北極增暖相對(duì)更為明顯。

　　美國(guó)科羅拉多大學(xué)研究人員不久前在《自然·地球科學(xué)》期刊發(fā)表最新研究成果，指出全球變暖或?qū)?duì)世界范圍內(nèi)的風(fēng)能資源分布產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。到本世紀(jì)中后期，北半球可供利用的風(fēng)能資源將大量減少，南半球一些地區(qū)風(fēng)能資源則可能急劇增加，風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力整體向南轉(zhuǎn)移。

　　1.風(fēng)能資源分布或向南半球轉(zhuǎn)移

　　極地冷，赤道暖，南北半球中緯度地帶常年盛行西風(fēng)，也叫熱成風(fēng)。這一道風(fēng)帶中，平均風(fēng)速比其他地方更大，聚集了大量的風(fēng)能資源，并覆蓋了包括中國(guó)在內(nèi)的北半球許多國(guó)家。在氣候變化的背景下，中緯度西風(fēng)帶的變化會(huì)直接影響風(fēng)能資源的利用潛力。

　　美國(guó)科羅拉多大學(xué)的最新研究成果認(rèn)為，全球變暖或?qū)?duì)世界范圍內(nèi)的風(fēng)能資源分布產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。到本世紀(jì)中后期，北半球可供利用的風(fēng)能資源將大量減少，南半球一些地區(qū)風(fēng)能資源則可能急劇增加。

　　研究人員利用超級(jí)計(jì)算機(jī)的模擬結(jié)果，對(duì)未來(lái)兩種不同的溫室氣體排放情景下風(fēng)能資源的演變進(jìn)行探討。第一種是中等排放情景，假定碳排放量在本世紀(jì)中葉達(dá)到最高，隨后保持穩(wěn)定；到本世紀(jì)末，大氣中二氧化碳濃度約為目前濃度的1.5倍，全球平均氣溫增暖1.1至2.6攝氏度。第二種是高排放情景，對(duì)應(yīng)能源結(jié)構(gòu)改善緩慢、缺乏氣候應(yīng)對(duì)措施的發(fā)展模式，碳排放量將持續(xù)增加，大氣中二氧化碳濃度在本世紀(jì)末超過(guò)當(dāng)前3倍，全球氣溫升高2.6至4.8攝氏度。

　　結(jié)果顯示，無(wú)論在中等排放情景還是在高排放情景下，北半球的風(fēng)能資源都將整體顯著減少，尤其是包括中國(guó)西北、西伯利亞、東北亞、美國(guó)、加拿大、英國(guó)、地中海沿岸等在內(nèi)的中緯度地區(qū)，即沿北半球西風(fēng)帶一線(xiàn)。在高排放情境下，到本世紀(jì)末，內(nèi)蒙古至東北一帶的風(fēng)能資源甚至將減少10%到20%。

　　南半球的風(fēng)能資源在中等排放情景下變化不大，在高排放情境下卻將整體大幅增加。尤其在高排放情景下，到本世紀(jì)末，巴西東部和澳大利亞?wèn)|北部的風(fēng)能資源將迅猛增加超過(guò)40%。

　　2.原因在于南北極增暖幅度不同

　　這種差異的產(chǎn)生，或歸根于全球變暖以不同方式影響南北半球的風(fēng)帶演變。在北半球，北極增暖與海冰消融是一個(gè)互相促進(jìn)的正反饋過(guò)程，以至于在全球變暖的大背景下，極地增暖更為明顯；于是，赤道與極地之間的溫度梯度被削弱，中緯度西風(fēng)帶風(fēng)速整體減小。一些模擬結(jié)果也指出，由于高緯度增暖顯著，中緯度地區(qū)南北側(cè)的冷暖對(duì)峙減弱，風(fēng)暴系統(tǒng)的活動(dòng)整體減少，也是風(fēng)能資源減少的一個(gè)原因。

　　而在南半球，尤其在高排放情景下，南極增暖不如南美中部、非洲南部和澳洲的陸上增暖明顯。這部分大陸與同緯度海洋間的溫度梯度增大，成為主導(dǎo)風(fēng)帶強(qiáng)度變化的因素。陸地變暖更快，陸上熱低壓增強(qiáng)，海陸氣壓梯度增大，風(fēng)速增大，風(fēng)能資源因此增加。除南極洲外，南半球大陸主要分布在熱帶和副熱帶地區(qū)，所以整體風(fēng)能資源的增加也以熱帶和副熱帶最為明顯。而值得一提的是，在南美和澳洲的中高緯地區(qū)，風(fēng)能資源仍趨于減少，和北半球類(lèi)似。

　　3.北歐極端大風(fēng)出現(xiàn)幾率反而增高

　　西風(fēng)帶內(nèi)常見(jiàn)南北冷暖氣團(tuán)的對(duì)峙，又叫鋒面。如果大氣中有小擾動(dòng)發(fā)生，譬如某一方氣團(tuán)主動(dòng)移向另一方，氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)軌跡在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，就會(huì)誘生出大尺度的大氣渦旋，又叫鋒面氣旋。從氣候角度而言，鋒面氣旋頻繁發(fā)生并通過(guò)的地區(qū)，便是“位于風(fēng)暴軌跡上”的地區(qū)，平均風(fēng)速也通常比其它區(qū)域更大。

　　但想要利用風(fēng)能，并非風(fēng)越大越好。極端的猛烈陣風(fēng)反而會(huì)對(duì)風(fēng)車(chē)造成破壞。風(fēng)車(chē)的設(shè)計(jì)一般基于能應(yīng)對(duì)若干年（譬如50年）一遇的最大風(fēng)等等標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)跟當(dāng)?shù)貧夂虮尘暗慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)直接相關(guān)。

　　科學(xué)家們使用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)北歐的模擬結(jié)果表明，若全球氣候變暖，中緯度的“風(fēng)暴軌跡”會(huì)整體向北移動(dòng)，鋒面氣旋的數(shù)量會(huì)減少，但單個(gè)風(fēng)暴的強(qiáng)度增強(qiáng)。由此一來(lái)，北歐地區(qū)的極端大風(fēng)出現(xiàn)頻率會(huì)升高，強(qiáng)度也會(huì)增大。這對(duì)按過(guò)往氣候數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的風(fēng)車(chē)而言不是好消息，也意味著新建風(fēng)電場(chǎng)必須考慮在將來(lái)承受更強(qiáng)的風(fēng)暴襲擊的可能性。

　　與可能增大的極端大風(fēng)相對(duì)應(yīng)，海上的極端大浪也會(huì)隨之增大。對(duì)北大西洋未來(lái)風(fēng)浪演變的研究表明，目前“20年一遇”的大浪，在2080年可能每4至12年就會(huì)出現(xiàn)一次；對(duì)歐洲北海的氣候模擬顯示，到21世紀(jì)末，海浪平均高度會(huì)上升5%至8%。由于陸上空間有限且摩擦阻力更大，海上風(fēng)力發(fā)電正是當(dāng)下發(fā)展的熱門(mén)方向；而風(fēng)和浪的雙重考驗(yàn)，對(duì)中緯度地區(qū)近海風(fēng)電場(chǎng)的建造提出了新的挑戰(zhàn)。不過(guò)，在緯度稍低的地區(qū)，譬如地中海沿岸，由于風(fēng)暴軌跡朝北移動(dòng)，未來(lái)氣候展望中的風(fēng)浪反而會(huì)減小。

　　4.增暖對(duì)于高緯度地區(qū)是把雙刃劍

　　在高緯度或北極地區(qū)，寒冷的天氣是阻礙風(fēng)能發(fā)電推廣應(yīng)用的一個(gè)原因。風(fēng)車(chē)葉片暴露在零下溫度的潮濕空氣中存在結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)，而一旦結(jié)冰，葉片將失去平衡、阻力增大，風(fēng)電轉(zhuǎn)換的效率將因此降低，而且存在安全隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在芬蘭，9%-45%的風(fēng)車(chē)停轉(zhuǎn)事件都和結(jié)冰有關(guān)。當(dāng)然，設(shè)計(jì)不易聚集冰雪的葉片、使用電流加熱等方法，能一定程度上克服結(jié)冰的問(wèn)題，但這也會(huì)讓運(yùn)行和維護(hù)的成本變高。

　　氣候變暖對(duì)于這些地區(qū)而言可能是一個(gè)好消息。超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，無(wú)論假設(shè)的升溫是大是小，在本世紀(jì)末，高緯度地區(qū)的霜期均會(huì)明顯縮短，結(jié)冰頻數(shù)大幅下降。在斯堪的納維亞半島的一些地方，結(jié)冰頻率甚至將會(huì)下降100%。與此同時(shí)，由于風(fēng)暴軌跡北移，高緯度帶也會(huì)更頻繁受鋒面氣旋系統(tǒng)影響，潛在風(fēng)能資源變得更充足。于是，一些原本不適宜布局風(fēng)電場(chǎng)的區(qū)域，將來(lái)可能成為開(kāi)辟風(fēng)能資源的新領(lǐng)地。

　　與氣溫上升相對(duì)應(yīng)，高緯永凍土地帶也會(huì)因而縮減，而這會(huì)帶來(lái)利弊兩方面的影響。一來(lái)由于凍土層的范圍和深度減小，輸電線(xiàn)路鋪設(shè)、風(fēng)電場(chǎng)建造等會(huì)變得更加方便；二來(lái)若凍土層持續(xù)消融，風(fēng)車(chē)基座如何設(shè)計(jì)也成了問(wèn)題，因?yàn)轱L(fēng)車(chē)和土壤之間的受力和支撐關(guān)系將持續(xù)改變，稍不平衡就會(huì)有倒伏的風(fēng)險(xiǎn)。如何權(quán)衡其中得失，減小風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大效益，還得靠工程師們的智慧頭腦。

　　不僅對(duì)陸上風(fēng)電場(chǎng)，增暖對(duì)于高緯地區(qū)的海上風(fēng)電場(chǎng)也有多重影響，尤其對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量增長(zhǎng)最快的區(qū)域——?dú)W洲而言。對(duì)未來(lái)海冰演變的研究發(fā)現(xiàn)，北波羅的海及波的尼亞灣一帶的海冰覆蓋天數(shù)將從目前的130-170天減少到本世紀(jì)后期的0-90天，不少區(qū)域甚至將終年不封凍。而海冰減少會(huì)使海上風(fēng)車(chē)的基座穩(wěn)定性變差，且更易受到大風(fēng)大浪的破壞。與此同時(shí)，海平面上升也會(huì)增加風(fēng)車(chē)基座被淹沒(méi)的風(fēng)險(xiǎn)。不過(guò)，冰川消融會(huì)使海水鹽度降低，這將有利于減緩海水對(duì)風(fēng)車(chē)基座和傳輸線(xiàn)路材料的腐蝕。

　　延伸閱讀

　　酒泉等風(fēng)電場(chǎng)潛力或下降

　　目前，世界最大的風(fēng)力發(fā)電基地位于我國(guó)甘肅酒泉。截止到2012年，風(fēng)電裝機(jī)容量已超6000百萬(wàn)瓦特，相當(dāng)于能供給英國(guó)全國(guó)的電力需求，而這一數(shù)字還在不斷上升中。甘肅位于我國(guó)西北-蒙古地區(qū)風(fēng)能富集帶，常年風(fēng)速較大，風(fēng)能密度超過(guò)150瓦特每平方米，是我國(guó)投建風(fēng)電廠的理想場(chǎng)所，也對(duì)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)、稅收、經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要促進(jìn)作用。若氣候變暖持續(xù)，這一區(qū)域的風(fēng)電潛力很可能隨之下降，現(xiàn)有風(fēng)電設(shè)備的潛力無(wú)法得到充分發(fā)揮。包括中國(guó)和美國(guó)兩大能源消費(fèi)巨頭在內(nèi)，北半球中緯度地帶的許多國(guó)家都將面臨同樣的問(wèn)題，這也將給人類(lèi)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)增添更多壓力。

　　研究人員指出，當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電能力的評(píng)估和布局大多基于過(guò)去的氣候資料統(tǒng)計(jì)，而很少考慮受將來(lái)大氣環(huán)流受人類(lèi)活動(dòng)影響發(fā)生變化后對(duì)風(fēng)能資源分布的影響。新研究對(duì)未來(lái)風(fēng)電廠布局的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性、為決策者衡量和規(guī)劃替代能源的策略提供了新的參考。

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