簡介
氣候資源主要包含大氣中的光資源、熱量資源、降水資源等氣象能源以及潮汐能、生物能等其他衍生資源。氣候資源既可以作為生產資料和生活資料的天然來源,如光照、降水、熱量(積溫)等對於農業生產就屬於典型的天然資源,也可以作為生產能量的物質,如太陽能、風能。氣候資源是一種十分寶貴的可以再生的自然資源,但氣候變化或大氣成分改變也可以引起氣候資源的改進或退化。
隨著國民經濟和社會的發展,人們需要不斷尋找新的資源來彌補能源的匱乏,氣候資源成為未來人們可開發利用的豐富、理想的資源。開發利用氣候資源的社會意義在於可以促進人類社會的發展和文明進步。開發氣候資源的經濟意義在於,氣候資源在一定的技術和經濟條件下可以為人類提供物質和能量,作為特殊的生產資料直接進人生產和生活。因此,氣候資源開發利用是我國可持續發展戰略中的關鍵問題之一,也是實現我國能源安全所必須優先考慮的重點問題之一。加強氣候資源開發利用,將會成為我國調整能源結構、提高能源效率,加快可再生能源發展,提高可再生能源比重,降低化石能源比重的一項最重要的有效措施。
我國氣候資源的開發利用現狀
人類開發、利用氣候資源包括兩個方面,一是直接利用,即作為能源與物質的直接利用。例如利用太陽能和風能發電、供熱及作為機械動力,利用空氣制氧、制氮等二是間接利用,利用綠色植物同化二氧化碳和水,固定太陽能,生產有機物質等。近些年來,在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下,開發氣候資源作為未來一種替代能源已為世界各國所共識。全球太陽能和風能利用發展極為迅猛,尤其是在風電方面。
當前,我國的能源與環境問題嚴重,新能源開發利用受到越來越高的關注。我國是一個氣候資源大國,氣候資源開發利用的前景分分廣闊。我國陸地每年接受的太陽輻射能相當於24000億噸標準煤能量,如果按陸地面積的1%、轉換效率平均按20%計,一年可提供的能量達48億噸標煤I我國10 m高度層的風能總儲量為32億千瓦,實際可開發為2.53億千瓦,加上近海(1~15 m水深)風力資源,總計可裝機容量達10億千瓦。
自2004年開始,在國家發改委的支持和協調下,氣象部門自上而下、有組織地參與各級政府發展風電事業,在全國範圍內開展風能、太陽能資源多層次普查和可利用資源評估,為制訂和修訂風能、太陽能資源開發利用規劃提供科學依據,為大型風電場和太陽能電站勘察、選址提供技術支持。在此項工作的帶動下,中國氣象局成立了風能太陽能資源評估中心,從國家到省級氣象部門初步形成了風能資源評價業務,一支從事風能資源評價的業務科技骨幹隊伍正在形成。截至2009年,全國共完成400座鐵塔的生產和400套測風儀器的生產測試,完成鐵塔塔基和防雷基礎建設344座。
氣候資源開發利用服務產品
風能資源開發利用服務產品
(1)風能資源評估
風能資源評估是根據風能觀測網的實測數據和數值模擬結果,參照氣象站的歷史測風資料以及氣候信息,對目標區的風能資源分布進行綜合評價,確定風能資源總儲量估算、風能資源技術可開發量和經濟可開發量估算,並提出風電場分布區域規劃、可建風電場的數量和裝機容量等開發建議,確定潛在風電場的位置、範圍、資源等級和氣象災害風險等級。
風能資源評估主要是為了滿足風能資源普查、風電發展規劃制定和風電場建設的不同需求,主要分風能資源普查、區域風能資源評價(或風能資源詳查和評價)、風電場風能資源評估三個層面。不同層次的風能資源評價分別基於不同的基礎資料。風能資源普查主要是基於氣象站歷史觀測資料進行評估區域風能資源評價主要是基於風能資源觀測塔、參證氣象台站觀測資料分析結合中小尺度風能資源數值模擬進行評估風電場風能資源評估主要是以至少一整年的風能資源觀測塔的觀測資料,利用微尺度評估軟體進行評估。
(2)風能資源數值模擬
通過高解析度風能資源數值模擬計算,給出水平解析度1 kmX1km.100 m高度以下1o m間隔的風能資源的立體分布情況。
(3)風能資源預報
利用短期氣候預測、中長期天氣預報、中小尺度氣象模擬技術及邊界層氣象等新技術,給出特定區域和地點的風長、中、短期預報,為風電場的合理最佳運行和調度提供有效的手段和合理的建議。從實際套用來看,主要需要開展長期風能預測、短期風電功率預報和臨近風電功率預報三種時間尺度的預報預測工作。長期風能預測是指對未來10天以上的風能趨勢展望,可以進一步劃分為月、季和年度預測等短期風電功率預報是指對未來3天(72小時)以內的風電功率預報。臨近風電功率預報是指對未來3小時以內的風電功率預報,主要是對已做出的短期風電功率預報進行補充和訂正。國家氣候中心從2007年開始了風電場風電功率短期預報技術研究工作,建立了由中尺度數值天氣模式、模式輸出統計訂正模型、風電功率統計預報模型構成的風電場風電功率短期預報系統。
太陽能資源開發利用服務產品
(1)太陽能資源評估
太陽能資源的觀測量主要包括總輻射、直接輻射、散射輻射以及日照的觀測。太陽能資源評估就是建立包括太陽能總輻射總量、直接輻射量、散射輻射量的統計模型和太陽能資源評估模型。
太陽能資源評估的實質是計算到達地面的太陽輻射量。這些量包括總輻射、直接輻射和散射輻射。在實際套用中,可利用三個輻射量之間的關係對觀測或計算結果進行檢驗。太陽輻射量的大小可以用輻照度或曝輻量來表征。
日照時數或日照百分率也可以在一定程度上反映·一個地區的太陽能資源狀況。除了上述基本量之外,雲量、氣溶膠濃度、能見度(反映氣溶膠狀況)、濕度(反映水汽含量)等對太陽輻射有影響的氣象要素以及溫度和災害性天氣現象等也是太陽能資源評估所需要考慮的因素。
太陽能資源評估方法有三種,第一種是直接利用地面輻射觀測資料,第二種是氣候學計算方法,第三種是衛星遙感資料與輻射傳輸理論的利用。利用地面輻射觀測資料直接分析一個地區的太陽能資源狀況是最簡單也最準確的方法,通過一年以上的觀測資料分析各輻射量和日照時數(或日照百分率)的年變化和日變化等時間特徵以及空間分布特徵等,即可以有效地反映一個地區的太陽能資源狀況。氣候學計算方法指的是通過氣候學原理,利用與太陽輻射有關的其他地面氣象台站觀測的氣候要素間接計算到達地面太陽輻射的方法。20世紀下半葉以來,隨著輻射傳輸理論的發展和衛星遙感觀測技術的逐漸成熟及其觀測資料在時空連續性方面的明顯優勢,越來越多的研究者開始研究利用衛星遙感資料計算地面太陽輻射量的方法。我國在這方面的研究從20世紀80年代中後期開始,至今已取得較大的進展。
(2)太陽能資源區劃
影響到達地球表面的太陽總輻射量的因素繁多,太陽能資源空間分布是不均勻的,太陽能資源優劣通常是根據各地區單位面積上年均接受太陽總輻射量的多少來劃分。
太陽能資源區劃就是利用太陽能資源的分布特點,根據全國各地可接受太陽總輻射量或日照時數,將全國大陽能資源按照豐富程度進行劃分,是開發、利用太陽能資源的基礎和關鍵。
(3)農業氣候資源開發利用服務產品
氣候對農業生產的影響很大,光、溫、水是組成氣候的基本元素,它們多少的配合,從巨觀上可以決定某地區能種什麼作物,決定其產量的高低、品質的好壞。農業氣候資源由光資源、熱量資源、水分資源、大氣資源組成。
——農業光資源包括太陽總輻射量、光合有效輻射量、日照時數的調查與區劃。
——農業熱址資源包括積溫、生長期、無霜期的調查與區劃。
農業水分資源包括降水量等的調查與區劃。
如,運用地理信息系統開發農業氣候資源及地理要素信息資料庫,根據農作物氣候區劃指標進行多個氣候要素空間分析和綜合評價,得到客觀精細的農業氣候資源和作物氣候區劃成果。