誰“偷走”了北京的風(fēng)
當(dāng)北京頻頻遭遇霧霾已不是新聞的時候,“等風(fēng)來”,已經(jīng)成為飽受霧霾之苦的首都人民的熱切呼喚。APEC會議召開期間,北京的天氣更是萬眾矚目,連習(xí)近平主席都坦言:“每天早晨起來以后的第一件事,就是看看北京空氣質(zhì)量如何。”可見解決北京的霧霾問題確實已經(jīng)迫在眉睫。
好在“人努力,天幫忙”,APEC會議期間,北京終于出現(xiàn)了久違的“APEC藍”。而“APEC藍”要保持下去,除了大力推動節(jié)能減排之外,最重要的還要看北京的“風(fēng)情”是否給力?墒墙陙恚本┑撵F霾可謂“八風(fēng)吹不動”,究竟是誰“偷走”了北京的風(fēng)呢?
令人驚詫的巧合
隨著冬天的到來,大規(guī)模的霧霾又將籠罩京津冀地區(qū)。人們不斷地探索消除霧霾的有效方式,但目前為止,效果最立竿見影的似乎就是等來一場呼嘯而至的大風(fēng)。而事與愿違的是,近年來北方的風(fēng)總是非常不給力。人們一邊在霧霾中自強不“吸”,一邊苦苦思索著大風(fēng)減弱的緣由。
京津冀地區(qū)冬季多刮偏北風(fēng),然而從2008年以來,在中國北方的“大風(fēng)口”內(nèi)蒙古地區(qū),正發(fā)生著另外一場能源巨變。為發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè),內(nèi)蒙古地區(qū)傾力打造“風(fēng)電三峽”,裝機容量從2007年底的58萬千瓦,發(fā)展到目前的1848.86萬千瓦,五年內(nèi)暴增了近32倍,躍居全國第一,為中國的風(fēng)電建設(shè)書寫了濃墨重彩的一筆。
巧合的是,京津冀地區(qū)霧霾天氣的劇增,也正是從2008年前后開始。以北京為例,根據(jù)2008年4月至2014年3月收集到的PM2.5數(shù)據(jù)顯示,2028天當(dāng)中,“非常不健康”天數(shù)約有311天,“有毒害”天數(shù)約94天,大大高于往年。
內(nèi)蒙古的風(fēng)電大發(fā)展與京津冀爆發(fā)大面積霧霾之間,究竟是純粹的巧合,還是略有影響,抑或構(gòu)成因果關(guān)系?目前并沒有可靠的研究和確鑿的結(jié)論。但這并不妨礙人們對此進行深入思考。畢竟,亞馬遜雨林中一只蝴蝶偶扇翅膀,都可能會在大洋彼岸引發(fā)一場龍卷風(fēng),更何況是如此大規(guī)模的風(fēng)力阻滯呢?
長久以來,人們的傳統(tǒng)觀念一直認(rèn)為,風(fēng)能是永不枯竭的清潔能源,風(fēng)力發(fā)電站可以任意截留,對氣候并不會造成任何影響。但近年來,中外科學(xué)家的一些研究認(rèn)為,實際情況可能并非如此。
美國斯坦福大學(xué)土木與環(huán)境工程教授Archer和MarkJacobson的研究顯示,海上的風(fēng)力發(fā)電機組可以降低地球上最狂暴的颶風(fēng)風(fēng)速。研究人員發(fā)現(xiàn),風(fēng)力渦輪發(fā)電機會讓颶風(fēng)的外旋風(fēng)波高下降,降低空氣往颶風(fēng)中心的運動速度,從而增加中心部位的壓力,加快颶風(fēng)能量的消耗,并最終導(dǎo)致颶風(fēng)減弱。
清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心教授趙宗慈也認(rèn)為,國內(nèi)外的相關(guān)研究基本上一致認(rèn)為,風(fēng)電場對局地風(fēng)速有明顯影響。比如在丹麥一個風(fēng)電場進行的觀測表明,進入風(fēng)電場的風(fēng)速是8至9米/秒,經(jīng)過風(fēng)電場運行對風(fēng)量的吸收后,在風(fēng)電場的下風(fēng)的風(fēng)速明顯減弱,其下風(fēng)處6公里的風(fēng)速與原有風(fēng)速比率為0.86,下風(fēng)11公里處的比率是0.90。研究結(jié)果與人們的常識極為相符。
有人認(rèn)為,風(fēng)電場最多只會影響到近地面風(fēng)速,對高空的大風(fēng)沒有太多影響。而這也是個值得商榷的問題。如果風(fēng)力發(fā)電機數(shù)量較少,這也許問題不大。但如果風(fēng)力發(fā)電機數(shù)量極為龐大,導(dǎo)致近地面風(fēng)速大幅降低,那么高空風(fēng)能會順勢下墜成為低空風(fēng)能,從而對整體風(fēng)力產(chǎn)生削弱作用。
而關(guān)于風(fēng)力發(fā)電削減整體風(fēng)能的現(xiàn)象,最早恰恰是風(fēng)電企業(yè)自己發(fā)現(xiàn)的。由于近地面風(fēng)力衰減會在20公里范圍內(nèi)保持最大,而隨著距離的延伸,近地面風(fēng)速又會開始回升;風(fēng)速衰減的距離則根據(jù)地形不同,大概會在30至60公里左右。因此,風(fēng)電企業(yè)會在幾個層級風(fēng)電場之間保持一定的距離,以防相互干擾影響發(fā)電的效率。
斷崖式的突變
北京這個超級大都市中的風(fēng)力減弱的趨勢,其實早就在不知不覺地發(fā)生。
據(jù)中國氣象局國家氣候中心首席科學(xué)家姜彤提供的數(shù)據(jù),從上世紀(jì)70年代至今,北京城內(nèi)的風(fēng)速呈現(xiàn)整體下降趨勢,平均每年下降0.014米每秒,其中以冬、春季節(jié)尤為明顯。另有分析顯示,將北京1993-2002年與2003-2012年兩個10年間的1月份風(fēng)力資料進行比對,年均1月風(fēng)速從2.5米每秒,減至2.3米每秒;相應(yīng)的,霧霾天日數(shù)從2.1天升至4.4天,霾日則從0.8天升至3.9天。
風(fēng)力減弱在北京早已經(jīng)是一個趨勢化事件,但這依然是一個相對緩慢的過程。歷史上,北京地區(qū)每年有大風(fēng)(氣象領(lǐng)域中將瞬間風(fēng)力大于17米/秒的風(fēng)稱為大風(fēng),即相當(dāng)于八級風(fēng)力)的日子在25-30天左右,冬春季大風(fēng)日數(shù)多于夏秋季,春季風(fēng)力最大,其中4月份平均風(fēng)力位居一年四季各月之首。
然而在今年年初,一份《北京地區(qū)2013年氣候公報》卻讓氣象學(xué)家們也迷惑不解。公報數(shù)據(jù)顯示,2013年北京地區(qū)僅有1天出現(xiàn)大風(fēng),比常年(12.6天)、近十年均值(7.8天)明顯偏少,為1951年以來最少的年份。不出意料,這一年的霾日也暴增至223天,相比2012年(124天)明顯偏多。
2013年北京的風(fēng)力如同斷崖式的暴減,引發(fā)了人們的諸多猜想。有人認(rèn)為是三北防護林工程開始發(fā)揮作用,但整個防護林工程規(guī)劃長達70年,并非什么突發(fā)性事件。無獨有偶的是,在2012年初內(nèi)蒙古電網(wǎng)風(fēng)電裝機容量尚為1004萬千瓦,僅僅一年多的時間,就驟增至2013年的1848.86萬千瓦,兩者之間的同步性倒是令人咋舌。更令人不安的是,在北京的上風(fēng)口張家口地區(qū),風(fēng)力發(fā)電也突飛猛進,到2013年底,全市風(fēng)電裝機容量達到585萬千瓦,成為名副其實的“中國風(fēng)電第一市”。
面對2013年北京大風(fēng)驟減的現(xiàn)象,北京市氣象臺高級工程師張明英的氣象學(xué)解釋為:冷空氣系統(tǒng)不強。一般來說,大風(fēng)天的產(chǎn)生是由冷空氣強度決定的。對氣象學(xué)家來說,冷空氣過境情況是無法預(yù)測的,所以人們也無法預(yù)測以后大風(fēng)天的天數(shù)是否會發(fā)生新的變化。
根據(jù)中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心朱瑞兆教授的研究,影響中國的冷空氣有5大發(fā)源地,而如果我們能像氣象衛(wèi)星一樣置身太空,或許就能極其直觀而生動地看到冷空氣強力入侵的路徑。
第一條路徑來自俄羅斯新地島以東附近的北冰洋,從西北方向進入蒙古國西部,再東移南下影響我國;第二條是源于新地島以西北冰洋面,經(jīng)俄羅斯、蒙古國進入我國;第三條源于地中海附近,東移到蒙古國西部再影響我國;第四條是源于太梅爾半島附近洋面,向南移入蒙古國,然后再向東南影響我國;第五條源于貝加爾湖以東的東西伯利亞地區(qū),進入我國東北及華北地區(qū)。
可以看出,除了第五條冷空氣路徑由東北轉(zhuǎn)入華北,其他四條冷空氣路徑都要經(jīng)過蒙古高原。
出于對風(fēng)能資源的研究,朱瑞兆教授也認(rèn)為,風(fēng)速與冷空氣性質(zhì)存在著很大的相關(guān)性。在冷空氣活動與山脈組合形成的三北地區(qū)(即西北、華北和東北),風(fēng)能資源最為豐富。每當(dāng)冷空氣南下,就會伴隨一次大風(fēng)過程。三北地區(qū)首當(dāng)其沖風(fēng)速最大,但越向南寒冷的空氣慢慢變性,勢力變?nèi),風(fēng)速也會越來越小。
根據(jù)能量守恒定理,架在內(nèi)蒙古地區(qū)的無數(shù)風(fēng)機必然要截取巨量的風(fēng)能。對風(fēng)力風(fēng)能造成哪些影響,人們尚且不能確定,但對冷空氣氣流的消耗,很多人卻是有著切身的感受的。
不難想象,由于超大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電廠的消耗,很大一部分冷空氣已經(jīng)很難像以往那樣越過陜西、山西,到達中部的河南,形成降雨。它們驟然停滯在了華北平原,再與京津超級城市群中的熱空氣發(fā)生強烈對流作用,形成突如其來的降雨,卻使得中東部地區(qū)遭遇連綿干旱。
近年來,中國遭遇的各類極端氣候災(zāi)害,似乎正是這一運轉(zhuǎn)模式的翻版。特別是2011年,北京市年降雨量突破700毫米,創(chuàng)13年來之最;2012年夏季,北京又遭遇1951年以來最大降雨,城區(qū)平均降雨量達215毫米。北京這些標(biāo)志性的突發(fā)氣候事件,或許并不是無緣無故發(fā)生的。
全球“風(fēng)情”有玄機
由于在北京城飽受霧霾,人們已經(jīng)切身感受到風(fēng)力變小之苦,并開始探究在北京這樣的超級城市中籌建“城市風(fēng)道”的可行性。內(nèi)蒙古的風(fēng)電場也時有棄風(fēng)停機之舉,令風(fēng)力阻隔也有間斷喘息。但令人意外的是,“風(fēng)變小了”的情況,讓依靠迎風(fēng)取電的大型風(fēng)電場也“笑不起來”了。
國家氣候中心高級工程師江瀅曾到輝騰錫勒等國內(nèi)幾家起步較早的風(fēng)電場考察,在昔日著名的風(fēng)電場,工作人員對風(fēng)的減弱有了更直觀感受。江瀅表示,近年來連寒潮、沙塵暴、溫帶氣旋等天氣事件都逐年減少,這也是風(fēng)速大范圍減小的一大佐證。
實際上,由于注意力盲點,人們更關(guān)注的是京津冀這樣重點地區(qū)的霧霾,卻很少有人注意到,即便是在內(nèi)蒙古、張家口這樣昔日的“大風(fēng)口”,如今也難逃霧霾“魔爪”。國家氣候中心的一項最新研究顯示,近50年來,中國大部分地區(qū)的風(fēng)速都是越來越小的,年平均風(fēng)速每10年就會減小0.12米/秒。
同樣的事情也發(fā)生在美國。一份由美國科學(xué)家發(fā)布的研究報告顯示,自1973年以來,美國的平均風(fēng)速和最大風(fēng)速均出現(xiàn)了明顯下降。某些中西部地區(qū),風(fēng)速甚至在10年內(nèi)減緩超過10%。計算機模擬更顯示,未來40年內(nèi)美國風(fēng)速還將下降10%。
毫無疑問,對于氣象學(xué)家們來說,北京風(fēng)力減弱的現(xiàn)象,不過是全球風(fēng)速趨緩的一個非典型故事。越來越多的研究表明,全球變暖可能正是造成這一惡果的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
有氣象學(xué)家表示,正是由于全球氣候變暖,使得亞洲大陸與太平洋之間的海陸溫差不斷縮小,兩者間的氣壓差也一降再降,導(dǎo)致空氣流動動力不足,中國乃至亞洲的大氣環(huán)流都發(fā)生了巨大變化。即便在城市高樓根本無法企及的中低對流層,風(fēng)力也越吹越慢了,更何況面對風(fēng)電阻滯和大規(guī)模城鎮(zhèn)化的北京城呢?
時至今日,科學(xué)家們基本認(rèn)同風(fēng)能開發(fā)會導(dǎo)致局部地區(qū)風(fēng)速減慢的觀點,但是否會減弱大氣環(huán)流,目前尚沒有定論。但吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授楊學(xué)祥始終認(rèn)為,天下并沒有免費的午餐,風(fēng)能也并非可供揮霍濫用的資源,過度利用風(fēng)能,同樣要付出相應(yīng)的代價。
令人憂慮的是,中國的風(fēng)能開發(fā)在缺乏對于氣候影響的整體性評價的前提下仍在突飛猛進。2005年,我國風(fēng)電裝機只有120萬千瓦。此后,我國風(fēng)電吊裝規(guī)模高速增長,到2013年底,裝機總量已經(jīng)超過9000萬千瓦,雄踞世界第一。如此高的發(fā)展速度,在世界風(fēng)電發(fā)展史上可謂空前。
雖然人們開發(fā)風(fēng)能的初衷是為了綠色環(huán)保,但如果開發(fā)計劃缺乏科學(xué)的論證,過度利用風(fēng)能發(fā)電也可能導(dǎo)致南轅北轍,必須慎重行事。不管如何,凡事皆有度,即便是開發(fā)綠色風(fēng)能,也應(yīng)如此。
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