這是由美國馬里蘭大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)、北京師范大學(xué)、意大利國際理論物理中心、中科院大氣所科學(xué)家組成的一個國際團(tuán)隊，進(jìn)行動態(tài)氣候模擬實驗的結(jié)果。相關(guān)論文北京時間9月7日凌晨發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
“這是一個令人興奮的結(jié)果，”論文的第一作者、伊利諾伊大學(xué)的李琰博士在接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)時表示，“為了緩解全球變暖，現(xiàn)在的可再生能源還不夠。之前，我們還擔(dān)心如果在撒哈拉沙漠上修建這么大規(guī)模的可再生能源設(shè)施，會有什么負(fù)面影響。結(jié)果卻是多重的好處。”他即將加入北京師范大學(xué)地理學(xué)部。
這項研究起源于李琰在馬里蘭大學(xué)的導(dǎo)師卡妮(Eugenia Kalnay)的一個“反向思維”。 卡妮曾是麻省理工學(xué)院氣象系的第一位女博士，師從著名氣象學(xué)家朱爾·查尼(Jule Charney)。查尼在1975年時提出了一項機(jī)制，用以解釋撒哈拉南部過渡區(qū)域薩赫爾(Sahel)的干旱：過度放牧增加了地面反射率，減少降水，再進(jìn)一步降低了植被覆蓋率，形成惡性循環(huán)。
卡妮隨后想到了一種逆向的可能性：大規(guī)模的光伏板會降低地面反射率，由此產(chǎn)生相反的作用。
相似地，風(fēng)電裝置會提高地表粗糙度，降低風(fēng)速，增強(qiáng)空氣的匯聚而形成上升氣流，提高降水。降水促進(jìn)植被生長，降低地面反射率。
國際團(tuán)隊就此建立了動態(tài)的氣象模型，計算大氣、陸地、植被、水循環(huán)等組分之間的相互影響，就像一個天氣預(yù)報系統(tǒng)。
模式模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)風(fēng)電建設(shè)會帶來區(qū)域溫度升高(+2.16K)，日均降水量在風(fēng)電覆蓋區(qū)域平均了增加0.25毫米，相當(dāng)于整個撒哈拉區(qū)域降水增加一倍。特別在薩赫爾地區(qū)，日均降水增加可達(dá)1.12毫米。
太陽能板也會引發(fā)類似的反照率-降水-植被正反饋機(jī)制，增加日均降水量約0.13毫米。
當(dāng)風(fēng)電與光電同時建設(shè)時，降水量的增加幅度最大可達(dá)到日均0.35毫米。
據(jù)李琰介紹，該研究最大的亮點是加入了動態(tài)的植被反饋。在風(fēng)電實驗中，植被的反饋作用占模擬降水量增加的80%。此前，只考慮靜態(tài)植被的氣候模式低估了風(fēng)電和太陽能發(fā)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(fēng)電和光伏設(shè)施不會占用農(nóng)業(yè)用地。該地區(qū)對土地變化高度敏感。此外，撒哈拉沙漠位于非洲，靠近歐洲和中東，這些地區(qū)都有巨大且不斷增長的能源需求。據(jù)估算，如果900萬平方公里的撒哈拉沙漠上全部覆蓋風(fēng)電和太陽能發(fā)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(xiàn)在和未來全球的能源需求。
模擬實驗中風(fēng)電和太陽能帶來降水和植被的增加，可大幅助益這一地區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和牲畜業(yè)發(fā)展。此外，產(chǎn)生的大量清潔能源還可用于海水淡化，運(yùn)輸至淡水稀缺嚴(yán)重的地區(qū)，從而改善公共衛(wèi)生，擴(kuò)大農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)，帶來深遠(yuǎn)的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)影響。
不過，李琰強(qiáng)調(diào)，這只是理想情況下的模型。在現(xiàn)實中建立巨大的風(fēng)電和太陽能發(fā)電設(shè)施，存在許多技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會方面的挑戰(zhàn)，但可能性正在逐漸增加中。
團(tuán)隊也試圖在全球其他沙漠上進(jìn)行了類似的模擬，但其氣候影響都不如撒哈拉顯著。李琰解釋道，這可能是由于其他沙漠面積小、分布零散，也有可能需要更精準(zhǔn)的模型。需要承認(rèn)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(xiàn)實小尺度風(fēng)電和太陽能效應(yīng)的分析上。
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