关键词：气候要素；小型蒸发皿；蒸发量；逐步回归；资料续补；SPSS软件
中图分类号S161.4文献标识码A文章编号1007-7731（2017）06-0170-04
CalculationsofSmallEvaporationCapacityBasedontheClimateElementsinFengyang
YuanXuesuoetal.
（FengyangCountyBureauofMeteorology，Fengyang233100，China）
Abstract：BasedonFengyangnationalmeteorologicalobservatorymeteorologicalobservationdatafrom1980to2013，usingSPSSsoftware，thewholeyearmonths20cmdiametersmall-sizedevaporationpanevaporationandrelatedtothecorrelationbetweenclimateandstepwiseregressionmodelisestablished.Resultsindicatethattherelativehumidity，sunshinetime，thesurfacetemperatureandotherfactorsimpactonevaporationinterannualchangesignificantly，theregressionequationofmostofthemultiplecorrelationcoefficientisgreaterthan0.900.Basedontheregressionmodel，annualevaporationonevaporationvaluationsintotal，annualprecipitationwasintroducedintoequationofthemultiplecorrelationcoefficientof0.810.Theresultsforthegroundmeteorologicalobservationbusinessadjustmentaftermonth（year）evaporationcapacityestimationandrenewal，canprovidethebasisforagricultureandecologicalmeteorologicalservice.
Keywords：Climate；Smallevaporatingdish；Evaporation；Stepwiseregression；Thedatarenewal；SPSSsoftware
1引言
蒸发皿蒸发量是估计土壤蒸发和农业水资源管理的重要指标，是大气蒸发能力的综合体现[1]。根据中国气象局综合观测司关于做好全国地面气象观测业务调整工作的通知（气测函〔2013〕321号），自2014年1月1日起，国家一般气象站取消小型蒸发观测。为满足气象服务需求，需借助相关气候要素对蒸发量进行定量估算。在全球气候变化背景下，特定区域一定时期蒸发量的变化趋势及成因研究多有报道[2-15]，例如，陈伯龙等开展了20cm口径蒸发皿蒸发量的数学物理模型研究[16]，王明星就干旱区气象因子对蒸发皿蒸发量影响做了观测及数值模拟[17]。上述研究有利于揭示蒸发的物理过程和时空演变规律，但不是针对部分气象台站蒸发量停测后的资料续补。本研究旨在探讨一种基于单站气候要素的月（年）蒸发量简便实用估算方法，为蒸发量停测后开展农业和生态气象服务提供依据。
2资料与方法
本文选取凤阳国家气象观测站1980―2013年气象观测资料，运用SPSS软件[18]中相关分析、逐步回归等数理统计方法，研究全年各月小型蒸发的年际变化与同期气温、日照时数、降水量、降水日数、地表温度、风速、湿度等气候要素的相关关系，建立逐步回归统计模型。这些气候要素涉及影响蒸发的热力、动力、水分三因子[17]，具有较好的代表性，并容易取得。在此基础上，对年蒸发量进行统计建模。各要素采集方法：蒸发取20cm口径小型蒸发皿观测值（mm），气温取月（年）平均气温（℃），日照时数取月（年）日照时数合计值（h），降水量取月（年）降水量合计值（mm），地表温度取月（年）0cm平均地温（℃），风速取月（年）2min平均风速（m/s），湿度取月（年）平均相对湿度（%）。
3结果与分析
3.1月蒸发量与气候要素相关分析以凤阳11月气象资料为例，描述了该月蒸发量与同期日照时数、湿度的对应关系，见图1。从图1可以看出：随着日照时数的增多，蒸发量随之增大；随着湿度的增大，蒸发量随之减小。表明蒸发量与日照时数、湿度分别存在正相关和负相关关系。以此类推，其他月份蒸发量与气候要素也存在明显相关关系，其定量化分析结果可通过SPSS软件统计得到。
[250
200
150
100
50
0][11月湿度（%）和日照时数（h）][30][50][70][90][110][130][11月A发量（mm）][湿度■日照时数]
图1凤阳11月蒸发量与同期湿度、日照时数对应关系
（1980―2013年）
表1列出凤阳各月蒸发量与同期气候要素相关系数。其信度0.05和0.01显著性水平的相关系数标准分别为0.339和0.436。由此可知，凤阳各月蒸发量与同期气候要素相关显著，其中气温基本都是正相关，2、3、5―8月达显著以上标准，达极显著标准有5个月，最大相关系数0.802（8月），表明气温升高对应蒸发量增加；日照时数全部正相关，12个月均达极显著水平，最大相关系数0.848（5月），表明日照时数增多与蒸发量增加对应关系极好；降水量全部是负相关，12个月均达极显著水平，绝对值最大相关系数-0.775（3月），表明降水量增多与蒸发量减小对应关系极好；降水日数全部是负相关，12个月均达极显著水平，绝对值最大相关系数-0.811（11月），表明降水日数增多与蒸发量减小对应关系极好；地表温度基本都是正相关，2―10月达显著以上标准，达极显著标准有8个月，最大相关系数0.909（8月），表明地表温度升高对应蒸发量增加；风速有8个月负相关，4个月正相关，其中11月相关系数-0.418，达显著水平。因此在多种因子综合作用下，风速大蒸发量不一定就大，因风速较大时可能热力或水分因子配置不利而影响蒸发，这和具体天气条件有关；湿度全部负相关，12个月均达极显著水平，绝对值最大相关系数-0.883（11月），表明湿度增大与蒸发量减小对应关系极好。
3.2月蒸发量逐步回归模拟表2给出凤阳各月蒸发量与气候要素的逐步回归方程系数及复相关系数。由表2可见，全年12个月中，有4个月入选因子数为4个（1、3、4、9月），4个月入选因子数3个（2、5、10、12月），3个月入选因子数2个（6、8、11月），1个月入选因子数1个（7月）。12个月中，各因子被引入方程的次数依次为：湿度10次、日照时数7次、地表温度5次、风速5次、降水量4次、气温3次、降水日数1次。回归方程复相关系数在0.900以上的10个，最高0.946（4月）；最低复相关系数0.878（7月）。各回归方程复相关系数经检验均达极显著水平，可以用来对月蒸发量进行估算和续补。
表3给出了凤阳月蒸发量与同期气候要素的标准回归系数。标准回归系数消除了因子量纲的对系数大小的影响，可以用来比较各因子对回归方程贡献的大小。例如，1月主导因子排序为湿度、日照时数、风速、气温；2月为湿度、日照时数、气温；3月为湿度、降水量、地表温度、风速等，以此类推。比较表1可以看出，相关系数最大的，标准回归系数通常也最大，但也有例外。例如，2月日照时数相关系数优于湿度，但标准回归系数相对较小。该回归方程还引入了第3因子即气温，在3个因子组合条件下，日照时数对回归方程的贡献被重新定位，湿度因子的作用得到提升。从表3可见，湿度第1排序7次，第2排序2次；日照时数第1排序2次，第2排序4次；地表温度第1排序2次，第2排序1次；降水量第1排序1次，第2排序2次；风速无第1排序，第2排序1次；降水日数无第1排序，第2次排序1次，气温无第1第2排序。因此，从标准回归系数位次情况看，表现前3名的因子为湿度、日照时数、地表温度。包括出现负相关情况的风速在内，所有入选因子的回归系数符号均符合物理规律。
3.3年蒸发量逐步回归模拟在月蒸发量估算的基础上，虽然可以将各月蒸发量相加（月蒸发估值年合计）得到年蒸发量的估算值，但考虑到回归统计值本身是近似值，近似值多次相加可能会造成误差的积累，所以直接用年蒸发量与相关气候要素建立逐步回归统计模型。待选因子包括湿度、日照时数、地表温度、风速、降水量、气温、降水日数的年度值和月度值91个，同时加上月蒸发估值年合计，经相关分析初选后，挑选影响较显著的因子统计建模。最终入选因子情况如表4所列，即月蒸发估值年合计、年降水量入选回归方程，它们与年实际蒸发量的相关系数分别为0.769、-0.688，回归方程复相关系数0.810，标准差63.994。年蒸发量的实际模拟情况如图2所示。
4结论与讨论
（1）凤阳各月气温、日照时数、降水量、降水日数、地表温度、湿度与月蒸发量大部分存在显著或极显著相关关系，各因子相关系数绝对值最大的分别为0.802（8月）、0.848（5月）、-0.775（3月）、-0.811（11月）、0.909（8月）、
-0.883（11月）；风速与蒸发量的单相关多不显著，说明风速不是造成凤阳蒸发量年际变化的主导因子。
（2）运用逐步回归方法建立各月蒸发量的估算模型，复相关系数在0.900以上的10个，最高为0.946。从入选因子数量看，从大到小排序为湿度、日照时数、地表温度、风速、降水量、气温、降水日数；从入选因子标准回归系数排位看，依次为相对湿度、日照时数、地表温度、降水量、风速、降水日数、气温。无论是因子数量和主次排位，前3位因子均为湿度、日照时数、地表温度。
（3）单用月蒸发估值年合计来估算年蒸发量，其相关系数0.769，扩充91个备选因子后进行逐步回归分析，月蒸发估值年合计、年降水量被引入方程，其复相关系数提高到0.810。年蒸发量的模拟效果不如月蒸发量，是否有更好的因子有待进一步探索。
（4）本文尝试用气候要素估算凤阳月（年）小型蒸发量，回归统计效果极显著，物理意义确切，对其他有同类需求的观测站有参考价值。
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有学者曾指出，新疆棉花生产与热量关系最密切，生长关键季节热量强度不足与棉花品质低有一定关系，对棉花产量也有较大影响。石河子地区是新疆主要棉花产区之一，气候变暖对该地区热量资源带来怎样的变化，对棉花产量有何影响等问题有待进一步研究。
1.石河子地区气候变化特征分析
1.1年平均气温近50年来石河子地区的年平均气温在波动中呈升高趋势，气温变化倾向率为0.30℃／10年。近50年的平均气温为7.6℃，最高气温是9.1℃（2006年），最低气温是5.6℃（1969年）。通过5年滑动平均气温变化趋势线可以看到，石河子地区在1989年以前基本处于低温阶段，1989年以后一直处于偏暖阶段，目前仍处于偏暖时期。
1.2年日照时数日照是气候的重要因素，日照时数是表征气候变化的气象要素之一。日照时数多，有利于棉花的成铃率和单铃重的提高，日照时数也是影响棉花纤维品级的主要气候因子之一。4~9月是农作物的主要生长季节，特别是棉花对热量条件要求较高，热量条件的好坏直接影响棉花的产量和品质。随着全球气候变暖，大气中污染物的增加，日照时数发生了明显的变化。近50年来石河子地区日照时数年平均值为2736小时，年平均日照时数呈增加趋势，其幅度是6.46小时／10年。石河子地区年日照时数在1985～1995年低于平均值，自1996年以来开始高于平均值。
2.石河子地区棉花年产量变化规律
石河子地区棉花产量呈现出较强劲的增长势头。20世纪90年代初期，黄淮海平原棉区因棉花枯、黄萎病和棉铃虫危害严重，效益下降，棉花主产区转向生产条件优越的新疆棉区。1995年，新疆棉花种植面积和总产量分别占全国的13.7％和20.8％，至此，新疆棉区已经成为我国最大的产棉区，肩负着保证国家棉花储备，促进我国棉纺织工业发展的重任。1996年，国务院根据当时棉花生产形势，决定于“九五”期间在新疆建成国家特大型商品棉基地。随着国家棉花基地建设项目的启动，带动了新疆棉花种植迅猛发展，而石河子地区是新疆主要的棉花生产区。自1997年以来石河子地区棉花年产量一直高于历年平均值，呈直线上升趋势。
3.石河子地区气候变化对棉花年产量的影响分析
影响棉花年产量的因素很多，包括气候因素、病虫害因素、生产技术水平、社会因素等。从气候因素考虑，影响棉花年产量主要在于温度、日照和降水量。依据石河子地区年平均气温、年日照时数、年降水总量的原始数据，得出棉花年产量与年平均气温、年日照时数、年降水总量之间都有直接关系。
3.1棉花年产量与气候的关系在石河子地区棉花年产量与年降水总量、年平均气温、年日照时数均为正相关，相关系数分别为0.267、0.522、0.275，其中与年平均气温的相关系数通过了0.01的显著性水平检验，统计检验的相关概率小于0.01，但与年降水总量、年日照时数的相关系数没有通过0.05的显著性水平检验。这说明石河子地区年平均气温的变化对棉花年产量的增加影响很大，年降水总量与年日照时数的变化对棉花年产量有影响但影响不显著。通过分析棉花年产量与年平均气温、年降水总量、年日照时数之间的关系，不难看出棉花产量与年平均气温、年日照时数、年降水总量有着密切的关系。
第一讲声现象例1人的心脏跳动、呼吸以及内脏蠕动等，都会发出声音。有病变时，声音与正常情况相比是不同的，根据声音为患者诊病，这是很古老的医学发明，瞧，如图1医生正在用听诊器为病人诊病呢，听诊器是通过橡皮管将声音传送到耳朵的，请说说，这样做有什么好处?
讲解来自人体内脏的声音很小，除非将耳朵直接贴近人体，否则将难以听到，使用听诊器，声音在橡皮管中传播，比较集中，这样可以使听到的声音响度较大，(注意：本题是要回答“使用听诊器的好处”，而不是要求回答“如何根据声音的音调或音色来判断病变情况。”)
例2你注意过吗，同一辆摩托车从宽阔的马路上驶过和从居民区的小巷子驶过，听起来声音的大小有什么不同?能说出为什么会有这种的不同吗?
讲解这是一个与声音的响度以及声音的反射(回声)有关的现象，摩托车从巷子驶过，听起来声音特别大，原因有两个方面：
一是，巷子两侧有建筑物，而且比较狭窄，所以声音比较集中，因而响度大；
二是，由于巷子狭窄，声音经建筑物反射的回声与原声混在一起，使原声加强，从而提高了响度。
相关知识：在发生雷电时，虽然雷电只发生了一次，但人们听到的却是隆隆雷声，这是因为：雷声在云层、山丘及地面之间会发生多次反射，反射的回声传到人耳的时间比原声到达人耳的时间晚0.1s以上，所以听到的是“一串”雷声。
例3用一根棉线连接两个纸筒(或易拉罐)，可以做成了一个“土电话”，瞧，图2中的两位小朋友正在通话呢!请你解释以下两种现象：
(1)用这样的土电话进行通话时，线必须拉直绷紧，否则就听不到声音，这是为什么?
(2)用这样的土电话进行通话时，如果线碰到墙壁，或有另外一位小朋友用手掐住线上某处，也不能听到声音，这是为什么?
讲解应该明确：声音在介质中传播，是因为声源振动引起介质振动而形成声波，如果介质不能振动就不能传播声音，或者传播过程中受到阻碍也不能继续传播。
(1)拉直绷紧的棉线有一定的弹性，声源振动会引起棉线振动，即声源的振动会沿棉线传播，如果棉线松软就不能振动，也就不能传播振动。
(2)当棉线碰到墙壁或用手掐住线上某处时，振动传播到此处时会受到阻碍，因而不能继续传播。
例4对于提琴、吉他、二胡等这些弦乐器来说，即使在弦的张紧程度相同的条件下，发声的音调高低还会与弦的粗细、长短及弦的材料有关，小华想通过实验进行具体的探究，实验时，可选用的琴弦有如下表中所列的几种规格：
(1)探究音调与琴弦粗细的关系，应该选用编号为_____的琴弦：
(2)探究音调与琴弦材料的关系，应该选用编号为_____的琴弦：
(3)探究音调与琴弦长度的关系，应该选用编号为_____的琴弦：
讲解由于琴弦的音调可能与多种因素有关，因而探究时应按照控制变量的要求选择琴弦。
(1)为探究音调与琴弦粗细的关系，应选用材料、长度都相同而横截面积不同的琴弦，所以应选用A、B两根弦。
(2)为探究音调与琴弦材料的关系，应该选用长度、横截面积都相同而材料不同的琴弦，所以应选用D、E两根弦。
(3)为探究音调与琴弦长度的关系，应该选用材料、横截面积都相同而长度不同的琴弦，所以应选用C、E两根弦。
例5有人说：敲鼓时，鼓锤敲打的频率每秒钟一般不超过20次，按照课本上介绍的知识，频率为20Hz以下的声音是次声，人应该听不到，可是事实上人是听到鼓声的对此，你作何解释?
讲解本问题中，鼓是发声体，敲打是为了使鼓面振动，敲打鼓的频率与鼓面振动的频率是两回事，能否听到鼓声并不决定于敲打鼓的频率，而是决定于鼓面振动的频率因为，敲打一次鼓面，鼓面的振动并不是一次，鼓面振动的频率是在人的可听声范围。
例6某次100m田径比赛，计时员在终点位置计时如果当时的环境条件是：气温为15℃、逆风、风速为2.5m／s，声速与气温有关，下表提供了声速在静风(无风)时随气温变化的部分参考值，可以反映声速随气温变化的规律，那么，当时发令枪声传向计时员的实际速度是_____m／s。
讲解解答时要注意一个关键点：表格提供的是“无风”条件下声速随气温变化的参考值，而比赛现场是风速为2.5m／s的逆风因此应分两步求解：
(1)无风条件下，由表中看出：温度每上升2℃，声速相应增加1.2m／s，即温度每上升1℃，声速增加0.6m／s从10℃到15℃，温度上升5℃，声速增加5×0.6m／s=3m／s，因此无风条件下发令枪声的声速是337.5m／s+3m／s=340.5m／s。
(2)由于是逆风，实际的声速会偏小，所以当时发令枪声传向计时员的实际速度是：340.5m／s-2.5m／s=338m／s。
第二讲热现象
例7冬天手冷时，用嘴向手上“哈气”手会感到暖和，而向手上“吹气”时，手不但不会暖和，反而更冷，这是什么原因?
讲解先想想“哈气”和“吹气”分别是怎样的动作，有什么不同；“暖和”意味着吸热升温，而“更冷”则是散热降温。
冬天人呼出的气体(水蒸气)温度比手的温度高，“哈气”就是呼出温度较高的水蒸气，温度较高的水蒸气遇到冷手时液化放热，所以手感到暖和。
“吹气”则不同，吹气是使空气流动加快，从而加快了皮肤表层水分的蒸发，由于蒸发吸热使手的温度降低，所以手感到更冷，
例8有一种木胶(木料粘合剂)，平常是固态的服用前，规定在不超过100℃的温度条件下使它熔化，如果超过100℃，就会降低粘性，甚至会变焦，为此，有人特制了一种双层锅，内锅里放胶，内锅和外锅的夹层里注水，如图3所示，用这种双层锅熬胶，就不会把胶熬焦试说明物理道理。
讲解这是“液体沸腾的特点”在技术上的应用，当夹层里的水沸腾后，尽管继续加热，水温可以保持不变，从而确保胶的温度不超过100℃。
例9如果给半壶水加热，其温度与时间的关系图线为如图4中的。(实线)所示在其他条件不变时，如果给一壶水加热，那么，温度与时间的关系将是图4中的图线(选填“6”“c”或“d”)，其理由是___。
讲解
由图看出，每条图线均有表示吸热升温和吸热温度不变两部分组成其中“吸热温度不变”表示的是水的沸腾过程。
“给一壶水加热”对应哪条图线?其实应先将“理由”想清楚，第一，一壶水比半壶水多，升温应该比较慢，从这个角度分析，对应的图线可能是c，也可能是d；第二，不论是半壶水还是一壶水，都是水，而水的沸点应该
是相同的，即沸腾时的温度应该与。图线相同，由此可以确认，给一壶水加热所对应的图线应该是c。
例10如图5表示这样的情景：甲、乙两个房间里，各有一个同样的水壶在烧水，且水都已经烧开了，你能从图上看出所发生的现象有什么差异吗?请解释出现这种差异的原因。
讲解能够明显观察到的现象差异是：甲房间水壶嘴上方的“气团”大些，关于原因，有的同学可能会说：由于甲房间水壶里的水沸腾得更剧烈(更厉害)，所以它喷出的水蒸气多些，其实这是不对的。
首先，要搞清楚壶嘴上方的“气团”是什么，同样的水壶，同样是水，沸腾时的温度是一样的，因此，不存在谁沸腾得更剧烈或更厉害的问题，据平时观察，壶嘴上方出现的是“白色气团”，这些看起来是白色的气体，实际上是由于外界环境温度比较低，水蒸气液化形成的大量的小水珠如果外界环境温度比较高，喷出的水蒸气不容易发生液化，看到的“白色气体”就少；外界环境温度越低，喷出的水蒸气就越容易液化，看到的“白色气体”就越多，因此，真正的原因应当是：甲房间的温度比较高，乙房间的温度比较低，
例11
有一支温度计，它上面所标的0－100℃之间有100个刻度线，刻度线是均匀的，但多次测量发觉它和用别的温度计测量的读数不同，后来在检验时发现：当测量冰水混合物的温度时，其读数是5℃，而在测量实际为100℃的沸水温度时，其读数为95℃，若该温度计放在某室内时的读数为23℃，那么该室内的实际温度为_____。
讲解求实际温度的最好办法是画图寻找关系，如图6所示。
把它显示的5℃，看作是零刻线以上的第5格，把95℃看作是零刻线以上的第95格，23℃看作是零刻线以上的第23格，第5格实际所对应的温度是0℃，第95格实际所对应的温度是100℃，那么第23格实际所对应的是几度呢?
观察图可知，该温度计每格代表的温度是100℃/90格
由于5格(真正的0℃)到23格之间有18格，这18格所代表的温度是实际温度因此，实际温度是：t=100℃/90格×18格=20℃
例12小芳同学探究泡沫塑料和棉絮的保温性能，她分别用这两种材料包着装有热水的密闭烧瓶(瓶中插有温度计)，让其自然冷却，每隔10min读一次温度计的读数，实验测得的数据下表：
(1)她是通过观察______来判断不同材料的保温性能的，由于进行的是比较性实验。所以在实验时，除了取大小、厚度相同的泡沫塑料和棉絮外，还应考虑影响水温变化的其他因素，如烧瓶相同、水的初温以及相同，并置于相同环境中。
(2)分析实验数据可知：实验时的环境温为______℃：经历相同时间，用泡沫塑料包的那个烧瓶中的水降温______，所以可得的初步结论是________。
(3)除了根据相同时间水的降温情况来比较这两种材料的保温性能外，还可以根据降低相同温度所需的时间来比较这两种材料的保温性能，例如：______。
讲解第一个问题涉及实验原理与方法，应该知道，“保温”是针对温度变化的，吸热会升温，散热会降温，本题的“保温”是针对“散热降温”的因此，从实验原理看，小芳的实验是通过观察“温度变化”来判断不同材料的保温性能的，比较性实验必须控制变量，所以除了题目中已说明的一些相同条件外，还应包括“水量”(水的多少)。
第二个问题是数据分析，初温为80℃的水，经历相当长的时间后，最终会与环境温度相同，因此，从表格最后一栏看，环境温度是：20℃，从每隔10min记录的温度看，每次都是用泡沫塑料包的那个烧瓶中的水“降温少”，所以可得的初步结论是“泡沫塑料的保温性能好些”。
第三个问题涉及运用数据说明问题的又一种方法，即“根据降低相同温度所需的时间也能比较两种材料的保温性能”，例如：温度降到20℃，包着泡沫塑料的需经历180min，而包着棉絮的只需150min。
例13小刚设计了一个实验，将水和酒精混合后放入一个透明冰柜中，每隔2min观察一次置于液体中的温度计读数，他把观察到的现象与温度记录如下表：
(1)在图7中作出混合液温度随时间变化图像。
(2)从实验数据可以看出，水和酒精混合液的凝固点是
(3)你认为水和酒精混合液的凝固点比水的凝固点低的原因是什么?________
(4)水和酒精混合液的凝固点并是固定不变的，那么，水和酒精混合液的凝固点会与什么因素有关呢?请根据你的思考提出一个合理的猜想：_____。
讲解(1)见网8
(2)液体必须达到凝固(结冰)温度(凝固点)时才开始凝固，并且在凝固过程中温度保持不变由此，从实验数据可以看出，水和酒精混合液的凝固点是-6℃。
(3)因为水的凝固点是0℃。而酒精的凝固点是117℃，当两者混合时，其凝固点就会低于0℃而高于－117℃。
(4)由上而所说的原因，应该很容易想到：水和酒精混合的比例是影响水和酒精混合液凝固点的因素，酒精占的比例越大，混合液的凝同点越低。
例14阅读短文。回答问题，
汽车防冻液
汽车在行驶时，发动机的温度会升得很高，为了确保安全，可用水循环进行冷却实际上，水中往往还要加入不易挥发的防冻液(原液)，加入防冻液后的混合液冬天不容易凝固，长时间开车也不容易沸腾。
有关资料表明，防冻液与水按不同的比例混合，混合液的凝固点、沸点不同，具体数值参见下表(表中防冻液含量是指防冻液在混合液中所占体积的百分比)。
在给汽车水箱中加防冻液时，宜使混合液的凝固点比本地常年最低气温低10－15℃考虑到混合液比热容的减小会影响散热效果，因此，混合液中防冻液的含量不宜过高，
(1)在混合液中。如果防冻液含量由30％逐渐增大到90％，则混合液凝固点的变化情况是______
A，逐渐升高
B，逐渐降低
C，先升高后降低
D，先降低后升高
(2)若某地常年最低气温为-15℃，对该地区汽车来说，在下列不同防冻液含量的混合液中，宜选
A，30％B，40％
C，60％D，90％
(3)请在图9中作出混合液沸点与防冻液含量的关系图像；由图像可以推知，防冻液的含量达到75％时，混合液的沸点大约是_____℃。
(4)长时间使用后。汽车水箱中的混合液会减少，与原来相比，混合液的沸点________(选填“升高”、“降低”或“不变”)其原因是____。
讲解(1)混合液凝固点的变化情况可以从表格提供的数据直接看出，即D选项所反映的特点。
(2)根据题中“宜使混合液的凝固点比本地常年最低气温低10-15℃”的说明，当常年最低气温为-15℃时，其混合液的凝固点应取-25--30℃，但从表中数据看，-28℃的凝固点对应40％和90％两个防冻液含量值，这时应注意到题中“混合液中防冻液的含量不宜过高”这一说明，因此。答案应该是B，即防冻液含量应为40％。
关键词气温；降水量；变化；特征；吉林和龙；1961―2010年
中图分类号P467文献标识码A文章编号1007-5739（2015）13-0301-03
IPCC第五次报告指出，过去的130年全球升温0.85℃，温度升高将导致冰川减少、海平面上升，一系列的连锁反应带来的是极端天气的增加，已经严重威胁了人类的生存[1]。诸多研究表明，我国也是气温升高较明显的国家之一[2-4]，贺伟等对东北地区的气温和降水研究表明：1961―2005年东北地区年平均气温呈显著上升趋势，气候倾向率为0.38℃/10年。降水整体呈现减少趋势，气候倾向率为-5.71/10年[5]。王江山等分析了气候变暖和农业的关系，指出气候变暖增加了农业生产的不稳定性、导致某些极端天气气候事件频发、农业受损严重，农业生产布局、结构、生产条件变化，更增大了农业生产的脆弱性[6]。和龙市位于吉林省东南部，长白山东麓，境内地貌多山区、丘陵、台地、谷地、河谷平原，总面积5069km2，农作物（玉米、水稻）的耕作面积仅占全市总面积的5%左右，却供养着全市23万人，在全球、全国气候变暖的大背景下，分析和龙市的气候变化特征十分必要。
历史经验证明，人类的经济和社会的发展，如果顺应气候变化规律，就能推动社会发展，有利于完成各项活动，在不同的天气、气候条件下，做到顺天时、量地利，获得最大的经济效益和社会效益。本文对1961―2010年和龙市的气温和降水数据进行整理分析，找出其中的规律性，为今后的短期气候预测和服务“三农”提供参考依据，为指导农业生产和服务地方经济贡献绵薄之力。
1资料与方法
1.1资料来源
本文选用1961―2010年和龙市的平均气温和降水量数据，资料来源于和龙市气象站近50年资料，选用的平均气温和降水数据已经通过了代表性、准确性和比较性的检验。本文对四季的划分遵照气象学常规的定义：春季（3―5月）、夏季（6―8月）、秋季（9―11月）、冬季（12月至翌年2月）。
1.2研究方法
1.2.1温度与降水的趋势分析。利用一元线性方程对温度、降水数据进行趋势分析，方程为：
■i=a+bti（1）
式（1）中，用xi表示样本量为n的某一气候变量，ti表示所对应的时刻，建立xi与ti之间的一元线性回归方程。a为回归常数，b为回归系数，即气候倾向值。
1.2.2突变分析检验。利用累积距平和Mann-Kendall方法结合对数据进行突变分析检验，Mann-Kendall方法的优点是不需要遵从一定的分布，且不受异常值的干扰，结合累积距平法使突变分析更直观。其公式分别如下：
累积距平算法：对序列x，其某一时刻t的累积距平表示为：
■t=■（xi-x）（t=1，2，…，n）（2）
其中，
x=■■xi（3）
Sk=■ri（k=2，3，…，n）（4）
式（4）中，当xi>xj时，ri=+1，当xi
UFk=■（k=1，2，…，n）（5）
式（5）中：UF1=0，Var（Sk）、E（Sk）是累计量Sk的均值和方差，在x1、x2、…、xn相互独立，且有相同连续分布时，可得出：
E（Sk）=n（n-1）/4
Var（Sk）=n（n-1）（2n+5）/72
1.2.3周期分析。利用目前广泛使用的小波分析对数据进行周期分析。
2结果与分析
2.1气候年变化趋势
2.1.1气温变化趋势。通过对1961―2010年气温数据进行分析可知（图1a），和龙市50年来平均气温呈上升趋势，气候倾向率为0.234℃/10年，相关系数通过了0.025的显著性水平检验，其上升速率低于东北地区年平均气温的增长速率[5]。和龙市50年间的年气温平均值为5.2℃，20世纪60年代初期气温明显偏低，气温以1985年为分水岭，1961―1985年的气温偏低，但气温总体仍然呈上升趋势，气候倾向率为0.087/10年，25年中共计6年气温高于本市的年气温均值、17年气温低于50年气温均值；1986―2010年的气温偏高，气候倾向率为0.246/（10年・℃），其中仅4年的年气温略低于50年气温均值，说明自1986年开始和龙市气温偏高明显。
2.1.2降水变化趋势。通过对1961―2010年降水量数据分析可知（图1b），近50年和龙市降水量变化基本平稳，总体呈增加趋势，气候倾向率为6.097mm/10年。和龙市年均降水量为547mm，降水以1983年为分水岭，1961―1983年降水量偏少明显，降水呈减少趋势，气候倾向率为-61.576mm/10年，1973―1983年为降水量偏少最明显，且1980年年降水量下降到历史最低点；1984―2010年降水量较前期（1961―1983年）增多明显，但整体趋势仍呈现下降，气候倾向率为-40.173mm/10年，1986―1995年的降水量偏多明显，1995年降水量达到历史最高点。
2.2气候季节变化趋势
2.2.1气温季节变化趋势。和龙市气温总体呈上升趋势，但四季的平均气温变化幅度不同（表1），对气温上升趋势的贡献不同。春季升温趋势不明显，总体仍呈上升趋势，气候倾向率为0.1℃/10年，20世纪90年代春季气温回升最明显，21世纪00年代春季气温下降趋势最明显；夏季气温较为平稳，略有上升，气候倾向率为为0.01℃/10年，20世纪90年代气温上升趋势明显，60年代气温下降趋势明显；秋季气温呈上升趋势，气候倾向率为0.24℃/10年，其中80年代气温回升趋势最明显，气候倾向率为1.45℃/10年。冬季气温上升趋势最明显，气候倾向率为0.52℃/10年，明显高于年气温的涨幅趋势，在80年代冬季气温回升最明显，气候倾向率为1.96℃/10年。50年来和龙冬季气温上升了2.6℃，对气温整体回升的贡献最大，其次为秋季。这与虞海燕等关于中国不同区域季节气温的研究结果略有不同[6]，冬季对东北地区增暖贡献最大，其次为春季，分歧主要出现在和龙市秋季增温贡献大于春季，可能与和龙市地处长白山区，境内多丘陵、盆地、山区、谷地和河谷平原等地貌有关。
2.2.2降水季节变化趋势。由和龙地区四季的降水趋势（表1）可知，春季降水量呈上升趋势，气候倾向率为4.73mm/10年，在20世纪70―80年代春季降水量呈下降趋势，在剧烈波动中下降，进入2000年以后快速上升；夏季降水基本平稳，整体呈现下降趋势，气候倾向率为-0.22mm/10年，其中20世纪70年代、21世纪00年代下降趋势最明显，10年间降水量分别累积下降了130.7mm，其他年代也不同程度地呈下降趋势；秋季降水整体呈现上升趋势，气候倾向率为0.6mm/10年，其中20世纪60―70年代呈现下降趋势，70年代气候倾向率达到了-14.17mm/年，在80年代开始秋季降水呈现上升趋势；冬季由于降水性质决定降水量是四季中最少的，在过去的50年冬季降水整体呈上升趋势，气候倾向率为0.99mm/10年，对降水整体呈上升趋势的贡献列第2位。
2.3气候突变分析
2.3.1气温突变分析。利用累积距平和Mann-Kendall方法对气温数据进行处理，从累积距平（图2a）来看，1961―1989年年平均气温累积距平曲线整体呈下降趋势，表示有负距平值，1990―2010年平均气温累积距平曲线整体呈上升趋势，表示有正距平值，其中1986―1991年累积距平曲线波动明显，气温下降到最低点，自1986年开始气候回升趋势较为明显。从Mann-Kendall分析图（图2b）来看，在±1.96的临界区域内，UF值>0，呈上升趋势，UF线与UB线的在临界区域内的交点在1961年和2007年，可以认为这2年为气候突变年。2种方法结合说明和龙市50年气温基本没有发生突变。
2.3.2降水突变分析。利用累积距平和Mann-Kendall方法对气温数据进行处理，从累积距平（图3a）来看，1961―1983年年累积距平曲线整体呈下降趋势，表示有负距平值，1984―2010年降水累积距平曲线整体呈上升趋势，表示有正距平值，其中1981―1986年、2001―2006年累积距平曲线波动明显，降水下降到最低点和上升到最高点，其间可能是气候突变年份。从Mann-Kendall对降水数据的分析图（图3b）来看，UF线和UB线相交于1983年、2003年，且交点在临界区域之内，那么此年可能是降水突变开始时间。结合2种方法基本可确定1983年、2003年为和龙市降水突变开始时间。
2.4周期分析
2.4.1气温的周期分析。前面分析表明，和龙市气温在各个季节存在不同时间尺度变化特征，为了进一步分析气温的变化特征，本文利用Morlet小波分析方法对气温数据进行统计，小波分析不仅可以给出气候序列变化尺度，还可以给出变化的时间位置。和龙市气温存在多时间周期尺度变化（图4a），存在4、7、11、16年的周期变化，在4年的周期变化里存在1963―1965年、1968―1971年、1979―1981年的气温偏低期；在7年的周期变化里存在1969―1972年的气温偏低年；在11年的周期变化里存在1983―1987年的气温偏低年。在7、11、16年的周期变化中，2005―2010年周期振荡的等值线里均存在未闭合的等值线，表明未来的几年温度变化将在波动中保持升温趋势。
2.4.2降水的周期分析。通过前面对降水数据的分析表明，降水存在不同时间尺度的变化特征，进一步利用Morlet小波对降水时间周期变化特征进行分析（图4b），和龙市降水也存在4、7、11、16年的周期变化，降水在准11年的周期变化里存在1963―1970年、1975―1981年、1988―1993年、2003―2009年的降水偏少年，2009―2010年在11年和16年的周期振荡的等值线里均存在未闭合的等值线，在11年的周期变化里，降水偏少年份基本结束，将迎来降水偏多的年份，这与2012―2013年和龙市降水量偏多的实况非常吻合。
3结论
研究结果表明，1961―2010年和龙市平均气温呈上升趋势，其中20世纪80年代增温趋势最明显，四季平均气温趋势与年变化一致，但各个季节增温趋势程度不同，冬季最强，对气候变暖的贡献率最大，其次为秋季。
1961―2010年和龙市降水量基本平稳，略有上升，降水
在20世纪80年代上升趋势最明显，四季降水的年变化趋势也略有不同，夏季降水略有下降趋势，春季、秋季、冬季呈上升趋势，春季上升趋势最明显，对年降水呈上升趋势的贡献率最大[7-8]。
从气温和降水突变分析来看，和龙市50年来的气温没有发生突变，在波动中持续上升；降水经历了1983年由少到多、2003年由多到少的突变。从周期分析来看，气温和降水均存在4、7、11、16年的周期变化。
4参考文献
[1]IPCC.ClimateChange2013：ThePhysicalScienceBasis：SummaryforPolicymakers，TechnicalSummaryandFrequentlyAskedQuestions[EB/OL].[2015-03-01].http：//globalchange.gov/browse/reports/ipcc-climate-change-2013-physical-science-basis.
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[3]王遵娅，丁一汇，何金海，等.近50年来中国气候变化特征的再分析[J].气象学报，2004（2）：228-236.
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[5]贺伟，布仁仓，熊在平，等.1961―2005年东北地区气温和降水变化趋势[J].生态学报，2013（2）：519-531.
[6]虞海燕，刘树华，赵娜，等.1951―2009年中国不同区域气温和降水量变化特征[J].气象与环境学报，2011（4）：1-11.
关键词：北方夏季气温；Hadley环流；变化趋势；相关分析
中图分类号：P423文献标识码：A
引言
近几十年来，我国北方气候总体呈现暖干化的趋势，已逐渐对生态环境、水资源、工农业生产和人民生活产生重要影响。讨论全球变暖背景下区域气候变化特征已成为气候研究热点之一。经向风的变异对我国气候变化具有十分重要的影响，研究经圈环流的变化及其与中国区域气候变化的关系具有重要的科学价值和社会意义。本文使用我国北方较长序列的实测气温资料，用旋转经验正交展开方法，分析该区夏季气温的时空变化特征，讨论我国北方夏季气温特征及其与Hadley环流的关系。
1资料及分析方法
1.1资料
来自http：//cdc.noaa.gov/Datasets/necp.reanalvsis.derived/资料网上NCEP/NCAR所整理的全球再分析月平均υ风场资料。
中国气象局国家气候中心提供的中国160个气象站的月平均气温资料，时间为1951年1月～2010年12月。本文选取我国北方70个站上夏季6～8月的月平均气温资料。
1.2分析方法
本文主要使用了平均经圈环流的质量流函数计算方案[1]和旋转经验正交展开（REOF）统计分析方法[2-3]。以气温的年际变化的区域差异为依据，将我国北方（N35°以北）分为多个气温变化区，然后再研究各气温变化区的标准温度序列及其与Hadley环流强度的关系。
2我国北方夏季气温的REOF分析及异常分布的空间模态
我国北方夏季气温旋转前后的前6个主分量对应的方差贡献情况如表1所示，可见EOF及REOF分解头几个模态的方差贡献率高，收敛速度也比较快，能代表我国北方夏季气温的绝大部分信息。旋转前后方差贡献发生了一定的变化，其中第一主分量方差旋转前方差贡献为50.8%，旋转后明显减至22.5%。相反，第二、第三个主分量方差旋转前方差贡献分别为9.9%和7.9%，旋转后分别为20.6%和20.4%，相对于旋转前，方差贡献有较明显增加。旋转后，能更加真实地反映出局地特征。其中前3个旋转荷载向量的累积方差贡献率已达63.5%，集中反映了E90°以东测站分布稠密区的区域气候特征，而后3个模态高荷载主要集中在E90°以西分布稀疏的站点，区域代表性不强，因此，将不做分析。
图1列出了我国北方夏季气温的前3个模态，表征了我国北方E90°以东3种不同的气候区域类型，具有一定的代表性。RLV1模态明显地突出了东北的负值区，且通过0.05的显著性水平的统计检验（以阴影区标注，下同），该模态的方差贡献率达22.5%，为前6个RLV模态中的最大者（见表1），因而也是我国北方夏季气温异常分布最常见的模态，明显反映了全球气候变暖的趋势。RLV2模态明显地突出了华北的负值区，方差贡献率为20.6%，这与东亚夏季风有密切关系[5]。RLV3模态明显地突出了西北地区中部的正值区，方差贡献率为20.4%，这与全球平均Hadley环流强度有密切的关系。
表1我国北方夏季气温EOF和REOF前6个模态的方差贡献及累积方差贡献率（%）
3各气温异常模态的时间变化及其与Hadley环流的关系
在气温异常分布模态识别的基础上，再从各模态RLV1～RLV3对应的各时间系数RPC1～RPC3的变化，判断各该模态气温异常随时间的变化特征。众所周知，随着全球气候变暖，我国大部分地区气温存在着明显的变暖趋势，但从图1可看出整个北方区域内，各区域增温趋势并不完全相同。图1右列RPC1曲线主要反映了我国东北部夏季气温随时间的变化。由于在RLV1图上为负值区，所以对应的时间系数曲线RPC1的峰（谷）值年为低（高）温年。近60a来，该区夏季气温总体呈线性增加的趋势，与冬季北半球Hadley环流强度（Hadley环流强度文献4有详述，本文略，下同）有显著的正相关，相关系数达0.35（表2），通过0.05以上的信度检验。RPC2曲线主要反映了我国华北地区夏季气温随时间的变化，由表2可见其与Hadley环流强度的关系不明显，上文已提到，它主要受东亚夏季风的影响。RPC3曲线主要反映了我国西北地区中部夏季气温随时间的变化，可见其在20世纪80年代初发生了由减弱趋势转变为显著增强趋势的年代际转折，与夏季南半球Hadley环流强度有显著的正相关，相关系数达0.53，通过0.001以上的信度检验。
另外，从表中可见，冬季北半球Hadley环流强度与西北地区中部内蒙古一带夏季气温的相关系数达0.29，也通过0.05以上的信度检验，说明我国北方大部分地区存在明显的增温，这与左洪超等[6]研究得出的结论是一致的。也同时说明我国北方大部分地区夏季气温的年代际变化能较好地被平均经圈环流变化所解释。
表2Hadley环流强度与我国北方各区域的相关系数
图1我国北方夏季气温作REOF分析的前3个模态（左）及相应的时间系数（右）
其中，RLV值缩小了100倍，等值线间隔0.125，实线为正值，虚线为负值，阴影区为通过0.05显著性水平检验的区域，RPC值放大了100倍
4结语
我国北方夏季气温异常场主要分为东北、华北、西北3个区域。
东北地区夏季气温呈线性增强的趋势，与冬季北半球Hadley环流强度的变化趋势一致；西北地区夏季气温变化趋势同夏季南半球Hadley环流强度变化趋势，即在20世纪80年代初发生了由减弱趋势转变为显著增强趋势的年代际转折。
众所周知，相关并不能完全解释事物的成因，引起气温年代际变化的因子还有待进一步的研究。
参考文献
[1]洛伦茨EN.大气环流的性质和理论[M].北京大学地球物理系气象专业，译.北京：北京科学出版社，1976.
[2]施能.气象科研与预报中的多元分析方法[M].北京：气象出版社，2002：1-244.
[3]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，1999：1-21.
[4]王玉，庄亮，汤洁.Hadley环流强度与我国中东部气温的相关分析[J].气象与环境科学，2012，35（02）：61-66.
[5]黎洛丝，郑细华，李勇增，等.我国东部夏季气温特征分析[J].气象科技，2010（10）：537-542.
关键词：板式蒸发式空冷器湿球温度分析模型数值求解
一引言
蒸发式空冷器利用自然环境中空气的干湿球温差取得冷量来冷却高温流体，其在制冷、化工、冶金电站等领域中有广泛的应用，蒸发式空冷器热工性能的好坏直接影响到系统运行的效果。板式间接蒸发式空冷器(如图1所示)是蒸发式空冷器的一种典型形式。蒸发式空冷器具有耗水量少、能耗低等优点。
板式间接蒸发式空冷器冷却侧由于传热和传质过程同时进行，相互耦合，质量的传递促使热量的迁移；同时热传递有强化液膜表面的蒸发，因此其传输机理相当复杂。国内外学者对间接蒸发式空冷器进行了大量的研究工作。从现有的文献看，间接蒸发式空冷器热质交换的基本理论主要是以Merkel方程为基础，空气和喷淋水的总热交换是以焓差为推动力。Maclaine-cross和Banks[1]假设空气焓与湿球温度呈线性关系，并且忽略水的热容量以及水膜静止，从而建立相应的间接蒸发冷却线性分析模型。Chen等[2]提出整个换热器内水膜表面温度恒定并等于其平均值的近似假设，虽然模型精度降低，但便于分析计算。应用焓差作为推动力的热湿交换分析方法，Webb等[3][4]则给出了冷却塔，蒸发式冷却器和蒸发式冷凝器三种蒸发冷却式换热器的热工计算方法。
然而由于空气侧同时进行着传热和传质过程，以及湿空气饱和蒸汽压和温度之间的非线性关系使间接蒸发式空冷器热工性能分析更加复杂。以温差为推动势的空气-空气换热器的热工性能分析和设计方法都不能直接应用于间接蒸发空冷器。作者从质量和能量守恒出发，假设空气焓与湿球温度呈线性关系，推导出以空气湿球温度差为推动势间接蒸发式空冷器的分析模型，该模型的基本微分方程组的形式与以温差为推动势的空气-空气换热器的一致。并用四阶-龙格库塔法求解了一个实例的各流体的温度分布和热工性能。
二板式蒸发式空冷器传递过程的基本方程组
本文以逆流（热流体与喷淋水）板式间接蒸发式空冷器为研究对象。物理模型示意如图2所示。数学模型做了如下假设：
1.空冷器内传热传质过程处于稳态，忽略外壳的散热损失。
2.各流体热物性为常数。流体的状态参数仅沿流动方向变化。
3.水膜均匀分布，忽略水膜波动和水膜厚度对传热和流动的影响，忽略水膜的蒸发损失；水膜在传热壁面上完全润湿。
4.忽略空气中离散水珠对传热传质的影响。
5.湿空气的传热传质过程符合刘易斯关系式，即。
6.湿空气饱和蒸汽压与湿球温度呈线性关系。
取微元体Bdz进行传热传质分析。因此，热流体侧的能量守恒方程为：
（1）
其中，为热流体侧与水膜之间的传热系数，为热流体侧的对流换热系数，为壁面热阻，空气侧壁面的污垢热阻，为壁面与水膜之间的对流换热系数。
因为水膜很薄，可认为气液界面的湿空气的饱和温度等于水膜的温度，则空气侧水蒸气的质量守恒方程为：
（2）
其中为空气侧的传质系数，为水膜温度所对应的饱和含湿量。
空气侧的能量守恒方程为：
（3）
其中为水膜温度所对应的汽化潜热，为空气侧的对流换热系数。
把式和式（2）代入式（3）并化简得到：
（4）
因为，因此式（4）可化简为：
（5）
从式（5）可得到，空气的干球温度变化主要取决于空气和水膜之间的显热交换，而潜热交换对空气干球温度的变化几乎可以忽略。
由于本文忽略水膜的蒸发损失，所以可认为基本不变，所以水膜的能量守恒方程为：
（6）
综上，根据质量和能量守恒导出的板式间接蒸发空冷器的基本微分方程组由式（1）、（2）、（5）、（6）组成。方程组的未知量有，，，，，而方程只有四个不封闭，所以还需要补充条件。
三基于湿球温度差的传递过程的基本方程组推导
根据假设，湿空气饱和蒸汽压与湿球温度在一定的温度范围内成线性关系，因此饱和空气含湿量可表示为，则：，
所以饱和线斜率：
由于，
所以可得：
=
上式可重组得到：（7）
把式（7）微分，并把式（2）、式（5）和式（7）代入式（8），并进一步化简得到：
（8）
以蒸发式空冷器空气进口的干湿球温度为边界条件，对式（8）积分得到：
（9）
式（9）表明空气的干湿球温度差随离入口的距离成指数规律衰减。
引入两个以湿球温度差为推动势的比热和对流换热系数[5]：
和
则根据假设和上述定义式可推导得到：
（10）
=（11）
由式（8）减去式（5）得到：（12）
把式（10）和式（11）代入式（12）得到：
（13）
同理把式（10）和式（11）代入式（6）并进一步化简可得到：
（15）
综上，可得到板式间接蒸发式空冷器以空气湿球温度差作为推动势的传递过程的基本微分方程组由式（1）、（13）和（15）组成。根据已知条件和边界条件，联立方程组（1）、（9）、（13）、（15）可解出热流体、水膜和空气干湿球温度沿流动方向的分布。
四实例计算和分析
已知板式间接蒸发式空冷器结构参数：L×B×H为1.2m×1m×1m，热流体通道宽度为3mm,空气通道宽度为4mm。热流体（为热空气）进口温度70℃，热流体质量流量0.8kg/s，冷却侧空气进口干球温度为32℃，进口湿球温度为24℃，空气质量流量0.8kg,干空气/s。循环水喷淋温度为35℃,循环水质量流量1.2kg/s。热流体侧的对流换热系数以及空气侧传热传质系数和计算方法参考文献[2]，壁面与水膜之间的对流换热系数参考文献[6]，忽略壁面热阻和污垢热阻。
经估算空气的湿球温度将在24℃-32℃之间变化，所以取该温度段的饱和线性斜率并已知条件可计算得到：4.621KJ/kg℃,=256.4W/m2K。用四阶-龙格库塔法求解方程组（16），解得热流体的温度分布如图3所示，水膜和空气干湿球温度沿流动方向的分布如图4所示。空气干球温度的上升主要是由于循环水温高于空气干球温度导致的显热交换；而空气湿球温度的上升主要是由于空气与水膜之间的热质交换导致了空气焓增加。根据蒸发式空冷器效率的定义，，根据计算结果求得该蒸发式空冷器效率为59.8%。
图3热流体温度分布图4水膜和空气干湿球温度分布
五结论
根据热力学和传热学理论，本文建立了板式间接蒸发式空冷器传递过程的基本微分方程组。引入两个基于湿球温度差的比热和对流换热系数后，推导得到了以空气湿球温度为推动势的等价微分方程组（16）。该方程组与空气-空气换热器的基本方程组一致，所以该分析模型为进一步分析蒸发式空冷器的热工性能和设计方法提供了理论依据。本文用四阶-龙格库塔法求解并分析了一个实例空冷器内各流体的温度分布和热工性能。
参考文献
[1]Maclaine-crossI.L.,BanksP.J.Ageneraltheoryofwetsurfaceheatexchangersanditsapplicationtoregenerativeevaporativecooling.JournalofHeatTransfer.1991,103(8):578-585
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[3]WebbR.L.．Aunifieldtheoreticaltreatmentforthermalanalysisofcoolingtowers,evaporativecondensersandfluidcoolers．ASHRAEtrans.,Part2B90(1984):398-415.
[4]WebbR.L.,VillacresA.．Algorithmsforperformancessimulationofcoolingtowers,evaporativecondensersandfluidcoolers．ASHRAETrans.Part2B90(1984):416-458.
【关键词】额济纳旗绿洲沙漠气候变化
一、引言
全球气候变暖已成为气候研究的热点之一[1-3]，而全球气候与环境是长期以来人与自然关系失调的结果。人类生产发展，工业、农业、交通运输的发展和城市化进程，使得人类对自然的干扰和破坏越来越严重。长期的累积过程导致了许多全球性的环境问题，其中最直接的就是全球气候变暖。气候是人类赖以生存的自然环境的重要组成部分，它的任何变化都会对自然生态系统以及社会经济系统产生深远的影响。
全球平均地表温度自1861年以来一直在增高，20世纪增加了0.6±0.2℃。中国气候近百年来也在变暖，中国的气候学家对中国气候变化的研究取得了大量有价值的结果。丁一汇、戴晓苏[4]对中国近百年来温度变化的研究结果进行了综述，王绍武[5]等给出了中国近百年温度序列。。
额济纳旗地处中亚荒漠东南部，内蒙古的西部。西、西南、北三面环山，属内陆干燥气候。具有干旱少雨，蒸发量大，日照充足，温差较大，风沙多等气候特点。年均气温8.3℃，1月平均气温-11.6℃，极端低温-36.4℃，7月平均气温26.6℃，极端高温42.5℃，年日均气温8.6℃。无霜期天数最短179天，最长227天。日均气温0℃以上持续时期为3月中旬~10月下旬。年均降水量37毫米，年极端最大降水量103.0毫米，最小降水量7.0毫米。年均蒸发量3841.51毫米，湿润度0.01毫米。本文利用额济纳旗境内的两个气象台站?（额济纳旗气象站代表绿洲和拐子湖气象站代表沙漠）近30年得气象资料，从温度和降水的角度分析研究干旱地区沙漠和绿洲气候变化，为沙漠治理、沙漠开发及荒漠化的预报和防治提供了依据和对策。
二、气候变化
1.气温变化
额济纳旗地区的绿洲和沙漠地区气温近30年平均温度变化同全国气温变化一致，都是呈上升趋势。从平均温度来看，沙漠地区（拐子湖）整体要比绿洲地区（额济纳旗）要高；但是沙漠地区温度上升的趋势又明显要小于绿洲地区。沙漠地区温度上升趋势为0.41°C/10a,而绿洲地区温度上升趋势为0.58°C/10a。绿洲地区年平均温度上升更明显的原因可能更人口稠密，人类活动强烈有关。近30年里，沙漠地区和绿洲地区年平均温度最低和最高温度出现的年份都是一致的，最低温度出现在1984年，最高温度出现在1998年。这也与全国1984年的低温年和1998年的高温年一致。
2.降水变化
这两个台站所代表的沙漠和绿洲地区近30年来降水变化趋势基本一致，呈微弱的上升趋势，但是降水呈现明显的阶段性。从沙漠和绿洲降水变化和沙漠和绿洲降水距平值变化可以看出，从降水的平均值来看却是沙漠地区要比绿洲地区要多，代表沙漠地区的拐子湖气象站平均年降水量为40mm左右，而代表绿洲的额济纳旗气象站却只有32mm左右，但是沙漠地区的降水量变化的剧烈程度要明显强去绿洲地区。
3.温度和将水量的关系
气温与降水是表征气候的主要参数，两者之间是否有着某种联系，尚不确定。据王绍武研究，全球平均气温与降水年平均值的相关系数只有0.05。分别对两个台站的温度和降水进行相关性分析。发现代表绿洲的额济纳旗气象站降水同温度呈正相关，相关系数为0.013，低于全球的相关性系数；无论是绿洲还是沙漠，温度和降水的相关性都不显著。结合温度和降水分析来看，这两个地区在近30年里，在1981~1990年处于一个相对冷干时期，2000~2010年处于一个暖干期，而1991~2000年处于一个转换期。
三、结论
利用代表绿洲的额济纳旗气象站和代表沙漠的拐子湖气象站近30年观测资料，从温度和降水两个方面对比分析了内蒙古西部地区的气候变化情况，得出如下结论:
1.额济纳旗地区的绿洲和沙漠地区气温近30年平均温度变化同全国气温变化一致，都是呈上升趋势，但是沙漠和绿洲的变化还是有些差异。沙漠地区温度上升趋势为0.41°C/10a,而绿洲地区温度上升趋势为0.58℃/10a。
2.这两个台站所代表的沙漠和绿洲地区近30年来降水变化趋势基本一致，呈微弱的上升趋势，但是降水呈现明显的阶段性。都经历了一个枯水期-丰水期-枯水期的转变过程。
3.无论是绿洲还是沙漠，温度和降水的相关性都不显著。这两个地区在近30年里，在1981~1990年处于一个相对冷干时期，2000~2010年处于一个暖干期，而1991~2000年处于一个转换期。
参考文献：
[1]邹旭恺,张强.近半个世纪我国干旱变化的初步研究.应用气象学报,2008,19(6):679-687.
[2]边多,杜军.近40年“一江两河”流域气候变化特征.应用气象学报,2006,17(2):169-175.
[3]缪启龙,许遐祯,潘文卓.南京56年来冬季气温变化特征.应用气象学报,2008,19(5):620-626.
【关键词】温度变化;降水变化;特征
0引言
近年来，随着全球变暖的日益显著，以气候变暖为代表的全球性环境问题已越来越受到科学界、社会公众和各国政府的普遍关注[1]。自20世纪80年代以来，许多研究表明，我国大部分地区气温明显升高，降水量减少[2]。因此在全球变暖的条件下，分析加格达奇气候的演变特征对中国北部生态环境建设具有一定的现实意义和深远的战略意义。
在各种气候要素中，气温及降水量是描述一个地区气候及其变化的关键性指标[3]，尤其是对寒冷气候的描述。在全球气候可能进一步增暖的情况下，了解加格达奇气候未来的变化趋势具有一定的科学意义，也是制定区域可持续性发展战略所需要研究的问题。
1研究区概况
加格达奇区位于黑龙江省西北部、大兴安岭山脉的东南坡，在内蒙古自治区鄂伦春自治旗境内。总面积1587平方公里，其中林地面积115213公顷，农业用地面积6512公顷，水域面积1476公顷，平均年气温为低于0℃，无霜期为85天至130天，属寒温带大陆性季风气候。加格达奇是大兴安岭地区的政治、经济、文化中心和交通枢纽。
2资料与方法
气候变化为大家关注的热门问题。为了进一步研究加格达奇气候变化特征，本文利用加格达奇地面观测最近40年（1971～2010年）的气象观测资料，分别计算1971～2010年气温、降水年平均值，和不同年代的比值。
绘出加格达奇各（平均气温、降水）气象要素历史曲线及线性拟合曲线来分析气温和降水变化的长期规律，趋势分析利用多项式回归分析的方法，建立多项式方程，并计算出每10年阶段性变化进行距平分析。
3结果与分析
3.1气温变化
图11971-2010年年平均气温变化曲线
Figure11971-2010annualaveragetemperaturechangingcurve
通过对加格达奇1971～2010年的气温资料进行计算分析发现，近40年来加格达奇年平均气温呈明显的上升趋势。由观测资料可知：1971～2000年年平均气温为-0.5℃，70年代年平均气温为-1.3℃，80年代年平均气温为-0.7℃，比70年代年平均气温升高0.6℃;90年代年平均气温为-0.2℃，比70年代年平均气温高1.1℃，比80年代平均气温高0.5℃，2000～2010年平均气温为0.1℃，比70年代年平均气温高1.4℃，比80年代年平均气温高0.8℃，比90年代年平均气温高0.3℃。显而易见，1971～2010年年平均气温呈增加的趋势，与全球气温变化的趋势相对应。
从年平均气温变化曲线（图1）可以看出1971～1987年气温一直处于偏冷期，1987年达最低点为-2.20C，此期间年平均气温为-1.3℃。1988年后进入增暖期，1988～2010年平均气温为-0.0℃，比1971～1987年的平均气温升高1.3℃，并于2007年达到最大值1.1℃。1988年之前的18年期间，只有1975年的年平均气温达到零度以上，而1989～2010年仅仅22年期间就有10个年份的年平均气温达到零度以上。可见增暖幅度是十分明显的。
从加格达奇各季平均气温变化分析，各季平均气温在70年代期间处在偏冷期，到了80年代后期气温急剧上升，一直处在偏暖期，特别是90年代以后气温增幅最大，为分析气温变化的阶段性特征，对各季节平均气温资料进行了分段处理分析，从10年分段对比分析可以得出，加格达奇除冬季均为平均温度逐年上升趋势，70年代各季节平均温度比历年评价值均低，到了80年代温度略有上升。90年代之后均比气候值高，四季当中变幅最大的是冬季，冬季平均气温近40年比70年代上升了1.4℃，其次是春、夏、秋三季分别为0.8℃、0.4℃、0.5℃。由于近40年来各季平均气温均有增长，导致年平均气温急剧变暖。
3.2降水量变化规律
由观测资料可知：1971～2010年年平均降水量为435mm。70年代年降水量为460mm，80年代年降水量为530mm，90年代年降水量为601mm，2000～2010年年降水量为497mm。80年代年降水量比70年代年降水量多70mm，90年代年降水量比80年代降水量多71mm，2000～2010年降水量比90年代减少了104mm。可见，1971～2000年降水量呈均匀增加的趋势，2000～2010年降水量又有减少的趋势。
通过对加格达奇1971～2010年的年降水资料进行计算分析发现，近10年年降水量约减少了104mm。从年降水的变化曲线（图2）可以看出，1987年之前降水略有增加，呈波动性变化，1988年至2000年之间降水增加最为明显，2005年、2007年降水江少最为明显。
图21971-2010年年降水量
Figure21971-2010annualrainfallchangingcurve
从四季降水及各年代降水量对比分析，降水的年际变化同气温的逐年段上升趋势不同，加格达奇降水量阶段性变化呈现出增多、减少交替出现的特点，6成以上的降水集中在夏季，7-8月是降水集中月，也是大到暴雨多发期。历史上降水量最多的一年是1998年降水量747mm，年降水量最少的一年是2007年328mm。
4结论
4.1通过对加格达奇1971～2010年的气温资料进行计算分析发现，近40年来加格达奇年平均气温呈明显的上升趋势，与全球气温的变化趋势相对应，90年代以后气温增幅较大。
4.2通过对加格达奇1971～2010年的气温资料进行计算分析发现，近40年来加格达奇年降水同气温的逐年段上升趋势（下转第354页）（上接第360页）不同，降水量阶段性变化呈现出增多、减少交替出现的特点，1971～2000年年降水量呈增加的趋势，2000～2010年降水量又有减少的趋势。
【参考文献】
[1]马万里，罗菊春.全球气候变化问题探讨[J].内蒙古师大学报：自然科学版，2001.
[2]陈隆勋，朱文琴，王文，等.中国近45年来气候变化的研究[J].气象学报，1998.
关键词：水超临界物理化学
如今超临界水因具备奇特性质，而被许多领域作为反应介质和溶剂来使用。同时在超临界的状态下，控制温度、压力以及操纵化学反应环境就能够加强反应物与产物溶解度，提升化学反应的转化率及反应速率，也不会产生二次污染。因此在这种情形下，探究超临界水所具备的物理化学性质具有现实意义
一、超临界水的特征
当所处环境的温度与压力到了一定值（374.30C、22.05MPa），高温造成水的密度膨胀与高压造成水蒸气被压缩的密度刚好相同时的水。对于超临界水而言，水的气体与液体没什么确保，两者完全交融到一起，形成一种新的处于高压高温状体流体。对于这种流体主要有如下几个方面的特征
1.具备较强氧化能力，有一些物质还能够进行自然并在水中产生火焰。
2.这种流体能够和油等各种物质混合，具备广泛溶解能力。
3.超临界水能够和氮气、氧气等各种气体按照任意比例进行混合，并产生单一相。
二、超临界水物理化学性质
流体在气体――液体相图上共存曲线终点即为临界点，其标志位固定不变的压力与温度点，在这个点上液相和气相间差别恰好消失，形成了一均相体系。水的临界压力为22.05MPa，临界温度为374.30C。一旦温度与压力超过了临界点，就视为了超临界水，形成了介于液体与气体之间特殊状态。
1.密度
当处于超临界环境下，对多控制温度、压力进行改变，让其在液态和气态之间的临界点变化，自然水的密度也就随之在液态水与低压水蒸气密度间进场变化，研究发现临界点密度是0.326g/cm3，当水的密度比较接近0.1g/cm3时就会发生超临界水氧化。
2.粘度
在液体中数以千计的分子不断的碰撞而传递着能量，主要形式有：（1）自由平动之时产生碰撞传递能量；（2）每一个分子和周围分子进行频繁碰撞时传递动量。就是这两种效应大小存在差异，致使不同区域中粘度大小与变化存在差异。在正常情况下，液体粘度一般是随着温度升高随之而降低，而气体粘度且是随着温度升高随之而增大。超临界水就成为了高流动性的性质，随着温度压力变化水粘度变化.
3.热导率
一般情况下，液体的热导率会随着温度升高而随之降低，常温常压情况下水热导率是0.598W/（m.k），当处于临界之时水的热导率大约为0.418W/（m.K），变化不太大。热导率和动力粘度两者具备相似函数形式，温度变化影响比较显著，但是热导率发散特征要强一些，但是缺少局部的最小值。
4.扩散系数
超临界水扩散系数比热蒸汽小，比常态水大。常态水（250C，0.1MPa）扩散系数为7.74×10-6cm2.s-1，过热蒸汽（4500C，1.35MPa）扩散系数为1.79×10-6cm2.s-1，，超临界水（250C，27.0MPa）扩散系数是7.67×10-6cm2.s-1，。事实上在高温高压下采用试验方法极难测定出水的扩散系数，就可以应用Einstern法不断的统计获取。
当水的密度（β>0.9g/压下，水的扩散系数不但和粘度有关系，还和密度有关。对于高密度水，其扩散系数随着温度增加而降低，随着压力增加而升高；但是对于低密度水，其扩散系数随着温度增加而升高，随着压力增加而降低。而且处于超临界区中，扩撒系数还有最小值。
5.介电常数
介电常数会随着密度增发而升高，随着压力升高而升高，随着温度增发而降低。ε（P）T与ε（T）P变化呈现单调性，但处于临界区时偏微分呈现指数增加，但是到了临界点却趋向无穷。
6.氢键
事实上水中有许多性质都源自于分子间氢键键合性质确定的。但是了解超临界水的特性与结构不够，必然不能认识超临界水的氢键。应用计算机模拟水结构能够得到氢键变化信息，变化的温度能够快速降低氢键总数，还会破坏室温下水的氧四方有序机构；但是在室温环境下，压力对氢键数量影响不大，稍微增加数量、降低氢键线性度。但是温度处于临界温度，和亚临界与超临界相比显著降低水中的氢键。饱和水蒸气中所增加氢键和液相中减低氢键相等，液相中氢键大约占据总量17%。一些专家应用IR光谱法研究高温环境下，水的氢键数量与温度关系，并且得出温度t与氢键度X关系式
这个式子就阐述了温度范围在7～5260C与密度范围为0.7～1.9g/cm3时X的行为。当温度为250C之时，其X值大约为0.55，说明水为液体时水中氢键大约只有冰的一半，当温度为4000C时，X值大约为0.3，当时温度达到5000C，X值依然大于0.2。说明较高温度下，水中依然存在氢键。
三、结束语
对于超临界水而言，从其物理化学性质可以看出来，处于超临界区中仍然存在氢键；而临界点的密度为常温下的1/3，随着压力升高密度也随之增加爱，温度升高密度随之降低。并且超临界水中，温度变化对动力粘度影响大。
参考文献
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1．1材料来源
本试验由宁夏大学农学院与宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室课题组共同完成；气候资料来源于宁夏回族自治区气象局，包括宁夏中部干旱带同心县、盐池县、中卫市、中宁县、灵武市、青铜峡市、吴忠市7县（市）10个代表性气象台站（同心、盐池、中卫、中宁、兴仁、韦州、麻黄山、灵武、青铜峡、吴忠）36年间（1975－2010年）的逐旬气温、降水资料。
1．2计算方法
目前，国际上计算草地生产潜力的气候模型很多，应用较为广泛的有：Miami模型［3］、Thornth－waiteMemorial模型［2］等。这些模型均采用气温、降水、湿度、辐射、气压、CO2浓度等气象资料，对草地生产潜力进行估算。Miami模型和Thornth－waiteMemorial模型属经验统计模型，考虑的气候要素较为简单，且反映了影响牧草生长发育的气温、降水和蒸散等关键因子特点。本研究采用这2种模型计算宁夏中部干旱带天然草地的气候生产潜力，作为天然草地自然植被生产力。
1．2．1Miami模型［3］温度、水分是制约作物生长的重要气候因子，它们单独或复合地影响到作物的生长发育。为分析温度、降水分别对草地生产力的影响，选择Miami模型来分别计算气温和降水的草地生产力［3］。（mm）；YT和YR表示根据气温和降水量计算的草地生产潜力，这里分别称为温度生产潜力和降水生产潜力（kg•hm－2•a－1）。
1．2．2ThornthwaiteMemorial模型［2］该模型依据蒸腾、蒸发量与气温、降水和植被之间的关系，来计算草地生产潜力。此模型考虑了气温和降水对草地生产力的共同作用，对草地生产潜力的估算也更为准确。
1．2．3草地气候生产潜力采用公式（1）～（3）估算某地植被生产力时，需根据Liebig定律取三者中较低者做标准值（Y），Y为草地气候生产潜力。、1．2．4气候生产潜力变异系数指标气候生产潜力变异系数V指气候生产潜力偏离其平均值的程度，是均方差与数学期望的比值。它描述了逐年气候生产潜力分散的程度如何，是比较均匀地分散在平均值周围，还是高度集中在某个范围内。变异系数小，说明气候生产潜力稳定性好。
2结果与分析
2．1宁夏中部干旱带气候变化分析
2．1．1年平均气温的年际变化宁夏中部干旱带近36年来年平均气温的逐年变化曲线、线性趋势和36年平均值线如图1所示。从年平均气温线性趋势看，近36年宁夏中部干旱带年平均气温呈升高趋势，与全球变暖的趋势相一致。根据趋势线方程，每10年增温约0．55℃，且通过了0．01水平的显著性检验。特别是近17年（1990－2006年），升温最为明显。从1990年以来，除1992年、1993年、1995年和1996年的平均气温低于多年平均值外，其余年份的全部高于多年平均值，其中1998年达10．05℃，为历史最高，较历年平均值偏高1．33℃。而在1990年以前，大部分年份年平均值低于多年平均值，其中最低值出现在1976年，为7．40℃。
2．1．2年降水量的年际变化根据宁夏中部干旱带10个气象站年降水量的平均值，绘制研究区年降水量变化曲线（图2），结果显示，1975－2010年间，宁夏中部干旱带地区的年降水量呈波动变化，总体变化趋势不明显。36年的年平均降水量为243．4mm，其中最大值出现在1985年，为378．6mm；最小值出现在2005年，为112．9mm；最大值是最小值的3．4倍，年际变化很大。总的来看，近36年来，宁夏中部干旱带年降水量呈微弱的减少趋势，平均每10年减少5．7mm。
2．2草地气候生产潜力分析
2．2．1草地气候生产潜力计算宁夏中部干旱带各区域年降水量为195～278mm，降水区域分配不238均，年降水量最大的是盐池县和同心县，为265～278mm；最小年降水量位于宁夏中部干旱带的西北部不足200mm。随着海拔升高、气温降低，干旱带东北部温度最低，中部次之，西南最高。根据Liebig定律，用温度、降水、蒸散量决定的草地生产潜力中较低者做标准值（Y），从表1可看出，由温度决定的草地生产潜力相对较高，而降水跟蒸散量决定草地生产潜力与实际情况较为一致。降水是宁夏中部干旱带草地生产潜力的主要限制因子，区域气候生产力较大，地区分异明显，地理分布与降水量分布是一致的：盐池县和同心县的气候生产潜力较大，青铜峡、中宁和中卫一带的气候生产力较小。根据公式（7）计算出的各区域气候生产潜力的变异系数，温度和降水的不稳定是引起气候生产潜力不稳定的重要因素。盐池县的气候生产潜力稳定性较好，青铜峡和中宁的气候生产潜力稳定性较差。
2．2．2气候生产潜力的年内变化以多年平均值为基础，可以看出宁夏中部干旱带月降水量均小于蒸散量，可用蒸散量和降水量的差值反映自然条件下草地的水分供应情况（图3）。从3月起，蒸散差明显持续增加，8月达到最高峰，而后开始下降。6－9月蒸降差值较大，此时正是夏季，是牧草的主要生长期，降水也是一年中最丰富的时段，但气温也达到一年中的高峰期，植物蒸腾及土壤蒸发旺盛，草地水分供需矛盾加剧，因而蒸降差值较大。宁夏中部干旱带草地的气候生产潜力随季节变化如图4所示，气候生产潜力在全年中经历了由小到大再由大到小的变化，在春季随着气温的升高，牧草生长逐渐旺盛，气候生产潜力由小到大；夏季牧草生长最为旺盛，气候生产潜力约占全年的76％；秋季气温逐渐下降，降水逐渐减少，其值由大到小。水热条件较好的是4－10月，即植物生长的主要季节，牧草生产潜力较大，尤其是夏季，而冬季牧草停止生长，其气候生产潜力为0。
2．2．3草地生产潜力的年际变化用宁夏中部干旱带1975－2006年共32年的年平均气温和年降水量资料，根据Miami模型［5］和ThornthwaiteMe－morial模型［4］，分别求得由气温和降水所确定的草地温度生产潜力、降水生产潜力和由年实际蒸散量所确定的草地气候生产潜力，结果如图5所示。宁夏中部干旱带草地气温生产潜力的多年平均值为12936．91kg•hm－2•a－1；草地降水生产潜力的多年平均值为4457．2kg•hm－2•a－1，只相当于气温生产潜力的34．45％，说明在自然气候条件中植物生长所要求的水分供应相对于热量供应明显不足。因此，年降水量多少就成为决定宁夏中部干旱带天然草地生产力的主导因子；草地气候生产潜力的多年平均值为5474．24kg•hm－2•a－1。宁夏中部干旱带草地除气温生产潜力表现出显著的线性增加趋势外，降水生产潜力和气候生产潜力都表现出一定的线性减小趋势，线性趋势倾向率分别为48．54，－9．86和－8．13kg•hm－2•a－1。其中气候生产潜力总是和温度、降水生产潜力中相对较少的一项变化趋势相一致。32年中气候生产潜力的极大峰值出现在1985年，达到7499．53kg•hm－2•a－1，较多年平均值高37．0％，其次为1978年。2005年的气候生产潜力最低，为2668．56kg•hm－2•a－1，较多年平均值少48．6％，其次为1980年。通过将草地气候生产潜力与年平均气温及年降水量建立统计模型，得到二元一次回归方程为：YE＝4229．3＋58．68T＋18．64R，（R＝0．993，P＜0．01），式中：YE为气候生产潜力（kg•hm－2•a－1）；T为年平均气温（℃）；R为年平均降水量（mm）。根据草地气候生产潜力预测模型，可以预测宁夏中部干旱带天然草地维持可持续发展的植物量。
2．3草地气候生产潜力对气候变化的响应
2．3．1温度变化对宁夏中部干旱带草地气候生产力的影响假定年降水量不变（保持32年平均水平），年平均气温升高1℃，宁夏中部干旱带草地气候生产力的变化百分率为0．71％～1．37％（表2）。说明宁夏中部干旱带草地在现有降水量条件下，温度升高有利于增加植物生产力，但增加幅度不大。其中盐池地区的气候生产力对温度的变化比较敏感，变化幅度大于1．37％。假定年降水量不变，年平均气温降低1℃时，宁夏中部干旱带草地气候生产潜力变化百分率为－0．79％～－1．49％（表2），略有减小，不过变化幅度依然较小。
2．3．2降水变化对宁夏中部干旱带草地气候生产力的影响假定年平均气温不变（保持32年平均水平），在降水量减少20％时，宁夏中部干旱带草地生产力的变化百分率为－16．30％～－19．12％。气候生产力明显减小，绝大多数地区减少18％以上，干旱带西北部减少最为明显，青铜峡地区变化幅度最大，减少19．12％；盐池县的变化幅度最小为16．30％。由此可知，当温度不变，降水减少20％时，对宁夏中部干旱带草地气候生产力的影响很大；假定年平均气温不变（保持32年平均水平），降水量增加20％时，宁夏中部干旱带草地生产力的变化百分率为13．71％～17．31％。绝大多数地区草地气候生产力增加幅度大于16％。降水增加时，草地气候生产力的变化幅度比降水减少时的变化幅度要小，因此，降水减少比降水增大时对宁夏中部干旱带草地生产力的影响更大，而且降水变化对草地生产力的影响，要远远大于温度变化对草地生产力的影响。前面分析了在气温或降水有一项不变的特定情况下，另一项变化对草地气候生产力的影响，只是说明温度与降水对气候生产潜力的影响程度。但实际中，各要素之间的变化不是确定的，而是一个综合的影响过程。
3讨论
气候变化对天然草地生产力影响越来越为学术界关注。本研究采用ThornthwaiteMemorial模型［2］，同时考虑温度和降水影响的结果，能较好地反映出宁夏中部干旱带草地植被生产潜力，对气温与降水变化产生的趋势响应。这也与张宪洲［12］曾指出ThornthwaiteMemorial模型包含的环境因子较全面，计算结果要优于Miami模型［3］的观点相一致。另一方面，不同地区的气候生产潜力对气候变化反应的敏感性亦存在较大的差异。1975－2006年期间，宁夏中部干旱带气候生产潜力为2668～7499kg•hm－2•a－1，其平均值为5083kg•hm－2•a－1；而银川、兰州、西宁、大同和榆林的气候生产潜力均值分别为1995，6540，8265，10500和12795kg•hm－2•a－1。宁夏中部干旱带气候生产潜力仅仅大于银川地区，均低于比较的其他地区。宁夏中部干旱带气候生产潜力在年平均气温增加或降低1℃时，草地气候生产潜力变化百分率为－0．79％～－1．49％；降水量增加或减少20％时，草地气候生产力增加或减少幅度16％～18％，由此可知，降水变化对草地生产力的影响，要大于温度变化对草地生产力的影响。这点与苏占胜等［7］研究年降水量与草地气候生产力的线性相关系数高达0．98的结果相一致。可见，水分条件是制约干旱带草地气候生产潜力的限制因子，这与国内外关于草地生态系统对气候变化响应的结论相一致［13］。宁夏中部干旱带属于农牧交错带，其生态平衡功能脆弱，该地区农牧业生产受气候变化的影响显著。基于Miami模型和ThornthwaiteMemorial模型对宁夏中部干旱带1975－2006年的逐年草地生产潜力作估算并分析其变化规律，得知草地气候生产潜力波动较大，1975－1984年气候生产力低，距平百分率为－3．19％；1985－1994年间气候生产力增加，为正距平，距平百分率为3．72％；随后有所下降，比多年平均值偏少0．44％。在这种草地气候生产潜力逐年下降的生境条件下，如果人为补植大量灌木，势必要破坏天然草地生态系统中水分平衡，致使地下水位急剧下降，无法再支持庞大的地上生物量而出现灌木林枯萎、林间空地、单种群的荒漠植物群落侵入，致使草场质量退化，沙漠化程度加剧。
4结论
摘要凝汽器为动力循环的冷源，在汽轮机排气口建立并保持高度的真空，使蒸汽在汽轮机内膨胀到尽可能低的压力，将更多的热能转变为机械能，同时把汽轮机排气凝结成水，维持工质循环使用，提高电厂经济性；排除做功后的蒸汽在凝结过程中的不凝结气体，提高换热效率，减弱不凝结气体中氧气等的腐蚀作用。本文从凝汽器设计基准出发，介绍了凝汽器的功能、真空的形成与保持、结构、液位控制和运行工况及影响凝汽器工作的因素。
关键词凝汽器真空系统运行
一、凝汽器的功能
凝汽器是动力循环的冷源，在汽轮机低压缸内膨胀作过功的蒸汽排至凝汽器中冷凝成水，乏汽凝结过程中放出汽化潜热并被循环冷却水带走。其具体功能有：
（1）与抽汽系统一起为汽轮机建立和维持真空；
（2）把在低压缸内做完功的蒸汽冷凝成水；
（3）接收各疏水箱来的疏水和不凝结气体，回收和贮存洁净的凝结水，对凝结水进行初步除氧，以减少对设备的氧化腐蚀，为动力循环提供给水。
二、凝汽器的工作原理
（一）真空的形成
真空指的是压力，具体说，指的是外界的大气压Pb，与在该处测量所得的绝对压力Pa之差。若以Ph表示真空度，则Ph=Pb-Pa。从热力学知道，某一密闭容器中的蒸汽与液体之间的平衡压力，由蒸汽与液体在该容器中所处的温度而定，此时平衡压力与温度两者的关系是线性的，也就是说，每一蒸汽在其饱和状态下的温度都与一定的平衡压力相对应。因此，如果在这个没有其他气体存在的容积中，发生了蒸汽的等压凝结过程（也就是流进凝汽器被冷凝的蒸汽的流量不变，凝结的热量不断地被带走，此时所形成的冷凝水也不断地被带走等条件下的凝结过程），则在容积中将建立与温度相对应的压力，此温度就是容积中的蒸汽随冷却条件而改变的温度。不难想到，凝汽器中蒸汽最低的极限温度就是循环冷却水的温度，循环冷却水将蒸汽的全部汽化潜热带走，在凝汽器中形成高度的真空。
（二）真空的保持
从低压缸排入凝汽器的乏汽，通过海水循环泵向凝汽器蛇形管唧送的冷却水来不断得以冷却。乏汽在凝汽器底部冷凝成水，由于水的比容比蒸汽的比容小许多倍，随着蒸汽冷凝，凝汽器中形成高度真空。如果这时用凝泵将生成的凝结水抽走，则能不断地将进入凝汽器的蒸汽冷凝下来，并维持某一真空。然而，客观情况是，外界空气总要漏入低于大气压的地方，使蒸汽中总是含有空气和其它不凝结气体，如果不将这些气体不断地从凝汽器中排除掉，尽管对应于饱和温度的压力可以比大气压力低得多，但是由于凝汽器内总的压力等于混合物各个分压力之和，随着不凝结气体的累，其不凝结气体的分压力会不断升高，经过一段时间之后，容器的压力会上升到被冷凝蒸汽压力，蒸汽将不再流动，冷凝过程就停止了。因此，因此要保持凝汽器的真空度使冷凝器正常工作，除了要不断地冷却进入的蒸汽，并抽出凝结的水外，还必须不断地从冷凝器中除去不凝结气体。
三、影响真空的因素
凝汽器的实际工作过程中，人们并不直接注意凝汽器的传热系数，而是以凝汽器的真空，冷却水出口端差的变化来判断凝汽器运行情况的好坏。当然，真空和端差的变化都是与凝汽器传热过程的好坏密切相关的。循环冷却水在钛管内流动时，不断地吸收管外蒸汽凝结时所放出的热量，温度逐渐升高。凝汽器入口蒸汽压力下的饱和温度与冷却水出口温度的差值称为凝汽器的“端差”。
（一）在一定的蒸气凝结负荷下，影响真空和端差的因素
1.循环冷却水流量增加时，真空改善，端差稍有增加。
当冷却水的进口温度T1不变时，若冷却水流量增加时，冷却水出口温度T2要下降，同时由于水量的增加，传热管内侧的冷却水放热系数上升，平均换热系数增加。当冷却水量刚增加时。蒸气的凝结压力基本还是原来值，平均温差因出口水温的降低而增加，传热系数及平均温差的上升都使传热量增加，即蒸气凝结量增加，但进入凝汽器的蒸汽量是一定的，因而很快就使凝汽器中的压力逐渐降低，即真空上升。当达到一个新的平衡状态后，传热系数虽比原先的有所增加，但因凝结压力的降低引起平均温差减小，从而传热量仍几本恢复到原来的值。在夏天为了保持一定的真空，需切换循环水泵转速就是这个道理。
冷却水流量增加，一方面使真空上升，汽机所做的功增加，同时使循环水泵的耗电量上升。从经济上说最有利的情况是：由于真空上升汽机所多做的功减去循环水泵所多小的电能后的净功为最大，这时的真空称为“最佳真空”。
2.进口水温下降时，真空好转，端差增大。
当冷却水进口温度下降时，在一定的冷却水流量下，出口温度跟着下降，即冷却水进出口平均温度下降，因而平均温差增加，此时平均传热系数虽因水温的下降而有所减少，但平均温差增加的比例超过了传热系数减少的程度，总的说传热量仍增加。经历一个不稳定过程，最后同样导致凝结压力的下降，真空好转，而端差有所增加。凝汽器在冬天时的真空常常比夏天高，就是由于冷却水进出口温度低而引起的。
3.管壁沾污时真空恶化，端差增加。
由于管壁被沾污，使传热过程恶化，传热系数下降，要传递与清洁传热管同样的热量，就必须有较高的对数平均温差，这样就提高了凝汽器中的中绝对压力，因而真空恶化，同时端差增加。为保证凝汽器的正常运行，田湾核电站采用胶球清洗系统。
除上所述之外，如果凝汽器漏气严重或是抽气工作失常，蒸汽凝结时就会混有较多的的空气，凝结放热系数将大幅度降低，同时使相应于蒸气分压力的饱和温度降低，真正的平均温度下降，这些都将导致传热过程恶化，所以要传递相同的热量，蒸汽凝结时的绝对压力就要升高。这样凝汽器的真空恶化，端差升高。
（二）在一定的冷却水量与水温下，真空同蒸气凝结负荷关系
蒸气凝结负荷增加时，真空下降即凝汽器中的绝对压力上升。这是因为负荷的增加，虽然常常使传热系数增加，但其上升速度总没有负荷增加的快，所以必须增加传热温差方可满足传热要求，而这时冷却水的平均温度也升高了，这些都使凝汽器真空恶化。
四、凝汽器真空降低对机组的安全经济运行影响
凝汽器真空降低对机组运行会有以下影响：
（1）汽轮机排气压力、温度升高，蒸汽在机内的可用焓降减少，蒸汽在凝汽器中的冷源损失增大，机组效率下降，机组出力减少。
（2）真空降低，要维持负荷不变，蒸汽流量增加，引起末级叶片过负荷，轴向推力增加，推力瓦温度升高，有可能烧毁推力瓦。
（3）若真空下降，排气温度上升，使汽缸膨胀机组中心偏移，有可能发生振动。
（4）排气温度升高，使凝汽器的循环冷却水管胀口松弛。
（5）排气的体积流量减速少，不利于末级叶片工作。
参考文献：
Abstract：ThroughtheanalysisofthecharacteristicsofthegroundtemperatureandprecipitationinTongziCounty，itisobtainedthat：theannualvariationtrendofshallowgroundtemperatureinTongzicountyisbasicallythesame.Withthedeepeningofdeep-seatedearthtemperature，thechangeoftheearthtemperaturehasgraduallybecomegentleandstable.TheprecipitationmainlyconcentratedinthesecondhalfofMaytothefirsthalfofJuly.Byusingthecorrelationcoefficientandlinearregressioncalculationmethod，therelationshipbetweenthegroundtemperatureandprecipitationisstudied.Andtheforecastequationof160cmgeothermallayertotheprecipitationinTongziisestablished.
关键词：地温；降水；线性回归
Keywords：earthtemperature；precipitation；linearregression
中图分类号：P456.8文献标识码：A文章编号：1006-4311（2017）02-0181-03
0引言
降水对汛期防灾减灾、人民生命财产安全的意义很重要。近年来，研究地温与降水的关系受到人们的普遍关注，这对进一步做好汛期降水的预报具有一定的参考意义。吴兆峰[1]研究发现深层地温与春季降水之间有很好的关系，其建立的预报方程取得了较好的预报效果。据研究表明：地区10cm地温变化与降水有着密切的关系[2]。罗文芳[3]研究发现贵州省春季320cm地温距平特征场的时间系数与夏季降水特征的时间系数间相关性较好，而且利用其第2特征场、第3特征场分析桐梓均处于多雨中心区。本文通过对桐梓县全年各层地温场与全年降水场的特点进行分析，找到他们之间的对应关系，进而为进一步做好桐梓县汛期降水预报提供一定的参考价值。
1资料与方法
本文采用了桐梓县2002-2005年3年的各层地温资料，及1997-2007年10年的月降水量资料。通过对地温及降水资料的研究，得到桐梓县地温年变化特征及降水年变化特征。利用相关系数对各层地温与降水资料之间进行分析，得出桐梓县各层地温与降水之间的相关关系。
2桐梓县降水与地温特征
2.1桐梓近10年月降水特征
贵州省除西部局部地带属高原温带气候外，其余均属高原亚热带季风气候区，区内气候多变，垂直变化极为明显，干湿季节分明，降水集中，时空分布极不均匀，在雨季多有暴雨。贵州省3月中旬开始进入汛期，10月中旬汛期结束。其主汛期主要在每年的5-9月，降水最为集中的时段主要出现在5月下半月到7月上半月[4]。
桐梓县地处黔北高原，位于东经106°26′-107°16′，北纬27°57′-28°54′。属中亚热带湿润季风气候区，受季风影响特别显著。4月16日开始进入雨季，中到大雨天气常有出现，9月中旬夏季风逐渐减弱南退，冬季风逐渐增强南下，持续的秋雨天气便开始出现。桐梓县近10年月降水量如图1所示。
由图1可知，桐梓县6月降水量全年最多。桐梓县4月中旬至9月上旬月降水量大于100mm。桐梓县5月下半月至7月上半月的降水量比较集中，与前人研究结果基本一致[5]。
2.2桐梓县地温年变化特征
由图2可知：浅层地温变化趋势基本一致。桐梓县浅层地温最高值出现在7月，最低值出现在1月。2-3月基本持平，3-4月温度上升陡度大于4-7月。7-8月出现稍微下降的趋势，9-12月持续下降。深层地温变化趋势各有不同，40cm地温1-3月变化平稳，3-8月平稳上升，9-12月持续下降。80cm地温1-3月基本保持不变，3-8月平稳上升，9-12持续下降。160cm地温1-4月变化较小，4-9月平稳上升，9-12月持续下降。320cm地温变化趋势较小，1-12月基本在15-20℃之间，且1-3月份出现下降的趋势，4-10月逐步上升，11-12月出现缓慢的下降趋势。深层地温随着深度的不断加深，地温的变化也逐渐变得较平缓、稳定。
3降水与地温的相关性
3.1月平均地温与当月月降水量之间的相关性分析
查相关系数临界值ra表知，r0.05=0.576，r0.01=0.708。160cm、320cm地温未通过显著性检验，即160cm、320cm平均地温与当月降水量的相关性不显著。其余各层平均地温与相应月月降水量的相关系数均大于0.708，所以他们之间的线性相关关系特别显著。其中0cm、5cm、10cm的平均地温与当月降水量之间的相关性最显著，80cm的平均地温与当月降水量之间的相关关系相对最弱。
3.2当月各层地温与未来0-2个月后月降水量之间的相关性分析
查相关系数临界值ra表知，r0.05=0.3246，r0.01=0.3932。由表2可知：除320cm地温外，其余各层地温与当月降水量均通过置性为0.05的显著性检验，且均呈正相关。除80cm、160cm地温外，其余各层地温与次月降水量均通过置性为0.05的显著性检验，且320cm地温与次月降水量呈负相关，其余均呈正相关。仅160cm、320cm地温与未来第2个月降水量均通过置性为0.05的显著性检验，且均呈负相关。
3.3160cm、320cm地温与未来3-11个月后月降水量之间的相关性分析
由表3可知：160cm地温与未来3-6个月降水量呈负相关，160cm地温与未来8-11个月降水量呈正相关。320m地温与未来3-5个月降水量呈负相关，320cm地温与未来7-11个月降水量呈正相关。综合本节内容可知：浅层地温主要反映的是短时间的扰动，深度越深能保存的扰动长度也越长[6]。
4线性回归分析及检验
4.1参数的选取
贵州省处于云贵高原向广西丘陵平原过渡的斜坡地带，受地形地貌的影响，降雨在区域和季节上存在着巨大的差异性。局地暴雨诱发的突发性气象衍生灾害是贵州省的一大特征。在雨季、尤其是暴雨时易引发滑坡、崩塌、泥石流。因此，我们通过当前地温值预测未来几个月后，尤其是汛期月降水量的走势意义重大。
综合本文第3节可知：5cm地温与当月降水量呈正相关且相关系数最高为0.725，5cm地温与次月降水量呈正相关且相关系数最高为0.568。320cm地温与2个月后降水量呈负相关且相关系数最高为-0.689。160cm地温与4个月后降水量相关系数最高为-0.806，320cm地温与3个月后降水量相关系数最高为-0.810。综上所述，本文选取160cm、320cm地温与降水之间的回归关系作分析。
4.2160cm、320cm地温与降水的线性回归方程及检验
由表4可知，160cm地温与降水的回归方程通过显著性水平F0.05检验，即160cm地温与降水回归方程的线性关系显著。
5结论
①桐梓县6月降水量全年最多。桐梓县4月中旬至9月上旬月降水量大于100mm。桐梓县5月下半月至7月上半月的降水量比较集中。
②浅层地温的年变化趋势基本一致，深层地温随着深度的不断加深，地温年变化也逐渐变得较平缓、稳定。除160cm、320cm平均地温外，其余各层平均地温与当月降水量的相关性均显著，且正相关。除320cm地温与当月降水量的相关性不显著，其余各层地温与当月降水量的相关性均显著，且正相关。80cm、160cm地温外，其余各层地温与当月降水量的相关性均显著。320cm地温与月降水量呈负相关，其余均呈正相关。160cm、320cm与未来第2个月降水量相关性均显著，且均为负相关，其余各层地温与未来第2个月降水量的相关性均不显著。160cm地温与未来3-6个月降水量呈负相关，160cm地温与未来8-11个月降水量呈正相关。320m地温与未来3-5个月降水量呈负相关，320cm地温与未来7-11个月降水量呈正相关。
③通过采用160cm、320cm地温与降水进行定量线性回归方程统计，320cm地温与降水的回归方程未通过显著性水平F0.05检验，即160cm地温与降水的线性回归关系显著。由于资料的限制，仅用桐梓县的各层地温与降水资料分析，其结果是否具有可推广性，有待于用更大范围的地温及降水资料分析。
参考文献：
[1]吴兆峰.地温在春季降水长期预报中的应用[J].黑龙江气象，1997（2）：18-21.
[2]向毓意，杜军.浅层地温气候特征分析及降水的关系[J].成都气象学院学报，1999，14（1）：20-25.
[3]罗文芳.贵州春季深层地温与夏季降水的分布特征及夏季降水预报[J].贵州气象，2000，3（24）：25-29.
[4]周涛.贵州主汛期河流雨量的气候特征分析[J].贵州气象2004，03：42-45.
