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客人的博客

全球“静止”:气候变化正在减缓风?

随着二氧化碳水平上升和地球两极变暖,研究人员预测地球风速将下降

Smøla风电场,一个68台涡轮机的风电场它位于挪威的Smøla岛上,是该国最大的风力发电场,也是欧洲最大的陆上风力发电场。风力减少是那里清洁能源生产商日益担心的问题。图片由Statkraft提供CC BY-NC-ND/ Flickr。

本文最初发表于耶鲁环境360

去年,从夏天和秋天,欧洲大部分地区经历了所谓的“风旱”。许多地方的风速比年平均风速下降了15%左右,而在其他地方,下降的速度甚至更明显。这是英国在过去60年里风最少的时期之一,对发电的影响是巨大的。2020年9月,风力发电场提供了英国18%的电力,但到2021年9月,这一比例骤降至仅2%。为了弥补能源缺口,英国被迫重启了两座被封存的燃煤电厂。

最近欧洲表面风的减弱再次引发了人们对与气候变化有关的“全球陆地静止”的担忧。研究显示,从1978年到2010年,世界范围内的风都停止了,风速每十年下降2.3%。然而在2019年,一组研究人员发现在2010年之后,全球平均风速实际上增加了——从每小时7英里增加到每小时7.4英里。

尽管有这些相互矛盾的数据,政府间气候变化专门委员会预测,在未来几十年,风速将会减缓。该机构表示,到2100年,年均风速可能下降10%。

“地球上为什么会有风?”英国雷丁大学(University of Reading)研究风的大气科学教授保罗·威廉姆斯(Paul Williams)问道。“这是因为温度不均匀——两极非常寒冷,而热带地区则很温暖。这种温差驱动着风,而这种温差正在减弱。北极变暖的速度比热带快。”

地面风的减缓可能会扰乱墨西哥湾流,导致干旱和更强烈的冬季风暴。

根据最近的研究自然自1979年以来,北极变暖的速度是世界其他地区的四倍。这比科学家们之前认为的要快得多,这种变暖可能预示着风的减少比预期的更严重。另一个可能导致消音器的因素是“表面粗糙度”的增加——城市建筑数量和规模的增加,起到了拖风的作用。

风能一直是气候变化研究中被忽视的一个因素,这有助于解释为什么关于这些趋势的争论仍在继续。这个领域很年轻,只有70年的数据,相比之下,温度数据可以追溯到几千年前,众所周知,风系统是很难研究和分析的。每年的大幅波动使长期趋势难以发现,结论很少是可靠的。

哥伦比亚大学Lamont Doherty地球天文台的研究员、上新世灰尘论文的作者Gisela Winckler说:“通过使用上新世作为现代全球变暖的模拟物,西风带——盛行的从西向东吹的中纬度风——向现代观测到的两极移动,似乎将继续人类引起的进一步变暖。”她的模型表明“风(将)更弱,更安静。”

升温1.5摄氏度下平均风速的预计变化。蓝色表示风慢,绿色表示风快。联合国政府间气候变化专门委员会

最近的另一项研究发现,随着二氧化碳水平的增加,美国的风速将出现区域和季节变化:到2100年,美国西部和东海岸的大部分地区风速将下降,但美国中部的风速将增加。其他几项研究也预测了类似的变化——包括区域性和季节性——在全球范围内。

Williams说,这种不确定性是“本质上固有的一个基本的信号到噪声的问题。从一年到下一年有很大的变化,当很多变化同时发生时,很难提取长期信号。”

植物会感受到影响

风力的减弱或增强都可能对人类和非人类世界产生严重影响。“风影响植物的生长、繁殖、分布、死亡,并最终影响植物的进化,”植物生理学家P.S.诺贝尔(P.S. Nobel)在1981年题为《风是一种生态因素》(Wind as an ecology Factor)的论文中写道。

例如,美国西海岸的巨红杉依靠从戈壁沙漠吹来的磷定期跨越太平洋。地面风是推动墨西哥湾流的主要原因,墨西哥湾流是驱动世界大部分气候的洋流。地面风的减速可能会破坏这条传送带,导致干旱天气更冷,冬季风暴更强烈。高于正常水平的风会破坏或摧毁树木,并会增加水分蒸发的速度——这对已经干旱地区的农民和牧场主来说是一个挑战。更多的极端风与美国西部野火季节恶化有关

一位研究人员写道:“最近的风干旱清楚地提醒我们(风能)发电量是多么多变。”

强风可以帮助缓解污染严重的城市,用新鲜空气代替停滞的空气。另一方面,风速变慢加剧了热浪的痛苦,据预测,热浪将变得更频繁、持续时间更长。缓慢的风也使飞机起飞更加困难,因为飞行员依靠逆风升力。据威廉姆斯说,在过去30年里,由于逆风减弱和气温上升,希腊一个机场的空客320飞机的最大起飞重量减少了4吨。

对清洁能源生产的影响

如果这种情况发生,全球蒸馏将对替代能源生产产生巨大影响。“风力下降10%并不意味着能源下降10%,”威廉姆斯说。涡轮机的效率有些低,从风中提取的能量有限。根据威廉姆斯的说法,风速下降10%实际上会导致“30%的下降,这将是灾难性的。”

欧洲正在全力开发风能,作为煤和其他化石燃料的替代品。英国约24%的能源来自1.1万多个陆上和海上风力涡轮机,欧盟约15%的电力来自风能。随着更多的风力涡轮机上线,这一比例正在上升。在美国,风力发电场提供了近10%的公用事业规模的发电量。到2050年,发电量预计将增加近四倍。但如果风速降低,实现这一目标可能会更加困难。

布里斯托大学的博士后研究员汉娜·布卢姆菲尔德(Hannah Bloomfield)研究风和风能。她认为,直到最近,风速的变化一直在可变性的范围内,今天没有确凿的证据表明气候变化导致了全球静止。但未来的模型更值得关注。“研究表明,如果你开始向前推进,到2050年以后,政府间气候变化专门委员会(IPCC)关于(停止排放的)论点开始看起来更有说服力。”

她说:“最近的干旱风清楚地提醒我们,这种形式的发电是多么多变。写了去年在谈话“而且它也不能成为未来可靠能源电网的唯一投资。”

哥伦比亚大学土木工程教授Upmanu Lall说,应对风能干旱需要新的能源储存策略和可靠的替代方案。由于风和阳光的可变性,可替代能源“开始看起来更像一个水系统,而不是能源系统,”他说。正如供水系统的变化需要管理以适应每年、十年和百年的降水趋势一样,“这也将成为能源系统词汇的一部分。”

拉尔说,目前大多数电池技术都无法应对持续的能源短缺,因为目前的电池只能储存几天的能量。他继续说:“许多人在这种背景下讨论氢和核能。“当太阳能和风能过剩时,你可以制造氢气,当(可再生能源)短缺时,你可以使用氢气。”多余的可再生能源也可以用来往山上抽水到水库;随后,通过涡轮将水释放回山下,产生能量。

对能源市场的影响

风力减弱还可能加剧能源市场的波动。如果天然气价格飙升——比如说,因为乌克兰的战争,或者一个特别寒冷的冬天——与此同时,一个区域性的停滞事件,能源价格可能会上涨到数百万人无法承受的程度。去年,欧洲的天然气价格上涨了450%以上,北欧地区的电力价格比前一年上涨了470%。

虽然世界上一些地方已经停止了风力,但其他地方的坊间报告显示,风比以往任何时候都刮得更猛烈,也更频繁。例如,今年早些时候,在新墨西哥州中部,荒野消防员、牧场主和其他人都称大风事件是前所未有的。马丁·巴卡(Martin Baca)是阿尔伯克基南部一名长期种植苜蓿的农场主和牧场主,他说他从未见过像最近这么频繁的风。“你可以灌溉,五天后就会干了,”他说。“热风就像吹风机。而且没有露珠帮助草生长。”

不幸的是,科学还没有掌握由长期气候变化趋势引发的风力停滞和风力增强将在哪里发生。威廉姆斯说:“这里没有确定的科学。”2019年的报告显示,在9年的时间里,风速加快了,但去年夏天欧洲的低迷令它感到困惑。

“事情又向另一个方向倾斜了,”威廉姆斯说,听起来对不确定性无可抗拒。“欧洲的夏天不应该这么平静。”


吉姆·罗宾斯是蒙大拿州海伦娜的一名记者,也是耶鲁环境360的常客。

2的评论

  1. lance_p||# 1

    “另一个可能导致消音器的因素是“表面粗糙度”的增加——城市建筑数量和规模的增加,这对风起到了拖累作用。”

    在表面粗糙度很小的环境中,如海上风力发电场,风力涡轮机将大大提高表面粗糙度,减缓风的速度。我们建造的风力涡轮机越多,全球风力就会减少越多,而大型风力发电场对当地的影响可能会因上述所有原因而显著。

    风能和太阳能的波动应该是不过度依赖它们的一个很好的理由。补充能源,当然,但不是主要能源。

    1. trainingcaptain||#2

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