如果在非洲撒哈拉沙漠地區大規模部署風電與太陽能發電, 在理想的情況下, 不僅能滿足全球的能源需求, 還能使該區域的降水量提高一倍, 植被覆蓋率增加20%. 這是由美國馬里蘭大學, 伊利諾大學, 北京師範大學, 意大利國際理論物理中心, 中科院大氣所科學家組成的一個國際團隊, 進行動態氣候類比實驗的結果. 相關論文北京時間9月7日淩晨發表在國際頂級學術期刊《科學》上.
'這是一個令人興奮的結果, ' 論文的第一作者, 伊利諾大學的李琰博士在接受澎湃新聞時表示, '為了緩解全球變暖, 現在的可再生能源還不夠. 之前, 我們還擔心如果在撒哈拉沙漠上修建這麼大規模的可再生能源設施, 會有什麼負面影響. 結果卻是多重的好處. ' 他即將加入北京師範大學地理學部.
這項研究起源於李琰在馬里蘭大學的導師卡妮 (Eugenia Kalnay) 的一個 '反向思維' . 卡妮曾是麻省理工學院氣象系的第一位女博士, 師從著名氣象學家朱爾·查尼 (Jule Charney) . 查尼在1975年時提出了一項機制, 用以解釋撒哈拉南部過渡區域薩赫爾 (Sahel) 的乾旱: 過度放牧增加了地面反射率, 減少降水, 再進一步降低了植被覆蓋率, 形成惡性迴圈.
卡妮隨後想到了一種逆向的可能性: 大規模的光伏板會降低地面反射率, 由此產生相反的作用.
相似地, 風電裝置會提高地表粗糙度, 降低風速, 增強空氣的匯聚而形成上升氣流, 提高降水. 降水促進植被生長, 降低地面反射率.
國際團隊就此建立了動態的氣象模型, 計算大氣, 陸地, 植被, 水迴圈等組分之間的相互影響, 就像一個天氣預報系統.
模式類比結果發現風電建設會帶來區域溫度升高 (+2.16K) , 日均降水量在風電覆蓋區域平均了增加0.25毫米, 相當於整個撒哈拉區域降水增加一倍. 特別在薩赫爾地區, 日均降水增加可達1.12毫米.
太陽能板也會引發類似的反照率- 降水- 植被正反饋機制, 增加日均降水量約0.13毫米.
當風電與光電同時建設時, 降水量的增加幅度最大可達到日均0.35毫米.
據李琰介紹, 該研究最大的亮點是加入了動態的植被反饋. 在風電實驗中, 植被的反饋作用占類比降水量增加的80%. 此前, 只考慮靜態植被的氣候模式低估了風電和太陽能發電對氣候的影響.
撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠, 人煙稀少, 風電和光伏設施不會佔用農業用地. 該地區對土地變化高度敏感. 此外, 撒哈拉沙漠位於非洲, 靠近歐洲和中東, 這些地區都有巨大且不斷增長的能源需求. 據估算, 如果900萬平方公裡的撒哈拉沙漠上全部覆蓋風電和太陽能發電, 每年分別可以提供3太瓦 (10的12次方瓦特) 和79太瓦電能, 完全可以滿足現在和未來全球的能源需求.
類比實驗中風電和太陽能帶來降水和植被的增加, 可大幅助益這一地區雨養農業和牲畜業發展. 此外, 產生的大量清潔能源還可用于海水淡化, 運輸至淡水稀缺嚴重的地區, 從而改善公共衛生, 擴大農業和糧食生產, 帶來深遠的社會, 經濟和生態影響.
不過, 李琰強調, 這隻是理想情況下的模型. 在現實中建立巨大的風電和太陽能發電設施, 存在許多技術, 經濟, 環境和社會方面的挑戰, 但可能性正在逐漸增加中.
團隊也試圖在全球其他沙漠上進行了類似的類比, 但其氣候影響都不如撒哈拉顯著. 李琰解釋道, 這可能是由於其他沙漠面積小, 分布零散, 也有可能需要更精準的模型. 需要承認的是, 模式本身還存在很多不確定性, 尤其是在中尺度天氣過程和現實小尺度風電和太陽能效應的分析上.
