贵州省威宁县“光伏+农业”精准脱贫产业气候资源评估
2020-10-21丁立国吴战平
丁立国, 吴战平, 朱 军, 张 波*, 周 涛
(1.贵州省气候中心, 贵州 贵阳 550002; 2.贵州省山地环境气候研究所, 贵州 贵阳 550002)
2020年是全面建成小康社会和“十三五”规划的收官之年,决胜全面建成小康社会意义重大,决战脱贫攻坚任务艰巨。威宁县是目前贵州省仅有的9个未摘帽的深度贫困县之一,发展当地特色精准脱贫产业迫在眉睫,“光伏+农业”精准脱贫产业的内涵是光伏发电与特色农业的充分结合和利用,其特点是回报稳定、可持续发展。要发展“光伏+农业”精准脱贫产业,气候资源评估是基础。 我国诸多学者已对区域太阳能和农业气候资源进行了研究[1-12], 陈娟等[1]利用贵州省辐射资料,对贵州太阳能利用带进行区域气候划分和综合潜力评价,其中威宁被划分为太阳能利用资源丰富带,属于贵州省太阳能高效利用最佳区域。张艳等[2]根据威宁县60 a的气候资料和农业气候区划资料对其农业发展和生态问题进行分析,提出利用气候资源趋利避害发展经济林,着力开发气象能源节能减排,保护生态环境的可行措施。王发科等[3]利用柴达木盆地南缘1961-2015年气象资料对其农业气候资源进行分析得出调整农业种植结构,发展设施和特色农业的建议。充分评估贵州省威宁县的太阳能和农业气候资源,对发展威宁“光伏+农业”精准脱贫产业,提高人民生活质量,建设生态文明示范区,决胜脱贫攻坚战有着重要意义。
为准确评估贵州省威宁县气候资源,利用贵州威宁气象站2011-2015年逐月总辐射和1961-2019年逐月平均气温、日照时数和降水量资料,分析威宁县太阳能资源丰富度和光热水农业气候资源,以期为威宁县“光伏+农业”精准脱贫产业发展提供科技支撑。
1 资料与方法
1.1 资料
选取威宁气象站2011-2015年逐月总辐射和1961-2019年逐月平均气温、日照时数、降水量资料,资料连续性、一致性和完整性较好。
1.2 方法
1.2.1 辐射模型 采用气候学辐射模型推算法,根据贵州省威宁县2011-2015年的月总辐射和日照数据计算经验系数ag和bg。利用威宁气象站1961-2019年的年日照时数资料,通过威宁县太阳能气候学模型,采用克里金插值法计算威宁县近59年的太阳能年总辐射值。
Q=Q0(ag+bg×S)
式中,Q为太阳总辐射,Q0为水平面天文辐射,S为日照百分率,ag、bg为经验系数。
1.2.2 统计分析 时间分析采用线性分析法,空间分析采用克里金插值分析法。
2 结果与分析
2.1 光资源变化情况
根据贵州省威宁县2011-2015年的月总辐射和日照数据得经验系数ag和bg分别为0.167和0.622 2,威宁县的太阳总辐射Q=Q0(0.167+0.622 2×S)。从图1看出,辐射率和日照率的相关系数为0.86,通过α=0.01的显著性检验,该气候学模型完全可用于推算威宁县的太阳总辐射。
威宁县近59年(1961-2019年)的太阳能年总辐射值在4 355~4 900 MJ/m2,太阳能总辐射分布由西向东逐渐降低(图2)。根据《太阳能资源评估方法》(GB/T 37526-2019)的资源丰富等级标准,贵州省威宁县太阳能资源总量达资源丰富等级。
从图3看出,1961-2019年威宁平均日照时数为1700.6h;1981年最大,为2003.9h;2008年最小,为1 354.4 h;随时间变化呈递减趋势,递减量为60.2 h/10a,相关系数为0.64,通过显著性检验。年代际变化趋势总体呈递减趋势,其中,在20世纪60-90年代及2000-2010年的日照时数呈递减趋势;2010年后日照时数呈递增趋势。威宁县日照时数3月最大,为187.9 h;10月最小,为103.2 h(表1)。
表1 1961-2019威宁县年各月日照、气温和降水量Table 1 Monthly sunshine, temperature and precipitation in Weining County during 1961-2019
2.2 热量资源变化情况
从图4看出,1961-2019年威宁平均气温为10.7℃,最大值为12.3℃,在2019年;最小值为9.4℃,在1976年;随时间变化呈递增趋势,递增量为0.2℃/10a,相关系数为0.65,通过显著性检验。年代际变化趋势呈先减后增趋势,具体为20世纪60-70年代平均气温呈递减趋势,20世纪70年代后平均气温呈递增趋势,其中21世纪初期平均气温的增幅最大。7月最热,为17.8℃;1月最冷,为2.2℃;月气温差为15.6℃(表1)。
生长期界限温度是作物生长季热量资源的重要指标之一,是对农作物生长发育有指示性的温度,选用日平均气温稳定通过 0 ℃、5 ℃、10 ℃和15 ℃的积温分别作为分析作物生长萌动期、生长期、生长持续期和生长活跃期不同生长阶段的界限温度。从图5看出,威宁近59年,日平均气温稳定通过 0℃有321 d,平均积温为3 813.5℃;日平均气温稳定通过 5℃有272 d,平均积温为3 473.7℃;日平均气温稳定通过 10℃有176 d,平均积温为2 625.4℃;日平均气温稳定通过15℃有85 d,平均积温为1 233.7℃。
2.3 水资源变化情况
从图6看出,1961-2019年威宁平均降水量为897.7 mm,最大值为1 313.9 mm,在2014年;最小值为554.8 mm,在1989年;随时间变化呈减少趋势,递减量为14.8 mm/10a,相关系数为0.15,未通过显著性检验。年代际变化趋势总体呈递减趋势,变化幅度不明显,具体为在20世纪60-90及21世纪00年代的年降水量呈递减趋势,而21世纪10年代后降水量呈递增趋势。威宁降水量主要集中在4-10月的作物生长季,占全年雨量的92.4%,其他月份降水量仅占全年的7.6%;6月最大,为180.6 mm;12月最小,为8.7 mm(表1)。
与生长期界限温度匹配,生长季水分资源同样是作物生长季的主要资源,是农作物生长发育的重要指标。选日平均气温稳定通过 0℃、5℃、10℃和15℃的降水量分别作为分析作物生长萌动期、生长期、生长持续期和生长活跃期不同生长阶段的降水量。威宁近59年日平均气温稳定通过 0℃、5℃、10℃和15℃的降水量分别为874.2 mm、848.8 mm、741.8 mm和367.4 mm(图7)。
3 结论与讨论
利用贵州威宁气象站2011-2015年逐月总辐射和日照时数数据,构建威宁太阳能资源气候学模型,并利用1961-2019年逐月平均气温、日照时数和降水量资料,对贵州省威宁县太阳能和农业气候资源进行分析评估得出:一是威宁县太阳能总辐射在4 355~4 900 MJ/m2,太阳能总辐射分布由西向东逐渐降低,太阳能资源达丰富等级。二是威宁县农业气候资源呈热量资源增加、光照资源减少和降水资源略减少的变化趋势,气温升高,农作物生长季延长,有利于农作物复种指数的提高,对调整农业种植结构、增加农作物产量有利。威宁县生长季阳光充足、光能丰富、温凉湿润、降水充沛,气温相比全省其他地区低,热量不够充足,适合春播马铃薯、苋菜、燕麦及药材等喜凉作物的生长。三是威宁县太阳能资源和农业气候资源适宜发展“光伏+喜凉农作物”精准脱贫产业,合理开发利用威宁县太阳能和农业气候资源,可为威宁县发展提供一条可持续的精准脱贫之路。
威宁县太阳能资源和农业气候资源丰富,但也存在区域差异,要合理利用气候资源,遵循农业气候资源规律,发展特色优势农产品,合理优化“光伏+农业”产业布局,促进优势精准脱贫产业的可持续发展。