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《中国科学院研究生院(工程热物理研究所)》 2011年
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局部人为热释放效应与气温变化关联的研究

牛强  
【摘要】:近年来,气温升高、冰川融解、海平面上升等地球环境的一系列变化使得以CO2为主的温室气体对全球气温的影响已经成为科学,政治,经济等各个领域十分关注的问题。针对温室气体是否是导致气候变暖的主因,当前仍然存在激烈的争论,这样的舆论大环境容易让事实迷失在各种观点的交锋中。事实上,气温变化是非常复杂的过程。作者认为,分析气温的变化趋势及其影响因素首先要分清这种变化的时间和空间尺度,也就是说,短期(以十年为单位)和长期(以万年为单位),整体(以全球为空间尺度)和局部(城市范围)的气温分布规律可能是完全不同的。到目前为止,大量文献集中关注全球尺度下气温在数十万年间的变化规律,在万年的时间尺度下,温室气体浓度与气温确实有着很好的吻合¨。然而我们当前更关注的是人类活动对气温的影响,而人类有能力对气温变化产生较大影响的时间不足百年。因此作者认为:考察人类活动对气温的影响首先应把时间尺度定在百年之内,其次应把空间尺度定为能源消费集中区域(城市),这样才能得出与社会需求紧密相关的科学结论,制定相关产业政策的时候,才能做到有的放矢。 化石能源的消费无疑是人类活动中能够影响气候变化的重要因素之一。人类能源消费在排放CO2的同时还产生大量的热释放。研究证明,CO2等温室气体是通过吸收太阳辐射能影响气温的,而由于CO2具有良好的扩散性,局部释放的CO2随着大气环流扩散到全球,并通过长期的累积作用对气温产生影响。所以,CO2对气候变化的影响是全球性的和长期的。能源消费产生的大量热能(我们称之为热释放)则相反,它们在短期内集中在城市及其周边,对局部地区的气温变化和短期内的气温变化趋势会产生明显的影响。这种影响强度有多大?影响规律如何?我们又如何来评估不同能源产生人为热释放的多少?这些都是本论文研究的重点。 为了弄清以上这些问题,本文工作从以下几部分开展:①以热力学第一、第二定律为基础,对人为热释放与气温的关系进行理论模型的建立与分析;②根据我国相关统计数据对人为热释放与气温的关系进行实例的验证;③依据得出的气温-热释放依赖关系对我国热释放集中区域进行未来气温的预测研究;④在认识热释放对气温上升重要作用的基础上,建立能源利用方式的热释放评价模型,并举例予以应用。 首先,基于工程热力学热力循环分析过程中的控制体、控制边界、和进出口输入输出等概念,将环境划分为Local(局部)、Human(人类)、Outer(外界)三个相互之间有热交换的区域,对热释放集中区域的局地环境构建了人为热释放结构化模型。对气温与人为热释放的关系进行了理论推导,结果显示:局地气温的年际变化与当年局地人为热释放总量定性的呈现出近似的线性关系。这个结论表明:人类的能源消费过程中向大气环境排放的热量是大气温度上升的重要因素之一。 其次,以我国各个省份及其省会城市的人为热释放与气温统计数据为基础,对理论研究中得到的气温-热释放的线性关系式进行了验证。研究结果表明:我国大部分省份及其省会城市的气温-热释放关系都能满足理论模型的定性及准定量的预测。少数省份及其省会的气温-热释放关系存在不确定性,但也能从模型研究中找到理论上的解释。 接着,根据从理论模型和统计验证研究中所得到的气温-热释放的线性依赖关系,对我国典型的热释放集中区域-上海和北京-进行了未来气温的预测研究。研究结果表明:如果按照当前的发展趋势,人为热释放的增加导致两个地区到2030年均会发生严重的气温上升;因此,采用主动、合理、能源利用与环境友好兼顾的控制手段将会降低两地区的模型预测温升的幅度。 然后,为了在不影响人类能源需求的前提下探索控制人为热释放的途径,基于全生命周期的观点和(?)分析方法,建立了可以用于不同能源利用技术人为热释放评价和能源消耗评价的数理模型。此模型计算了满足单位用能需求所产生的人为热释放以及能源消耗,尤其是提出了太阳能利用对地面反照率的改变等其他因素产生的热释放,以及新的能源技术的前期研发和生产线建设所产生的能耗。探讨了对不同能源技术在热释放和能源消耗方面的评价方法。并应用评价模型对光伏、燃煤发电这两种实际能源利用方式进行了对比。结果表明:在全生命周期中平均每发一度电,光伏发电所产生的人为热释放要比燃煤发电高出许多;在能源消耗方面,光伏发电虽然少于燃煤发电,但能源投入的回收周期为14年左右,远比前人预计的3~4年要长很多。 最后,给出了本文的主要结论,作者通过本文的研究在一定意义上澄清了人为热释放是导致气候变暖的重要因素,并对人为热释放控制的实现途径提出了作者的观点和建议。同时,作为对今后工作的展望,作者希望本文的研究能对认识全球气候变暖与人为热释放的关联性有所贡献。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P423

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 李国平,陈仲林;近年来我国地面反射率的若干重要特征[J];地理科学;1996年01期
2 翟盘茂,潘晓华;中国北方近50年温度和降水极端事件变化[J];地理学报;2003年S1期
3 谢安,孙永罡,白人海;中国东北近50年干旱发展及对全球气候变暖的响应[J];地理学报;2003年S1期
4 龚道溢,韩晖;华北农牧交错带夏季极端气候的趋势分析[J];地理学报;2004年02期
5 孙凤华;吴志坚;杨素英;;东北地区近50年来极端降水和干燥事件时空演变特征[J];生态学杂志;2006年07期
6 傅国斌,李克让;全球变暖与湿地生态系统的研究进展[J];地理研究;2001年01期
7 孟宪民;湿地与全球环境变化[J];地理科学;1999年05期
8 黄进良;洞庭湖湿地的面积变化与演替[J];地理研究;1999年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姜逢清,胡汝骥,杨跃辉;新疆洪灾时间序列突变及其气候原因分析[J];冰川冻土;2004年06期
2 王艳君,姜彤,施雅风;长江上游流域1961—2000年气候及径流变化趋势[J];冰川冻土;2005年05期
3 孙永罡,白人海,谢安;中国东北地区干旱趋势的年代际变化[J];北京大学学报(自然科学版);2004年05期
4 程杨;杨林生;李海蓉;;全球环境变化与人类健康[J];地理科学进展;2006年02期
5 李国平;肖杰;;青藏高原西部地面反射率的日变化以及与若干气象因子的关系[J];地理科学;2007年01期
6 姜爱军,杜银,谢志清,丁裕国;中国强降水过程时空集中度气候趋势[J];地理学报;2005年06期
7 黄庆旭;史培军;何春阳;李晓兵;;中国北方未来干旱化情景下的土地利用变化模拟[J];地理学报;2006年12期
8 任春艳;吴殿廷;董锁成;;西北地区城市化对城市气候环境的影响[J];地理研究;2006年02期
9 唐红玉,翟盘茂;1951~2002年中国东、西部地区地面气温变化对比[J];地球物理学报;2005年03期
10 钱维宏;符娇兰;张玮玮;林祥;;近40年中国平均气候与极值气候变化的概述[J];地球科学进展;2007年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡宜昌;董文杰;何勇;;21世纪初极端天气气候事件研究进展[A];中国气象学会2007年年会气候学分会场论文集[C];2007年
2 兰斌;王朝敏;;气候变化对化德农业的影响及对策[A];中国气象学会2007年年会生态气象业务建设与农业气象灾害预警分会场论文集[C];2007年
3 张秀丽;郑祚芳;;北京气候变暖与极端天气事件的格兰杰检验[A];奥运气象预报与服务技术研讨会论文集[C];2006年
4 李智才;王毅荣;3朱林洪;;中国黄土高原区域性暴雨时空特征研究[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
5 秦爱民;钱维宏;蔡亲波;;1960—2000年中国不同季节的气温分区及趋势[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
6 张秀丽;郑祚芳;;北京的极端天气事件及其与区域气候变暖的可能联系[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
7 吴慧;;海南省降水极值变化研究[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
8 李春;李俊杰;何洪林;于贵瑞;伏玉玲;苏文;;ChinaFLUX通量观测实时信息系统在CO_2通量观测研究中的服务与应用[A];中国气象学会2006年年会“大气成分与气候、环境变化”分会场论文集[C];2006年
9 张秀丽;;北京极端天气事件的格兰杰检验[A];中国气象学会2006年年会“气候变化及其机理和模拟”分会场论文集[C];2006年
10 王秀萍;祝青林;;近45年大连地区平均最高、最低气温及日较差变化[A];中国气象学会2006年年会“气候变化及其机理和模拟”分会场论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周旗;关中平原土壤水环境变化与植被建设[D];陕西师范大学;2005年
2 解宪丽;基于GIS的国家尺度和区域尺度土壤有机碳库研究[D];南京师范大学;2004年
3 王淑平;土壤有机碳和氮的分布及其对气候变化的响应[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2003年
4 姚凤梅;气候变化对我国粮食产量的影响评价[D];中国科学院研究生院(大气物理研究所);2005年
5 张卫强;黄土半干旱区主要树种光合生理与耗水特性研究[D];北京林业大学;2006年
6 齐雁冰;陕北农牧交错带荒漠化土壤发生特性与演变机制研究[D];西北农林科技大学;2006年
7 费宇红;京津以南河北平原地下水演变与涵养研究[D];河海大学;2006年
8 涂钢;半干旱区不同下垫面地气相互作用研究[D];中国科学院研究生院(大气物理研究所);2007年
9 刘丹;黑龙江省土地覆盖景观格局对气候变化响应的研究[D];东北林业大学;2007年
10 程慧艳;黄河源区高寒草甸草地覆被变化的水文过程与生态功能响应研究[D];兰州大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孟悦;松花江流域气候年代际变化分析及预测[D];兰州大学;2007年
2 张华鹏;沙化对向海湿地功能的影响及治理措施研究[D];吉林大学;2005年
3 杨晓丹;中国西北地区降水变化及其可能原因的诊断研究[D];中国气象科学研究院;2005年
4 刘宁微;辽西生态脆弱区下垫面变化对夏季气候影响的数值模拟[D];南京气象学院;2003年
5 周艳芳;风险预防在国际环境法中的有效性研究[D];武汉大学;2004年
6 华丽娟;中国区域温度较差变化以及城市化增暖效应分析[D];中国海洋大学;2004年
7 葛庆龙;城市主要能源及用水量对全球气候变化的响应——以大连市为例[D];辽宁师范大学;2004年
8 张国发;结实期高温对稻米品质的影响及其机制研究[D];南京农业大学;2005年
9 赵春雨;辽宁省近50年气候变化特征及影响因子研究[D];南京信息工程大学;2006年
10 秦鹏;广东省近40多年来极端温度和降水的变化规律分析[D];南京信息工程大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 翟盘茂,潘晓华;中国北方近50年温度和降水极端事件变化[J];地理学报;2003年S1期
2 孙凤华;吴志坚;杨素英;;东北地区近50年来极端降水和干燥事件时空演变特征[J];生态学杂志;2006年07期
3 赵庆云,张武,王式功,刘新伟;西北地区东部干旱半干旱区极端降水事件的变化[J];中国沙漠;2005年06期
4 苏珍,施雅风;小冰期以来中国季风温冰川对全球变暖的响应[J];冰川冻土;2000年03期
5 谢自楚,冯清华,刘潮海;冰川系统变化的模型研究——以西藏南部外流水系为例[J];冰川冻土;2002年01期
6 张存杰,高学杰,赵红岩;全球气候变暖对西北地区秋季降水的影响[J];冰川冻土;2003年02期
7 王宗太,苏宏超;世界和中国的冰川分布及其水资源意义[J];冰川冻土;2003年05期
8 张东启,秦大河,侯书贵,康世昌,任贾文;东绒布冰芯净积累量与印度夏季风降水的关系[J];冰川冻土;2004年02期
9 晋锐,车涛,李新,吴立宗;基于遥感和GIS的西藏朋曲流域冰川变化研究[J];冰川冻土;2004年03期
10 车涛,晋锐,李新,吴立宗;近20a来西藏朋曲流域冰湖变化及潜在溃决冰湖分析[J];冰川冻土;2004年04期
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1 杭雷鸣;我国能源消费结构问题研究[D];上海交通大学;2007年
2 徐国泉;中国能源效率问题研究[D];大连理工大学;2008年
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1 高文燕;论世界贸易组织与全球公共产品[D];北京工业大学;2003年
【相似文献】
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1 杨超梅;广西东南部近36年气温变化特征分析[J];广西气象;1997年02期
2 韩添丁,叶柏生,焦克勤;天山天格尔山南北坡气温变化特征研究[J];冰川冻土;2002年05期
3 何雨,杨月,贾铁飞;20世纪后期呼和浩特地区气温变化特点及其环境效应[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);2002年04期
4 史忠海;王国庆;余辉;姜越飞;荆新爱;李皓冰;;气温变化对黄河流域蒸发能力的影响[J];河南气象;2006年01期
5 高洪程;周明丽;娄德君;;大庆市近50a来的气温变化及突变分析[J];黑龙江气象;2006年02期
6 马荣;;和田市近30年来气温的变化及其对农业的影响[J];亚热带水土保持;2008年03期
7 刘丽;王晓红;;根河市近47年来气温变化特征[J];现代农业科技;2008年21期
8 王小瑞;刘喜迎;;安阳市近58a气温及降水量的变化趋势分析[J];气象与环境科学;2009年S1期
9 朱莱茵;许映军;崔维佳;顾卫;黄树青;;渤海湾西部沿岸地区气温特征的观测研究[J];气象科学;2009年05期
10 李红梅;景毅刚;;气候变暖对陕西冬小麦播种期的影响[J];干旱区资源与环境;2010年11期
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1 张德汴;喻谦花;张明周;张睿;霍继超;陈光华;王娟;张亚静;王二虎;孟宪川;鲁建立;张欣;;开封、安阳市气温变化及异同和减缓分析[A];第27届中国气象学会年会城市气象,让生活更美好分会场论文集[C];2010年
2 杨丽容;刘景涛;;钟山县50年的气温变化特征[A];2008年广西气象学会学术年会论文集[C];2008年
3 王善芳;刘桂才;李树军;;潍坊市近49年四季季长及气温变化特征分析[A];第27届中国气象学会年会应对气候变化分会场——人类发展的永恒主题论文集[C];2010年
4 杨艳超;高红燕;寇小兰;李晓廉;;华山近56年气温变化特征分析[A];第28届中国气象学会年会——S14气候环境变化与人体健康[C];2011年
5 刘正洪;黄诚;谢鹏;樊旋;;启东近半个世纪气温变化特征分析[A];“推进气象科技创新,提高防灾减灾和应对气候变化能力”——江苏省气象学会第七届学术交流会论文集[C];2011年
6 费冬冬;骆亚军;杨军;熊守权;郑炜;滕华超;陈磊;;近51年鄂西山地气温变化特征分析[A];第28届中国气象学会年会——S4应对气候变化,发展低碳经济[C];2011年
7 黄远山;;探测环境与气温变化特征分析[A];2009第五届苏皖两省大气探测、环境遥感与电子技术学术研讨会专辑[C];2009年
8 司鹏;李庆祥;李伟;殷红;;城市化对深圳气温变化的贡献[A];第27届中国气象学会年会城市气象,让生活更美好分会场论文集[C];2010年
9 唐毓勇;黄淑娟;邓汝伊;;百色气温日际变化显著异常的定量分析[A];2008年滇黔桂三省区七州市气象协作区交流会特刊[C];2008年
10 戴升;马占良;时兴合;白彦芳;傅生武;;青海省2004年4~5月气温变化的诊断分析[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
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1 特约记者 崔玉艳 杜恩;四种病骤增 发病缘于气温变化[N];卫生与生活报;2008年
2 中国气象科学研究院研究员 林之光;春捂秋冻提法不科学[N];科技日报;2006年
3 郭德新 小王;“秋冻”不当易伤身[N];中国消费者报;2003年
4 赵俊晖;监测气温变化拟定上货波段[N];中国服饰报;2011年
5 程守勤;气温变化大 当心几种病[N];大众卫生报;2005年
6 记者 张诒年;夏耕:依据气温变化供暖[N];中国气象报;2009年
7 记者师巧梅;元旦期间我区天气晴好[N];新疆日报(汉);2008年
8 王秀芳;天寒三处要保暖[N];保健时报;2007年
9 特约记者 郭继萍;全疆大部无风雨中秋宜赏月[N];阿克苏日报;2008年
10 陶慧君;气温变化防眼痒[N];医药养生保健报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 牛强;局部人为热释放效应与气温变化关联的研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2011年
2 张弛;上海市城市热岛的时间多尺度分析与数值试验[D];华东师范大学;2011年
3 樊红芳;青藏高原现代气候特征及大地形气候效应[D];兰州大学;2008年
4 顾莹;上海城市化对臭氧污染影响的数值模拟[D];华东师范大学;2010年
5 何自立;气候变化对流域径流的影响研究[D];西北农林科技大学;2012年
6 季明霞;欧亚大气环流与地表气温之间的反馈和相互作用[D];兰州大学;2009年
7 贡璐;干旱区城市热岛效应定量研究[D];新疆大学;2007年
8 石洪华;典型城市生态风险评价与管理对策研究[D];中国海洋大学;2008年
9 吴耀兴;长沙市城区热岛成因及绿地系统缓解热岛效应研究[D];中南林业科技大学;2010年
10 潘卫东;青藏高原多年冻土区铁路路基热稳定性研究[D];兰州大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 辛慧慧;离石气温变化及城市化影响初步分析[D];山西大学;2011年
2 郭瑜;河南省近49年来降水和气温变化特征研究[D];郑州大学;2012年
3 吴滨;福建省50年气候变化特征[D];南京信息工程大学;2005年
4 杨重一;黑龙江省作物气候生产潜力分析及其气候变化响应[D];东北农业大学;2007年
5 赵春雨;辽宁省近50年气候变化特征及影响因子研究[D];南京信息工程大学;2006年
6 孙丽华;秦皇岛市近45年气候变化及其对农业的影响[D];兰州大学;2007年
7 白晶;秦岭南北气候变化特征及人为驱动力差异分析[D];陕西师范大学;2011年
8 李廷勇;青藏高原50年来气候变化初步研究[D];西南师范大学;2004年
9 刘华;近50年中国降水和温度的统计分析和海洋对其影响初步研究[D];中国海洋大学;2009年
10 蔡晓禾;福建省1961-2006年气候变化特征[D];福建师范大学;2008年
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