如果在非洲撒哈拉沙漠地区大规模部署风电与太阳能发电, 在理想的情况下, 不仅能满足全球的能源需求, 还能使该区域的降水量提高一倍, 植被覆盖率增加20%. 这是由美国马里兰大学, 伊利诺伊大学, 北京师范大学, 意大利国际理论物理中心, 中科院大气所科学家组成的一个国际团队, 进行动态气候模拟实验的结果. 相关论文北京时间9月7日凌晨发表在国际顶级学术期刊《科学》上.
'这是一个令人兴奋的结果, ' 论文的第一作者, 伊利诺伊大学的李琰博士在接受澎湃新闻时表示, '为了缓解全球变暖, 现在的可再生能源还不够. 之前, 我们还担心如果在撒哈拉沙漠上修建这么大规模的可再生能源设施, 会有什么负面影响. 结果却是多重的好处. ' 他即将加入北京师范大学地理学部.
这项研究起源于李琰在马里兰大学的导师卡妮 (Eugenia Kalnay) 的一个 '反向思维' . 卡妮曾是麻省理工学院气象系的第一位女博士, 师从著名气象学家朱尔·查尼 (Jule Charney) . 查尼在1975年时提出了一项机制, 用以解释撒哈拉南部过渡区域萨赫尔 (Sahel) 的干旱: 过度放牧增加了地面反射率, 减少降水, 再进一步降低了植被覆盖率, 形成恶性循环.
卡妮随后想到了一种逆向的可能性: 大规模的光伏板会降低地面反射率, 由此产生相反的作用.
相似地, 风电装置会提高地表粗糙度, 降低风速, 增强空气的汇聚而形成上升气流, 提高降水. 降水促进植被生长, 降低地面反射率.
国际团队就此建立了动态的气象模型, 计算大气, 陆地, 植被, 水循环等组分之间的相互影响, 就像一个天气预报系统.
模式模拟结果发现风电建设会带来区域温度升高 (+2.16K) , 日均降水量在风电覆盖区域平均了增加0.25毫米, 相当于整个撒哈拉区域降水增加一倍. 特别在萨赫尔地区, 日均降水增加可达1.12毫米.
太阳能板也会引发类似的反照率- 降水- 植被正反馈机制, 增加日均降水量约0.13毫米.
当风电与光电同时建设时, 降水量的增加幅度最大可达到日均0.35毫米.
据李琰介绍, 该研究最大的亮点是加入了动态的植被反馈. 在风电实验中, 植被的反馈作用占模拟降水量增加的80%. 此前, 只考虑静态植被的气候模式低估了风电和太阳能发电对气候的影响.
撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠, 人烟稀少, 风电和光伏设施不会占用农业用地. 该地区对土地变化高度敏感. 此外, 撒哈拉沙漠位于非洲, 靠近欧洲和中东, 这些地区都有巨大且不断增长的能源需求. 据估算, 如果900万平方公里的撒哈拉沙漠上全部覆盖风电和太阳能发电, 每年分别可以提供3太瓦 (10的12次方瓦特) 和79太瓦电能, 完全可以满足现在和未来全球的能源需求.
模拟实验中风电和太阳能带来降水和植被的增加, 可大幅助益这一地区雨养农业和牲畜业发展. 此外, 产生的大量清洁能源还可用于海水淡化, 运输至淡水稀缺严重的地区, 从而改善公共卫生, 扩大农业和粮食生产, 带来深远的社会, 经济和生态影响.
不过, 李琰强调, 这只是理想情况下的模型. 在现实中建立巨大的风电和太阳能发电设施, 存在许多技术, 经济, 环境和社会方面的挑战, 但可能性正在逐渐增加中.
团队也试图在全球其他沙漠上进行了类似的模拟, 但其气候影响都不如撒哈拉显著. 李琰解释道, 这可能是由于其他沙漠面积小, 分布零散, 也有可能需要更精准的模型. 需要承认的是, 模式本身还存在很多不确定性, 尤其是在中尺度天气过程和现实小尺度风电和太阳能效应的分析上.
