气候资源及其开发利用综述

气候资源及其开发利用综述
摘要：农业气候资源直接影响农业生产过程, 且能为农业生产所利用的物质或能量的农业气候要素。

随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，气象资源已成为基础性的自然资源、战略性的经济资源和公共性的社会资源，对我国的可持续发展具有强有力的支撑作用。

本文从气候资源的内涵、分类、区域划分、利用与开发四个方面进行了综述，为农业气候资源的认识以及进一步开发利用研究提供参考。

关键字：气候资源分类利用与开发
资源与环境是人类赖以生存、繁衍和发展的基本条件，资源环境与可持续发展已成为人类共同面临的重大问题[1]。

近一个世纪以来，全世界的人口增长了2倍，能源和天然资源的消费增长了10倍。

对人类的生存和可持续发展都提出了严峻的考验。

气候资源不仅是自然资源的重要组成部分，还能提供无污染的能源，是未来可开发利用的理想资源。

农业气候资源是指那些属于某种物质或能量的农业气候要素，它们不仅影响而且直接参与农业生产过程，能为农业生产对象所利用, 例如太阳辐射(光能)、二氧化碳、氧和水等。

作为农业生态环境的农业气候，可能是有利的，也可能是有害的，有害则称为灾害，称为农业气候灾害。

目前, 农业气候资源已成为农业气候学的两个重要学科分支，目前已经有许多相关研究[ 2-4]。

一般来说, 农业气候资源是以其自身的量值、随时间的变化以及各资源不同量级的组合类型等来表示其质量优劣的;而以各资源不同量级控制的面积或总量以及各资源不同量级组合类型所控制的面积来表示其数量多少的。

农业气候资源作为一种特殊的自然资源, 具有无限的循环性和单位时段的有限性、波动性和相对稳定性、区域差异性和相似性以及相互依存性和可改造性等特征。

农业是国民经济的基础，气候资源的地方差异对各地农业生产有很大影响。

通过农业气候资源区划，对合理指导地方农业生产活动、发展适合地方气候资源特点的特色农业经济具有重要意义[5]。

1.气候资源的内涵
随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，气候资源已成为基础性的自然资源、战略性的经济资源和公共性的社会资源，对我国的可持续发展具有强有力的支撑作用。

进一步树立“资源气象”的理念，从以下几个方面深刻理解“资源气候”的丰富内涵，有利于发挥气象事业对可持续发展的前瞻性作用[6-8]。

（1）气候资源是生活环境资源。

信息时代关于天气、气候的监测、预报、预测和评估产品，以丰富的形式传播到各种用户和千家万户，已成为全社会实现人与自然和谐相处的生活环境资源。

（2）气候资源是重要的经济资源。

气候信息与经济相关领域的结合可显著提高
相应产业的经济附加值，它与生产、流通和营销等过程的结合可显著提高生产运营的效率，其深加工是国家信息产业的有机组成部分。

因此，气象信息是重要的经济资源。

（3）气候资源是不可或缺的生产资源和清洁能源。

我国从南到北横跨热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带五个气候带，再加上地形条件复杂，各地气候、自然环境和生产条件千差万别，合理利用各地光、热、水、气条件调整经济结构，实现可持续发展，气候是不可或缺的生产资源。

我国是一个矿产和水资源相对贫乏、气候资源丰富多样的国家，通过对可再生、无污染的风能、太阳能、光能和空中水资源的开发利用和科学管理，可为可持续发展提供充沛的洁净能源和更多的云水资源。

从而为我国能源结构调整、为把我国建成一个资源节约型社会和环境友好型经济，为人类子孙后代能够享有充分的资源和良好的自然环境，发挥出其前瞻性作用[9-10]。

2.气候资源的分类
气候资源是指光、热、水、风及可开发利用的大气成分, 是人类生产和生活必不可少的主要自然资源, 在一定的技术和经济条件下为人类提供物质和能量。

它的可再生性、普遍性和清洁性奠定了其在可持续发展中的重要作用与地位。

2.1 太阳能资源
尽管太阳辐射到达地球大气层的能量仅为其总辐射能量( 3. 75 @ 1026W) 的22 亿分之一, 但已高达173 000 TW, 即太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500 万吨煤。

太阳能既可免费使用, 又无需运输, 而且对环境无任何污染。

我国陆地每年接受太阳辐射能相当于2. 4 万亿吨标准煤, 但由于地理纬度、海拔高度、地形和天气状况的影响, 太阳能资源分布差异较大。

丰富区主要集中在西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏和内蒙古等西部地区, 尤其是青藏高原地区, 平均海拔高度在4 000 m 以上, 全年气候干旱, 云量稀少, 大气透明度好, 其总辐射量( 5 850MW/ m2以上) 和日照时数( 3 000小时以上) 均为全国最高, 属世界太阳能资源丰富地区之一。

从20 世纪70 年代至今, 我国在太阳能利用方面有很大发展, 但仍处于试验阶段。

目前我国使用最多的为太阳能热水器, 2000 年底达到2 600 万m2以上; 甘肃、西藏、青海等地推广应用了20 多万台太阳灶; 1999 年西藏7 个无电县城安装了光伏系统,解决了机关和居民照明、通讯等用电问题; 另外还有太阳能干燥器、被动太阳房、太阳能航标灯等[7.8.11]。

2.2 水资源
水作为一种气候资源, 是人类生存必不可少的条件, 对日常生活和工农业生产有着极其重要的影响。

广义水资源是指人们所利用的一切水资源, 包括了降水
资源( 空中云水资源形成降水部分) 和天空水资源( 空中云水资源未形成降水部分) 。

其中降水资源又由去掉重复水量后的地表水和地下水, 以及滋润表层土壤的水分三部分构成[8]。

我国年降水量分布总体趋势为从东南向西北内陆减少。

年降水量最多的地区是台湾、海南、广东中部和北部湾西北部, 超过2 000 mm; 年降水量最少的地区为柴达木盆地、塔里木盆地, 少于50mm[7] 。

除了地域上的不均匀分布, 降水在时间上也呈现出明显的季节性。

我国大部地区受季风影响, 在水资源丰富区, 雨季4~ 5个月降水量约占全年的60%~ 70%, 有的地区甚至高达80% 以上。

据估算[ 6] ,我国多年平均地表水资源为2. 614 ×1012 m3, 不重复计算地下水量约为0. 132× 1012m3, 水资源总量2. 746 ×1012 m3, 居世界第6位, 但人均占有量约2 400 m3, 世界排名100位以后,不足世界人均水资源量的1/ 4。

天空水资源是可为人们所利用的另一部分水量。

随着社会的进步、科学技术的发展, 天空水资源作为一种气候资源已经逐渐被大多数人所认可。

人工增雨是目前人们主动利用天空水资源的重要方式, 已有50多年的历史, 现已发展为一项比较成熟的技术, 常被视为缓解旱情的办法之一, 对农业生产起到了重要作用[12]。

2.3 风能资源
风是由太阳辐射加热引起的。

据估计到达地球的太阳能中只有大约2% 转化为风能, 但其总量仍然十分可观[13-14]。

全球风能约为2. 74×109MW, 其中可利用的风能为2×107MW, 比地球上可开发利用的水能总量大10倍。

我国风力资源的总储量为每年16 亿kW, 特别是东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃, 以及东北、西北、华北和青藏高原的部分地区, 每年风速在3 m/ s以上的时间近4 000 h，一些地区年平均风速可达6~7m/ s 以上, 具有很大的开发利用价值。

何祚庥院士最新研究显示，目前我国初步探明的陆上可开发的风能资源达2. 59亿kW。

加上近海海域,全国可开发的风能资源估计在10亿kW 以上，是我国水能资源的2. 5倍。

但经过20年的努力,我国风电总装机容量仅达到36万kW，只占全国电力总装机容量的1‰, 约为可开发储量的1. 4‰。

由此可见，我国的风力发电与国际上发达的工业国家, 甚至与一些发展中国家相比，还有相当大的差距，具有非常巨大的开发潜力。

除此之外还有热能资源、大气成分资源（主要包括大气中的CO2 和氮气、氢气等）等[15]。

3.气候资源的区划
农业气候区划是指在农业气候分析的基础上, 以对农业地理分布和生物学产量有决定意义的农业气候指标为依据, 遵循农业气候相似原理和地域分异规律, 将一个地区划分为农业气候条件有明显差异的区域[16.17]。

农业气候区划的
主要目的是为制定农业生产计划和农业长远规划服务。

它着重从农业生产的一个重要方面农业气候资源和农业气象灾害出发, 来鉴定各地区农业气候条件对农业生产的利弊程度及分析比较地区间的差异, 为合理利用各地农业气候资源、避免和减轻不利气候条件的影响, 为农、林、牧、副、渔的合理布局, 以及建设各类农产品生产基地, 提供农业气候方面的科学依据。

气候是决定农业生产分布的主要自然条件, 早在20 世纪30 年代初, 著名气象学家竺可桢根据当时的台站气温和雨量资料, 完成了“中国气候区域”一文, 这是我国最早的气候区划。

其后, 涂长望、徐尔灏、卢沃、么枕生等也分别利用各种资料对中国进行了气候区划。

陶诗言根据热量和干湿状况把我国的气候划分为5 大类, 10 几个气候区, 避免了以农作物、地理区代替气候区, 结果与自然景观相当符合, 开创了我国现代气候区划。

1954-1959年在中国科学院的组织下, 完成了我国第一次由国家组织的全国性气候的区划。

20世纪50~ 60年代, 我国开展了农业气候区划工作, 70~ 80年代进行了大规模的气候资源调查和农业气候区划工作, 并取得了可喜成果。

20世纪90年代以来, 我国农业生产条件发生了巨大的变化, 为适应传统农业向现代农业转变、农业高新技术的发展应用、农业产业结构的调整以及气候条件和气候资源本身的变化, 中国气象局于1998~ 1999年组织江西、黑龙江等7个省份的气象局进行全国第三次农业气候区划试点工作。

根据康锡言等[ 18.19] 的研究, 第三次农业气候区划的主要特点是: 利用气候和地理信息资料, 建立了农业气候资源的空间分析模型, 综合应用“3S”技术进行细网格气候资源推算与分析, 使区划工作的精度可达到村一级水平。

郭兆夏等[20] 利用GIS软件City Star分区建立气候要素小网格模型, 将陕西气候要素推至0. 5 km地表网格上, 依据作物气候区划指标及各区化因子的不同分级评分标准,进行多要素空间分析, 制作了气候资源和作物农业气候区划矢量图产品。

黄淑娥等[ 21] 采用“3S”技术和气候区划方法, 对江西省万安县脐橙种植区进行了综合气候区划，王建源等[ 22] 利用GIS对空间数据的管理和分析能力, 对事先建立的气候因子与空间数据的DEM 模型进行运算, 并依据板栗生长的限制因子及区划指标, 对泰安市板栗进行农业气候区划, 找出了适宜、次适宜和不适宜的区域。

刘敏等[ 23] 利用GIS软件, 引入City Star中的经纬线及数字高程等图层, 通过光、热、水的小网格推算模式,推算了三峡库区湖北段100 m×100 m 网格点上的农业。

气候资源要素值, 依据农业气候区划指标, 制作了农业气候区划专题图, 为农业合理布局提供了气候依据[24.25]。

陈守智等[26] 根据荔枝生长发育与气候条件的关系, 以最低温度作为荔枝栽培区的下限温度指标,再利用个19个气候要素进行聚类分析, 把云南省的荔枝可栽培区划分成4个不同等级的区域。

4.气候资源的开发与利用
4.1 气候资源开发利用的重点任务
加强气候资源承载能力评估。

对气候资源进行评估的目的主要是调查清楚某一地区气候资源的拥有状况（数量和质量）、可利用程度（最佳值与临界值）及影响气候资源有效利的气候灾害类型和出现机率等[27]。

不仅要分门类描述和评估农业气候资源、风能资源、太阳能资源等，还要对各类气候资源的组成要素进行分析和综合。

气候资源评估需要定期进行，以便及时了解资源的拥有量及其分布随时间的变化情况。

发展气候资源开发利用新技术。

大力开发和推广光、热、水、风等气候资源应用技术，建立一批农业气候资源、森林与湿地气候资源、草原气候资源等开发示范基地和城市化发展气候资源合理开发利用示范基地。

根据农业区划、农业资源与环境数据库资料，对农业自然资源与环境进行分类、分区评估；根据各地不同的自然条件，加大太阳能直接和间接利用技术的开发力度；扩大风能利用规模，建立大型风力田，逐步提高风能、太阳能在我国能源结构中的比例，同时解决边远地区生活用电等问题。

发展气候资源管理与优化技术。

利用基本科学理论和技术对气候资源进行监测、评估和保护是气候资源管理的主要内容[28]。

气候资源评估要进一步考虑人为因素影响下（全球气候与环境变化、土地利用变化、工业化、城镇化、重大建设项目等）的气候变化问题。

研究和制定减缓气候变化对策、区域气候资源保护、大气层保护与大气环境保护等气候资源保护的政策和法规。

开发区域和局地气候资源及其演化评估技术、气候资源管理技术、不同空间尺度的气候资源优化技术和工程设计技术。

4.2提高气候资源的充分利用
对于气候资源的充分利用包括以下几点[29-31]：（1）空间上的充分利用。

农业气候资源占据一定空间, 控制一定面积, 是一种实实在在的资源。

农业气候资源的利用, 主要是通过农业生产对象, 即种植业中的作物、林业中的林果木、畜牧业中的饲草、饲料等植物实现的, 是通过土地上种植这些植物, 利用其空间的水、热、光、气资源完成的。

所以, 从某种意义上讲, 土地的充分利用, 就是农业气候资源空间上的充分利用。

（2）时间上的充分利用。

农业气候资源时间上的充分利用, 是指年内生长期的充分利用, 即土地上不仅要种作物,林果木或收草, 而且要使这些植物的生长期占满年内整个可生长的季节。

（3）强度上的充分利用。

农业气候资源有了时间和空间的充分利用还不够, 还要有强度上的充分利用。

就是说, 不仅土地要种上作物、林果木、牧草, 占满年内整个生长季, 还要使之高产, 充分吸收利用时间和空间内的光、热、水、气资源。

具体方法主要是选育或培育高光效品种，生长季尽可能维持较大的绿叶面积，恰当安排生育期等等。

4.3 开发利用太阳能、分能等应用技术
我国在开发利用气候资源方面做了大量的工作, 也取得了相当明显的成效[33]。

但从总体上看, 全社会气候资源开发利用的意识不强; 气候资源开发利用水平与社会经济发展的需求不相适应; 气候资源开发利用的规模和效益与实际可开发资源量及其对社会经济可持续发展的潜在贡献率仍然差距较大。

为此, 必须进一步采取措施, 加强气候资源开发利用工作。

太阳能、风能以及其他气候能源的开发利用将是未来新能源利用的重要方面, 对完善我国能源结构有着十分重要的意义。

目前, 制约我国风力发电的主要原因在于风力发电成本还不具有与常规能源竞争的能力。

降低风电成本, 重要的是选择风资源最优的场址, 如何将大气边界层风动力学最新研究技术及其成果应用于风电场的选址, 是气象领域和风电界具有重要意义的课题[34-35]。

国际最新的资料显示, 高新技术( 如高分辨率卫星信息及其数值评估模式) 的应用使风能资源的开发利用前景越来越广阔, 综合复杂的地形( 山地与海、陆差异等) 及其气候背景、风力发电机对边界层湍流脉动的适应功能等方面, 优选风力发电场址, 能够最大限度节约成本及挖掘风能潜力。

太阳能作为一种重要的清洁能源, 其开发利用远没有达到风能等的利用水平, 主要原因是由于开发利用太阳能资源成本太高, 还难以达到大规模开发利用的程度。

我国太阳能资源丰富区多在冬季集中采暖区, 通过建太阳房等可大大减少供暖消耗的燃料, 在青藏高原等地推广太阳灶还可以解决生活所需。

目前, 我国太阳能利用多以光伏电池与太阳热能综合利用为主, 应大力开发推广太阳能低温热利。

以色列是一个除了太阳能以外没有什么其它自然能源的国家, 目前该国大多数家用加热装置都来自太阳能, 经过气候学家、电力工程专家长期研究得出的评估结论是, 10 km2的沙漠每年接收的太阳能等于以色列电力公司生产的所有电力。

5.存在的问题及展望
虽然目前对于气候资源的检测、评估、开发和利用有了许多的研究[36-37]，人们对气候资源的认识较之前也有很大程度的提高，但仍然存在一些问题亟待解决。

比如：
（1）农业区划就存在如下问题：农业气候资源细网格的推算模型引入的因子主要为经度、纬度和海拔高度, 而坡度、坡向及遮蔽度等其他地理因子的引入应用较少。

随着GIS等技术的发展, 基于地理知识的其他因子在细网格模型中的引入, 将会进一步提高气候资源的推算精度。

（2）农业气候区划大多仅考虑气候因素, 而对土壤、地形、生产技术及市场等因素考虑较少。

因此, 在农业气候区划结果的具体应用中, 还要注意其他因素对
农业经济活动的影响。

（3）中国国民可持续发展观念相对滞后, 特别是经济结构、产业结构、能源结构不尽合理, 使中国气候资源的开发、利用还处于起步阶段, 气候资源管理与可持续发展还面临诸多问题和严峻挑战。

参考文献
1.李继由，农业气候资源理论及其充分利用[ J]，自然资源，1995，( 1) : 1- 8.
2.Mann See J. Chirkow I Y, Lomas J, et al. 农业气象学[M] . 开来福, 王馥, 刘树泽译. 北京: 气象出版社,1984.
3.催明学.,农业气象学[M ],北京: 高等教育出版社, 2006. 166-170.
4.丁一汇, 任阵海1 中国气象事业发展战略研究，气象与可持续发展卷1，北京: 气象出版社, 2004.
5.[ 英] 朱迪·丽丝，自然资源: 分配、经济学与政策( 中译本)，北京: 商务印书馆, 2005: 41.
6.任国玉, 陈振林, 王邦中,迎接气候变化的挑战促进我国可持续发展,科技导报, 2001, 151, 57~ 60.
7.Zhang Jiacheng,Climate of China[ M ]. Beijing: China Met eorological Press, 1991( in Chinese) .
8.Li Jian( 黎建) . Exploit ing and utilizing climat ic resources and sustainable development [ J ] . Jiangxi Met eorol ogical Science & Tech nology ( 江西气象科技) , 2003, 26( 2) : 4-9( in Chinese) .
ndsberg. Physical Climatology[M] . New York: ( 2nd ed. ) Gray Printing Company, Dubois, Pennsylvania, USA,1958.
10.Balchin, Pye. A Microdimatical Investigation of Bath and the Surrounding District[M] . London, Great Britain: Un-iversity Tutorial Press, 1973.
11.Chen Xinqiang( 陈新强) ,Zheng Guoguang ( 郑国光) , e t al . Cl-imatological Problem in Sust ainable Development [ M ] . Beijing:China Met eorological Press, 2002 ( in Chinese) .
12.李树勇，周顺亮等．江西省农业气候资源区划．江西农业学报，2007,19(2):102—105.
13.黄胜利. 区域资源优势的定量评价[ J] . 资源科学, 2001, 23(2):85-88.245.
14.林孝松. 区域农业气候资源及信息化研究—以重庆区域为例[ D] . 重庆:重庆师范大学, 2002.
15.马树庆, 梁洪海. 长白山区热量资源推算与农作物品种布局[ J] . 山地研究, 1990, 8(3):154-160.
16.田志会, 郑大伟, 王有年. 北京山区农业与旅游气候资源评价及开发利用方式探讨[M ] . 北京:气象出版社, 2008. 29~ 32.
17.杜军, 胡军, 张勇. 西藏农业气候资源区划[M ] . 北京: 气象出版社, 2007. 197~ 199.
18.康锡言, 马辉杰, 徐建芬. 因子分析在农业气候区划建立模型中的应用[ J]. 中国农业资源与区划, 2007, 28( 4): 40~ 43.
19.江西: 农业气候区划精确到村[ J] . 现代农业, 2002, ( 3) : 35
20.郭兆夏, 朱琳, 叶殿秀, 等. GIS在气候资源分析及农业气候区划中的应用[ J]. 西北大学学报, 2000, 30( 4): 357~ 359.
21.黄淑娥, 殷剑敏, 王怀清. / 3S0技术在县级农业气候区划中的应用[ J]. 中国农业气象, 2001, 22( 4) : 40~ 42.
22.王建源, 冯晓云, 薛德强, 等. G IS在泰安市板栗农业气候区划中的应用[ J]. 中国农业资
源与区划, 2003, 24( 5): 46~ 48.
23.刘敏, 向华, 杨卉, 等. G IS支持下的三峡库区湖北段农业气候资源评估与区划[ J] . 中国农业气象, 2003, 24( 2) : 38~ 42.
24.王连喜,李欣,陈怀亮,李琪,余卫东. GIS技术在中国农业气候区划中的应用进展[J]. 中国农学通报. 2010(14).
25.苏晓丹,张雪萍,黑龙江省近56年气温降水变化特征及突变分析[J]. 中国农学通报. 2011(14).
26.陈守智,张泽,田玉旭等,基于聚类分析的云南省荔枝栽培气候区划研究[ J] . 云南农业大学学报, 2008, 23( 2) : 260-264.
27.徐超,杨晓光,李勇,王文峰. 气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅲ.西北干旱区农业气候资源时空变化特征[J]. 应用生态学报. 2011(03).
28.徐雁萍. 气候资源的开发利用与可持续发展[A]. 第26届中国气象学会年会气候资源应用研究分会场论文集[C]. 2009.
29.仝文伟,张玉娟,郭艳玲,王二虎. 气候变化背景下农业气候资源开发应用研究综述[A]. 第30届中国气象学会年会——S11气象与现代农业[C]. 2011
31.周泽民. 随州市气候资源利用现状及可持续开发利用建议探讨[A]. S10 气象与现代农业发展[C]. 2012.
32.王素艳,郭海燕,邓彪,秦宁生. 气候变化对四川盆地作物生产潜力的影响评估[J]. 高原山地气象研究. 2009(02).
33.HUANG Sai-qun etl.,Evaluation and Application of Climate Resources Analysis in South Dongting Lake Wetland,Meteorological and Environmental Research,2012(5).
34.李朝奎, 陈良, 王勇. 降雨量分布的空间插值方法研究[ J] . 矿产与地质, 2007, 21( 6) : 684~ 687.
35.钱锦霞, 张建新, 王果静, 等. 基于C ity S tar地理信息系统的农业气候资源网格点推算[ J] . 中国农业气象, 2003, 24(1):47-50.
36.Price DT. A com pa rison o f tw o sta tistica lm e thods fo r spa tia l interpola tion o f Canadian m onth ly m ean clim ate data[ J] . Agricultura l and ForestM eteoro logy, 2000, 10(1):81-94. 37.于伯华,吕昌河. 基于DPSIR模型的农业土地资源持续利用评价[J]. 农业工程学报. 2008(09).。