随气流运动到各处，水蒸气在高空遇冷时，有的液化成小水滴，有的凝华成小冰晶，它们悬浮在高空中形成千姿百态的云，云中的小水滴也会凝固成小冰晶.答案应选D.
实验探究
例1小凡同学在4块相同的玻璃板上各滴一滴质量相同的水，进行如图4所示的实验探究，得出水蒸发快慢与水的温度、水的表面积和水面上方空气流动快慢有关.
（1）通过A、B两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的有关.
（2）通过两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的温度有关.
（3）小凡同学猜想水蒸发快慢还可能与水的质量有关，于是继续进行了如下探究：在相同环境下的两块相同的玻璃板上分别滴上一滴和两滴水（如图5）.结果发现甲图中水先蒸发完，于是他得出结论：水蒸发快慢与水的质量有关，水的质量越小蒸发越快.从实验设计环节看，他没有控制水的（选填“质量”或“表面积”）相同；从得出结论环节看，“根据谁先蒸发完，判断谁蒸发快”是否正确？（选填“正确”或“不正确”），理由是.
解析（1）在A、B两图中，控制了水的质量和水面上方空气流动快慢相同，只改变了水的表面积大小，可观察到B图中水蒸发的快，可以得出水蒸发快慢与水的表面积大小有关.
（2）为了探究水蒸发快慢是否与水的温度有关时，应控制水的质量、水的表面积大小和水面上方空气流动快慢相同，只改变水的温度这一因素进行实验，对比图4中4个实验示意图可知：通过A、C两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的温度有关.
（3）同样，在水蒸发快慢是否与水的质量有关时，应控制水的温度、水的表面积大小和水面上方空气流动快慢相同，只改变水的质量这一因素进行实验.因此在评价时，应从是否控制变量这个角度进行分析得出结论.小凡同学在水蒸发快慢可能与水的质量有关时，在相同环境下的两块相同的玻璃板上分别滴上一滴和两滴水（如图5），从实验设计环节看，他没有控制水的表面积相同.而从得出结论环节看，“根据谁先蒸发完，判断谁蒸发快”也是不正确的.其理由是应该比较相同时间内水蒸发量的多少，而不是剩余量的多少.
答案（1）表面积大小（2）A、C（3）表面积不正确应该比较相同时间内水蒸发量的多少，而不是剩余量的多少
例2如图6是小明做“观察水的沸腾”的实验装置.
（1）如图7所示，甲、乙两图是小明同学做实验时观察到的现象，其中能正确反映水沸腾时的现象是图.
（2）图丙是他根据实验数据作出的温度—时间图像，从图中可以看出，水沸腾的过程中继续吸热，温度，看图分析还可以知道，实验地的大气压比标准大气压（选填“高”“低”或“相等”）.
解析（1）水沸腾时，上下温度相同，在气泡上升过程中，周围的水发生汽化产生的水蒸气聚集到气泡中，气泡越上升越大，故水沸腾时的情况是图7中乙所示.
（2）分析图丙温度—时间图像，可知水沸腾的过程中继续吸热，温度保持不变，即此时水的沸点为98℃，由于在标准大气压下水的沸点是100℃，而液体的沸点随气压的升高而增加，因此实验地的大气压比标准大气压低.
答案（1）乙（2）保持不变低
例3在做“海波熔化”的实验时，两个实验小组分别选择了如图8甲、乙所示的实验装置进行实验.
（1）哪个实验小组的方案好？请你说明原因.
（2）下表是一个小组的测量数据：
分析实验数据可得海波熔点是℃.
海波在熔化过程中要热量，温度
，熔化过程经历了min.
解析（1）在评价不同的实验方案时，应该从实验探究的可行性和科学性等几个方面入手进行分析.在做“海波熔化”的实验时，为了使海波受热均匀，可采用“水浴法”加热，即将盛放适量海波的试管放置在盛有温水的烧杯内加热.所以，乙的方案好，这是由于乙装置海波受热均匀.
（2）据表格中数据，可发现从第5min到第7min，海波由固态变为液态的过程中吸收热量，温度保持在48℃不变.即海波属于晶体，其熔点是48℃.海波在熔化过程中要吸收热量，温度保持不变，熔化过程经历了2min.
答案（1）乙好乙装置海波受热均匀（2）48吸收保持不变2
例4如图9所示是小华同学组装的“人造雪”装置.所用的器材有铁架台（底座、铁圈、铁夹、横杆）、锥形瓶、酒精灯、棉线、碘粉等.
（1）器材组装过程中，铁圈的位置是根据高度固定的.（选填“酒精灯”“酒精灯及其火焰”“锥形瓶”或“铁架台”）
（2）在靠近碘粉上方系一个棉线，并将锥形瓶口用瓶塞塞紧，对锥形瓶微微加热，仔细观察发生的现象，发现烧瓶内出现了.
（3）停止加热，冷却后揭开瓶塞，仔细观察锥形瓶内棉线.发现棉线上出现了
.
（4）实验中碘发生的物态变化是
.
解析由于酒精灯的外焰温度最高，所以在使用酒精灯加热物体时，应用酒精灯的外焰进行加热，即在器材组装过程中，铁圈的位置是根据酒精灯及其火焰高度固定的.
先用酒精灯对碘粒加热，观察到瓶底有紫色的碘蒸气冒出，但没有看到液态的碘.物质从固态直接变成气态叫升华，伴随吸热.熄灭酒精灯，注意观察在锥形瓶冷却的过程中碘蒸气没有经过液化再变成固态的碘.这时瓶中紫色的碘蒸气消失，瓶中细线上出现针状碘固体，像雪，非常漂亮.物质从气态直接变成固态叫凝华，它是一个放热过程.
答案（1）酒精灯及其火焰（2）紫色碘的气体（3）棉线上出现了固态的碘颗粒（4）先升华后凝华
典例解析
例1冬天的一个早晨，小明和同学们在来校时发现一个奇异的现象：如图10所示，桥墩周围的水没有结冰，离开桥墩越远的位置结的冰越厚.小明进一步观察发现，在寒冷的冬天桥墩周围的水结冰晚.
（1）小明猜想可能是离开桥墩不同距离的水的温度不同导致的.请设计一个简单实验，验证小明的猜想是否正确，简述你的实验方案.
主要器材：；
简要做法：.
（2）若桥墩周围的水都结了冰，到了中午在太阳的照射下，请你判断一下（选填“桥墩周围”或“离开桥墩越远”）的冰先熔化.
解析（1）由于水结冰的早晚与水的温度有关，因此需要使用测量温度的器材——温度计来实施探究.即用温度计测量和比较离桥墩远近水的温度.
（2）若桥墩周围的水都结了冰，到了中午在太阳的照射下，由于桥墩主要是由沙石构成，而沙石的比热容远小于冰的比热容，同样在太阳下照射相同的时间，相同质量的沙石要比冰升高的温度要高得多，即桥墩的温度要比冰的温度高，而热会从温度高的物体传到温度低的物体，因而桥墩周围的冰除了吸收太阳的辐射热，还从桥墩吸收热，因此，桥墩周围的冰先熔化.
答案（1）温度计在相同的环境下用三支温度计分别测量离开桥墩1m、5m、10m三处水的温度，分析实验数据归纳出结论.（2）桥墩周围
例2端午节，小施和小李帮妈妈煮粽子.煮粽子的水烧开后，小施认为要继续将火烧得很旺，使锅内水剧烈沸腾，这样会很快将粽子煮熟.小李则认为，水沸腾后改用小火，让锅内水微微沸腾，同样能很快将粽子煮熟.
你认为谁的想法更合理？.
你的理由是什么？.
解析小李的想法更合理.因为只要能维持水沸腾，不论用大火还是小火，水的温度都保持在沸点不再改变.火太大，既浪费能源，又会使水因剧烈汽化而容易干锅.
例3“随着这几天天气的突然变暖，驻藏边防的感觉到即将到来的大雪将会封山.如图11所示，军需食品冷冻车满载着冷冻牛肉、猪肉和颜色碧绿鲜艳、用干燥法脱水的蔬菜在进山的公路上爬行着，这是接下来大半年的全军给养，……”一位军旅作家在驻藏边防站里这样描写到.
（1）如图12是脱水前后的蔬菜，蔬菜冷冻脱水是采用将蔬菜冷冻后，使得体内的水分变为冰，属于过程，然后在低温干燥的环境下，冰不熔化而直接消失，属于过程.
（2）食品冷冻车要经过长时间的跋涉，为了保持食品低温不变质，车厢内放置了干冰.下列关于车厢内干冰发生的物态变化，吸、放热情况的说法中正确的是（）.
A.干冰熔化，吸热
B.干冰升华，吸热
C.干冰汽化，吸热
D.干冰凝固，放热
（3）下列关于降雪的解释.请你填写其中所缺的关键词语.
太阳照射使地面的水温升高，含有水蒸气的热空气快速上升.上升中，空气逐渐冷却，水蒸气成小水滴，或
成小冰晶，形成云.假如上空的温度很低，小水滴又将小冰晶，从而使冰晶渐渐长大，以雪的形式降到地面.
解析本题主要是考查了同学们判断生活中物质的物态变化是属于何种物态变化.而判断的方法是将物质的物态变化分解成三步进行处理、分析并归纳得出结论.其具体步骤：①明确研究物质及物态变化前所处的状态；②分析发生物态变化的条件（即物体的吸、放热情况）；③明确物质物态变化后所处的最终状态，并综合上述过程分析物态变化过程.
例如对“在低温干燥的环境下，冰不熔化而直接消失”的过程分析：①明确研究物质及物态变化前所处的状态：研究物质是看不见的“水蒸气”.“水蒸气”在物态变化之前是以什么状态存在呢？是冰.②分析发生物态变化的条件：冰在物态变化过程中吸热.③明确物质物态变化后所处的最终状态，并分析物态变化过程：冰在物态变化过程中没有出现液态，其最终状态是气态的水蒸气，因此说在低温干燥的环境下，冰不熔化而直接消失属于升华过程.
答案（1）凝固升华（2）B（3）液化凝华凝固
例4电热水壶是家庭常用的电热器具.小东同学想通过实验探究一铭牌是“220V1500W”电热水壶的效率，他在该壶中装入2.5kg的水后，将其接入家庭电路并正常工作，在烧水过程中他记录下了不同时刻水的温度，并绘制出“温度—时间”图像，如图13所示.请你回答以下问题：
（1）在AB、BC、CD三段过程中，水温上升最快的是哪一段？
（2）从图13中可知水当前的沸点是多少？
（3）该电热水壶烧开这壶水（即从A到C的过程中）的效率.
解析（1）比较水温变化的快慢，有两种方法：一是比较在相同时间内温度的改变量，改变越多，变化越快；二是从图像中看曲线的陡缓程度，曲线越陡，变化越快.由图13可知，AB段曲线最陡，说明此段时间内温度上升最快.
（2）水沸腾时，温度保持不变，曲线为一水平直线（或线段），即本题中的CD段，因此，水当前的沸点约为98℃.
（3）由图13可知，水的初温为20℃，烧开时温度为98℃，用时12min，此过程中，水吸收的热量为：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×2.5kg×（98℃-20℃）=8.19×105J.
此段时间内，电热水壶放出的热量为：
Q=Pt=1500W×12×60s=1.08×106J.
所以该电热水壶烧开这壶水的效率为：η=■×100%=■×100%=75.8%.
答案（1）在AB段过程中，水温上升最快（2）98℃（3）75.8%
仿真测试
一、选择题（每题5分，共30分）
1.下列关于温度的描述中符合实际的是（）.
A.发高烧时人体温度可能达到40℃
B.冰箱冷冻室的温度约为10℃
C.饺子煮熟即将出锅时温度为50℃
D.加冰的橙汁饮料温度为-20℃
2.生活中经常遇到的物质，属于非晶体的是（）.
A.铁块B.食盐C.玻璃D.海波
3.下列自然界中的物态变化，需要吸热的是（）.
A.初春，皑皑的白雪开始消融
B.初夏，青青的小草挂上露珠
C.深秋，红红的苹果蒙上白霜
D.严冬，静静的池塘覆上薄冰
4.如图是海波的熔化图像，小红同学根据该图像得出以下结论，其中有一项是错误的，请你帮她找出来（）.
A.海波是晶体
B.海波的熔点约为48℃
C.海波在整个熔化过程中温度不断升高
D.海波在第3min时是固态
5.云是这样形成的：空气中的大量水蒸气遇到冷空气液化成极小的水珠或凝华成极小的冰晶，大量的小水珠和小冰晶浮在高空中，就形成了云.对水蒸气液化成小水珠或凝华成小冰晶的过程，下列说法中正确的是（）.
A.前者吸热，后者放热
B.前者放热，后者吸热
C.两者均放热
D.两者均吸热
6.用降温法可以分离空气中的氧气、氮气、氢气和二氧化碳，已知在标准大气压下它们的沸点分别是：-183℃、-196℃、
-253℃和-78℃.当把空气逐渐降温时，最先液化分离的是（）.
A.氧气B.二氧化碳
C.氮气D.氢气
二、填空题（每空2分，共38分）
7.如图所示是寒暑表，当前的示数是℃，
它（选填“适合”或“不适合”）我国南方海南岛等炎热地区使用.
8.100℃的水蒸气烫伤比同温度的水烫伤要严重得多，这是因为水蒸气接触皮肤时要
热.
9.地震中被埋在废墟中的人为了延长生命，必须尽可能地减少能量损失，当身体出汗时，应用布、纸等擦干身上的汗水，避免汗水（填物态变化名称）时从人体.
10.严冬的早晨，冰花总是出现在玻璃窗的（选填“内”或“外”）侧.太阳出来一段时间后，小明发现教室玻璃上有水珠出现，这是由于冰花而形成的.
11.我国古代铁匠师傅锻造兵器时，常将烧得发红的铁器放入冷水中“淬火”，此时会听到“嗤嗤”声，同时看到水面上冒出一股“白汽”，在这个过程中水先后发生了和两种物态变化.
12.现在人们发明了一种自动调节温度的衣服，其原理是在衣料纤维中添加了一种微胶囊物质，当气温升高时，微胶囊物质开始熔化吸热，使人凉快.其实这种衣服冷天穿着也很适宜，当气温降低时，微胶囊物质开始，并热量，使人感到温暖.
13.为了缓解五一期间的炎热，如图所示，上海世博园内启动了一种降温设施，这种“降温明星”就是低压两相流喷雾降温技术，整个世博园的雾喷区域约18万平方米，喷雾后15min内，3m范围内温度会降低6℃，经过喷雾降温，园区比上海市区凉爽3℃～5℃.请问喷雾降温的原理是：
.
14.请运用你所学物理知识指出下列“特异功能”的真相：
现象：表演者从沸腾的油锅中取物，手却未被烫伤.
真相：锅中除了植物油，还有下表中三种物质的.
15.我国民间有句谚语“霜前冷，雪后寒”它说明：霜是由于气温较而使空气中的水蒸气发生现象而形成的.在阳光照射下雪熔化需要热，因而气温降低，使人感到寒冷.
16.水资源与人类生活息息相关.请你说出它的一个应用：；水资源又是非常宝贵的，请你说出珍惜水资源的一条措施：.
三、解答题（17题5分，18题8分，19题7分，20题5分，21题7分，共32分）
17.如图所示，室内放两支温度计，其中一支的玻璃泡上包有湿棉花.
（1）两支温度计中示数较高的是（选填“甲”或“乙”），根据这种现象可以得出的结论是水的蒸发（选填“吸热”或“放热”）.
（2）细心的小明同学发现：晴朗天气做实验时两支温度计示数的差距大，阴雨天气做实验时两支温度计示数的差距小.
请你根据小明的发现猜想影响水蒸发快慢的因素是，并说明这个因素是如何影响蒸发快慢的：.
18.小明同学用如图甲所示的装置对冰加热.根据实验记录画出的温度随时间变化的图线如图所示.请你回答：
（1）图甲中温度计的示数为℃.
（2）图丙中段表示冰的熔化过程，熔点为℃.
（3）水沸腾之前的气泡现象如图乙中的
（选填“a”或“b”）图所描述一样.水在沸腾时吸热，温度会（选填“继续升高”“降低”或“保持不变”）.
（4）小丽同学评估小明同学所画的图像时指出：图像中的EF段不是根据实验数据画出来的.请你帮小丽陈述其中的奥妙？
19.暑假里小明帮妈妈烧菜时，发现妈妈从市场上买来的大豆油味道不太对，小明怀疑可能是地沟油，于是他找来小宇同学，想和他一起用物理方法来探究鉴别该大豆油是否是地沟油.
小宇提出的方案A：可以用测定这种油的沸点的方法来鉴别.
小明提出的方案B：可以用测定这种油的凝固温度的方法来鉴别.
恰好，小明家中有一支温度计（量程0～100℃），他们又一起上网查找到了相关资料见下表，然后他们一起利用家中的其他一些器材进行探究.
请你从小宇和小明提出的方案中，合理地选出一种并设计实验步骤，写出可能的实验结果及相应的结论.
（1）你选择的方案是：（选填“方案A”或“方案B”）.
（2）主要的实验步骤是：
.
（3）可能的实验结果及相对应的结论是：.
20.据中央电视台报道：2005年8月一天的晚上（当时气温20℃左右），厦门市一辆运送液化石油气的汽车发生了交通事故，导致车上气罐内的液化石油气泄漏，泄漏的液化石油气急剧汽化.消防队员在施救过程中，无意间发现泄漏孔附近潮湿的棉纱结了冰.于是消防队员用潮湿的棉纱堵住泄漏孔，不一会儿棉纱居然也结了冰堵住了泄漏孔.
看了这则报道后，小王猜想泄漏孔附近的温度应不高于0℃；而小王母亲则猜想泄漏孔附近的温度仍然为20℃左右.
（1）根据上述报道中描述的现象，你认为猜想是正确的.
这样猜想的依据是.
（2）请你解释为什么泄漏孔的潮湿棉纱会结冰？
21.2010年10月1日18时59分57秒，搭载着嫦娥二号卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射.西昌卫星发射中心宣布，嫦娥二号卫星准确入轨，发射圆满成功.如图所示是当时长征三号丙运载火箭的发射情景.请你根据图示回答问题：
（1）火箭中的燃料和氧化剂是液态的，它是通过既降低温度又的方法使气体液化的.
（2）火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，很多物体遇到这样的高温将会熔化；为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的来吸收巨大的热量.我们在电视上看到火箭升空瞬间，伴有迅速扩展的庞大的白色气团是成的（填物态变化的名称）.
请你也举出一个生产技术或生活中利用物态变化来调整环境温度的例子：
关键词气温变化趋势；分析；辽宁大连；旅顺口区；1965―2015年
中图分类号P423.3文献标识码A文章编号1007-5739（2017）01-0221-02
AnalysisonTemperatureVariationofLvshunkouDistrictinDalianCityDuring1965-2015
YANGBo1WANGHong-xiang2CHENYou-bao1HANFang-qiang1
（1LvshunkouDistrictMeteorologicalBureauofDalianCityinLiaoningProvince，DalianLiaoning116041；2DalianMeteorologicalBureau）
AbstractBasedonmonthlytemperaturedataofLvshunkouDistrictNationalObservationStationduring1965-2015，thetemperaturechangetrendwasanalyzedbytheclimatemeanandmeansquaredeviationmethod，andtheseasonaltemperaturesofLvshunkouDistrictinrecent51yearswereanalyzedbyMonteCarlosignificancetest.TheresultsshowedthatthetemperatureofLvshunkouDistrictwasgraduallyrising，therisingtrendsofspring，autumnandwinterwereobvious，andtheannualaveragetemperaturewasrisingby0.27℃per10years.
Keywordstemperaturevariationtrend；analysis；DalianLiaoning；LvshunkouDistrict；1965-2015
当前，气候变化对人类社会的影响已经得到了全球的关注。各个政府组织、社会团体已经召开了多次气候变化分析大会，结论一致认为：全球变暖是有人类活动以来气候变化的显著特征[1-2]。20世纪全球气温增幅最大的2个时期分别是1910―1945年和1976―2000年。大连市旅顺口区作为京津海上门户和东北的天然屏障，三面环海，具有北温带季风气候特征。四季分明，冬夏长、春秋短，日光充足，雨量适中，非常适合人类居住。为了掌握在全球的气候变化影响下，旅顺口区的温度是否也发生了相应的增加以及其变化趋势，本文对旅顺口区近51年的温度进行分析，得出旅顺口区气候变化的特征。
1数据来源与研究方法
选取1965―2015年旅顺口区国家气候站旅顺本站的逐月温度气象数据，计算春、夏、秋、冬季的平均气温、月最高气温和月最低气温，绘制变化曲线来反映旅顺地区温度变化特征。
一定时期的气候变化是指一定时期内气候平均变化或者气候变化率数值，也就是气候相关要素在均方差变化上体现。因此，气候的均值计算或者均方差计算一定程度上反映了气候变化的相关规律，对气候分析有重要意义。本文是对旅顺地区温度均值进行计算，采用蒙特卡洛显著性检验，即只要满足不小于某一标准值时，一定时期的温度变化就是超过自然变率的温度异常变化[3]。
2结果与分析
2.1年、季气温线性趋势系数
旅顺口区年、春、夏、秋、冬季气温变化率线性趋势系数分别为0.268、0.197、0.004、0.341、1.589℃/10年。其中秋季相关系数r>0.273，通过蒙特卡洛显著性标准0.05信度检验。
2.2年、季平均气温变化趋势
通过计算得出旅顺口区近51年气温线性趋势系数，结果表明：旅顺口地区春、夏、秋、冬四季气温都呈现上升趋势。从春季（图1）、夏季（图2）、秋季（图3）和冬季（图4）的气温趋势线来看，春季、秋季和冬季气温的上升趋势明显，分别以0.20、0.34、1.59℃/10年的速度上升，夏季的上升速度较缓和，从0.004℃/10年缓慢上升，分析近51年均气温变化（图5）可以得出旅顺口区近51年气温是以0.27℃/10年速度上升，和四季变化趋势吻合。同时，可以得出旅顺口区气温升高主要是以春季、秋季和冬季气温升高为主导因素。这也从侧面反映了旅顺口区近51年来冬季降雪较少的现象。
2.3暖冬分析
对旅顺本站冬季平均气温51年取均值得-6.6℃，则把旅顺地区冬季平均气温>-6.6℃时的冬季称为旅顺口区的一个暖冬年[4]。依据此标准，1966―1975年、1976―1985年、1986―1995年、1996―2005年、2006―2015年分别有暖冬1、4、9、7、7个。因此，1965―2015年旅顺口区共出现28个暖冬，其中1986年以来就出现了23个，说明暖冬出现频率随着年份的增长在增加。
3结论
分析表明，旅顺口区近51年气温总体呈上升趋势，春季、秋季和冬季气温上升趋势明显，年平均气温以0.27℃/10年的速度升温。旅顺口区1986年以来就出现了23个暖冬，说明暖冬出现频率随着年份的增长在增加。从侧面也反映了气温在上升的趋势。气候变化包括ο喙氐钠象要素进行累加取平均和求的线性变化斜率。随着获取气象资料年份的增加，累加取平均的结果表明了均态值变化，线性变化斜率总体反映了变化趋势。同时，还需要更多的模型研究来分析问题[5]。
4参考文献
[1]丁一汇，张锦，徐影，等.气候系统的演变及其预测[M].北京：气象出版社，1990：228.
[2]胡毅，李萍，杨建功.应用气象学[M].北京：气象出版社，2005：57.
[3]李爱珍，刘厚风，张桂芹.气候系统编号与人类活动[M].北京：气象出版社，2003.
DRI地球和生态系统科学部教授杰伊・阿隆说：“这是在完整的生态系统中，首次定量地追踪探测了反常高温年份二氧化碳的吸收和释放。这个在几年内仍有影响的‘滞后’反应提醒我们，在全球二氧化碳的保存中起重要作用的生态系统相当脆弱。”
生态系统中的植物和土壤帮助调整大气中二氧化碳的数量。植物需要二氧化碳来维持生命，并且它们在春天和夏天时会吸收更多的二氧化碳以利于成长，它们在叶子、茎部和根部存储碳。当植物死亡时，这些存储的碳会被运送到土壤，重新回到大气中，如果土壤中的细菌以死亡植物为生，这些细菌也会释放二氧化碳。
为期4年的DRI研究计划选择了美国俄克拉荷马州大草原生态系统为研究对象。研究人员从这里移出了重12吨、高6尺的“试验田”，然后密封进4个起居室大小的环境室内。为了保证植物和土壤细菌的最小干扰，在DRI的“阳光控制的生态细胞室”内，研究人员模拟了日常的、季节性的气温变化，包括温度、降雨等。
研究的第二年，一半“试验田”模拟正常年份的气候，另一半模拟联合国政府间气候变化专门委员会列出的本世纪后期的反常气温。第三年，科学家让遭遇变暖气候的“试验田”的温暖下降，使其与控制“试验田”的温度相一致。在整个四年的研究中，研究人员跟踪了两块“试验田”的二氧化碳排放通量，即二氧化碳在大气层和生物圈中流动的数量。
DRI的“生态细胞”装置让科学家能够对密闭的生态系统进行控制。他们不仅能够一年年地制造出同样的大气温度环境，而且也能独立地控制每个“试验田”中的土壤温度，而土壤温度是加强试验结果的生态学相关性的关键特征。科学家使用该设备追踪在正常温度年份和非正常温度年份植物和土壤中吸收和失去水的数量。
科学家发现，暴露在反常温度变化年份的生态系统，在接下来的至少2年内，存在着二氧化碳吸收减少的情况，这些生态系统只能保存暴露在普通温度下的“试验田”所能保存二氧化碳量的1/3。
研究报告的另一位作者保罗・沃博格说：“在温度反常高的年份，二氧化碳的吸收减少，主要是因为植物的生产率下降，导致了干旱。在接下来的几年内，二氧化碳的减少是因为湿度变化，导致土壤微生物死亡，同时释放出二氧化碳引起的。”
关键词：多晶硅；压阻特性；纳米薄膜；应变系数
引言
多晶硅薄膜在半导体器件和集成电路中应用广泛，多晶硅材料可制作MOS器件的栅极材料，牺牲层材料，太阳能电池和各种光电子器件。伴随MEMS（微电子机械系统）技术的飞速发展，多晶硅薄膜在压阻式压力传感器中应用广泛，同时多晶硅纳米薄膜的压阻特性比普通多晶硅更加优越。因此受到了广大研究者的关注。多晶硅薄膜与单晶硅薄膜相比更容易与IC工艺兼容，多晶硅薄膜具有良好的高温特性，高温器件中无p-n结隔离问题。多晶硅薄膜也可制作牺牲层材料，易于微机械加工，该材料的应变系数可达单晶硅的三分之二左右，重掺杂时，多晶硅纳米薄膜的应变系数比单晶硅材料的还要高。
多晶硅薄膜工艺的制备主要分高温工艺，工艺温度高于600℃，可在高温石英管中热分解工艺气体制得，制备工艺简单。此外还有低温工艺，加工工艺温度低于600℃，可寻找成本较低的玻璃作为衬底材料，适合批量生产，制备工艺相对复杂。
1多晶硅薄膜制备
多晶硅薄膜的制备工艺有多种，包括：真空蒸发、磁控溅射，化学气相沉积等，其中化学气相沉积法（CVD）是多晶硅薄膜最常用的制备方法，该方法将工艺需要气体在等离子体（PECVD）增强沉积法、催化作用、HWCVD（热化学气相沉积）等不同工艺条件下分解制作多晶硅薄膜。此外还包括低压化学气相淀积法、固相晶化（SPC）法、准分子激光晶化法、超高真空化学气相淀积（HV/CVD）、快速热退火、电子束蒸发等[2]。
化学气相沉积工艺中一种为PECVD（等离子增强化学气相沉积），该工艺是利用辉光放电的电子或等离子体来激活化学气相沉积反应，经过一系列的迁移、脱氢等过程，在衬底表面沉积成膜的方法。工艺中SiH4气体和H2混合后经辉光分解成等离子体，或者直接通入纯SiH4，纯硅烷气体分解沉积薄膜为非晶硅薄膜。一般多晶硅薄膜工艺中SiH4气体在辉光放电条件下，设备中高能电子与SiH4气体发生撞击，气体分解成离子团，其主要反应式如下所示：
SiH4SiH2+H2
SiH4SiH3+H2
SiH4Si+H2
气体分子与离子团的自由行程小于反映腔室内的尺寸，分子向衬底扩散，分子与离子团相互撞击进行反应，主要反应式如下所示：
SiH2++SiH4Si2H6
Si2H6++SiH2Si3H8
工艺腔室内各种反应离子团扩散、碰撞，不同反应活性和浓度的离子团，沉积到达衬底底部。SiH3基团活性较小不容易达到衬底成膜。
沉积过程为薄膜成膜的第一步，接着就是沉积气体分子或基团在表面的解吸过程，在此过程中表面生产脱H，同时各种基团可反应形成Si-Si键，薄膜进一步生长。
脱H过程是薄膜成膜重要的阶段。H可通过气体分子从表面释放，从真空系统抽走，也可通过与表面基团反应形成气态分子而移除。在等离子体增强化学气相沉积多晶硅薄膜过程中，只有当硅烷浓度达到临界值时，才能产生多种Si颗粒，颗粒附着在衬底表面发生进一步反应，薄膜逐渐生产。
LPCVD（低压化学气相沉积）工艺，主要原理为在低压条件下。一般在1个大气压以下，将反应气体通入密闭的真空卧室或立式可加热石英管中，工艺气体经热分解，分解成各种基团或副产物，基团附着在衬底表面形成硅膜，该工艺需要较低的工艺腔室压力和适宜的工艺温度来控制反应工艺气体及副产物的形成。同时，各种工艺气体的比例不同，工艺成膜的效果和薄膜的应力也不尽相同。通常应用LPCVD沉积多晶硅薄膜的晶粒尺寸小于500nm，应用LPCVD沉积多晶硅时，需要衬底洁净度高，同时改变工艺温度，工艺炉体内压力，均可制作不同薄膜特性的材料。低压化学气相沉积设备与一般的常压热壁式装置的主要区别在于它需要一套真空泵系统维持整个系统的工作气压。下图为典型LPCVD装置示意图：
图1典型LPCVD装置示意图
综上所述，化学气相沉积多晶硅薄膜是个物理和化学混合的工艺过程，工艺过程中首先反应气体通入沉积腔室经过辉光放电或热分解扩散成离子团或气体分子，接着反应物分子附着在衬底表面，其中有部分反应物可继续进行一系列的化学反应，在衬底表面碰撞、迁移、沉积，同时副产物解吸附变成可由真空系统抽走的气体反应物。
此外还可以采用RF-PECVD（射频等离子增强化学气相沉积）制作多晶硅薄膜，该工艺在低温下沉积，采用SiH4气体和H2气体混合，工艺沉积速率太低。采用VHF-PECVD（甚高频等离子增强化学气相沉积）来提高沉积速率。该工艺主要由于VHF激发的等离子体比常规工艺电子温度低、密度大、活性高。
快速热化学气相沉积（RTCVD）依据光或射频感应加热衬底，使工艺温度达到反应要求。该工艺反应室内壁温度较低，与其他高温沉积工艺相比该设备相对简单，沉积速率高。制备薄膜先用CVD或者蒸发制得非晶硅薄膜，经固相晶化技术（SPC）技术，使非晶硅薄膜硅原子再次激活、重组，将非晶薄膜发生晶化变成多晶硅薄膜。太阳能电池多晶硅薄膜，采用成本较低的材料做衬底，以硅烷气体为原料，应用等离子增强方法制备非晶硅薄膜，用退火热处理方法将非晶硅转化为多晶硅薄膜。该方法适合批量生产、工艺简单、成本低。常规高温炉退火、快速热退火、金属诱导晶化、微波诱导晶化等都属于固相晶化的范畴。
2多晶硅薄膜的压阻特性
多晶硅薄膜材料一般由许多小晶粒组成，在晶粒内部原子成周期性有序地排列，把每个晶粒看作小的单晶块，不同晶向的小颗粒由晶粒间界连接。晶粒间界结构复杂，原子无序排列。最先报道多晶硅压阻特性的是日本的Onuma和Sekiga。他们研究多晶硅压阻效应主要是由晶粒内部迁移率、晶粒表面、晶粒间界迁移率引起的。他们称此为迁移率模型，多晶硅薄膜应变因子表示为：
G=■（1）
上式中，Gg为晶粒内部迁移率变化引起的应变因子，Gb为晶粒间界迁移率变化引起的应变因子，Gs为表面迁移率引起的应变因子，α=μg/μb，β=μg/μs。该理论认为制备应变因子较大的多晶硅薄膜需要增大晶粒度、提高结晶度，可以减少晶粒间界的陷阱密度。
在1984年French和Evens给出了多晶硅薄膜压阻效应模型。该模型采用将所有可能晶粒取向上求平均的方法计算薄膜应变因子。该模型计算结果与试验结果一致。他们采用陷阱模型描述了多晶硅薄膜晶粒的状态，他们拟认为晶粒边界和耗尽区对应变不敏感，结合晶粒的中性区和晶粒边界势垒区压阻效应，得出结论中性区压阻效应比势垒区强一倍，薄膜晶粒度越小，势垒区越大，压阻效应越弱。该理论被许多实验证实。
图2表示多晶硅薄膜陷阱模型的示意图。在一维的情况下，多晶硅的电阻率ρ被看成是晶界电阻率和晶粒中性区电阻率的串联平均电阻率，
？籽=■？籽g+■？籽b（2）
式中L是平均晶粒度；W为晶粒耗尽区宽度；ρg晶粒中性区的电阻率；ρb耗尽区的电阻率。如果ρb对应变不敏感，有
■=■・■（3）
由式（2）和式（3）可知，多晶硅压阻效应主要来源于单晶晶粒，势垒区电阻也会引起应变因子较大变化，耗尽区电阻率越大，多晶硅薄膜应变因子越小。
图2多晶硅薄膜晶粒单元的一维模型
上述多晶硅压阻效应模型认为应变引起热电子发射电流变化，使势垒区压阻效应增强。哈尔滨工业大学刘晓为教授利用热电子发射理论得出应变因子公式，试验表明晶粒间界势垒区压阻系数与晶粒压阻系数成正比，但中性区压阻效应占主导。多晶硅薄膜一般由晶粒中性区和势垒区构成，多晶硅压阻特性单元应变因子可表示为：
GC=■+■（4）
上式Gg、Rg分别为晶粒中性区的应变因子和电阻，Gb、Rb分别为势垒区的应变因子和电阻。
通常Gg、Gb定义为常数，Gg>Gb，上述表示多晶硅应变因子随势垒区与中性区电阻值比值减小而增大。掺杂浓度越高，势垒区高度和宽度越小，势垒区电阻与中性区电阻的比值也下降。因此，单位应变因子随掺杂浓度增加而增大[4]，如图3所示掺杂浓度与应变因子的关系。上图可与P型单晶硅应变因子与掺杂浓度关系图结合，可知多晶硅应变因子G与浓度间的关系，如图4所示：
经上述分析，多晶硅薄膜厚度和晶粒度在几百纳米以上，压阻特性的研究和进展已经成熟。现有理论压阻特性与薄膜结构间的关系为：晶粒中性区的压阻效应较大，晶粒边界势垒区小，薄膜晶粒度越小，压阻效应就越弱。
为了提高多晶硅薄膜的压阻特性，需要提高薄膜晶粒度和结晶度。通常膜厚越薄，晶粒度越小。现有多晶硅模型没有对纳米尺寸效应对压阻特性影响。Schubert等人计算了随机织构多晶硅的应变因子，应用晶粒度120nm，掺杂浓度2.5×1019cm-3，实验所得应变因子为24.6。现有压阻特性理论，晶粒越小，应变因子越小，实验对于晶粒度较小的纳米薄膜，应变因子反而30以上，甚至更大，LeBerre等人对膜厚50nm，晶粒度20nm多晶硅纳米薄膜进行实际测试，测试应变因子达到30以上。这表面现有的压阻特性理论存在缺陷。近年来研究者利用量子力学隧道效应的原理并结合半导体能带理论[5]，分析多晶硅纳米薄膜的导电机构，从而发现隧道电流随应变而变化，产生压阻效应，这就是隧道压阻效应。经过实验，多晶硅薄膜在重掺杂条件下，这种势垒区的压阻效应非常显著，因此多晶硅纳米薄膜具有更好的压阻特性。
3多晶硅纳米薄膜工艺
针对现有的多晶硅压阻特性理论进行了LPCVD纳米薄膜工艺试验，该工艺采用4英寸〈100〉晶向单晶硅片为衬底，硅片厚度500um。在衬底上氧化200nm，作为绝缘层，沉积工艺气体压力100kpa以下，硅烷流量为100sccm。沉积厚度为60nm的多晶硅薄膜。应用离子注入浓度为2.3×1020cm-3的硼，在1080度退火30分钟。经微机械平面工艺光刻、蒸发铝等，结合压阻式压力传感器制作工艺，制作4个压敏电阻。经电极连接制作惠斯通电桥，下图为典型多晶体压力传感器示意图。
图5典型的多晶硅压力传感器
本实验主要研究淀积温度对沉积薄膜结构的压阻特性的影响，实验在不同温度下制作纳米薄膜，制作工艺参数如下表：
验在不同淀积温度条件下制备了多晶硅纳米薄膜（膜厚60nm），衬底采用〈100〉晶向单晶硅片。具体工艺参数如表1所示。下列工艺中沉积纳米薄膜的厚度一致，掺杂浓度相同，只考虑沉积温度对纳米薄膜的影响。
表1不同淀积温度多晶硅纳米薄膜的工艺参数
4实验结果
经上述工艺试验，得出不同沉积温度下的纳米薄膜，工艺考虑了从560度到670度的温度工艺，结合图6中SEM纳米薄膜照片可知，温度在低于600℃时，多晶硅纳米薄膜晶粒较小，纳米薄膜呈无定形状态；当沉积温度高于600℃时，多晶硅薄膜晶粒度显著，部分薄膜出现多晶态。因此薄膜从600度开始从无定性态开始转变为多晶态。当沉积温度670度时，样品晶粒度较大，沉积温度620度时，晶粒度几乎同670度近似，如此可见晶粒度与工艺薄膜沉积温度无关。
多晶硅薄膜不同晶态结构对薄膜的压阻特性影响明显。在高掺杂浓度时对该工艺薄膜进行压阻特性测试。常温下应变系数与淀积温度的关系如图7所示。
在制作不同温度下制作多晶硅薄膜，经微机械工艺制作敏感电阻，给出了不同温度下多晶硅压敏电阻的电阻率的关系图，如图8所示。
5结论
结合现有工艺手段制作多晶硅纳米薄膜，应用最新的压阻特性理论对纳米薄膜进行了实验和数据分析，根据图7和图8可知，淀积温度为560℃和580℃的薄膜虽然具有大的应变系数，但其电阻率较高，薄膜稳定性差，不适合制作压敏电阻，主要是纳米薄膜内晶粒呈无定形态硅较多，对于淀积温度为600℃、620℃和670℃的薄膜，它们的电学特性都比较稳定，淀积温度为620℃的薄膜应变系数较大，因此依据纳米薄膜的稳定性和应变系数参数来说，多晶硅纳米薄膜沉积温度在620度时，薄膜压阻特性最优。
6应用发展
多晶硅薄膜已在压阻式压力传感器中得到广泛的应用。通常典型的多晶硅压力传感器大都利用单晶硅做衬底，采用硅杯结构应用LPCVD沉积多晶硅薄膜作压敏电阻，用离子注入掺杂硼元素。还有的压力弹性膜以外延生长硅层制作，极少多晶硅压力传感器采用非硅材料，80年代美国通用研究金属上多晶硅应变传感器，实验选用金属钼作为衬底，利用氮化硅和PSG制作绝缘层，采用CVD沉积1um厚多晶硅薄膜。上述结构压力感器具有制作工艺简单、灵敏度高和一定的高温特性等特点。2007年，哈尔滨工业大学的刘晓为等人在PNTF压阻特性的研究中发现，重掺杂可将PNTF的GF提高到34，并且TCR及TCGF也会降低近一个数量级。为了解释该现象，隧道压阻模型被建立并得出重掺杂下晶界的压阻系数要高于晶粒中性区的结论，其理论值与实验结果也相吻合。他们将该技术应用到多晶硅压力传感器的制作中，研究者还研究出不同纳米薄膜制作工艺参数对压阻特性的影响，包括薄膜厚度，掺杂浓度不同，沉积温度等[6]。
随着纳米薄膜技术的发展，该薄膜具有良好的压阻特性，重掺杂浓度下多晶硅纳米薄膜具有比普通多晶硅薄膜更优越的压阻特性[7]。能在保证较高应变系数的前提下，降低其温度系数，有利于提高多晶硅压力传感器的性能，对于发展高灵敏、低温漂、宽工作温度范围的低成本压力传感器具有重要的应用价值。
参考文献
[1]MalhaireC，BarbierD.Designofapolysilicon-on-insulatorpressuresensorwithoriginalpolysiliconlayoutforharshenvironment.ThinSolidFilm，2003，427：362.
[2]吴嘉丽，李仁锋，谭刚，等.LPCVD多晶硅薄膜制备技术；第六届全国表面工程学术会议论文集.2006：439-441.
[3]LiuXiaowei，HuoMingxue，ChenWeiping，etal.“Theoreticalresearchonpiezoresistivecoefficientsofpolysiliconfilms”.ChineseJournalofsemiconductors，2004，25（3）：292.
[4]揣荣岩，刘晓为，霍明学等.掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响[J].半导体学报，2006，27（6）：25-30.
[5]揣荣岩，刘晓为，潘慧艳等.不同淀积温度多晶硅纳米薄膜的压阻特性[J].传感技术学报，2006，19（5）：1810-1814.
[6]XiaoweiLiu，XuebinLu，RongyanChuai，HuiyanPan，XilianWang，JinfengLi，“Theinfluenceofdopingconcentrationonpiezoresistivetemperaturecharacteristicsofpolysiliconnanofilms，”inProc.ofSPIE，6423，Harbin，2007，pp.2NI-2N7.
本文从10个方面概括了在气候变化和地球变暖问题上，什么已经成为科学的组成部分――因此需要我们遵循事实，什么却是流行的认识误区――因此需要我们改变看法。
结论①：全球变暖已经成为毋庸置疑的事实，而不是蛊惑人心的伪命题。
科学的依据：IPCC(联合国政府间气候变化专业委员会）是由联合国环境规划署和世界气象组织于1988年创建的科学组织，这个专门委员会汇集了包括中国在内的130多个国家的2500多名专家。AR4是这个专门委员会花了6年时间的研究成果，被认为是迄今为止对全球变暖问题最权威的科学报告。在这个报告中，支持地球变暖的科学证据被认为来自地球温度上升、海平面上升、大范围冰川和积雪融化3个方面的一致性。证据一，在1906～2005年的100年时间里，全球地表平均温度已经升高了0.74摄氏度，主要的变暖阶段是最近50年；证据二，过去100多年来，地球的海平面总体上已经上升了17厘米，事实表明，全球海洋已经并且正在吸收80％以上被增添到气候系统的地球热量，这样的增暖导致了海水膨胀并造成海平面上升；证据三，过去100多年来，南极大陆、格陵兰岛以及南北半球的山地冰川和积雪在单向度地退缩和融化，特别是1979年以来北极的冰川已经融化了20%。
流行的误区：相当长时间来，社会上流行着一些否认地球变暖的说法，甚至把地球变暖说成是环保分子蛊惑人心的新花样。现在已经证明这样的说法是严重不科学的。说法一，认为有些地区的气温没有升高。事实上，地球变暖指的是由于温室气体增多而造成整个地球表面的平均温度在增高。由于气候是个复杂系统，因此气候变化的影响不会在所有地方都一样。地球上的有些地方例如北欧，可能实际上是变得更冷了，但是这不能否认地球表面温度整体上在上升，海洋温度也是这样。说法二，认为南极洲和格陵兰岛的冰川不是在缩小而是在扩大，因此有人提出地球是在变冷而不是变热。然而最新的调查研究表明，虽然南极大陆上个别地方的冰川是在扩大，但是南极洲冰川的总体是在缩小。从世界范围来看，85%以上的冰川都是在不断缩小之中。
结论②：全球变暖是工业化以来的人类活动所造成的，而不是地球自身自然驱动的结果。
科学的依据:过去100多年来地球温度的上升，是与以二氧化碳为主的温室气体排放的增加密切相关的。温室气体主要包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氢氟烃、全氟化碳、六氟化硫等，其中二氧化碳是最重要的人为温室气体。科学证明自1750年以来，这些温室气体在大气层中的浓度发生了惊人的增长，远远超过了工业化前几千年中的浓度值。例如，地球大气中二氧化碳的浓度已经从18世纪前的280ppmv（即每百万份体积的大气中含有280份二氧化碳），增加到了2005年的379ppmv左右，为65万年来最高。由于这些温室气体主要与人类活动有关，因此说地球变暖的原因很大程度上与人类活动有关。IPCC第四次评估报告指出：“最近50年的气候变化是由人类活动产生的”这一结论的可信度，已经由2001年第三次评估报告得出的66％以上可能性，提高到了目前的90％以上可能性。结论也由“过去50年观测到的大部分气候变暖‘可能（likely)’归因于人类活动”变成“人类活动‘很可能（mostlikely)’是气候变暖的主要原因”。
流行的误区：很长一段时间来，有些企业以及政治方面的人士竭力否认地球变暖是由人类活动所引起的。他们试图让人们相信，即使有气候变暖存在，也是地球自身的原因所驱动的。误导一，认为地球气候随着时间推移会自然地发生变化，所以我们现在看到的地球变暖实质是地球自然变化的结果。然而，从南极冰块深处取出的冰芯显示，现在的二氧化碳浓度比过去65万年的任何时候都要高许多。这证明了我们当今的气候变化已经超出了地球自然变化的正常范围。误导二，认为地球变暖是由于20世纪初一块陨石撞击西伯利亚而造成的。事实上，一块陨石的影响很大程度上就像一场火山爆发，这样的影响是短期的而不是长时间的。其他如认为城市热岛效应造成地球变暖的看法也是荒谬的，因为这类局部事件对地球变暖的影响几乎可以忽略不计。
结论③：全球变暖对水资源、食物、健康、土地、环境与生态、灾害等有着严重影响。
科学的依据：2006年，世界银行前首席经济学家、英国政府气候变化顾问施特恩（Stern)发表了有影响的报告――《气候变化的经济学》。这是另外一份有关气候变化的重要文献。按照这份报告的概括，地球变暖对人类社会经济可观察到的重大影响涉及以下6个方面：
一是在水资源方面，全球气候变暖将导致水资源时空分布失衡的矛盾更加突出，部分地区旱者愈旱、涝者愈涝。在高纬度和一些热带地区，降水量可能会增加10%～40%，而在一些中纬度和热带干燥地区，则可能减少10％～30%。
二是在农业与食物方面，全球气候变暖将导致农业和林业生产自然风险加大，大范围严重饥荒出现的概率增大。
三是在人类健康方面，全球气候变暖将导致热带常见流行病的发生范围向高纬度地区扩展；由此造成的鸟类迁徙路径和动物生活习性的变化，将导致应对人禽、人畜共患疾病的难度加大;高温热浪、雾、霾等极端气候事件的增多，将威胁老人、儿童、病患等弱势群体的身心健康，甚至导致死亡人数增多。
四是在土地与海岸线方面，全球气候变暖必然导致海平面上升，使沿海地区遭受洪涝、风暴、咸潮以及其他自然灾害的频率加大。人口密集和经济不发达地区面临的风险更大。
五是在地球环境与生态系统方面，若全球平均温度增幅超过1.5～2.5摄氏度，将有约20％～30％的物种灭绝。二氧化碳浓度的增加将导致海水酸化，影响海洋生态平衡和可持续发展。又如地球变暖打乱了不同物种间处于微妙平衡中的生态关系，使得许多地区外来物种入侵的数量急剧上升。
六是在大规模灾害方面，全球气候变暖会导致风暴洪水来势更猛。例如，2005年在美国造成重大损失的“卡特里娜飓风”；2005年在欧洲大陆包括瑞士造成重大损失的特大洪水;2005年在印度孟买和中国四川形成的严重洪灾。
流行的误区：长期以来，许多人认为地球变暖是太远的事情，它们还没有影响到我们身边的生活。因此在关注环境问题方面，国内有人强调我们应该更多地关注自己所在城市的水污染、大气污染、垃圾污染等地方性问题，而不是全球变暖这样的全球性问题。1997年我曾受有关国际组织的委托，就参加气候变化问题的京都会议，联系国内有关城市的官员，得到的回答就是这样的。实际上，地球变暖正对我们身边的生活发生着越来越直接的影响。例如，上海城市的海平面上升、风暴潮加剧、最近的天气变得奇热等，就是全球变暖对我们的直接影响。
结论④：温室气体排放的强度受到人口增长、经济增长、技术革新等因素的影响。
科学的依据：首先在人口方面，在工业化的条件下，人口增加通常伴随化石能源消耗的增加，因此人口增加与温室气体排放增加有一定的正相关性。显然，人口减少是有利于温室气体的减少的。如果到2100年地球的人口总量延续当前的持续增长趋势，那么人口总量的增加势必导致温室气体的相应增加。
其次，在经济方面，人均收入增加与能源消耗和二氧化碳排放之间，一般有一个先增长后减少的关系。经验数据表明大约在人均收入达到8000美元以后，人均二氧化碳和碳排放强度才有可能明显地下降。对于世界来说，由于未来很长一段时间穷人的经济状况需要改善，因此由此导致的温室气体排放也将增加。但是对于那些已经实现工业化的国家来说，通过经济增长规模、速度以及发展模式的转变，减少温室气体的排放将是可能的。
最后，在科学技术与相应的政策方面，通过节约和替代能源以及增加自然对碳排放的吸收等科学技术变革，可以有效地消减社会经济活动的温室气体排放。但是，这需要我们变革科学技术的发展方向，使之从高碳的科学技术转变为低碳的甚至零碳的科学技术。例如，从传统的燃油汽车转变成为新的燃料电池汽车。
流行的误区：有人认为面对温室气体增加导致的人类气候危机，我们已经无能为力了。这是有关气候变暖问题的最为消极的一种误导。事实上，在减缓气候变暖的问题上我们有很多事情可以去做。虽然我们不可能扭转长时间以来温室气体排放导致的地球变暖趋势，但是却可以通过人口控制、经济转型以及调节经济增长的速度与规模、加快科技变革等手段，有成效地减少对化石燃料的利用，尽可能地将温室气体的排放控制在人类可以接受的程度与区间。
结论⑤：与工业化以前相比，21世纪末全球平均地表温度可能会升高1.1～6.4摄氏度。
科学的依据：IPCC在研究气候变暖的进程中，组织各国专家对未来的气候变化进行了情景分析，研究结果从2000年开始以排放情景特别报告（称为“SRES排放情景”）的形式。这个报告以全球化与地方化、增长优先与环境优先为向度，设计了4种情况、6种情景，由此可以分析可能有的温室气体排放规模以及相应的地球温度上升。IPCC从中得出的最新结论是：到2100年，地球温度相对于2000年最有可能升高的范围是1.8～4.0摄氏度，很有可能升高的范围是1.1～6.4摄氏度。
流行的误区：社会上常常有人认为这方面的预测是不准确的，理由是科学家对此意见不一。事实上，科学界在人类活动改变全球气候的结论上一直是有共识的，对以上的结果也是认同的。过去多年来，对这个问题有严重怀疑和抵制情绪的主要是美国的一些政治家和企业家，他们的怀疑不是出自科学的理由，而是出自商业和政治的理由。但是我们注意到，自从2007年IPCC公布有关气候变化的新的权威性科学报告以来，美国的一些政治家和企业家的态度开始变得收敛和低调了。
结论⑥：在地球升温超过2～3摄氏度的情况下，气候变化将给人类带来净的负面影响。
科学的依据：如上所述，IPCC的科学家认为在未来的100年里地球气温将升高1.4～6.4摄氏度。科学家认为，在地球升温超过1990年2～3摄氏度的情况下，气候变化对人类所有方面的影响都是负面的。英国科学家莱纳斯在他最近出版的《6度：我们在一个更热的星球上的前途》一书中，详细地讨论了地球未来升温对水资源、食物、健康、土地与海岸、环境与生态、以及突发性大规模事件的影响。总的结论是，在地球未来升温不超过1990年水平2～3摄氏度的情况下，某些地区、某些方面也许会得到一些好处；但是在超过2～3摄氏度的情况下，地球变暖的状况会持续恶化，并且对地球上所有地区只有净的负面影响。因为当温度升高超过2摄氏度时，全球遭遇沿海洪涝、饥饿、疟疾、水短缺的人数将大大增加。
流行的误区：有人对地球变暖给人类社会造成的影响还存在着这样那样的幻想，说地球变暖对地球的影响并不总是负的。例如它能够帮助我们摆脱寒冷的冬天，还可以使作物生长得更快等等。确实，地球变暖的影响对各地是不同的，在一些特定的地区，甚至冬天的气候还会变得比现在舒适。但是，气候变暖对地球总体的负面影响大大超过了它对某些地区带来的好处。在地球变暖整体负面影响增加的情况下，即使那些少数可以得到更舒适气候的人们，恐怕以后也只能在几乎面目全非的地球环境中孤零零地享受所谓的“舒适”了。
结论⑦：减少碳排放的目标，是使地球变暖相对于工业化以前不超过2摄氏度。
科学的依据：IPCC在公布了上述SRES的排放情景研究报告后，进一步开展了减缓和稳定二氧化碳排放情景的研究，称为“后SRES减缓情景报告”。如果人类保持现有二氧化碳排放速度，到2100年大气中的二氧化碳浓度将达到850ppmv，届时地球将升温5～6摄氏度，这样的未来对人类可能是毁灭性的。因此，研究报告提出减缓的目标是到2100年，地球大气中的二氧化碳浓度不超过475ppmv（相对于现在有100ppmv左右的升高）。这意味着到2022年相对于1990～2000年需要减少二氧化碳排放10%～20%，到2050年相对于1990～2000年需要减排50%，到2100年需要减少排放75%。显然，如果未来世界的发展是可持续的模式，那么减排的压力就比较小；如果未来世界的发展是纯经济增长的模式，那么减排的压力就比较大。
流行的误区:许多人对地球变暖持有单方面的悲观态度，认为在地球变暖及其影响面前，人类只能遭受败落的困境，已经不可救药了。但是IPCC的情景分析表明，通过人口控制、经济转型、科技变革等手段，减少二氧化碳排放的可能性是存在的，将地球温度升高控制在不超过2摄氏度的范围内是完全可能的。
结论⑧：低成本地减少和稳定温室气体排放的技术与政策是可以得到的。
科学的依据：研究表明，虽然在未来的10～20年中，提高传统能源的使用效率仍然是减缓全球变暖的最主要的技术和政策手段，但是从长远来看，随着新能源技术的开发与相关政策的推进，以比较低的成本进一步降低全球能源消费和温室气体排放，是有巨大的技术经济潜力的。
根据2001年IPCC减缓气候变化工作组对2010年和2022年温室气体减排潜力进行的估算，各个产业部门或者经济部门均有可能以较低的成本甚至是净收益来实现较大幅度的减排。其中，建筑部门可以通过提高电器、设备和建筑结构等能源效率的技术与政策，减排15%～30%；工业部门通过提高能源效率和原材料效率等技术与政策，到2010年可以减排300～700MtC/a（即每年300百万～700百万吨碳），到2022年可以减排700～1500MtC/a；交通部门通过轻型汽车能源效率技术的改进（包括混合动力汽车等），到2010年可以减排5％～15%，到2022年可以减排15％～30%。总体上看，到2010年行业部门温室气体低成本减排的技术潜力可以达到1900～2600MtC/a，到2022年可以达到3600～5050，相当于同期排放总量预测值的20％～30%。
流行的误区:有人认为控制温室气体对社会经济发展的影响太大。但是有关气候变化的经济学研究认为，不采取对策比采取对策所要支付的成本大得多，而且越早采取有效的减缓措施，经济成本就越低，减缓效果就越好。在具体方法上，科学家认为，给碳排放定价等市场机制，能够有效推动低碳产品和技术的开发利用。2030年之前把碳价提高到每吨二氧化碳当量20～80美元，2050年之前提高到每吨二氧化碳当量30～155美元，能够使2100年的大气温室气体浓度控制在550ppmv左右。
结论⑨：在分担温室气体减排的任务上，需要强调共同而有区别的责任。
科学的依据：可以将承担不同减排义务的国家分为3类：一是必须马上行动的国家，指那些具备较大的现实和历史责任（义务）、较强的资源和支付能力、较多的减排机会的国家，许多发达国家属于这个类型;二是等状况改善后才可能采取行动的国家，指那些具备较小的现实、历史与未来责任（义务）、较弱的支付能力、较少的减排机会的国家，许多极低收入的发展中国家属于这样的类型；三是应该马上行动但是承担有区别义务的国家，指介于以上两者之间，有一项或者两项指标但不是全部指标超过全球水平的国家，包括中国、印度、巴西等在内的大多数发展中国家属于这个类型。
中国当前的温室气体总量排放虽然很高，但是人均排放量仍然低于世界平均值，因此不属于以上第一类需要马上采取行动的国家。如果中国的未来发展能够通过经济增长方式的转变以及国际间的合作，使得人均排放水平低于世界的临界值，那么既是对控制地球变暖的重大贡献，也是中国实现科学发展和和谐社会的重大成就。
流行的误区：目前发达国家讨论温室气体减排的时候，有一种无视以上“共同而有区别的责任”的倾向。例如，前面提到的英国学者施特恩在他的报告中，要求包括中国的发展中国家从现在起就承担足够的减排责任，就是对中国的不科学要求，限制了中国应该有的发展空间。首先，中国的快速工业化进程至少延续到2022年，温室气体排放估计在2050年之前都不可能停止增长，相比1990年排放水平可能需要增长数倍。中国之所以发展，是因为迫切需要解决几千万人的脱贫问题以及从整体上提高人民的生活水平问题；其次，中国要向低碳经济转型，减排成本远不会像施特恩报告估计的可控制在GDP的1％那样乐观；第三，施特恩报告所倡导的国际碳税以及国际碳市场等手段，不能使中国从国际清洁发展市场（CDM）中获得更大的收益；最后，施特恩报告对碳捕获与存储等技术进步的估计太过乐观，对中国而言，这种技术在短期内成本太高，而且处理过程中还需要消耗大量能源。
结论⑩：人类同时需要采取适应性对策，以减少地球变暖带来的负面影响。
科学的依据：IPCC的研究表明，虽然温室气体的排放是可以控制的，但是地球温度的上升将是不可回避的。因此，在地球变暖成为不可逆转的趋势下，我们需要采取减排与适应并重的对策。即：一方面，减缓温室气体的排放是必要和可能的，例如在长途旅行的时候只要有可能就应该优先选择火车而不是飞机，就是减缓性的对策。另一方面，提高适应地球变暖的能力也是必要和可能的。例如，我们需要从现在起就着手培育能够适应气候变暖的农产品，设计能够适应气候变化的建筑物等等。
关键词温棚；气温；降温模型；连阴天气
中图分类号S161.2文献标识码A文章编号1007-5739（2017）06-0242-02
设施农业是以园艺作物高效生产和反季节栽培为主的产业定向，利用工程技术和可控手段，创造出使作物可以四季生长发育的条件，实现集约、高效、可持续发展的农业生产方式，单位面积产值一般可达大田的7～10倍[1-2]。第二代节能日光温棚已成为永宁县主要的农业设施，截至2015年，全县发展面积已达4813.33hm2。主要种植芹菜、西红柿、香瓜、黄瓜、葡萄、李子等蔬菜瓜果，成为当地农民增收的主要产业。
日光温棚作物的生长受温室内温度、湿度、光照等小气候的影响，而温棚内小气候的变化在很大程度上受外界天气的影响[3-5]。20世纪60年代开始，国外有很多学者先后开展了温棚气温模型、温棚内各层稳态能量平衡方程等方面研究。国内储长树、刘克长、钱剑锐等[6-8]对日光温棚温光性能、棚内温湿度变化规律等进行了研究分析，对推进当地设施农业发展发挥了重要作用。但目前研究的预报模型多为统计模型，温室类型、结构和气候地域性差异等因素使不同地区的预报模型难以直接应用。此外，针对本地温室大棚，尤其是连阴天气低温冻害的预报模型尚未开展。
本文拟选永宁县设施农业生产中推广最多的第二代节能日光温棚为研究对象，在温棚内外建立自动气象站收集气象要素资料。选择冬季典型连阴天气，结合棚内外气温、辐射等气象要素，建立基于连阴天温棚内气温的逐时降温模型，以期为永宁县冬季日光温棚夜间低温预报防御工作提供决策依据，开展设施农业防冻减灾气象服务。
1资料与方法
1.1资料来源
供试日光温棚位于永县永清设施园区内（106.27°E，38.32°N），距离永宁国家基准气象站8km，大棚为东西走向，东西长50m，南北跨度8m，后墙为土夯墙（高3.8m），两侧为砖墙，棚膜为0.08mm厚的聚乙烯塑料薄膜，棚膜架为钢管材质。大棚在冬季9：00以后拉苫，17：00以后放苫。气象数据来源于温棚内、外安装的小气候自动站（华云CAWS600），可实时监测棚内温度、湿度、总辐射和棚外温度。自动站为此项目的研究提供了完善的数据结构，数据为每小时整点采集。该站自建站以来，数据稳定，可用性非常强。
1.2统计方法
采用数理统计、趋势拟合等方法，分析连阴天气温棚内气温与总辐射、棚外气温的变化规律，得出棚内逐时降温模型；并运用SPSS软件进行显著性检验，计算了标准差（SE）、均方差根值（RMSE），对模型可用性进行检验。
2结果与分析
通过整理、记录、分析2014年、2015年冬季气象数据，发现2014年2月4―8日为最具代表性的连阴天气（7日辐射较强，属多云间晴天气，夜间棚内温度仍然走低，而8日又是全阴天，为便于建模，故保留7日数据）。其连阴天数最长，且温棚内气温后续降到1℃左右，影响到棚内作物的正常生长，故本文选取这段时间的数据为研究对象做降温段模型。图1为棚内外气温、棚内总辐射的5d变化规律。可以看出，棚外受自然环境影响温度变化比较剧烈，温度波峰和波谷比较明显，呈明显的日周期变化；而棚内温度变化相对比较平稳，温度波峰明显，波谷不明显，这是由于温棚内环境相对稳定，升温快、降温慢的原因。从连续5d的棚内数据来看，大约从每日0：00―10：00（2月4日11：00―14：00数据跳变，在考虑中舍弃）棚内温度变化幅度较小，变幅为0～3℃，且5d内该时段数据连续性较好、差异小。但随着阴天的持续，同时段温度变幅逐渐变大，气温逐渐降低，棚内温度也在该时间段出现全天最低气温。10：00以后，即便微弱的辐射，棚内温度也明显上升。冻害主要在夜间发生，研究白天气温变化对研究冻害意义不是太大，所以本文遴选2月4―9日夜间0：00―10：00的数据开展模型研究。
2.1模型建立
将选取的数据放在连续时序图（图2）上，发现气温数据呈指数规律下降，即y=aexpx，经分析模拟得到具体的降温方程为T=8.7021exp（-0.015i）。其中，T为棚内温度，i为时序，相关系数R2=0.8572，相关性较好。
当时序为0时，起始温度始终为8.7021℃，当连阴天前的白天辐射强时，起始温度会变高；白天辐射弱，起始温度会降低。因此，起始温度与当天的总辐射累计值有关，与夜间0：00的棚外气温也有关（温度差导致热传递速度不同），指数前的系数由白天总辐射累计值和夜间0：00棚外温度共同决定（这里不考虑温棚保温性能和材质等因素）。1月1日至2月20日为温棚低温冻害的多发时段，从2014年该段时期选择出具有代表性的34组晴天数据综合分析白天总辐射累计值和当日夜间0：00棚外温度（选择数据时舍弃了该段时间阴天数据，因为该段模型主要是模拟晴天情况下夜间0：00的棚内温度）。用SPSS统计分析软件进行多元回归分析，得出夜间0：00的棚内气温（指数系数）关系式为a=7.599+0.00024f+0.41t（式中，f为当日总辐射累计值，t为当日夜间0：00棚外气温），显著性值
T=（7.599+0.00024f+0.41t）exp（-0.015i）
式中，f为当日白天的总辐射累计值，t为当日夜间0：00的棚外气温，i为时序（以当日夜间0：00为0）。由于方程选取夜间降温数据模拟得出，所以方程在使用时是有条件的，必须将有效时序与实际有效时间对应起来，最终总模型如下：
T=（7.599+0.00024f+0.41t）exp（-0.015i）
0≤i≤10，对应于5日0：00―10：0024≤i≤34，对应于6日0：00―10：0048≤i≤58，对应于7日0：00―10：0096≤i≤106，对应于8日0：00―10：00120≤i≤130，对应于9日0：00―10：00
在业务应用中，可将天气预报、当天温棚实况信息与该模型结合起来，以天气预报的实际晴阴天情况来预报大棚内的夜间温度。
2.2模型检验
2月4日0：00棚外气温为-7.6℃，2月3日白天总辐射累计值为20906W/m2，带入模型得到34组模拟数值，以降温数据实测值为横坐标、模拟值为纵坐标，在1∶1相关图（图4）上进行分析，发现离散点保持在y=x附近，离散度较小。
将模拟值和实测值采用标准差（SE）和均方差根误差（RMSE）进行精度分析，得到SE=0.851℃，RMSE=0.844℃，表明模拟值和实测值之间的平均误差在1℃以内，温度预报模型具有较好的拟合精度，棚内气温模拟预报方程可信。
3结论与讨论
3.1结论
（1）永宁县冬季设施大棚内温度变化比较剧烈，遇到连阴天或低温寡照天气温度变化比较平稳，棚内日最高气温明显高于棚外，棚内日最低气温一般出现在10：00左右，而棚外最低气温出现在4：00―8：00，出现时间明显早于棚内。
（2）利用多元回归和趋势拟合的方法，以温棚自动气象站容易监测的温度、总辐射等气象要素，结合天气预报的实际阴天天数为因子，构建了适用于永宁县第二代节能日光温棚的棚内连阴天气温度预报模型，可以计算出模型适宜范围内任意时刻的棚内温度。并对预报模型进行了拟合度检验和误差分析，棚内气温拟合值与实测值的SE=0.851℃，RMSE=0.844℃。
3.2讨论
本文分析的棚内、棚外气温变化规律与范辽生等[9]单层棚膜小气候分析结论一致；预报模型的模拟程度也与金志凤等[10-11]的模型拟合精度基本相当。但由于以下方面的原因，模型也有一定的局限性和不准确性：一是由于温棚管理、棚膜保温材料、墙体结构等方面的差异，甚至种植作物的不同，都可能影响到模型的应用效果，不能很好地应用于当地所有温棚。二是当天气预报出现较大偏差时，其棚内气温预报也会有较大误差，给模型的应用带来不便。如何与精细化数值天气预报结合，提高模型应用的精细化和客观化水平，需要进一步积累资料并进行深入研究。
4参考文献
[1]王孝卿，李楠，薛晓萍，等.寿光日光温室小气候变化规律及模拟方法[J].中国农学通报，2012，28（10）：236-242.
[2]周长江，薛新慧.克拉玛依冬季气候变化特征及其对设施农业的影响[J].沙漠与绿洲气象，2011，2（5）：50-54.
[3]金志凤，周胜军，朱育强，等.不同天气条件下日光温室内温度和相对湿度的变化特征[J].浙江农业学报，2007，19（3）：188-191.
[4]戴剑峰，罗卫红，乔晓军，等.基于模型的温室控制目擞呕系统研究[J].农业工程学报，2006，11（22）：187-190.
[5]郜庆炉，薛香，段爱旺.日光温室内温度特点及其变化规律研究[J].灌溉排水学报，2003，22（6）：50-53.
[6]储长树，朱军.塑料大棚内空气温、湿度变化规律及通风效应[J].中国农业气象，1992，13（3）：32-35.
[7]刘克长，任中兴.山东日光温室温光性能的实验研究[J].中国农业气象，1999，20（4）：34-37.
[8]钱剑锐，凡改恩.双层塑料大棚保温性能及对枇杷生长发育的影响[J].浙江农业科学，2011（4）：775-777.
[9]范辽生，朱兰娟，柴伟国，等.杭州冬季塑料大棚内气温变化特征及日最低气温预报模型[J].中国农业气象，2014，35（3）：268-275.
IPCC对全球范围气温的第4次评估报告指出[1]，从1850年至今的12个暖年中，有11年发生在最近的12年间；因此，高温事件越来越受到各国政府和气象学家的关注[2]。近年来，国内已广泛开展了对高温成因及时空分布特征的研究，分别对我国高温日数变化趋势、夏季高温天气特征、高温变化周期，江苏、新疆、山东、重庆和我国的东部、华北等部分地区、省、市的高温成因及时空分布特征进行了研究[3－14]。但目前从统计角度出发，采用百分位法定义极端高温阈值，并没有考虑数据或系统本身的变化特征[15]。而气候系统的变化具有自记忆特征，在气候时间序列里存在着持续性[16－18]。为可靠地分析气候序列中的长程幂律相关性，有必要辨别数据中内在的长程波动引起的趋势成分，如果分析时没有滤去趋势成分，则其中的强趋势成分会对长程相关的分析结果给出虚假的信息，所谓去趋势波动分析(DetrendedFluctuationAnalysis,DFA)就是先除去序列中的趋势，再对序列进行记忆特征研究[19－25]。同时，气候系统是一个非线性、无标度、多层次、强迫耗散十分复杂的巨系统[20]，故采用能够反映其变化的不确定性特点的统计量来分析我国气候特征，更具有合理性[21]，这个能够度量某些要素不确定性程度的指标就是熵。熵是一个热力学概念，是用来描述热力学系统的混乱程度，在众多熵值的计算模式中[22]，排列熵(PermutationEntropy,PE)是一个基于长时间序列的相邻数据对比的复杂度参数，它的优点是易于计算、简单而实用[25]，目前多用于医学[26－27]，而一些学者的研究证明排列熵方法对气温突变和周期检测是十分可靠的[22,28]。对温度变率时空结构研究，既有助于加深对气候变化特征的了解，又对气候灾害的风险及其预测具有实际应用价值[23]。因此，本文利用DFA方法，确定了各站点的极端高温阈值，应用排列熵方法分析各区极端高温年频数的周期和突变，并详细分析我国大陆极端高温的时空分布特征成因。研究的内容有助于城市高温预警预报业务的开展，对于提高公共服务质量，保障民生具有重要的科学意义和现实意义。
2资料与方法
2.1资料说明
气温对于迁站等人为因素非常敏感，会引起非均一性。中国气象局国家气象信息中心自2006年开始中国均一化历史气温数据集(1951—2004年)，因此，本文采用由中国气象局国家气候中心提供的均一性较好的数据分析。按照1951—2008年连续缺测少于0.5年(182d)，累计缺测不多于1年的原则，共有77个站点符合要求。为了保证空间序列信息的完整性，增加了青海格尔木(1955年4月—2008年)、青海玛多(1953—2008年)、青海西宁(1954—2008年)天津(1954—2008年)、拉萨(1955—2008年)5个站点；同时，由于上海站仅拥有1991—2008年的数据，而上海龙华站1997—2006年间的数据缺失，考虑到上海市在长江三角洲乃至全国的重要性，及其上述两站点的距离相对较小，故将上海站的1997—2006年数据补充至上海龙华站的时间序列内。共计83个站点。
2.2DFA方法
DFA方法是基于随机过程理论和混沌动力学新发展的一种分析方法，用于检测时间序列的物理特征。从动力学角度看，这种方法中变换的序列仍残留着原序列的痕迹，与原序列保持着相同的持久性(或反持久性)[16]。通过观测得到的气象数据通常是非平稳的，采用传统的方法在计算自相关系数时经常受到含有的噪声或某些趋势成分的影响，影响到分析结果的可靠性，而DFA对于分析此类含有趋势成分的序列的标度行为有很大的优势[19]。DFA方法作为一种标度分析工具，它可以有效滤去各阶趋势成分，很好地处理非平稳数据并消除其中的伪相关现象，检测非平稳时间序列中的相关性[24]。根据杨萍等的研究，DFA确定高温阈值的具体步骤如下[16]。
①确定{xi}的最大值xmax。
②确定序列{xi}的中间点R，R值可以是平均值xave或者介于最大值与最小值之间的某一中值xmed。
③从{xi}的最大值xmax开始，依次舍去{xi,xi≥xmax-d×k}数据区间的数据点，直到xi=R，依次得到新序列YJ，J=xmax-d×k，其中d为区间间隔，k=1，2，，(xmax-R)/d。
④计算每个新序列YJ的长程相关性指数DJ，得到其随舍去区间J的变化。
⑤当DJ的变化开始趋于平缓且收敛时的值为临界值。
⑥区间间隔d代表本方法的分辨率，其取值越小k越大，确定的阈值分辨率越大，同时计算量也越大；反之则阈值分辨率小，k小，计算量也相对较小。考虑到温度的精确程度及夏季所有站点的温度范围，取k=1000，R=15.0℃。
2.3排列熵算法
根据侯威等的研究[28]，PE算法步骤如下。
①设一离散时间序列为[x(i)，i=1，2，，n]，对其中任意一元素x(i)进行相空间重构，得，X(i)=[x(i)，x(i+l)，，x(i+(m-1)l)](1)式中m和l分别为嵌入维数和延迟时间。
②将X(i)的m个重构分量[x(i)，x(i+l)，，x(i+(m-1)l)]按照升序重新进行排列，得到一组符号序列，A(g)=[j1，j2，，jm](2)其中g=1，2，，k，且k≤m!，m个不同的符号[j1，j2，，jm]一共有m!种不同的排列，计算每一种符号序列出现的概率P1，P2，，P，按照Shannon信息熵的形式定义为，vkvvH(m)plnp1p∑==(3)
③当Pv=1/m！时，Hp(m)就达到了最大值ln(m!)，标准化处理后为，0≤Hp=Hp(m)/ln(m!)≤1(4)Bandt等[25]研究表明，m≤4时，PE算法将失去有效性，但太大(如m=12)也不合适[23]。因此，在本中选取m=7。
3结果与分析
定义日最高温度高于DFA方法确定的阈值时为极端高温，每个站点的高温阈值如表1。从而获得1951—2008年我国大陆极端高温年频率的时空分布(图1、图2)。图1表明1951—2008年我国大陆整体的极端高温频数变化为1950年代初最大，而后急剧下降，直至1970年代末—1980年代初呈现增长趋势。陈隆勋等对近45年来中国气候变化特征作了全面分析：中国自1940年代到达20世纪的第一个暖期后[29]，于1950年代气温急剧下降，随后呈波动变化，1980年代后，气温又急剧上升[30]。而1950年代初期—1980年代，中国大陆地表日照时数减少和太阳总辐射总体呈减少趋势[31－34]，和随后的增加趋势很可能是造成我国大陆极端温度年频数发生变化的主要原因。图2表明我国大陆极端高温年平均频率自我国西南-东北方向呈减少-增加-减少趋势，而自东南-西北呈增加-减少的趋势，且较大频数主要分布在云南、广西、广东、河南和河北南部等地区，贵州、甘肃、内蒙古等省区为较小频数分布的主要区域。总体而言，我国南方地区频数要较北方地区的大，而且大、小频数发生区域相对集中。为分析不同区域极端高温频数的年际变化规律，根据全国的时空分布及大小集中情况，将全国划分为10个区(图3)，分别为：准葛尔区(A)、东北区(B)、准葛尔东区(C)、西南东区(D)、西南西区(E)、京津塘区(F)、东南区(G)、中南区(H)、太行秦岭区(I)、华南区(J)(图3)。分区的结果与龚志强等根据动力学自相关因子指数Q分析我国温度的时空变化特征进行的空间分区[35]和向旬等利用REOF和CAST聚类分析相结合的方法，对热浪指数和暖夜指数进行的分区基本一致[36]。
考虑到添加的6个站点时间序列最多缺失4年，因此在计算排列熵时自2008年开始，于1956年终止；并对所得的排列熵按照公式(4)进行标准化处理。从图4a可以看出准格尔区的极端高温呈准10～11年的周期变化，分别于1963年和1994年两度发生突变。图4b表明东北区的逐年极端高温频数主要呈14～15年的周期变化，且以14年的变化周期为主，并于1960—1964年发生突变。准葛尔东区(图4c)逐年高温天数变化第一周期为准10年，第二周期为准13～15年，且在1969年与1978—1980年发生两次突变。西南东区(图4d)的第一周期为13～14年，第二周期为18～20年，在1984—1985年发生突变。西南西区(图4e)呈现三个稳定周期，分别是第一周期7年，第二周期9年，第三周期13～14年，其中1965年和1976—1979年发生突变。京津塘区(图4f)与其他地区相比，极端高温周期较小，分别是7年及准10年，自1980年持续两年HP较低。东南区(图4g)逐年极端高温频数周期为11～13年和15年，且以准13年为主，在1977—1978年出现突变。中南区(图4h)出现三类变化周期，分别为准8年，准10年和准11年；直至2007年出现一次突变。太行秦岭区(图4i)第一周期为准13年，第二周期为16年，该地区于1979年发生一次突变。华南区(图4j)是规则的双周期，即准10年和准15年，该地区在1956—2008年间共出现三次突变，即：1966—1970、1976和1979年。
董满宇等运用MHF小波分析、非参数统计检验Mann-kendall法及Yamamoto法对东北地区91个气象站点近50年的气候资料进行了温度变化的时空特征分析，结果表明东北地区14年周期振荡最强，且于1964年发生突变[37]；刘燕等运用EOF、相关分析等方法，分析了广州市1951—2004年高温频数的基本气候特征，发现广州高温频数1980年以来稳定增加，并检测1980年代初具有一次增加突变[38]；而江志红等利用多窗谱方法，对全球各区域平均温度序列进行多种信号的检测、重构，认为在我国北方存在准10.3年的年代变率[39]均与本文的结论基本一致，佐证了排列熵方法的可靠性。
图4的统计结果表明，各区逐年极端高温频数变化主要呈三大周期，即准7年、准10～13年和准16～20年，其中准7年和准11年分别是ENSO和太阳活动的显著周期，它们对全球及我国的气候变化均有较大影响，侯威等[28]认为我国的逐年极端高温频数周期与太阳活动周期、10年的气候变率周期有关。而温度是受太阳活动、地球自转、各种遥相关指数等多种因素影响的天气要素[16]；但高温日数多寡和高温频数及其进程受大气环流要素场及其距平场的变动影响较大[38,40]；同时，由于副热带高压与东亚大陆副热带夏季风强度有密切的关系，夏季风偏强的年份，我国夏季大范围高温[41－42]，强高温过程偏多，强度偏大；而影响我国的西太平洋地区的越赤道气流呈现10～11年和准20年的振荡，中层500hPa和低层850hPa纬向风多表现为17年的年代际周期及经向风则在6—8月有显著的准7年和准13年周期[43]。各区的突变主要发生在1960年代、1970年代末和1980年代初，这与林学椿[44]的气候跃变结论和何文平[45]的地表温度动力学结构突变的时空分布结论基本一致。而1960年代北半球气候状况普遍出现突变，各地的跃变在空间上具有行星尺度的有机联系，其原因主要由于北半球中高纬大部分地区较一致的降温和部分较低纬地区的增温，导致高低纬热力梯度在1960年代前期迅速增大的结果[46]；作为响应，我国大部分地区在同时期的极端高温频数发生了突变。而何文平认为1970年代末—1980年代初的突变与同时段的两次太阳活动强弱状态的交替时期有关[45]；同时，该时期的突变很好响应了我国日照时数在该时期前后表现出的变化趋势差异[31－34]和1980年代前、后全球总体温度的变化趋势。
4结论
(1)我国大陆极端高温年频率均值，自西南-东北方向呈减少-增加-减少的变化趋势，而自东南-西北呈增加-减少的变化趋势，且我国南方高温频数较北方的大，大、小频数区域性较强。
