全球变暖，北半球风力会减弱？

科罗拉多大学的研究人员最近在《自然地球科学》杂志上发表了最新的研究成果，指出全球变暖将对全球风能资源的分布产生深远的影响。到本世纪中后期，北半球可利用的风能资源将大大减少，而南半球一些地区的风能资源可能会急剧增加，风力发电的发展潜力将整体向南方转移。1.风能资源被分配或转移到南半球。极地是寒冷的，赤道地区是温暖的，西风，也称为热风，全年在北半球和南半球的中纬度地区盛行。在这个风带上，平均风速高于其他地方，聚集了大量的风能资源，覆盖了北半球包括中国在内的许多国家。在气候变化的背景下，中纬度西风带的变化将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结果认为，全球变暖将对全球风能资源的分布产生深远影响。到本世纪中后期，北半球可用的风能资源将大大减少，而南半球一些地区的风能资源可能会急剧增加。研究人员使用超级计算机模拟结果来探索未来两种不同温室气体排放情景下风能资源的演变。第一种是中等排放情景，假设碳排放将在本世纪中叶达到最高水平，然后保持稳定。到本世纪末，大气中二氧化碳的浓度将是目前浓度的1.5倍，全球平均气温将上升1.1至2.6摄氏度。第二种情况是高排放情况。为了应对能源结构缓慢改善和缺乏气候应对措施的发展模式，碳排放将继续增加。到本世纪末，大气中二氧化碳的浓度将超过目前的3倍，全球气温将上升2.6至4.8摄氏度。结果表明，在中高排放情景下，北半球的风能资源将显著减少，特别是在中纬度地区，包括中国西北、西伯利亚、东北亚、美国、加拿大、英国和地中海沿岸，即北半球的西风带。在高排放的情况下，到本世纪末，内蒙古至东北地区的风能资源将减少10%至20%。在中等排放情景下，南半球的风能资源不会有太大变化，但在高排放情景下，整体而言，风能资源将显著增加。特别是在高排放的情况下，到本世纪末，巴西东部和澳大利亚东北部的风能资源将增加40%以上。2.原因在于北极和南极的变暖幅度不同，或者全球变暖以不同方式影响南北半球风带的演变。在北半球，北极变暖和海冰融化是相互促进的正反馈过程，因此在全球变暖的背景下，极地变暖更加明显。结果，赤道和极地之间的温度梯度减弱，中纬度西风带的风速总体下降。一些模拟结果还指出，由于高纬度地区明显变暖，中纬度地区南北双方的冷暖对抗减弱，风暴系统活动整体减少，这也是风能资源减少的原因之一。然而，在南半球，尤其是在高排放情景下，南极变暖不如中南美洲、南部非洲和澳大利亚的土地变暖明显。大陆这一部分与同一纬度的海洋之间的温度梯度增大，成为风带强度变化的主要因素。陆地变暖更快，陆地热低压增加，陆地-陆地压力梯度增加，风速增加，从而增加风能资源。除南极洲外，南半球大陆主要分布在热带和亚热带地区，因此整体风能资源的增加在热带和亚热带地区也最为明显。然而，值得一提的是，在南美洲和澳大利亚的中高纬度地区，风能资源仍在减少，类似于北半球。3.北欧极端风的出现概率增加了西风带(也称为锋面)中普通冷空气和暖空气的对抗。如果大气中有一个小扰动，例如，如果一个气团主动向另一个气团移动，并且气团的轨迹在地转力的作用下偏转，就会产生一个大规模的大气涡旋，也称为锋面气旋。从气候角度来看，锋面气旋频繁出现和经过的区域是“位于风暴轴上”的区域，平均风速通常高于其他区域。然而，风越大越好。相反，极端猛烈的阵风会对风车造成损害。风车的设计通常基于一些标准，例如几年内(例如50年)可能遇到的最大风力，这与当地气候背景的统计数据直接相关。科学家使用超级计算机模拟北欧。结果表明，如果全球气候变暖，中纬度“风暴轴”将整体向北移动，锋面气旋数量将减少，但单个风暴的强度将增加。因此，北欧的极端风将增加频率和强度。对于根据过去气候数据标准设计的风车来说，这不是好消息。这也意味着新的风力发电厂必须考虑未来更严重风暴的可能性。随着极端风的可能增加，海上的极端波浪也会增加。对北大西洋未来风浪演变的研究表明，目前的“20年一遇”的风浪可能在2080年每4至12年出现一次。欧洲北海的气候模拟显示，到21世纪末，海浪的平均高度将上升5%至8%。由于有限的陆地空间和较大的摩擦阻力，海上风力发电是当前的热点发展方向。然而，风浪的双重考验对中纬度地区海上风电场的建设提出了新的挑战。然而，在纬度稍低的地区，如地中海沿岸，随着风暴向北移动，未来气候前景中的风浪将会减弱。4.对于高纬度地区来说，变暖是一把双刃剑。寒冷的天气是阻碍风力发电推广应用的原因之一。风车叶片暴露在零下温度的潮湿空气中，有结冰的危险。一旦发生结冰，叶片将失去平衡，阻力将增加，从而降低风力发电的效率，存在安全隐患。据统计，芬兰9%-45%的风车停机与结冰有关。当然，通过设计不容易积冰和积雪的叶片并使用电流加热，可以在一定程度上克服结冰问题，但是这也将增加操作和维护成本。气候变暖对这些地区来说可能是好消息。超级计算机模拟结果表明，无论假设的温升是大还是小，到本世纪末，高纬度地区的霜冻期将显著缩短，冰冻频率将大大降低。在斯堪的纳维亚的一些地方，冰冻频率甚至会下降100%。同时，由于风暴路径向北移动，高纬度地区也将更频繁地受到锋面气旋系统的影响，潜在的风能资源将变得更加丰富。因此，一些不适合风力发电场的地区将来可能成为开发风能资源的新领域。随着气温的上升，高纬度地区的冻土带也会缩小，这既有利也有弊。首先，随着冻土范围和深度的减小，输电线路的铺设和风电场的建设将变得更加方便。其次，如果冻土继续融化，如何设计风车底座也成为一个问题，因为风车和土壤之间的应力和支撑关系将继续变化，轻微的不平衡将导致倒伏的风险。如何权衡得失，降低风险，扩大收益，取决于工程师的智慧。不仅对陆上风电场而言，变暖还会对高纬度地区的海上风电场产生多重影响，尤其是在欧洲，那里的海上风电场数量增长最快。一项关于未来海冰演变的研究发现，波罗的海北部和博思尼亚湾海冰覆盖的天数将从目前的130-170天减少到本世纪后期的0-90天，许多地区甚至全年都不会结冰。然而，海冰的减少将使海上风车的基础稳定性变差，更容易受到强风和海浪的破坏。同时，海平面上升也会增加风车基座被淹没的风险。然而，冰川融化将降低海水的盐度，这将有助于减缓海水对风车基座和输电线路材料的腐蚀。延伸阅读:酒泉等风电场的潜力下降目前，世界上最大的风力发电基地位于中国甘肃省酒泉市。截至2012年，风力发电装机容量已超过6000兆瓦，相当于整个英国的电力需求，而且这个数字仍在上升。甘肃位于中国西北蒙古地区的风能富集区，年风速和风能密度高达每平方米150瓦以上。它是中国投资建设风力发电厂的理想场所，在促进当地就业、税收和经济发展方面发挥着重要作用。如果气候继续变暖，该地区风力发电的潜力可能会下降，现有风力发电设备的潜力无法充分发挥。北半球中纬度的许多国家，包括中国和美国，都将面临同样的问题，这也将对人类节能减排目标的实现增加更多的压力。研究人员指出，目前对风力发电能力的评估和分布大多基于过去的气候数据统计，很少考虑人类活动影响的未来大气环流变化对风能资源分布的影响。新的研究为未来风力发电站布局的经济性和可持续性以及决策者衡量和规划替代能源战略提供了新的参考。