温度与相对湿度的变化关系范文

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篇1

关键词：密集烤房；温度；相对湿度；分布

中图分类号：S572.092文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）06-0054-06

AbstractTo improve the curing quality， the temperature and humidity in different barn space and at different curing time were measured by HE174 automatic temperature and relative humidity recorder in airflow-descending bulk curing barn. The results showed that there were some differences in temperature and relative humidity in the upper， middle and lower layers and the different zones of plane areas during the curing process. The changes in the vertical and horizontal directions were smaller at the early yellowing stage， were larger at the later yellowing stage and leaf-drying stage， and gradually reduced at the stem-drying stage. The difference of temperature and relative humidity in the vertical direction was significantly larger than that in different areas of the horizontal direction. The chemical composition of tobacco leaves was different between different layers after curing. The difference of nitrogen compound content was smaller. The content of total sugar and reducing sugar in the lower layer was slightly higher than that in the upper layer without significant differences. The results could provide the theoretical basis for guiding the reasonable tobacco-loading and optimizing the curing technology for bulk curing barn.

KeywordsBulk curing barn； Temperature； Relative humidity； Distribution

密集烤房是目前我国烤烟主要烘烤设备[1]。烘烤过程中密集烤房提供的热气流与烟叶本身的水分相互作用在烤房内形成一个微环境，为烟叶内部生物化学反应、形成特定的外观及内在品质提供适宜条件。有关烤房内温湿度和气流变化前人做了一定的研究，唐力为[2]报道，烘烤过程中烤房内各区域间同一时间点的温湿度普遍存在差异，主要反映在不同区域中调制的升温稳温方式的差异、排湿速率的差异以及不同烘烤工艺温度段所经历时间长短的差异等方面。王勇军等[3] 研究了变黄阶段、定色阶段、干筋阶段垂直方向风速和水平风速对烘烤的影响。赵华武[4]l现密集烘烤过程中，烟叶叶片水分的散失与烘烤进程关系密切，定色期失水量和失水速度最大。董艳辉[5]研究了密集烘烤过程中烟叶温度与烤房环境因子的关系。包亚峰[6]利用多孔介质得到了烤房部分温度场和速度场分布。烤房内温湿度通过影响烟叶的酶活性，影响烤后烟叶化学成分的协调性，最终会使各区域烟叶的吸食品质有明显差异[7-13]。但对于机械通风密集烤房内温湿度变化动态的量化研究鲜有报道。本文研究了气流下降式密集烤房烘烤过程中不同空间不同时间温湿度分布动态及其对烟叶品质的影响，旨为密集烤房合理装烟及烘烤工艺有效掌控提供理论依据。

1材料和方法

1.1供试材料

供试烟叶：烤烟品种K326，选取同一地块生长状况、成熟度一致的中部烟叶，含水率平均为84.2%。

供试烤房：气流下降式密集烤房，符合国烟办综[2009]418号文件要求，装烟室8.0 m×2.7 m×3.5 m，烤房风机型号为7号风机，风机中电机功率2.2 kW/h。

测试仪器：深圳市华图测控系统有限公司生产的HE174温湿度自动记录仪。

试验时间及地点：2015年山东省沂水金旭烟农专业合作社烘烤试验基地；2016年山东省诸城鑫兴烟农专业合作社烘烤基地；山东农业大学烟草实验站园。文中所用数据为三地两年平均值。

1.2试验设计

1.2.1装烟方式采用挂竿方式，挂烟三层，每个烤房共装烟336竿，每竿烟叶质量在（10±0.2）kg，烟竿均匀分布在装烟室内。

1.2.2温度和相对湿度的测定将27个温湿度自动记录仪均匀放置于烤房装烟室内上、中、下三层，每层九个，每层记录仪分布如图1所示。前部是指靠近加热室烟叶区域，后部是指靠近烤房门烟叶区域。按照八点式烘烤工艺烘烤，烘烤结束后取出记录仪并输出数据，分析结果。

1.2.3烟叶烘烤情况测定烘烤后在烤房每层各个测量点附近随机选取三竿烟调查烤青率和烤褐率。烤青率（%）=含青烟叶/调查烟叶总数×100；烤褐率（%）=含褐烟叶/调查烟叶总数×100。

1.2.4烟叶常规化学成分的检测烘烤结束后取上、中、下层代表性区域C3F进行常规成分分析。烟碱含量测定采用紫外分光光度法； 水溶性总糖含量采用乙醇提取， 蒽酮比色法测定； 还原糖含量测定采用苦味酸法； 总氮含量测定采用浓硫酸-双氧水消化法。

2结果与分析

2.1烤房湿度时空分布

2.1.1垂直相对湿度分布动态变黄期垂直方向相对湿度变化动态如图2所示，图中所用数据为每层9点数据平均值（下同）。

烘烤变黄期是烟叶调制的重要时期，变黄期可分为前期烤房密闭气体循环阶段和后期排湿阶段。

变黄前期烤房密闭热气体循环阶段：烤房垂直方向相对湿度均在97%以上，相对湿度差在3%以内，相对湿度稳定。变黄后期排湿阶段：不同层间相对湿度差逐渐增大，上层的相对湿度下降速度最快，变黄期结束降低至59.5%；下层相对湿度降低速度最慢，变黄期结束时相对湿度为71.8%，垂直方向相对湿度差为12.3个百分点。

定色期垂直相对湿度差逐渐减小，定色期结束时垂直相对湿度差为4.1个百分点，中层和上层间的相对湿度差小于中层和下层间。定色期是烟叶逐渐干燥的时期，由于上层烟叶先干燥，使垂直方向湿度相差比较大（图3）。

干筋期垂直湿度差逐渐减小，当烤房湿度整体降低至10%时，垂直湿度差不超过1个百分点，烘烤结束时不同区域湿度为7%（图4）。

2.1.2烤房水平方向相对湿度变化动态变黄期水平方向相对湿度变化如图5所示，仅以中层相对湿度统计分析（下同）。变黄前期密闭循环阶段烤房内水平方向的相对湿度基本一致，相对湿度都在95%以上，相对湿度差在2个百分点以内。变黄后期排湿阶段各区域相对湿度差逐渐变大，最大水平相对湿度差出现在变黄后期相对湿度迅速下降阶段，前部和中部相对湿度差在3个百分点以内，但后部的相对湿度明显低于中部和前部。

定色期烤房内的烟叶逐步干燥，相对湿度逐渐下降，烤房后部相对湿度最低，前部相对湿度最高。水平相对湿度差先增大后减小，最大水平相对湿度差在定色前期，为8.9个百分点。烤房前中部在定色前期相对湿度差小于中后部，定色后期则相反（图6）。

干筋期烤房前部相对湿度高于中部和后部，中部和后部相对湿度差明显小于前部和中部。随干筋期延长水平相对湿度差逐渐减小，当烤房湿度整体降低至8%时，水平面各区域相对湿度基本相等。

2.2烤房温度时空变化动态

2.2.1垂直方向温度变化动态变黄期垂直方向温度变化如图8所示，上层温度最高，下层温度最低。变黄前期烤房密闭气流内循环阶段上下层间的温度差在1℃以内；变黄后期排湿阶段垂直温度差逐渐增大，最大温度差为2.6℃。

定色期仍为上层温度最高，下层最低，上层和中层间温度差大于中层和下层。随着温度逐渐升高，垂直温度差缓慢增大，最大上下层温度差为3.4℃（图9）。

干筋前期温度迅速升高，垂直温度差达整个烘烤过程中最大值，为4.1℃。随后垂直温度差逐渐减小，温度升到68℃时垂直温度差明显减小，烘烤结束时垂直温度差在0.5℃以内（图10）。

2.2.2水平方向温度变化动态变黄期前期烤房处于气流内循环的密闭状态，水平面不同区域温度差在0.5℃内，变黄后期通风排湿阶段烤房不同区域间温度差逐渐增大，变黄期结束时最大水平温度差为1.3℃（图11）。

定色期后部温度高于中部高于前部，水平温度差缓慢增大，定色期结束时水平最大温度差为1.5℃（图12）。

干筋前期温度迅速升高阶段，水平温度差达到烘烤过程中最大值，为2.9℃，之后逐渐减小，干筋后期不同区域水平温度基本相等（图13）。

2.3烘烤关键温度点烤房温度差和相对湿度差

八点式烘烤工艺关键温度点垂直和水平温湿度差表1。

由表1可知，42℃时平均垂直相对湿度差最高达14.733个百分点，38℃最低为1.591个百分点，38℃至42℃平均垂直相对湿度差逐渐升高，42℃至68℃逐渐减小；42℃时平均水平相对湿度差最高为9.542个百分点，68℃时最低为1.059个百分点，平均垂直相对湿度差高于平均水平相对湿度差； 54℃时平均垂直温度差最高为3.172℃，38℃时最低为0.438℃； 54℃时平均水平温度差最高为1.569℃，38℃时最低为0.193℃，平均水平温度差明显低于平均垂直温度差。

2.4密集烤房不同层间烘烤效果比较

由表2可知，上层烟叶相对于下层烟叶含青率较高，烤褐率较低；烟碱、总氮含量不同层次烟叶间差异较小；总糖和还原糖含量下层烟叶略高于中层和上层，但未达到显著差异；糖碱比集中于8.68～9.42之间，下层烟叶略高于中层和上层。

3讨论

本研究结果是在烤房风机型号为7号风机，风机中电机功率2.2 kW/h的情况下测定的，风机功率增大时根据张树堂等[18]研究，烘烤前期前中后部的温湿度差亦随之加大，烘烤后期温湿度差减小；相反当风机型号和电机功率减小到一定程度时，前中后部的温湿度差会出现与本结论相反的结果，即前部温度高湿度低，后部温度低湿度高，具体数据有待于进一步研究。

本研究中变黄前期温湿度变化小，变黄后期和定色期大，干筋期小，这与普通烤房烘烤过程中垂直方向温湿度差异变化规律不同[19]，主要原因为普通烤房内气体对流弱，导致其变黄前期不同层次温湿度差大于定色期和干筋期；而密集烤房由于有机械通风导致烤房内气体对流较强，再加上本期烧火较小，因而导致变黄前期烤房内垂直方向温湿度差反而比定色期小。

气流下降式烤房的水平相对湿度差在变黄期和定色期都小于垂直相对湿度差，但在干筋前期大于垂直相对湿度差，与包亚峰[6]的结论一致。

4结论

气流下降式密集烤房在烘烤过程中装烟室内垂直方向不同装烟层温度分布规律为上层高于中层高于下层，相对湿度分布规律为上层低于中层低于下层。水平方向不同区域温度分布规律均为前部低于中部低于后部，相对湿度分布规律为前部高于中部高于后部。随烘烤进程温湿度差异变化规律为：变黄前期小，变黄后期及定色期大，干筋期又逐渐变小。垂直温度和相对湿度差大于水平温度和相对湿度差。

气流下降式密集烤房不同层间烟叶烘烤效果存在一定差异：上层（迎风层）相对于下层烟叶烤青率较高，烤褐率较低；烤后烟叶烟碱、总氮含量不同层次间差异较小；烟叶总糖和还原糖含量下层略高于上层，但未达到显著差异。

参考文献：

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篇2

关键词：混凝土相对湿度Boltzmamn变量质扩散系数

产生混凝土表面裂缝的一个重要因素是混凝土表面的干缩应力或湿差应力.混凝土表面的湿度梯度，以及由此而产生的湿差应力，取决于混凝土的湿扩散速度.由于混凝土的湿扩散速度(以质扩散系数Dm表示)强烈地依赖于混凝土本身的湿度状态[1]，且由于混凝土的含湿状态难以准确地测量，所以，长期以来，混凝土湿度控制方程的求解进展缓慢，混凝土的表面裂缝问题在理论上并没有很好地解决.本文利用混凝土内部的相对湿度H与混凝土的体积含湿率ω(或重量含湿率)在一定湿度范围内的线性关系H=f(ω)=Kω+B(见图1)[2]，在等温环境下，测试了第一饱和状态下混凝土与碾压混凝土向非饱和空气介质传湿的全过程，得到了相对湿度从70%到100%范围内，两种混凝土的质扩散系数，为进一步研究混凝土的温湿度耦合作用打下基础.

图1混凝土材料相对湿度与重量含湿率

1混凝土湿度扩散方程与Boltzmamn变量

文献[3]研究了多孔介质温湿度耦合控制方程.在特定尺度意义下，混凝土是一种典型的多孔介质.忽略重力的影响，并将孔隙中蒸汽压力与毛细吸力转化为温度与湿度的函数后，混凝土的湿度扩散方程可以简单地表示为[3]：

(1)

式中：Dm为在没有温度变化的情况下混凝土湿份迁移的质扩散系数，单位：m2/h，它是混凝土散湿能力与保湿能力的综合表示，表明物体内部湿度趋于一致的能力，它实际上是含湿度的函数，即Dm=Dm(ω)，正是由于这一关系，使得式(1)成为了经典的非线性微分方程，使理论解法几乎失去可能；Dt为温度变化引起湿份迁移的质扩散系数，简称热质扩散系数，单位：m2/h℃.为了使问题得到简化，假设介质与环境的初始温度是均匀的，且在等温环境中湿分扩散引起的混凝土温度改变可以忽略不计[3]，那么式(1)可变为

(2)

基于混凝土湿分表示的线性假定，H=Kω+B，式(2)的另一种表达式为：

(3)

相应地，Dm=Dm(ω)变成Dm=Dm(H).一种求质扩散系数的方法是Bruce和Klute在研究土壤的入渗问题时提出来的[4].其基本思路是：在一维情况下，假定混凝土干燥前沿的推进速率反比于τ1/2，那么，单位面积混凝土的累计散湿量I就正比于τ1/2，即I=Sτ1/2.其中，S为混凝土的干燥度.事实上，按物理意义，从τ0时刻到τ时刻，单位面积混凝土的累计散湿量(H1为τ时刻混凝土的相对湿度，H0为τ0时混凝土的初始相对湿度，x为测点离散湿表面的距离)，于是

（4）

其中Boltzmamn变量η=xτ-1/2，也就是根据复合函数求导规则，可将式(2a)变成：

d/dη(DmdH/dη)+1/2ηdH/dη=0(4)

显然，H=H(η)或η=η(H)均是式(2a)的解.由式(4)经代数运算即可以得：

篇3

通过静态称重法和干湿杯法测得了加气混凝土在15、25和35 ℃下的等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数，讨论了蒸汽渗透系数的变物性取值方法，并与《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-93）中的取值进行了对比。结果表明，加气混凝土的等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数在实验温度范围内受温度影响不大。该取值方法能针对吸湿过程，在中等相对湿度（60%～80%）或者整个典型建筑环境相对湿度（40%～95%）范围内计算得到与规范规定值基本相同的平均蒸汽渗透系数。此外，该方法能推广到各种多孔材料，针对吸湿或放湿过程，在各相对湿度范围内得到准确的蒸汽渗透系数。

关键词：

加气混凝土，渗透系数，等温吸放湿曲线，变物性

理解和控制建筑围护结构中的湿分传递与储存过程可以帮助人们延长建筑构件的使用寿命[12]，减少暖通空调系统的能耗[34]，缓和室内温湿度的波动[5]，并提高室内空气品质[67]。分析建筑围护结构中湿分传递的方法有很多种。长期以来，Glaser提出的稳态蒸汽渗透模型被广泛用于工程实践，甚至成为国际标准（EN ISO 13788[8]）。中国的《民用建筑热工设计规范》（GB 50176—93）[9]也采用该计算方法。该模型其实源于菲克定律，其表达式为：式中：qv为蒸汽传递速率，单位为kg/（m2·s），工程常用单位为g/（m2·h）；μ为蒸汽渗透系数，单位为kg/（m·s·Pa），工程常用单位为g/（m·h·Pa）；Pv/x为蒸汽传递方向上的蒸汽压力梯度，Pa/m。

冯驰，等：加气混凝土蒸汽渗透系数的变物性取值方法

Glaser模型虽然简单易用，但在很多计算中表现出的精度较差。这主要是由两方面原因引起的：一方面，Glaser模型是纯蒸汽渗透的一维稳态模型，而在实际过程中，湿分的传递常常是非一维、非稳态、液态和气态湿分同时传递的。因此，近年同时考虑围护结构中热量、空气和湿分传递的多维多相瞬态模型得到了大量关注[1013]。另一方面，Glaser模型中涉及的关键物性参数——蒸汽渗透系数μ是温度与材料含湿量的函数。而在中国规范中，这一物性参数却被取为定值[9]，因而大大影响了计算结果的准确性。如果能更准确的对蒸汽渗透系数取值，那么计算的精度必然得到提高。

笔者以加气混凝土为例，通过实验测得了其等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数，讨论了蒸汽渗透系数的变物性取值方法，并与现有规范中的取值进行了对比。

1实验方法

所用加气混凝土的密度符合B07标准，强度等级为A5.0。进行实验前，加气混凝土砌块已在自然状态下放置1 a以上。等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数的测试都在华南理工大学建筑节能研究中心的人工气候室内完成。2个性质的测试都分别在15、25和35 ℃下进行，温度控制精度为± 0.2 ℃。

1.1等温吸放湿曲线的测定

等温吸放湿曲线的测定采用静态称重法，主要参照国际标准ISO 12571[14]进行（图1）：将加气混凝土砌块切割成4 cm×4 cm×2 cm的试件，烘干至恒重后放入内部空气相对湿度不同的干燥器内吸湿，每隔一段时间取出各试件分别称重。待吸湿达到平衡后，将在较高相对湿度下吸湿平衡的试件取出，放入较低相对湿度的干燥器内进行放湿直至平衡。干燥器内部空气的相对湿度用8种饱和盐溶液（LiCl、MgCl2、K2CO3、NaBr、NaCl、KCl、KNO3和K2SO4）控制。

称重所用的分析天平精度达万分之一克。在连续3次称重（间隔24 h以上）结果变化不超过0.1%的情况下认为已达到平衡，取3次称重结果的平均值作为最终结果。计算每个试件的平衡含湿量，然后计算同一工况下4个试件的平均值。

1.2蒸汽渗透系数的测定

蒸汽渗透系数的测定采用干湿杯法，主要参照国际标准ISO 12572[15]进行（图2）：将加气混凝土砌块切割成直径12 cm、厚3 cm的圆饼状试件，用精度为0.01 mm的游标卡尺测量每个试件的尺寸。将试件在一定温度和相对湿度下预处理后，封装在透明玻璃容器的口部。用石蜡和凡士林的混合物密封。容器内装有约200 mL饱和盐溶液及一定量的未溶解的盐，液面上方和试件下表面之间有约2～3 cm厚的空气层。封装了试件的玻璃容器放入乘有饱和盐溶液或干燥剂的干燥器内。干燥器内部装有小风扇，在测试期间一直保持运行，以保证干燥器内部空气的运动。试件两侧的相对湿度对共有3组，大约为0～40%，40%～80%和80%～95%，具体数值因测试温度的不同而略有变化。

用气压计记录整个实验过程中人工气候室内的气压，精确到10 Pa。每个工况下均用3～6个试件进行平行测试。每隔3～4 d对试件及其密封的玻璃容器进行一次称重，并用直尺测量空气层厚度。天平精度为0.01 g，直尺精度为1 mm。在重量变化速率稳定后，连续称量7次。计算试件的蒸汽渗透系数时，空气层厚度、气压等因素均已修正。整个称重过程结束后，从容器口处取出试件，迅速砸碎并用烘干法测量试件中心部分的平衡含湿量。

2实验结果

2.1等温吸放湿曲线

图3为测得的加气混凝土试件在各温度和相对湿度下的平衡含湿量散点图。其中，不同温度下的数据点未在图中加以区分，因为统计检验表明，在实验的温度范围内温度对加气混凝土的等温吸放湿曲线影响不大。从图3可以看出，加气混凝土的毛细滞后效应明显，因此应该用吸湿曲线和放湿曲线分别描述吸湿和放湿过程。

2.2蒸汽渗透系数

图4为测得的加气混凝土试件在各温度和平衡含湿量下的蒸汽渗透系数散点图。与图3类似，不同温度下的数据点也未加以区分。

3蒸汽渗透系数的变物性取值方法

3.1取值方法

许多学者都将蒸汽渗透系数直接表达为环境相对湿度的单值函数[2021]。但事实上，蒸汽渗透系数应该是材料含湿量的单值函数。对于加气混凝土这样有明显毛细滞后现象的材料而言，即使环境相对湿度相同，材料的平衡含湿量也可能因为吸放湿过程的不同而存在很大的差异，所以，一个相对湿度其实对应了两个蒸汽渗透系数。由此可见，将蒸汽渗透系数表达为相对湿度的单值函数是不合理的。

然而，环境相对湿度是一个比材料含湿量更容易获得且非常常用的参数。若能将材料的蒸汽渗透系数表达为相对湿度的函数，则能大大方便实际应用。从上述分析可知，这么做是有一定代价的：即对于有明显毛细滞后现象的材料而言，应该有2个函数分别针对吸湿和放湿过程，在不同工况下予以采用。将式（1）～（3）合并，并假定环境相对湿度没有剧烈变化，材料与环境的吸放湿过程始终处于（准）动态平衡，则可以得到加气混凝土在吸湿和放湿过程中蒸汽渗透系数与相对湿度的关系曲线（图5）。

从图5可见，吸放湿过程对应的蒸汽渗透系数有明显差异，而且相对湿度越高，差异越明显。这主要是因为加气混凝土的毛细滞后效应在较高相对湿度下更为明显。此外，在相对湿度超过90%后，加气混凝土的蒸汽渗透系数随相对湿度的增加而迅速变大。此时，蒸汽的传递已不再是湿传递的主要机制，液态水的迁移起到了更加重要的作用。

篇4

关键词：四川桤木；树干液流；热脉冲

中图分类号：S785文献标识码：B文章编号：1674-9944-（2013）10-0001-04

1引言

蒸腾耗水量是树木生理水分的重要参数，由于树体高大，变异复杂，冠部直接测定非常不便，而树干木质部部位上升液流速度及液流量制约着整株树木的蒸腾量，因而通过对树干液流的测定，可以快速简捷确定树冠蒸腾耗水量的大小。热脉冲法能基本保持树木的生长状态不变而获得对树木蒸腾指标的度量。本文通过对四川桤木（Alnus cremastogyme Burk）的树干液流规律进行研究，讨论了四川桤木对水分的需求，以期得出具有生产实际指导意义的结论。

2试验地概况

试验地位于江西省分宜县大岗山国家级森林生态站，东经114°30′～114°45′，北纬27°30′～27°50′，属于中亚热带季风湿润气候，年平均气温为16.8℃，多年平均降水量为1590.9mm，年均蒸发量为1503.8mm。降水主要集中在4～6月份，占全年降水量的44.6%。样地处于山谷地带，为12年的人工纯林，平均胸径18cm，平均树高14m，郁闭度为0.7，树木生长状况良好；林下植被以草本为主并有少量灌木，土壤肥沃，土层深厚。

3材料与方法

在试验林内进行标准地调查，2007年7月19日00：00时～7月20日24：00时，选择生长正常的一株标准木进行测定。

测定仪器：热脉冲速度记录仪（Heat Pulse Velocity Recorder，简称HPVR）。它是基于热脉冲技术。

热脉冲速度记录仪的安装及有关参数的确定方法是：①在样本登记表上记录样木位置并编号。②在树干上距地面1m高处用木锉除去一圈死树皮，并围贴上5cm宽的胶带。③在胶带上用测树卷尺准确量取树干直径及周长。④用指南针确定树干上的东南西北4个方位，在胶带上标出相互等距的4个测点，作为不同深度探头的安装位点。⑤将已制备的钻孔模板固定在测点上。钻模厚20mm，长50mm，宽20mm，其中线上有3个直径2mm的小孔，上孔与中孔距离10mm，中孔与下孔距离5mm，选取1.80mm直径的钻头，用微电钻打孔至预定的深度。⑥用3根钢棍插入3个孔中，将带有不干胶的卡片紧贴其上，用解剖刀划出钢棍在卡片上的轨迹，按公式要求计算热源与探头的实际距离。⑦随机确定不同深度探头所对应的仪器记录通道，按不同深度插入探头，并与通道相连接，在测定处中孔安装热脉冲注射器，上、下孔插入热敏探头，用铝箔将安装部位遮蔽，以避免太阳辐射干扰。⑧连接电源（12V铅酸电池）。⑨调零并设置仪器操作参数、日期、时间，取样间隔为20min，脉冲持续时间为1.6s。⑩测定完成后将仪器内存中数据转录至笔记本电脑上存储。拆除探头后，用生长锥在每个测点处取树干木质部样品，取样确定心材与边材半径。在室内用电子天平测其鲜重、干重值，并利用阿基米德定律称取其体积，计算其树液体积比率及木材体积比率（图1）。

4结果与分析

4.1四川桤木树干液流速率的日进程

从图2、图3可以看出：无论是春季还是夏季，四川桤木树干液流均表现出明显的昼夜变化规律。从图2中可以看出，在春季，6：00时液流开始明显上升，并于12：00～13：00时达到峰值，然后开始缓缓下降，直至来日日出之前进入低谷，呈明显的单峰曲线；从图3中可以看出，在夏季，5：00～6：00时液流开始明显上升，11：00～12：00时达到一个峰值，然后迅速下降，并于13：00～14：00时达到一个较低值；在14：00～15：00时又达到一个峰值，然后开始缓缓下降，直至来日日出之前进入低谷，呈明显的双峰曲线，即低谷“午休”现象。

四川桤木在夜间有上升液流存在。Kramer指出，水分吸收有两种机理：常见于缓慢蒸腾植物的主动吸收和在迅速蒸腾植物中占据优势并发生在大多数木本植物中的被动吸收，主动吸收是由于根压的作用[1]。夜间由于蒸腾速率基本为零，不会有大量的水分被树木吸收，此时测得茎中木质部中上升液流的存在，推测原因只能是根压使然[2～4]。

4.2四川桤木树干液流量的计算

热脉冲方法中树干液流量的计算公式为：

Q=Vs·As

式中：Q为树干液流量（kg/d）；Vs为液流速度（g·cm2·hr-1）；As为边材面积（cm2）。

把测定结果代入公式，得到不同树种年树干液流量。经过计算四川桤木的年树干液流量为2.92t/yr；单位面积的年液流通量为11.107kg/cm2。

4.3树干液流对环境因子的响应

树干液流的变化除了受到树木的生物学结构、土壤供水水平影响外，还受到周围气象因子的制约。本研究选择了夏季四川桤木生长旺季的液流速率作为因变量，分析太阳辐射强度（ESR）、空气温度（Ta）、空气相对湿度（RH）、土壤温度（Ts）、饱和水气压（Pw）和风速（Ws）等6个环境因子对其影响，并制图，得到图4至图9。

从图4和图5可以看出，四川桤木树干液流速率与太阳辐射强度、空气温度和风速的变化基本一致。太阳辐射强度由5：00左右零值，而后迅速上升，树干液流的启动时间比净辐射超过零值的时间滞后30min，在5：30开始有明显的启动，太阳辐射强度和空气温度逐渐升高，树干液流也随之增大；树干液流的峰值比太阳辐射强度和空气温度的峰值提前1h，于11：30左右达到高峰后急速减小；2h后又快速增加，并在15：30左右达到一个亚峰值，而后缓慢下降；在晚上21：00太阳辐射强度达到零值而空气温度也降至较低值，液流仍维持在一定的水平，液流在22：00达到较小水平，整个太阳辐射强度和空气温度都呈现单峰型曲线，而树干液流日变化呈现双峰型曲线。从图9可以看出：林内风速的变化受大气气流运动的影响，风速与树干液流的日进程基本一致，但对树干液流的影响不如太阳辐射强度和空气温度、空气相对湿度等强烈。风速是通过影响空气相对湿度间接影响树干液流速率的：当风速越大时，空气相对湿度就越低；风速越小时，空气相对湿度就越高[5]。

由图6可见，四川桤木树干液流速率与空气相对湿度的变化规律相反，空气相对湿度低的时候液流速率高，空气相对湿度高的时候液流速率低。当夜间至黎明空气水汽接近饱和、相对湿度趋近100。叶子与大气的界面系统水势梯度接近0值，叶子蒸发量低，树干液流通量低；白天空气相对湿度下降，界面系统的水势梯度增大，水分蒸发增强，树干液流也加快；当相对湿度还没有达到最小（10：00～11：00），树干液流已选最大，相对湿度继续减小至最低，树木的自保护机制起作用，部分气孔自动关闭。树液流动下降，午后随着辐射与气温的下降，相对湿度增大，气孔开放，树液流动又上升，相对湿度继续增大，水势梯度减小，树液流动再次下降，有时还会出现反弹，表现为多个峰值，直至凌晨5：00液流降至最低值。

图7中可以看出，不同土层的土壤温度的变化是不一致的：10cm层和20cm层的土壤温度变化幅度大，且变化趋势与树干液流速率较为一致。40cm层和100cm层的土壤温度变化不明显，而树干液流速率的变化呈双峰曲线。液流速率随着土壤温度的升高而升高，这与Cochard等[6]的研究结果一致：土壤温度的变化主要集中在近地表层（40cm以上）；夜晚低，白天高，在一天当中的变化呈单峰曲线。土壤温度波动滞后于空气温度的变化2h，这是由于土壤巨大的热容性及传导阻力引起的[4，7，8]。树干液流的峰值基本与空气温度的峰值同步，比土壤温度的峰值要早2h。

从图8中可以看出，在前24h，树干液流速率与饱和水气压有较好的同步性；后48h，树干液流速率受饱和水气压的影响不明显。这主要是由于树干液流速率不仅受到饱和水气压的影响，还受到其它环境因子和自身生理特性的影响，是由多种因子决定的。不少学者的研究发现，当饱和水气压值偏高时，植物的气孔导度会大幅下降，因而会限制蒸腾[9]。在晴天空气温度、空气相对湿度随着辐射强度的变化而变化。而蒸汽压亏缺是温度和空气相对湿度的函数，随着辐射增高而随之增加[9]。

2013年11月绿色科技第11期4.4树干液流与环境因子的相关性分析

树木液流的变化除了受到树木本身的冠层结构、气孔开度、树干水力结构和根系水力传导特性等生物学结构影响，也受土壤水分状况、气象因子等外界环境因子的制约。建立外界环境因子与树干液流的数量关系，不但能揭示气象因子对植物水分生理变化的影响，而且能利用气象参数预测树木的耗水量。

选取2007年7月18日～21日72h的环境因子与树干液流速率用DPS7.05进行逐步回归分析。结果四川桤木树干液流与环境因子的回归模型为：

Y（四川桤木）=50.307-0.0005ESR+0.568Ta-2.693Ts+0.892Pw-0.282Ws。

式中，Y为液流流速，Esr为太阳辐射强度，Ta为空气温度，Ts为土壤温度，Pw为饱和水气压，Ws为风速。决定系数=0.83。可以通过这个模型预测单株四川桤木的日蒸腾耗水量，了解水分平衡状况。进一步进行偏相关分析，得到表2。

表2四川桤木偏相关系数

相关系数偏相关t检验值p-值r（y，ESR）-0.14871.22180.2261r（y，Ta）0.7689.7430.0001r（y，Ts）-0.40133.55960.0007r（y，Pw）0.15291.25680.2132r（y，Ws）-0.16881.39130.1687

从表2可以看出，对四川桤木树干液流速率影响因子由大到小依次为：太阳辐射强度>饱和水气压>风速>空气温度>土壤温度。

5结语

（1）四川桤木树干液流日出后（5：30～6：00）液流开始上升，并于11：00～17：00时到达峰值，然后迅速下降，19：00时速度变慢，至次日的日出之前液流微弱，但始终存在。

（2）四川桤木的单位面积的液流通量为11.107kg/cm2。

（3）树干液流的日进程与太阳辐射、空气温度具有较好的生态学同步性；但同一株树在不同时间.树干液流的大小相差较大。

（4）四川桤木的液流速率在夏季与光合作用一样在中午前后的低谷“午休” 现象。

（5）在夜晚时四川桤木树干液流速率非常低，但总是存在，据此判断四川桤木存在根压。

（6）对四川桤木树干液流速率影响力由大到小依次为：太阳辐射强度>饱和水气压>风速>空气温度>土壤温度。

（7）四川桤木树干液流与环境因子的回归模型为：

Y（四川桤木）=50.307-0.0005Esr+0.568Ta-2.693Ts+0.892Pw-0.282Ws。

参考文献：

[1] Kramer P J，Kozlowski T T.Physiology of woody plants[M].NewYork：Academic Press，1979.

[2] Granier A.Evaluation of transpiration in a Douglas-fir stand by means of sap flow measurement[J].Tree Physio1，1987（3）：309～319.

[3] 李海涛.用于测定树干木质部蒸腾液流的热脉冲技术研究概况[J].植物学通报，1997，14（4）：517～534.

[4] 李海涛，陈灵芝.应用热脉冲技术对棘皮桦和五角枫树干液流的研究[J].北京林业大学学报，1998，20（1）：1～6.

[5] 刘奉觉，郑世锴，巨关升，等.树木蒸腾耗水测算技术的比较研究[J].林业科学，1997，33（2）：117～126.

[6] Cochard H，Rodolphe M，Patrick G，et al 2000.Temperature ef.fects on hydraulic conductance and water relations of Qbtercus robur[J].J Exp Bot，51（348）：1255～1259.

[7] 孙慧珍，周晓峰，赵惠勋.白桦树干液流的动态研究[J].生态学报，2002，22（9）：1387～1391.

篇5

关键词：蒸汽渗透理论 相对湿度 冷凝验算 蒸汽分压力

建筑围护结构所隔开的室内外空气均是含有一定水分的湿空气。由于室内外存在着温度差、湿度差及压力差，使空气中的水分以气体和液体的形式在建筑围护结构中进行能量的、质量的迁移。该过程是一个相当复杂的物理过程，目前已经探索到的任何某种单一理论模型均不能概括某种多孔介质在所有条件下的湿传递。

《规范》中防潮验算方法的基本理论

1.1稳态条件下围护结构内部湿度分布理论

稳态条件下的纯蒸汽渗透理论是《规范》中防潮验算的根据，该理论的基本假设条件为：

（1）室内外空气的水蒸气分压力都取为定值，不随时间而变化;

（2）不考虑围护结构内部液态水分迁移;

（3）不考虑热湿交换过程之间的相互影响;

（4）各层材料是均匀的，各向同性的，忽略材料由于温度不同，含湿量不同引起的物性参数的变化。

根据以上简化，通过围护结构的蒸汽渗透量，与室内外的水蒸气分压力差成正比，与渗透过程中受到的阻力成反比。单位时间内通过单位面积的蒸汽量，蒸汽渗透强度可按下式计算：

围护结构材料层蒸汽渗透阻是指材料两侧水蒸气分压力差为1Pa时，通过lm2面积渗透1g水分所需要的时间何。应按下式计算：

围护结构的总蒸汽渗透阻H0：

围护结构内外表面的蒸汽渗透转移阻与材料本身的蒸汽渗透阻相比很小,可忽略不计。蒸汽渗透系数表明材料的透气能力，与材料的密实程度有关，材料的空隙率越大，透气性就越强。材料的蒸汽渗透系数与温度和相对湿度有关，计算中采用的是平均值。

围护结构内任一层内界面上的水蒸汽分压力，可按下式计算:

m=2,3,4.......

式中 为从室内一侧算起，由第一层至第m-1层的蒸汽渗透阻之和。

1.2围护结构的内部冷凝判定

判别围护结构的内部是否会出现结露，可按以下步骤进行[1]：

（1）根据室内外空气的温度和湿度，确定室内外水蒸汽分压力Pi和Pe，然后按上述“任一层内界面上的水蒸汽分压力”公式，计算出围护结构各层的水蒸气分压力。并作出水蒸气分压力P的分布曲线；

（2）根据室内外空气的温度ti和te，确定围护结构各层的温度，查表1得出相应的水蒸汽饱和分压力Ps，并作出相应的曲线；

（3）根据P线和Ps线是否相交来判定围护结构内部是否会出现结露现象。如果两线相交，则在交点所在的界面上产生凝结现象；反之，则不会在围护结构内部发生结露现象。如图1

无内部结露（b）有内部结露

图1 判别围护结构内部冷凝情况（来源：建筑物理[M]）

1、目前应用中常见的问题及分析

通过上述理论可以看出，选取合理的室内外温度和相对湿度，以及由此而查找准确的饱和蒸汽分压力值，是确定室内外水蒸汽分压力的关键环节。目前一般的做法为室外温度和相对湿度选取采暖期的室外温度的平均值和相对湿度的平均值，室内温度选取采暖计算温度，相对湿度则由于规范上没有明确给定的值而凭经验按40%~60%取。另外，按表1查找饱和蒸汽分压力时均把室内外的气压当标准大气压。按照这些原则来取参数是否合理，能否得出较准确的结论？下面将分别论述。

2.1 室内外温度的选取分析

规范中规定防潮验算时的室内温度取冬季室内计算温度18~20oC。实际在验算过程中，应该结合供暖情况，参考同类建筑累年的实际冬季室温进行选取。对于一些经常处于高温高湿的功能空间，例如厨房，应该单独进行防潮验算。室内温度的取值不但影响到各层界面温度，而且直接决定了室内空气中的蒸汽分压力大小。因此必须要在充分掌握相关数据的基础上合理确定。

2.2 室内外相对湿度的选取分析

规范中并没有明确给出室内的相对湿度取值。赵立华等[3]于1996~1998两个采暖季对哈尔滨某示范工程室内相对湿度进行了测试。室内空气相对湿度的平均值为35%.另外，《规范》在确定室内空气露点温度时，居住建筑室内空气相对湿度按60%采用，据此规定，可以认为冬季室内相对湿度60%的工况为设计工况（最不利工况），即冬季室内空气相对湿度一般不会超过60%.对于冬季只有采暖、没有空调的建筑，一般室内空气相对湿度较低，在30%~40%之间，有时甚至更低至20%.因此综合考虑各种因素建议按40%取值。实际上，单一的室内相对湿度并不能满足功能各异的房间的防潮验算，例如西安地区高校学生公寓冬季室内相对湿度甚至连20%都达不到，而一些空调建筑内的湿度则高于40%.所以应该对各种不同功能建筑的室内相对湿度进行长期的调研，建立数据库，防潮验算时就可以根据设定的条件选取合理的室内相对湿度。

篇6

摘要:

背景误差协方差特征与区域的天气气候特征密切相关。为了更好地理解中国华东地区和青藏高原地区的背景误差协方差特征，利用夏季一个月的模拟结果，以最新的多元变量相关的背景误差协方差模型为基础，通过提取隐含背景误差协方差中的变量相关系数、特征值、特征向量和特征长度尺度等，对这两个区域的背景误差协方差特征进行比较和分析。结果表明，相对于华东地区，青藏高原地区变量之间的影响关系更显著，背景场的误差更大，大气特征具有更强的局地性。对青藏高原地区资料同化而言，观测资料占有更大的权重和更小的影响范围，对青藏高原地区观测资料提出了更高的要求。

关键词:

资料同化;背景误差协方差;青藏高原;华东地区

利用资料同化的方法提取观测资料的有效信息是改进数值预报初始场进而提高数值预报水平的一个重要手段(张卫民等，2005)。目前资料同化方法有很多，主要有:变分法(三维变分和四维变分)(官元红等，2009)、Kalman滤波(扩展Kalman滤波和集合Kalman滤波)(闵锦忠等，2013)方法以及混合(Hybrid)同化方法等(陈耀登等，2014a;闵锦忠等，2015)。不论对于哪种资料同化方法，背景误差协方差信息都起着关键作用，背景误差协方差的好坏直接影响着同化系统的性能(Fisher，2003)。因此如何合理估计与构造背景误差协方差以及其特征的研究一直以来都是资料同化的关键工作和重点研究的问题(Berre，2000;邱晓滨，2011;王瑞春等，2012;赵延来等，2013;陈耀登等，2014b)。

在实际操作中，背景误差协方差矩阵的计算存在两个主要问题:首先，“真实”大气状态未知，在实际问题中如何准确计算背景场误差是一项难度很大的工作(邱崇践，2001)。为估算出合理的背景场误差，研究人员采用了不少方法，如更新矢量法(龚建东和赵刚，2006)，NMC法(NationalMeteorologyCent，亦称NCEP法)(ParrishandDerber，1992)，En-semble法(Evensen，2003)等。其次，超大规模的背景误差协方差信息在同化系统中进行直接表示和运算都具有较大难度景误差协方差矩阵，研究人员提出了控制变量转换法(ControlVariableTransforms，简写为CVT)(DerberandBouttier，1999)。控制变量转换(Bannister，2008)。为构造在同化系统中既可以方便操作又较为真实可靠的背通常包括物理变换、水平变换和垂直变换(张华等，2004;庄照荣等，2006)。控制变量转换将背景误差协方差矩阵隐含在控制变量转换算子中，不再需要直接表示。因此控制变量转换算子也就包含了该区域的背景误差协方差特征。

近年来，国内外开展了不同区域、不同天气气候情况下的背景误差协方差特征的研究(Dance，2004;范水勇等，2006;曹小群等，2008;刘磊等，2009;MichelandThomas，2010;王曼等，2011)，他们的研究表明背景误差协方差特征与区域的天气气候特征密切相关。青藏高原由于其复杂的地形和独特的气候特点而被称为地球“第三极”(丁一汇和张莉，2008)，对中国、亚洲甚至全球的大气环流都有非常重要的影响(李永华等，2011)。而同处类似中纬度区域的我国华东江淮地区春夏交替时的梅雨，是我国夏季降水的重要组成部分(周曾奎，1996)，梅雨期降水持续时间的长短和雨量的多寡与江淮地区的旱涝灾害和社会经济密切相关(丁一汇等，2007)。为对我国华东江淮地区和青藏高原地区背景误差协方差特征有更好的理解，本文以WRFDA(DataAssimilation(DA)systemfortheWeatherRe-searchandForecastingmodel)中多元变量相关的背景误差协方差计算模型为研究基础(Chenetal．，2013)，该协方差计算模型补充建立了散度风场与温度场、表面气压场的相关关系，也补充建立了湿度场与风场、温度场、表面气压场的相关关系。研究通过提取背景误差协方差构造过程中，隐含背景误差协方差信息的控制变量转换算子的相关信息，来对这两个区域的背景误差协方差特征进行比较和分析。

1背景误差协方差矩阵的计算

如前文所述，在变分同化系统中B矩阵的直接描述存在着困难，目前国内外多数资料同化系统采用控制变量转换的方法来对B矩阵进行描述。控制变量转换算子U满足关系。目前在WRFDA也采用控制变量转换的方法来描述背景场误差协方差信息(Bakeretal．，2012):经过控制变量转换，背景误差协方差矩阵的特征隐含在了物理变换的回归系数、水平变换的特征长度尺度、垂直变换的特征值和特征向量中。

2试验方案介绍

研究区域分别为华东地区和青藏高原地区(图1)，两个区域的基本设置一致:网格点为150×120，垂直层39层，顶层气压为50hPa，水平分辨率12km。预报模式使用WRF(ARW)V3.5.1版本，积云对流参数化方案为浅对流Kain-Fritcsh方法，微物理方案为WSM6方法，边界层方案为YSU边界层方法，Dudhia短波辐射方法和RRTM长波辐射方法。利用NCEP(NationalCentersforEnvironmentalPrediction)的FNL(FinalOperationalGlobalAnaly-sis)资料，从2009年6月20日00时—7月20日00时(世界时，下同)，每天分别从00时和12时进行冷启动做12和24h预报，连续进行一个月，采用NMC方法，以模式同一时刻预报时效分别为12和24h预报的结果之差作为预报误差，利用WRFDA中的“gen-be”模块计算多元变量背景误差协方差。在WRFDA系统中，多元变量相关的背景误差协方差模型(Chenetal．，2013)的选项为CV_OPTION等于6(简称CV6)。CV6的控制变量为:流函数、非平衡速度势、非平衡地面气压、非平衡温度和非平衡相对湿度。区别于传统控制变量选项(CV_OP-TION等于5)，CV6在温度场和地面气压场非平衡部分的计算中，除考虑二者与流函数的回归统计关系，增加计算了温度和地面气压场与非平衡速度势的回归分析项;在相对湿度非平衡部分计算中，完整考虑了相对湿度与其他所有控制变量的相关关系，利用回归分析的方法，建立相对湿度与其他所有控制变量的统计平衡关系。

3背景误差协方差特征分析

3.1平衡特征物理变换是为了消除模式变量之间的相关性而引入，物理变换通过变量间的回归关系，将模式变量分为平衡部分和非平衡部分，平衡部分表示变量之间的相关影响部分，留下的非平衡部分则作为同化系统的分析变量，具体定义见(Chenetal．，2013)。图2显示了各控制变量的平衡部分及各变量对平衡场贡献比例的垂直分布。流函数代表了风场中有旋无辐散部分，非平衡速度势则代表风场中无旋有辐散部分。从图2a、b中可以看出，在两个区域，流函数对速度势的贡献都很小，且在近地面和对流层中层，流函数的贡献出现极大值，但也没超过10%。在两个区域相对湿度的平衡场中(图2c、d)，可以发现在模式的下层(13层以下)平衡场的比例较大，说明在模式中下层各个变量对湿度场有较大影响。两个区域各个变量对相对湿度平衡部分的作用，非平衡温度对平衡场的贡献最大，接着非平衡速度势和流函数，非平衡表面气压影响最小。同时，也能看出在高原地区各控制变量对相对湿度的影响比在华东地区略大，说明在高原地区各变量对湿度场有更大的影响。在图2e、f温度的平衡场中，两个区域非平衡速度势的贡献都比流函数的影响大，说明无旋的辐散风场对温度的影响比较大。温度的平衡场中近地面层和对流层中层贡献出现极值，说明这在近地面和对流层中部，风场对温度的影响比较明显。对比图2e和图2f，可以发现，在高原地区非平衡速度势和流函数对温度场的影响明显比华东地区大，表明在高原地区风场对温度场的影响更为显著。总体而言，本研究中高原地区与华东地区由于在类似纬度，整体的变量平衡关系有大体类似的特征，但在高原地区变量之间的影响程度要比华东地区显著一些。

3.2特征值和特征向量垂直变换通过经验正交函数(EOF)的特征模分解得到特征向量和特征值，从而估计背景误差协方差的垂直分量。图3为在EOF空间各个模态上各控制变量的特征值，可以看出，四个控制变量随模式层有类似的变化趋势，在前几个模态，高原地区和华东地区的特征值均比较大，但随模态数增加快速减小，在第20模式态后逐步趋近于0。对比两个区域，在前几个模态，高原地区各个控制变量特征值均比华东地区的大，高原地区的流函数、非平衡温度和相对湿度的第一模态对应的特征值甚至是华东地区的两倍。由于特征值主要表示误差量级的大小，前几个模态又代表了误差的主要特征，所以可以得出高原地区的背景场的误差比华东地区显著，表明模式在高原地区的模拟效果比华东平原地区略差，这主要是由于高原地形复杂，且观测站点稀少，导致数值模式以及资料同化等误差相对较大。最大特征值对应第一特征向量，代表了背景场误差的最主要垂直结构特征。图4为各控制变量最大特征值对应的第一特征向量在垂直高度上的分布。由流函数的第一特征向量，可见高原地区和华东地区在20层以下都是正的垂直误差分量。对于非平衡速度势的第一特征向量，在27、28层(200hPa)附近，两个地区均出现极值，由于流函数和非平衡速度势反映风场的运动，因此极值的出现，说明此处风场的背景误差比较大，很有可能与中纬度高空急流有关，同时也表明在这个位置对高空急流的模拟能力不足，导致模式计算得到的背景场误差较大。非平衡温度的第一特征向量在两个区域的低层出现极值，高原地区为极大值，华东地区为极小值。随高度增加非平衡温度特征向量逐步减小，在10层以上，误差几乎为零，说明非平衡温度在垂直方向上传播时衰减很快，局地性比较强，也表明高层温度与低层温度的相关性很小。相对湿度的第一特征向量随高度变化，在低层和高层，第一特征向量几乎为0，是因为低层较小表明在低层水汽场的垂直相关性很小，而高层小是因为水汽很少，几乎为零。由于青藏高原高海拔大地形的影响，高原地区的气压层分布与平原地区本身就具有较大差异，误差特征差异进一步的分析还需要考虑高原大地形的影响。

3.3水平特征长度尺度特征长度尺度是水平变换递归滤波过程中的重要参数，通过其数值大小可反映在同化过程中观测信息的影响范围。从图5可以看出，两个区域流函数和非平衡速度势的特征长度尺度的数值大小都要远大于非平衡温度和非平衡相对湿度，说明在同化过程中温度和相对湿度的观测影响较风场观测的影响范围小，也说明温度和相对湿度的水平尺度较小，局地性强。对比两个区域的特征长度尺度也可以发现，高原地区各个控制变量的特征长度尺度均比华东地区的小。对于流函数和非平衡速度势，高原地区的特征长度尺度略小于华东地区。而对于非平衡温度和非平衡相对湿度，高原地区的特征长度尺度明显小于华东地区。表明高原地区的大气特征相对于华东地区具有更小的水平尺度和更强的局地性，尤其对于本身水平尺度就较小、局地性较强的非平衡温度和非平衡相对湿度，在高原地区水平尺度表现的更加小，局地性更强;也表明在利用该背景场误差协方差模型进行同化的过程中高原的观测资料影响范围比华东地区影响范围小，尤其是温度场观测和相对湿度场的观测。

4结论与讨论

背景误差协方差特征与区域的天气气候特征密切相关，对不同背景误差协方差进行描述是非常必要的，本文以WRFDA中最新的多元变量相关的背景误差协方差计算模型为基础，对比类似纬度我国华东江淮地区和青藏高原地区的背景误差协方差特征，得出以下结论:

1)高原地区与华东地区由于在类似纬度，整体的变量平衡关系有大体类似的特征，但由各变量之间的变量平衡关系得到的平衡部分贡献在高原地区要大于华东地区，表明在高原地区变量之间的相关性要比华东地区显著一些。

2)由垂直变换中的特征值分析表明，高原地区各个控制变量前几个模态的特征值均比华东地区的大，高原地区的流函数、非平衡温度和相对湿度的第一模态对应的特征值甚至是华东地区的两倍，说明高原地区的背景场的垂直误差比华东地区显著。这一结果表明，在资料同化过程中，高原地区的观测资料将比在华东地区占有更大的权重，对高原区域观测资料提出了更高的要求。

3)对第一特征向量的研究表明，高原地区和华东地区在20层以下，流函数的特征向量均显示为正的垂直误差分量。对于非平衡速度势的第一特征向量，在200hPa附近，两个地区均出现极值，说明此处风场的背景误差比较大，很有可能与模式对中纬度高空急流模拟能力不足有关。非平衡温度在垂直方向上传播时衰减很快，局地性比较强。

4)从特征长度尺度看，两个区域流函数和非平衡速度势的数值都远大于非平衡温度和非平衡相对湿度，说明在同化过程中温度和相对湿度的观测影响较风场观测的影响范围小，也说明在两个区域温度和相对湿度的水平尺度均较小，局地性较强。高原地区各个控制变量的特征长度尺度均比华东地区的小，表明高原地区的大气特征相对于华东地区具有更小的水平尺度和更强的局地性。这与高原地区地形变化大，天气特征具有更强的局地性特征是相联系的，这一结果表明，在资料同化过程中，高原地区的观测资料将比在华东地区有更小的影响范围。

篇7

关键词：暖通；空调；系统；自动控制

采暖、通风和空气调节系统的自动控制，包括参数检测、参数和动力设备状态显示、自动调节和控制、工况自动转换、设备连锁与自动保护以及中央监控与管理等。暖通空调系统自动化程度是反映空调技术先进性的一个重要方面。实现暖通空调系统调节的自动化，不仅可以提高调节质量、降低冷、热量的消耗、节约能量，同时还可以减轻劳动强度，减少运行人员，提高劳动生产率和技术管理水平。因此，随着自动控制技术和电子技术的发展，暖通空调系统的自动控制必将得到更广泛的应用。

1、空调自控系统的基本组成

在空调系统中，为满足生产、操作或使用过程的需要加以调节的各个环节称为调节对象(如空调房间以及各种热湿处理装置）。反映这些调节对象特性的参数称为调节参数或被调量。对调节参数规定的数值,即需要保持恒定或按预先给定规律随时间而变化的数值叫做给定值(如设计要求的室内基准温湿度等)。

由于种种干扰因素或扰量的存在，被调量的实际值与给定值之间总会产生一定偏差。空调自动控制的任务就是根据调节参数的这种偏差，通过由不同调节环节所组成的自动控制系统来控制各参数的偏差值，使之处于允许的波动范围内。一般来说，空调自动控制系统应由以下几种主要部件组成：

1.1传感器(变送器）

传感器用来感受被调参数的变化，并及时发出信号给调节器。如传感器发出的信号与调节器所要求的信号不符时，则需利用变送器将所发信号转换成调节器所要求的标准信号。因此，传感器的输入是被调参数输出是检测信号。常用的传感器有铂电阻温度计和氯化锂湿度计等。也有机电一体化型，即把传感器与变送器组合成一体。

1.2调节器

调节器接受传感器输出的信号并与给定值进行比较，然后将测出的偏差经过放大变为调节器的输出信号，指挥执行机构对调节对象作调节。常用的调节器按被调参数的不同,有温度调节器、湿度调节器、压力调节器等;按调节规律(调节器的输出信号与输入偏差信号之间的关系〉不同，有位式调节器、比例积分调节器和比例积分微分调节器等。

1.3执行机构

执行机构接受调节器的输出信号，驱动调节机构。如接触器、电动阀门的电动机、电磁阀的电磁铁、气动薄膜部分等都属于执行机构。

1.4调节机构

调节机构与执行机构紧密相关，有时与执行机构合成一个整体，它随执行机构动作而动作。如调节风量的阀门、冷热媒管路上的阀门、电加热器等。当执行机构和调节机构组装在一起并成为一个整体时,则称之为执行调节机构。如电磁阀、电动二、三通,和电动调节风阀等。

综上所述，调节对象的调节参数因扰量作用而发生变化，经传感器测量并传送给调节器，调节器根据调节参数与给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，使调节对象的调节参数保持在给定值的规定偏差范围内。

2、室温控制

室温控制是暖通空调自控系统中的一个重要环节。它是用室内干球温度传感器来控制相应的调节机构，使送风温度随扰量的变化而变化。

改变送风温度的方法有：调节加热器的加热量和调节新、回风混合比或一 、二次回风比等。调节热媒为热水或蒸汽的空气加热器的加热量来控制室温，主要用于一般工艺性空调系统;而对温度精度要求高的系统,则须采用电加热对室温进行微调。

室温控制方式可以有双位、恒速、比例及比例积分控制方式等几种。应根据室内参数的精度要求以及房间围护结构和扰量的情况,选用合理的室温控制方式。

室温控制时，室温传感器的放置位置对控制效果会产生很大影响。室温传感器的放置地点不要受太阳辐射热及其他局部热源的干扰,还要注意墙壁温度的影响，因为墙壁温度较空气温度变化滞后得多，最好自由悬挂，也可以挂在内墙上。

在大量工业与民用建筑中，空调房间无需全年固定定温，故可采用变动室温的控制方法。它与全年固定室温的情况相比，不仅能使人体适应室内外气温的差别，感到更为舒适，而且可大为减少空调全年运行费用，夏季可节省冷量，冬季可节省热量。

3、室内相对湿度控制

3.1间接控制法(定露点）

对于室内产湿量一定或者波动不大的情况，只要控制机器露点温度就可以控制室内相对湿度。这种通过控制机器露点温度来控制室内相对湿度的方法称为"间接控制法"。

有时为了提高调节质量，根据室内产湿量的变化情况，应及时修正机器露点温度的给定值，可在室内增加一只湿度传感器。当室内相对湿度增加时，湿度传感器调低的给定值，反之，则调高的给定值。

3.2直接控制法(变露点）

对于室内产湿量变化较大或室内相对湿度要求较严格的情况，可以在室内直接设置湿球温度或相对湿度传感器,控制相应的调节机构，直接根据室内相对湿度偏差进行调节，以补偿室内热湿负荷的变化。这种控制方法称为"直接控制法"。它与"间接控制法"相比，调节质量更好，目前在国内外已广泛采用。

4、表面冷却器的控制

在暖通空调系统中，除使用喷水室处理空气外，还常使用表面冷却（加热）器或直接蒸发式表面冷却器。它们的控制方法分述如下。

4.1表面冷却〔加热）器

表面冷却〈加热）器控制可以采用二通或三通调节阀。因干管流量发生变化，将会影响同一水系统中其他盘管机组的正常工作，使用二通调节阀调节水量时(供水温度不变），供水管路上应加装恒压或恒压差的控制装置，以免产生相互干扰现象。控制方法有两种。

4.1.1进水温度不变,调节进水流量

由室内传感器了通过调节器比例地调节三通阀，改变流人盘管的水流量。在冷(热）负荷变化时，通过盘管的水流量减少（增加）将引起盘管进出口水温差的相应变化。这种控制方法国内外已大量采用。

4.1.2冷水流量不变，调节进水温度

由室内传感器通过调节器比例地调节三通阀，可改变进水水温，盘管内的水流量保持一定。这种方法调节性能好，但投资有所增加，一般只有在温度控制要求精确时才使用。

4.2直接蒸发式表面冷却器

直接蒸发式表面冷却器控制，它一方面靠室内温度传感器了通过调节器使电磁闽作双位动作;另一方面膨胀阀自动地保持盘管出口冷剂吸气温度一定。大型系统也可以采用并联的直接蒸发式冷却盘管，按上述方法进行分段控制以改善调节性能。小型系统(例如空调机组）以及无需严格控制室内参数的场合，也可以通过调节器控制压缩机的停或开，而不控制蒸发器的冷剂流量。

参考文献

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空调机组是由各种空气处理功能段组装而成的一种空气处理调节设备，其功能包含过滤、杀菌、冷却、加热、除湿、加湿等多种，在涂装车间、医药车间、电子厂房等场合多有应用，根据实用需要，可自由选择其功能，其中空气的温湿度调节，是最常见的功能应用之一。

关键词：空调 温湿度 分区 控制

中图分类号：TB657 文献标识码： A

一、温湿度控制基础理论

为了有效控制空气温湿度，需要采用一定的方法对空气处理过程进行分析。在工程上，为了使用方便，绘制了湿空气的湿空气焓湿图。焓湿图表示一定大气压下，湿空气的各参数，即焓h（kJ/kg干空气）、含湿量d（g/kg干空气）、温度t （℃） 、相对湿度（%）和水蒸气分压力的值及其相互关系。焓湿图可以根据两个独立的参数比较简便的确定空气的状态点及其余参数，更为重要的是它可以反映空气状态在热湿交换作用下的变化过程，下图即为焓湿图。

图1：空气焓湿图

1.湿空气主要参数

1.1 相对湿度：是指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。也可表示为湿空气中水蒸气分压力与相同温度下水的饱和压力之比。

1.2 含湿量：湿空气中每千克干空气同时并存的水蒸气的质量；

1.3 干球温度：用温度计在空气中直接测出的温度。

1.4 湿球温度：等焓值状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度。

1.5 焓：湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带水蒸汽的焓之和，它与湿空气中水蒸汽的含量和湿空气当前的温度有关。

2.湿空气经过各种调节后状态的变化

2.1 加热：湿空气经过加热后，状态的变化是一样的，都是沿着绝对含湿量线上升，在此过程中，湿空气的绝对含湿量不变，干球温度上升，相对湿度减少，焓值增大。

2.2 表冷：湿空气经过表冷后，状态的变化分两种情况：一是当降温较少时，降温未达到露点，没有水凝结出来的情况，湿空气的状态沿着绝对含湿量线下降，在此过程中，湿空气的绝对含湿量不变，干球温度下将，相对湿度增大，焓值减少；二是降温较大，降温达到露点，有水凝结出来的情况，湿空气的状态沿着绝对含湿量线下将到露点，然后开始有水凝结出来，沿着100%相对湿度线下将，在此过程中，湿空气的绝对含湿量减少，干球温度下将，相对湿度增大（基本达到100%），焓值减少。但需注意，由于表冷器在换热时空气换热不均，所以实际在表冷过程中无论降温多少，均会有水凝结出来。

2.3 加湿段：目前空气调节加湿方式多为喷淋等焓加湿，空气经过加湿后，在理论上是沿着等焓线移动的，由湿度较低的一点变化动到湿度较高的一点，在此过程中，湿空气的绝对含湿量增加，干球温度下降，相对湿度增大，焓值保持不变。但需注意，由于加湿水温的影响，实际喷淋加湿过程并不是完全沿着等焓线移动，而是根据水温高低而波动，只能说近似为等焓。

二、温湿度控制分区

焓湿图基本涵盖了湿空气的所有状态点，我们以此为依据，按照温湿度控制初始点与目标点的参数对比，将焓湿图分为三个区，即为将待处理空气按状态分划到三个不同的控制区间，区分对待。

图2：焓湿图温湿度控制分区

・当d初始 < d目标，h初始 < h目标时，初始空气点位于1区；

・当d初始 < d目标，h初始 > h目标时，初始空气点位于3区；

・当d初始 > d目标时，初始空气点位于3区；

三、温湿度控制过程及方式

在空气进风位置及送风位置分别设置温湿度仪，自动检测空气温湿度变化，并实时将数据反馈至PLC控制器，通过计算得出初始点与目标点空气的“焓值”hm 和“含湿量”dm，通过比对判断当前状态位于哪个控制区间，并求出Δh、Δd、Δt。

1.当初始点位于1区时，此时一般是温度低、湿度小，需运行一次加热和喷淋加湿，先通过升温，将状态点移动到等焓线上，然后通过等焓加湿，即可达到目标点，该状态基本都在冬季出现。

2.当初始点位于2区时，此时一般是温度高、湿度小，需运行表冷和喷淋加湿，先通过降温，将状态点移动到等焓线上，然后通过等焓加湿，即可达到目标点，该状态基本都在春秋季出现。但当初始点位于2区时，我们需注意，以上为纯理论分析，而实际情况是2区位于1区和3区之间，我们又说该状态基本都在春秋季出现，而春秋季节外气特点就是早晚波动大，那么初始点将不可避免的在2区及其与其它两区的交界位置波动，造成控制模式反复切换，影响控制稳定性。鉴于以上，实际应用中当初始点位于2区及其与其它两区的交界位置时，我们需同时运行一次加热、表冷、加湿、二次加热，以兼顾所有状态，实际上相当于把2区设定为全功能状态。此种状态控制区域应向两侧区域适当延伸，消除1区及3区的边界波动，因该状态能耗高，延伸范围应根据实际调试使用情况设定，太小控制不稳定，太大则无端消耗能源。

3.当初始点位于3区时，此时一般是温度高、湿度大，需运行表冷和二次加热，先通过降温除湿，将状态点移动到目标点下方，然后通过二次加热回调，即可达到目标点，该状态基本都在夏季出现。

4.根据分区，温湿度控制对应也分以下三种操作模式

5.空气热湿处理各功能的控制方式

・一次加热：通过Δh，利用PID计算并控制一次加热燃气阀的开度；

・制冷：通过Δh，利用PID计算并控制冷水阀的开度；

・加湿：通过Δd，利用PID计算并控制加湿泵的频率；

・二次加热：通过Δt，利用PID计算并控制二次加热燃气阀的开度；

四、温湿度分区的优点

由于温湿度自动控制采用了分区控制的理念，在不同的区域，根据需要启用不同的能源和功能段。

1.有效的减少了系统的输入变量，避免温湿度超调的出现和反复的波动，可以大大缩短温湿度稳定所需的时间；

2.可以实时根据温湿度控制所需，对能源种类做出调整，比如当外界状态点位于冬季状态时，就不需要启动中央制冷站，二次加热也可以关闭，这样既方便了设备的操作，同时也达到节能降耗的目的；

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【关键词】暖通空调；系统；自动；控制

实现暖通空调系统调节的自动化，不仅可以提高调节质量、降低冷、热量的消耗、节约能量，同时还可以减轻劳动强度，减少运行人员，提高劳动生产率和技术管理水平。因此，随着自动控制技术和电子技术的发展，暖通空调系统的自动控制必将得到更广泛的应用。

1 空调自控系统的基本组成

在空调系统中，为满足生产、操作或使用过程的需要加以调节的各个环节称为调节对象。反映这些调节对象特性的参数称为调节参数或被调量。对调节参数规定的数值，即需要保持恒定或按预先给定规律随时间而变化的数值叫做给定值。

由于种种干扰因素或扰量的存在，被调量的实际值与给定值之间总会产生一定偏差。空调自动控制的任务就是根据调节参数的这种偏差，通过由不同调节环节所组成的自动控制系统来控制各参数的偏差值，使之处于允许的波动范围内。

一般来说，空调自动控制系统应由以下几种主要部件组成：

1.1 传感器

传感器用来感受被调参数的变化，并及时发出信号给调节器。如传感器发出的信号与调节器所要求的信号不符时，则需利用变送器将所发信号转换成调节器所要求的标准信号。因此，传感器的输入是被调参数输出是检测信号。常用的传感器有铂电阻温度计和氯化锂湿度计等。也有机电一体化型，即把传感器与变送器组合成一体。

1.2 调节器

调节器接受传感器输出的信号并与给定值进行比较，然后将测出的偏差经过放大变为调节器的输出信号，指挥执行机构对调节对象作调节。常用的调节器按被调参数的不同，有温度调节器、湿度调节器、压力调节器等；按调节规律(调节器的输出信号与输入偏差信号之间的关系)不同，有位式调节器、比例积分调节器和比例积分微分调节器等。

1.3 执行机构

执行机构接受调节器的输出信号，驱动调节机构。如接触器、电动阀门的电动机、电磁阀的电磁铁、气动薄膜部分等都属于执行机构。

1.4 调节机构

调节机构与执行机构紧密相关，有时与执行机构合成一个整体，它随执行机构动作而动作。如调节风量的阀门、冷热媒管路上的阀门、电加热器等。

2 室温控制

室温控制是暖通空调自控系统中的一个重要环节。它是用室内干球温度传感器来控制相应的调节机构，使送风温度随扰量的变化而变化。

改变送风温度的方法有：调节加热器的加热量和调节新、回风混合比或一、二次回风比等。调节热媒为热水或蒸汽的空气加热器的加热量来控制室温，主要用于一般工艺性空调系统；而对温度精度要求高的系统，则须采用电加热对室温进行微调。

室温控制方式可以有双位、恒速、比例及比例积分控制方式等几种。应根据室内参数的精度要求以及房间围护结构和扰量的情况，选用合理的室温控制方式。室温控制时，室温传感器的放置位置对控制效果会产生很大影响。室温传感器的放置地点不要受太阳辐射热及其他局部热源的干扰，还要注意墙壁温度的影响，因为墙壁温度较空气温度变化滞后得多，最好自由悬挂，也可以挂在内墙上。

在大量工业与民用建筑中，空调房间无需全年固定定温，故可采用变动室温的控制方法。

它与全年固定室温的情况相比，不仅能使人体适应室内外气温的差别，感到更为舒适，而且可大为减少空调全年运行费用，夏季可节省冷量，冬季可节省热量。为了提高室温控制精度，克服因室外气温、新风量的变化以及冷、热水温度波动等对送风参数产生的影响，也可在送风管上增加一个送风温度传感器T，根据室内空气温度传感器T1和送风温度传感器T2的共同作用，通过调节器调节空气加热器中热媒的流量，从而控制室温波动范围，这种方法称为送风温度补偿控制法。

3 室内相对湿度控制

3.1 间接控制法

对于室内产湿量一定或者波动不大的情况，只要控制机器露点温度就可以控制室内相对湿度。这种通过控制机器露点温度来控制室内相对湿度的方法称为“间接控制法”。具体作法如下：由机器露点温度控制新风和回风混合阀门。此法用于冬季和过渡季。如果喷水室用循环水喷淋，则可在喷水室挡水板后设置干球温度传感器TL。根据所需露点温度给定值，通过执行机构M比例控制新风、回风和排风联动阀门。这样，随着室外空气参数的变化，可以保持机器露点温度为定值；由机器露点温度控制喷水室喷水温度。

3.2 直接控制法(变露点)

对于室内产湿量变化较大或室内相对湿度要求较严格的情况，可以在室内直接设置湿球温度或相对湿度传感器，控制相应的调节机构，直接根据室内相对湿度偏差进行调节，以补偿室内热湿负荷的变化。这种控制方法称为“直接控制法”。它与“间接控制法”相比，调节质量更好，目前在国内外已广泛采用。

4 表面冷却(加热)器的控制

在暖通空调系统中，除使用喷水室处理空气外，还常使用表面冷却(加热)器或直接蒸发表面冷却器。表面冷却(加热)器控制可以采用二通或三通调节阀。因干管流量发生变化，将会影响同一水系统中其他盘管机组的正常工作，使用二通调节阀调节水量时(供水温度不变)，供水管路上应加装恒压或恒压差的控制装置，以免产生相互干扰现象。控制方法有两种。

4.1 进水温度不变，调节进水流量

由室内传感器T通过调节器比例地调节三通阀，改变流人盘管的水流量。在冷(热)负荷变化叭通过盘管的水流量减少(增加)将引起盘管进出口水温差的相应变化。这种控制方法国内外已大量采用。

4.2 冷水流量不变，调节进水温度

由室内传感器通过调节器比例地调节三通阀，可改变进水水温，盘管内的水流量保持一定。这种方法调节性能好，但投资有所增加，一般只有在温度控制要求精确时才使用。

5 结束语

从集中式空调系统运行工况分析中看出，要使空调房间内的空气参数稳定地维持在允许的波动范围内，必须对机器露点、加热后的空气温度、加湿后的空气湿度、室温或室内相对湿度进行调节。为达到这些调节目的，需要设置由不同调节环节所组成的自动控制系统。

参考文献:

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关键词 低温；环流特征；地形影响；冷平流；辽宁大连；长兴岛区；2015年9月6―7日

中图分类号 P457.31 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）21-0199-02

乡镇日最高、最低的预报是目前县级预报业务中的主要项目，但由于影响日最高、最低气温的因子较多，影响的权重比较复杂，最低气温的预报难度较大。梁理新等[1]认为地形对温度及其他天气的变化具有重要的影响作用，往往是形成某地独特气候的主要因素，熟悉本地的地形特征，掌握其影响气候的成因及规律，是做好单站预报的关键。付 雯等[2]认为降雪时段的气温变化规律与非降雪时段有很大不同。刘仁亮等[3]对乡镇最低气温预报进行了研究，指出提高乡镇气温预报准确率要研究、掌握各乡镇的气温差异规律，掌握各乡镇气温实况与数值预报的误差。赵晓川等[4]研究了营口市气温预报方法。利用NCEP/NCAR 850 hPa和925 hPa的温度资料与营口市的日最高和最低气温分季建立预报回归方程，并分析了风向、风速、低云量和降水对日最高和最低气温变化的影响程度，建立预报指标。

大连市长兴岛区位于辽宁西南部沿海地区，有长兴岛国家一般站和交流岛自动观测站，但两站温度差异较大。对于长兴岛地区2个站点间温度，长兴岛气温相对稳定，与大气环流温度的变化一致性较好；交流岛站温度规律性不明显，温度变化较大，有时随大气环流场变化而变化，有时地方性特点非常突出，特别是最低气温预报难度较大，准确率较低。为提高长兴岛地区温度准确率，对本次温度预报进行系统分析，总结规律以提高预报准确率。

1 温度概况

2015年9月7日长兴岛区2个站出现秋季以来最低气温，其中长兴岛最低气温16.5 ℃，交流岛最低气温11.6 ℃。长兴岛周边瓦房店最低气温13.2 ℃，普兰店最低气温13.2 ℃。交流岛站最低气温低于大连市所有国家观测站温度。

9月1―3日长兴岛地区气温处于偏高的状态，长兴岛站最低气温17.6～20.9 ℃，交流岛最低气温16.3～18.6 ℃。6日气温下降，长兴岛站最低气温17.6 ℃，交流岛站15.4 ℃；7日气温继续下降，长兴岛站16.5 ℃，交流岛长兴岛站11.6 ℃，两站温度差为4.9 ℃。这是秋季以来温差最大的一天。

2 环流形势特征分析

2.1 500 hPa环流形势

2015年9月5日20：00 500 hPa（图1a）欧亚大陆为两槽一脊，高压脊由河套地区向北部延伸至70°N以北，在贝加尔湖形成阻塞高压，贝加尔湖北部脊前等高线572 hPa与经线近似平行，冷空气在120°E以东从70°N地区沿等高线由北向南下影响长兴岛地区，最大风速18 m/s，长兴岛位于槽后脊前，由此可见500 hPa冷空气强度特强。500 hPa有利的环流形势场将高纬度强冷空气引导到本地区，为本次降温提供了有利的条件。6日20：00 500 hPa（图1b）贝加尔湖到东南部辽宁地区由高压脊控制，高压脊范围比5日20：00增大，北部有冷空气从贝加尔湖沿等高线西北向东南吹向辽宁北部，长兴岛区沿等高线吹东北风。高压控制下沉气流比5日20：00有利于地面辐射降温。6日20：00东北风比5日20：00北风地形有利于冷空气下山下沉降温。

2.2 700 hPa环流形势

2015年9月5日20：00 700 hPa欧亚大陆为两槽一脊，长兴岛北部高压脊为“Ω”形，长兴岛位于脊前受东北风影响，风速4 m/s。6日20：00 700 hPa从河套到内蒙古、辽宁地区由高压脊控制。大连地区东北风，风速4 m/s，高压控制的形势场比5日20：00更有利于辐射降温，较小的风速有利于辐射降温。

2.3 850 hPa环流形势

2015年9月5日20：00 850 hPa在长兴岛北部高压脊减弱，在大连南部海域形成低压环流，长兴岛位于高压底部低压顶部东北气流控制，风速4 m/s。6日20：00 850 hPa由低压后部转入高压内部，东北风2 m/s。高压下沉气流比5日20：00更有利于辐射降温，2 m/s特小的风速加剧辐射降温的强度。东北风有利于东北部陆地冷空气向长兴岛地区流动，使降温幅度增大。

2.4 地面气压场

2015年9月5日20：00地面气压场内蒙和长江东部的东海上有2个低压系统，长兴岛位于2个低压之间内1 010 hPa相对高值区内，6日20：00低压东移，长兴岛区在1 025 hPa高压区内，6日夜间地面形势场比5日夜间更有利于降温。地面形势场为本次降温提供了有利的环流形势条件。

9月5日20：00长兴岛区500 hPa相对湿度较大为90%。700 hPa迅速减小，相对湿度仅为10%。850 hPa相对湿度增大到45%。925 hPa相对湿度增大到55%。500 hPa穸让飨约跣。尤其中层干区湿度特小，使温度下降幅度增大。500 hPa湿区滞后。6日20：00区500 hPa相对湿度仅为10%，700 hPa相对湿度特小，小于10%，850 hPa相对湿度54%，925 hPa相对湿度44%。6日20：00中低层湿度较小，接近于5日20：00，有利于降温，中高层相对湿度特小，比5日20：00更有利于降温（表1）。

2.5 冷平流

分析冷平流强度5日20：00、6日20：00各层温度500 hPa与850 hPa接近，700 hPa和925 hPa温度6日20：00比5日20：00高。由此可见7日最低气温比6日最低气温低，并不是高空冷平流作用，而是由于其他因素影响（表2）。

综上分析本次低温天气是出现在500 hPa两槽一脊有利的阻塞环流形势场下，超强冷空气由极地南下，中低层高压脊控制下沉气流，有利降温的条件下，地面形势场高压控制有利于辐射降温产生。低层较小、中高层特小的相对湿度是气温较低的重要条件。高空冷平流相同的条件下地面最低温度不同，由此可见地面最低温度与其他条件关系较大。

2.6 地形影响

地形分析在交流岛东北方向地势呈喇叭口形逐渐增高，长白山山脉、千山山脉呈西北东南向延伸。长白山脚下老秃顶之山海拔高度1 367 m，千山脚下步云山海拔1 132 m。交流岛位于千山山脉西南方向。在交流岛东北方30 km处有海拔100 m弧形山脉，在其东北方向为高低错落的山峦，而长兴岛东北侧为平坦平原。长兴岛东北处为开阔平原，而交流岛南侧、东侧为“L”形山脉，海拔高度100 m。这样的地形结构是影响交流岛最低气温偏低的主要原因。东北风时冷空气沿着长白山山脉、千山山脉下坡，使山坡下气温较低。东北风时冷空气经过交流岛东北侧20 km处山脉二次下坡有利于降温。在交流岛附近5 km处东侧山脉对东北冷空气有第三次下坡作用，使交流岛吹东北风时最低气温与长兴岛相差较大，比周边普兰店、瓦房店偏低。

3 结论

（1）2015年9月6日长兴岛地区特低温度天气出现的条件为500 hPa两槽一脊有利的阻塞环流形势场下，超强冷空气由极地南下，中低层高压脊控制下沉气流。

（2）地面形势场高压控制有利于辐射降温，是低温形成的有利条件。

（3）低层较小、中高层特小的相对湿度温度下降的有利条件。

（4）高空冷平流相同的条件下地面最低温度不同，由此可见地面最低温度与其他条件相关性较大。

（5）地形对交流岛最低气温影响较大。当地面吹东北风时，冷空气经长白山脉、千山山脉以及交流岛东北侧山脉三次下坡是交流岛最低气温比长兴岛及周边普兰店、瓦房店偏低的主要原因。

4 参考文献

[1] 梁理新，黄国宗.单站最高最低气温预报方法研究[J].广西气象，2006，27（增刊1）：4-6.

[2] 付雯，柏金凤，班秋艳.冬季降雪时段的日极端气温预报方法[J].黑龙江气象，2013，30（4）：12-13.