建筑物消耗了世界上约20%的能源，其中超过40%用于空间供暖和制冷（H&C）。H&C是对气候变化最敏感的能源使用部门之一，因此对于未来气候变化下的能源预测、规划和安全至关重要。气候驱动对未来城市供暖和制冷（H&C）能源需求的影响对于可持续能源规划至关重要。H&C 能源使用在生物地球化学和生物物理上与气候系统相互作用（图1），以前的研究主要集中在H&C 能源使用与未来变暖气候之间的全球规模生物地球化学反馈，生物物理反馈在局部到区域尺度上运作，研究较少。
该研究使用混合建模框架发现由于缺少城市气候和H&C使用之间的未来双向生物物理反馈，流行的度日法可能歪曲气候驱动对H&C能源需求变化预测的幅度、非线性和不确定性。对气候变暖的空间多样化H&C需求响应突出了各个城市面临的不同挑战，因此城市能源规划需要考虑当地的气候-能源相互作用。该研究强调了对城市 H&C 能源使用进行明确和动态建模对于气候敏感型能源规划的迫切必要性。
图1：气候变暖与 H&C 能源使用之间的气候驱动的生物物理和生物地球化学反馈。生物地球化学反馈发生在更大的时空尺度（全球和十年）上，并受到此处未显示的其他非气候因素的影响，例如 H&C 设备效率、能源和能源转换效率的变化。在制冷季节的空调使用与城市环境之间存在局部（城市）规模的正生物物理反馈循环。供暖使用和城市环境形成了一个负的生物物理反馈循环。
图 2：气候驱动温度升高下的非线性 H&C 能源需求响应。a–c，城市2米空气温度变化预测的时间序列（∆Tu）(a)，冷却（ΔQc)（b），加热（ΔQh) （c）。能源需求d，e. 全球多模型平均Qc–Tu (d）和 Qh– Tu (e）敏感性的时间序列。Δ 是指预测期（2015-2099 年）每年的全球城市年平均值与 2015 年之间的预估变化。
图 3：在对生物物理反馈进行建模时，捕获了H&C 能源需求预测中增强的非线性和不确定性。a， 全球年平均制冷能源需求（∆QC）和冷却度日（∆CDD）的相对变化时间序列。b，相对∆QC以及∆CDD与平均气温的预计变化。cd与ab 相同，但针对年平均热能需求（∆Q H）和加热度日（∆HDD）的相对变化。相对∆是指预测期（2015-2099年）内每年的全球年平均值与2015年的年平均值之间的预测变化除以SSP5-8.5下的2015年值。
图 4：与预估的温度变化相比，预估的制冷和供热能源需求变化显示出更明显的空间模式和更高的不确定性。SSP 2-4.5（a，c，e）和SSP 5-8.5（b，d，f）下Tu（a，b）、QC（c，d）和QH（e，f）在过去十年（2090-2099）和第一个十年（2015-2024）之间多模型平均值变化的全球图。
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参考文献
Li, X.‘., Zhao, L., Qin, Y.et al. Elevated urban energy risks due to climate-driven biophysical feedbacks. Nat. Clim. Chang. 14, 1056–1063 (2024). https://doi.org/10.1038/s41558-024-02108-w
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