贵州省威宁县“光伏+农业”精准脱贫产业气候资源评估

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。