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全球变暖,北半球风力会减弱?

导读: 美国科罗拉多大学研究人员不久前在《自然·地球科学》期刊发表最新研究成果,指出全球变暖或将对世界范围内的风能资源分布产生深远影响。到本世纪中后期,北半球可供利用的风能资源将大量减少,南半球一些地区风能资源则可能急剧增加,风电开发潜力整体向南转移。

美国科罗拉多大学研究人员不久前在《自然·地球科学》期刊发表最新研究成果,指出全球变暖或将对世界范围内的风能资源分布产生深远影响。到本世纪中后期,北半球可供利用的风能资源将大量减少,南半球一些地区风能资源则可能急剧增加,风电开发潜力整体向南转移。

全球变暖,北半球风力会减弱?

1.风能资源分布或向南半球转移

极地冷,赤道暖,南北半球中纬度地带常年盛行西风,也叫热成风。这一道风带中,平均风速比其他地方更大,聚集了大量的风能资源,并覆盖了包括中国在内的北半球许多国家。在气候变化的背景下,中纬度西风带的变化会直接影响风能资源的利用潜力。

美国科罗拉多大学的最新研究成果认为,全球变暖或将对世界范围内的风能资源分布产生深远影响。到本世纪中后期,北半球可供利用的风能资源将大量减少,南半球一些地区风能资源则可能急剧增加。

研究人员利用超级计算机的模拟结果,对未来两种不同的温室气体排放情景下风能资源的演变进行探讨。第一种是中等排放情景,假定碳排放量在本世纪中叶达到最高,随后保持稳定;到本世纪末,大气中二氧化碳浓度约为目前浓度的1.5倍,全球平均气温增暖1.1至2.6摄氏度。第二种是高排放情景,对应能源结构改善缓慢、缺乏气候应对措施的发展模式,碳排放量将持续增加,大气中二氧化碳浓度在本世纪末超过当前3倍,全球气温升高2.6至4.8摄氏度。

结果显示,无论在中等排放情景还是在高排放情景下,北半球的风能资源都将整体显著减少,尤其是包括中国西北、西伯利亚、东北亚、美国、加拿大、英国、地中海沿岸等在内的中纬度地区,即沿北半球西风带一线。在高排放情境下,到本世纪末,内蒙古至东北一带的风能资源甚至将减少10%到20%。

南半球的风能资源在中等排放情景下变化不大,在高排放情境下却将整体大幅增加。尤其在高排放情景下,到本世纪末,巴西东部和澳大利亚东北部的风能资源将迅猛增加超过40%。

全球变暖,北半球风力会减弱?

2.原因在于南北极增暖幅度不同

这种差异的产生,或归根于全球变暖以不同方式影响南北半球的风带演变。在北半球,北极增暖与海冰消融是一个互相促进的正反馈过程,以至于在全球变暖的大背景下,极地增暖更为明显;于是,赤道与极地之间的温度梯度被削弱,中纬度西风带风速整体减小。一些模拟结果也指出,由于高纬度增暖显著,中纬度地区南北侧的冷暖对峙减弱,风暴系统的活动整体减少,也是风能资源减少的一个原因。

而在南半球,尤其在高排放情景下,南极增暖不如南美中部、非洲南部和澳洲的陆上增暖明显。这部分大陆与同纬度海洋间的温度梯度增大,成为主导风带强度变化的因素。陆地变暖更快,陆上热低压增强,海陆气压梯度增大,风速增大,风能资源因此增加。除南极洲外,南半球大陆主要分布在热带和副热带地区,所以整体风能资源的增加也以热带和副热带最为明显。而值得一提的是,在南美和澳洲的中高纬地区,风能资源仍趋于减少,和北半球类似。

全球变暖,北半球风力会减弱?

3.北欧极端大风出现几率反而增高

西风带内常见南北冷暖气团的对峙,又叫锋面。如果大气中有小扰动发生,譬如某一方气团主动移向另一方,气团运动轨迹在地转偏向力的作用下发生偏转,就会诱生出大尺度的大气涡旋,又叫锋面气旋。从气候角度而言,锋面气旋频繁发生并通过的地区,便是“位于风暴轨迹上”的地区,平均风速也通常比其它区域更大。

但想要利用风能,并非风越大越好。极端的猛烈阵风反而会对风车造成破坏。风车的设计一般基于能应对若干年(譬如50年)一遇的最大风等等标准,这个标准跟当地气候背景的统计数据直接相关。

科学家们使用超级计算机对北欧的模拟结果表明,若全球气候变暖,中纬度的“风暴轨迹”会整体向北移动,锋面气旋的数量会减少,但单个风暴的强度增强。由此一来,北欧地区的极端大风出现频率会升高,强度也会增大。这对按过往气候数据标准设计的风车而言不是好消息,也意味着新建风电场必须考虑在将来承受更强的风暴袭击的可能性。

与可能增大的极端大风相对应,海上的极端大浪也会随之增大。对北大西洋未来风浪演变的研究表明,目前“20年一遇”的大浪,在2080年可能每4至12年就会出现一次;对欧洲北海的气候模拟显示,到21世纪末,海浪平均高度会上升5%至8%。由于陆上空间有限且摩擦阻力更大,海上风力发电正是当下发展的热门方向;而风和浪的双重考验,对中纬度地区近海风电场的建造提出了新的挑战。不过,在纬度稍低的地区,譬如地中海沿岸,由于风暴轨迹朝北移动,未来气候展望中的风浪反而会减小。

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