[科普中国]-气候资源开发服务

简介

气候资源主要包含大气中的光资源、热量资源、降水资源等气象能源以及潮汐能、生物能等其他衍生资源。气候资源既可以作为生产资料和生活资料的天然来源，如光照、降水、热量(积温)等对于农业生产就属于典型的天然资源，也可以作为生产能量的物质，如太阳能、风能。气候资源是一种十分宝贵的可以再生的自然资源，但气候变化或大气成分改变也可以引起气候资源的改进或退化。

随着国民经济和社会的发展，人们需要不断寻找新的资源来弥补能源的匮乏，气候资源成为未来人们可开发利用的丰富、理想的资源。开发利用气候资源的社会意义在于可以促进人类社会的发展和文明进步。开发气候资源的经济意义在于，气候资源在一定的技术和经济条件下可以为人类提供物质和能量，作为特殊的生产资料直接进人生产和生活。因此，气候资源开发利用是我国可持续发展战略中的关键问题之一，也是实现我国能源安全所必须优先考虑的重点问题之一。加强气候资源开发利用，将会成为我国调整能源结构、提高能源效率，加快可再生能源发展，提高可再生能源比重，降低化石能源比重的一项最重要的有效措施。1

我国气候资源的开发利用现状人类开发、利用气候资源包括两个方面，一是直接利用，即作为能源与物质的直接利用。例如利用太阳能和风能发电、供热及作为机械动力，利用空气制氧、制氮等二是间接利用，利用绿色植物同化二氧化碳和水，固定太阳能，生产有机物质等。近些年来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，开发气候资源作为未来一种替代能源已为世界各国所共识。全球太阳能和风能利用发展极为迅猛，尤其是在风电方面。

当前，我国的能源与环境问题严重，新能源开发利用受到越来越高的关注。我国是一个气候资源大国，气候资源开发利用的前景分分广阔。我国陆地每年接受的太阳辐射能相当于24000亿吨标准煤能量，如果按陆地面积的1%、转换效率平均按20%计，一年可提供的能量达48亿吨标煤I我国10 m高度层的风能总储量为32亿千瓦，实际可开发为2.53亿千瓦，加上近海(1～15 m水深)风力资源，共计可装机容量达10亿千瓦。

自2004年开始，在国家发改委的支持和协调下，气象部门自上而下、有组织地参与各级政府发展风电事业，在全国范围内开展风能、太阳能资源多层次普查和可利用资源评估，为制订和修订风能、太阳能资源开发利用规划提供科学依据，为大型风电场和太阳能电站勘察、选址提供技术支持。在此项工作的带动下，中国气象局成立了风能太阳能资源评估中心，从国家到省级气象部门初步形成了风能资源评价业务，一支从事风能资源评价的业务科技骨干队伍正在形成。截至2009年，全国共完成400座铁塔的生产和400套测风仪器的生产测试，完成铁塔塔基和防雷基础建设344座。1

气候资源开发利用服务产品风能资源开发利用服务产品(1)风能资源评估

风能资源评估是根据风能观测网的实测数据和数值模拟结果，参照气象站的历史测风资料以及气候信息，对目标区的风能资源分布进行综合评价，确定风能资源总储量估算、风能资源技术可开发量和经济可开发量估算，并提出风电场分布区域规划、可建风电场的数量和装机容量等开发建议，确定潜在风电场的位置、范围、资源等级和气象灾害风险等级。

风能资源评估主要是为了满足风能资源普查、风电发展规划制定和风电场建设的不同需求，主要分风能资源普查、区域风能资源评价(或风能资源详查和评价)、风电场风能资源评估三个层面。不同层次的风能资源评价分别基于不同的基础资料。风能资源普查主要是基于气象站历史观测资料进行评估区域风能资源评价主要是基于风能资源观测塔、参证气象台站观测资料分析结合中小尺度风能资源数值模拟进行评估风电场风能资源评估主要是以至少一整年的风能资源观测塔的观测资料，利用微尺度评估软件进行评估。

(2)风能资源数值模拟

通过高分辨率风能资源数值模拟计算，给出水平分辨率1 kmX1km.100 m高度以下1o m间隔的风能资源的立体分布情况。

(3)风能资源预报

利用短期气候预测、中长期天气预报、中小尺度气象模拟技术及边界层气象等新技术，给出特定区域和地点的风长、中、短期预报，为风电场的合理最佳运行和调度提供有效的手段和合理的建议。从实际应用来看，主要需要开展长期风能预测、短期风电功率预报和临近风电功率预报三种时间尺度的预报预测工作。长期风能预测是指对未来10天以上的风能趋势展望，可以进一步划分为月、季和年度预测等短期风电功率预报是指对未来3天(72小时)以内的风电功率预报。临近风电功率预报是指对未来3小时以内的风电功率预报，主要是对已做出的短期风电功率预报进行补充和订正。国家气候中心从2007年开始了风电场风电功率短期预报技术研究工作，建立了由中尺度数值天气模式、模式输出统计订正模型、风电功率统计预报模型构成的风电场风电功率短期预报系统。1

太阳能资源开发利用服务产品(1)太阳能资源评估

太阳能资源的观测量主要包括总辐射、直接辐射、散射辐射以及日照的观测。太阳能资源评估就是建立包括太阳能总辐射总量、直接辐射量、散射辐射量的统计模型和太阳能资源评估模型。

太阳能资源评估的实质是计算到达地面的太阳辐射量。这些量包括总辐射、直接辐射和散射辐射。在实际应用中，可利用三个辐射量之间的关系对观测或计算结果进行检验。太阳辐射量的大小可以用辐照度或曝辐量来表征。

日照时数或日照百分率也可以在一定程度上反映·一个地区的太阳能资源状况。除了上述基本量之外，云量、气溶胶浓度、能见度(反映气溶胶状况)、湿度(反映水汽含量)等对太阳辐射有影响的气象要素以及温度和灾害性天气现象等也是太阳能资源评估所需要考虑的因素。

太阳能资源评估方法有三种，第一种是直接利用地面辐射观测资料，第二种是气候学计算方法，第三种是卫星遥感资料与辐射传输理论的利用。利用地面辐射观测资料直接分析一个地区的太阳能资源状况是最简单也最准确的方法，通过一年以上的观测资料分析各辐射量和日照时数(或日照百分率)的年变化和日变化等时间特征以及空间分布特征等，即可以有效地反映一个地区的太阳能资源状况。气候学计算方法指的是通过气候学原理，利用与太阳辐射有关的其他地面气象台站观测的气候要素间接计算到达地面太阳辐射的方法。20世纪下半叶以来，随着辐射传输理论的发展和卫星遥感观测技术的逐渐成熟及其观测资料在时空连续性方面的明显优势，越来越多的研究者开始研究利用卫星遥感资料计算地面太阳辐射量的方法。我国在这方面的研究从20世纪80年代中后期开始，至今已取得较大的进展。

(2)太阳能资源区划

影响到达地球表面的太阳总辐射量的因素繁多，太阳能资源空间分布是不均匀的，太阳能资源优劣通常是根据各地区单位面积上年均接受太阳总辐射量的多少来划分。

太阳能资源区划就是利用太阳能资源的分布特点，根据全国各地可接受太阳总辐射量或日照时数，将全国大阳能资源按照丰富程度进行划分，是开发、利用太阳能资源的基础和关键。

(3)农业气候资源开发利用服务产品

气候对农业生产的影响很大，光、温、水是组成气候的基本元素，它们多少的配合，从宏观上可以决定某地区能种什么作物，决定其产量的高低、品质的好坏。农业气候资源由光资源、热量资源、水分资源、大气资源组成。

——农业光资源包括太阳总辐射量、光合有效辐射量、日照时数的调查与区划。

——农业热址资源包括积温、生长期、无霜期的调查与区划。

农业水分资源包括降水量等的调查与区划。

如，运用地理信息系统开发农业气候资源及地理要素信息数据库，根据农作物气候区划指标进行多个气候要素空间分析和综合评价，得到客观精细的农业气候资源和作物气候区划成果。1