能源消费与气候关系的中美比较研究

      中图分类号：P461 文献标识码：A

      气候对社会经济系统有多层次的影响，正因为如此，世界气象组织在“世界气候计划 ”之中设立了“世界气候应用计划”和“世界气候影响计划”。在社会经济系统中，许 多要素和过程对气候变化都非常敏感，能源消费量就是其中之一[1，2]。

      能源是人类社会健康发展的基础，它既被用于各种生产和生活活动，也被用于减灾防 灾和环境调节，其中后者的耗能量对气候变化非常敏感。不同国家或不同社会阶段有不 同的产业结构和能源消费结构，能源消费与气候的关系也有明显差别。美国是世界上经 济技术水平最高、以工业为主的发达国家，中国是世界上人口最多、以农业为主、经济 技术水平相对较低的发展中国家，研究中国和美国能源消费与气候的关系，明确它们之 间的异同，对理解和制定中国能源战略具有重大的理论和现实意义。

      中国旱涝灾害频繁，水资源匮乏，水资源调配耗能量很大，而且冬冷夏热，冬季取暖 和夏季降温的范围广，需能量非常大，因此能源消费对气候变化非常敏感。目前，中国 经济和技术正值高速发展时期，产业结构与能源消费结构处于不断调整之中，能源消费 与气候的关系势必随之而发生明显变化。因此，定量地确定能源消费与气候的关系及其 变化，不但是中国能源需求量预测和气候影响评价的基础[3～32]，而且在能源规划和 计划的制订、节能目标的确定和措施的选择以及能源消费结构的调整等方面有广阔的应 用前景。

      1 资料与方法

      本文选取中国29个省会气象站，搜集其1970～1999年的历年逐日日平均气温资料，这些资料来源于中国气象局。能源消费方面的数据主要包括中国1953～1999年历年能源消 费总量及构成、1980～1999年中国生活能源消费量及煤炭和电力消费量、1953～1999年历年各种类能源消费总量及构成，这些数据主要来源于《中国能源统计年鉴》、《中国统计年鉴》。社会经济方面的数据主要是中国1953～1999历年农作物水旱灾害受灾面积资料，这些资料来源于上述统计年鉴和《中国灾情报告》。美国的数据主要包括1949～ 1999年历能源消费总量及其能源消费部门与种类构成，历年气温数据，这些数据主要来源于美国能源消费信息管理局(网址为：www.eia.doe.gov)、美国国家气象局(网址为：www.noaa.gov)两个网站及《世界经济统计年鉴》和《国际统计年鉴》。

      能源消费量的变化受社会经济和气候等因素的影响，它随着社会经济水平的提高而逐 步增长，随着气候要素的起伏而上下波动，这些变化与农作物产量极其相似。因此，本 文参考农业产量统计预报中的产量分离理论与方法[33，34]，把能源消费量

      

      趋势项是假设在气象等因子正常的情况下，受社会经济发展和人民生活水平提高影响 的那部分能源消费量，因此亦称为社会经济耗能量，它是逐渐变化的，在时间序列上是 个变化比较平稳的过程。波动项是指由于气候因子(温度、降水、灾害等)的波动而影响 的那部分能源消费量，所以亦称为气候耗能量，它是造成能源消费量波动的主要因素。 随机项是指由于其它方面的随机因素影响的那部分能源消费量，它所占比例一般较小， 又不易分离，通常忽略。

      在分析能源消费与温度因子的关系时，采用国外经常使用的度日法[35～38]，度日值 采用如下公式求得：

      

      式中，T[,i]为第i天的日平均温度，Tb为基础温度，T[,hi]、T[,ci]分别为第i天的取 暖和降温度日值，D[,h]、D[,c]分别为全年取暖和降温度日总值，本文计算中国冬季取 暖度日的基础温度是5℃，夏季降温度日的基础温度为22℃，计算美国冬季取暖度日和 夏季降温度日的基础温度均为18℃。

      在农业产量的统计预报中，产量分离的方法很多，常用的有滑动平均法、线性模拟法 、分段模拟法、对数模拟法、指数模拟法、生长函数法和多项式法等。根据大量的研究 表明，多项式法较优。本文采用多项式法对能源消费量进行分解，用相关分析和滑动相 关分析的方法研究气候耗能量与气候因子之间的关系及其变化。

      2 结果与分析

      2.1 能源消费量分解结果

      应用多项式方法分别模拟美国能源消费量、中国能源消费量及中国煤炭、石油、天然 气和水电消费量变化趋势，其趋势项模型见(6)～(11)式：