貴州省威寧縣“光伏+農(nóng)業(yè)”精準(zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)氣候資源評估

丁立國， 吳戰(zhàn)平， 朱 軍， 張 波*， 周 濤

(1.貴州省氣候中心， 貴州 貴陽 550002； 2.貴州省山地環(huán)境氣候研究所， 貴州 貴陽 550002)

2020年是全面建成小康社會和“十三五”規(guī)劃的收官之年，決勝全面建成小康社會意義重大，決戰(zhàn)脫貧攻堅任務(wù)艱巨。威寧縣是目前貴州省僅有的9個未摘帽的深度貧困縣之一，發(fā)展當(dāng)?shù)靥厣珳?zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)迫在眉睫，“光伏+農(nóng)業(yè)”精準(zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵是光伏發(fā)電與特色農(nóng)業(yè)的充分結(jié)合和利用，其特點(diǎn)是回報穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。要發(fā)展“光伏+農(nóng)業(yè)”精準(zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)，氣候資源評估是基礎(chǔ)。 我國諸多學(xué)者已對區(qū)域太陽能和農(nóng)業(yè)氣候資源進(jìn)行了研究[1-12]， 陳娟等[1]利用貴州省輻射資料，對貴州太陽能利用帶進(jìn)行區(qū)域氣候劃分和綜合潛力評價，其中威寧被劃分為太陽能利用資源豐富帶，屬于貴州省太陽能高效利用最佳區(qū)域。張艷等[2]根據(jù)威寧縣60 a的氣候資料和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃資料對其農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)問題進(jìn)行分析，提出利用氣候資源趨利避害發(fā)展經(jīng)濟(jì)林，著力開發(fā)氣象能源節(jié)能減排，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的可行措施。王發(fā)科等[3]利用柴達(dá)木盆地南緣1961-2015年氣象資料對其農(nóng)業(yè)氣候資源進(jìn)行分析得出調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展設(shè)施和特色農(nóng)業(yè)的建議。充分評估貴州省威寧縣的太陽能和農(nóng)業(yè)氣候資源，對發(fā)展威寧“光伏+農(nóng)業(yè)”精準(zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)，提高人民生活質(zhì)量，建設(shè)生態(tài)文明示范區(qū)，決勝脫貧攻堅戰(zhàn)有著重要意義。

為準(zhǔn)確評估貴州省威寧縣氣候資源，利用貴州威寧氣象站2011-2015年逐月總輻射和1961-2019年逐月平均氣溫、日照時數(shù)和降水量資料，分析威寧縣太陽能資源豐富度和光熱水農(nóng)業(yè)氣候資源，以期為威寧縣“光伏+農(nóng)業(yè)”精準(zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科技支撐。

1 資料與方法

1.1 資料

選取威寧氣象站2011-2015年逐月總輻射和1961-2019年逐月平均氣溫、日照時數(shù)、降水量資料，資料連續(xù)性、一致性和完整性較好。

1.2 方法

1.2.1 輻射模型 采用氣候?qū)W輻射模型推算法，根據(jù)貴州省威寧縣2011-2015年的月總輻射和日照數(shù)據(jù)計算經(jīng)驗系數(shù)ag和bg。利用威寧氣象站1961-2019年的年日照時數(shù)資料，通過威寧縣太陽能氣候?qū)W模型，采用克里金插值法計算威寧縣近59年的太陽能年總輻射值。

Q=Q0(ag+bg×S)

式中，Q為太陽總輻射，Q0為水平面天文輻射，S為日照百分率，ag、bg為經(jīng)驗系數(shù)。

1.2.2 統(tǒng)計分析 時間分析采用線性分析法，空間分析采用克里金插值分析法。

2 結(jié)果與分析

2.1 光資源變化情況

根據(jù)貴州省威寧縣2011-2015年的月總輻射和日照數(shù)據(jù)得經(jīng)驗系數(shù)ag和bg分別為0.167和0.622 2，威寧縣的太陽總輻射Q=Q0(0.167+0.622 2×S)。從圖1看出，輻射率和日照率的相關(guān)系數(shù)為0.86，通過α=0.01的顯著性檢驗，該氣候?qū)W模型完全可用于推算威寧縣的太陽總輻射。

威寧縣近59年(1961-2019年)的太陽能年總輻射值在4 355～4 900 MJ/m2，太陽能總輻射分布由西向東逐漸降低(圖2)。根據(jù)《太陽能資源評估方法》(GB/T 37526-2019)的資源豐富等級標(biāo)準(zhǔn)，貴州省威寧縣太陽能資源總量達(dá)資源豐富等級。

從圖3看出，1961-2019年威寧平均日照時數(shù)為1700.6h;1981年最大，為2003.9h；2008年最小，為1 354.4 h；隨時間變化呈遞減趨勢，遞減量為60.2 h/10a，相關(guān)系數(shù)為0.64，通過顯著性檢驗。年代際變化趨勢總體呈遞減趨勢，其中，在20世紀(jì)60-90年代及2000-2010年的日照時數(shù)呈遞減趨勢；2010年后日照時數(shù)呈遞增趨勢。威寧縣日照時數(shù)3月最大，為187.9 h；10月最小，為103.2 h(表1)。

表1 1961-2019威寧縣年各月日照、氣溫和降水量Table 1 Monthly sunshine, temperature and precipitation in Weining County during 1961-2019

2.2 熱量資源變化情況

從圖4看出，1961-2019年威寧平均氣溫為10.7℃，最大值為12.3℃，在2019年；最小值為9.4℃，在1976年；隨時間變化呈遞增趨勢，遞增量為0.2℃/10a，相關(guān)系數(shù)為0.65，通過顯著性檢驗。年代際變化趨勢呈先減后增趨勢，具體為20世紀(jì)60-70年代平均氣溫呈遞減趨勢，20世紀(jì)70年代后平均氣溫呈遞增趨勢，其中21世紀(jì)初期平均氣溫的增幅最大。7月最熱，為17.8℃；1月最冷，為2.2℃；月氣溫差為15.6℃(表1)。

生長期界限溫度是作物生長季熱量資源的重要指標(biāo)之一，是對農(nóng)作物生長發(fā)育有指示性的溫度，選用日平均氣溫穩(wěn)定通過 0 ℃、5 ℃、10 ℃和15 ℃的積溫分別作為分析作物生長萌動期、生長期、生長持續(xù)期和生長活躍期不同生長階段的界限溫度。從圖5看出，威寧近59年，日平均氣溫穩(wěn)定通過 0℃有321 d，平均積溫為3 813.5℃；日平均氣溫穩(wěn)定通過 5℃有272 d，平均積溫為3 473.7℃；日平均氣溫穩(wěn)定通過 10℃有176 d，平均積溫為2 625.4℃；日平均氣溫穩(wěn)定通過15℃有85 d，平均積溫為1 233.7℃。

2.3 水資源變化情況

從圖6看出，1961-2019年威寧平均降水量為897.7 mm，最大值為1 313.9 mm，在2014年；最小值為554.8 mm，在1989年；隨時間變化呈減少趨勢，遞減量為14.8 mm/10a，相關(guān)系數(shù)為0.15，未通過顯著性檢驗。年代際變化趨勢總體呈遞減趨勢，變化幅度不明顯，具體為在20世紀(jì)60-90及21世紀(jì)00年代的年降水量呈遞減趨勢，而21世紀(jì)10年代后降水量呈遞增趨勢。威寧降水量主要集中在4-10月的作物生長季，占全年雨量的92.4%，其他月份降水量僅占全年的7.6%；6月最大，為180.6 mm；12月最小，為8.7 mm(表1)。

與生長期界限溫度匹配，生長季水分資源同樣是作物生長季的主要資源，是農(nóng)作物生長發(fā)育的重要指標(biāo)。選日平均氣溫穩(wěn)定通過 0℃、5℃、10℃和15℃的降水量分別作為分析作物生長萌動期、生長期、生長持續(xù)期和生長活躍期不同生長階段的降水量。威寧近59年日平均氣溫穩(wěn)定通過 0℃、5℃、10℃和15℃的降水量分別為874.2 mm、848.8 mm、741.8 mm和367.4 mm(圖7)。

3 結(jié)論與討論

利用貴州威寧氣象站2011-2015年逐月總輻射和日照時數(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建威寧太陽能資源氣候?qū)W模型，并利用1961-2019年逐月平均氣溫、日照時數(shù)和降水量資料，對貴州省威寧縣太陽能和農(nóng)業(yè)氣候資源進(jìn)行分析評估得出：一是威寧縣太陽能總輻射在4 355～4 900 MJ/m2，太陽能總輻射分布由西向東逐漸降低，太陽能資源達(dá)豐富等級。二是威寧縣農(nóng)業(yè)氣候資源呈熱量資源增加、光照資源減少和降水資源略減少的變化趨勢，氣溫升高，農(nóng)作物生長季延長，有利于農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)的提高，對調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)作物產(chǎn)量有利。威寧縣生長季陽光充足、光能豐富、溫涼濕潤、降水充沛，氣溫相比全省其他地區(qū)低，熱量不夠充足，適合春播馬鈴薯、莧菜、燕麥及藥材等喜涼作物的生長。三是威寧縣太陽能資源和農(nóng)業(yè)氣候資源適宜發(fā)展“光伏+喜涼農(nóng)作物”精準(zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)，合理開發(fā)利用威寧縣太陽能和農(nóng)業(yè)氣候資源，可為威寧縣發(fā)展提供一條可持續(xù)的精準(zhǔn)脫貧之路。

威寧縣太陽能資源和農(nóng)業(yè)氣候資源豐富，但也存在區(qū)域差異，要合理利用氣候資源，遵循農(nóng)業(yè)氣候資源規(guī)律，發(fā)展特色優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品，合理優(yōu)化“光伏+農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)布局，促進(jìn)優(yōu)勢精準(zhǔn)脫貧產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。