北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室
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Science新进展:非洲撒哈拉沙漠大规模风能和太阳能发电将具有增强降水和植被的效应
发布时间: 2018-09-07  

    为实现全球升温限制在2度以内的目标,需要大幅度减少人为温室气体排放。撒哈拉沙漠具有丰富的风力和太阳能资源,大规模开发利用不仅可为人类提供清洁的再生能源,减少对化石燃料的依赖,也可成为应对气候变化的有效手段。然而,风电和太阳能发电设施会改变地表特性,当规模足够大时,可能会对区域气候产生显著影响。

      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、中科院大气物理研究所科学家组成的国际团队通过动态植被的气候模式进行数值模拟实验,研究发现在非洲撒哈拉沙漠建立大规模风力和太阳能发电将有助于增加区域降水和植被,有利于区域气候和生态环境。其中非洲撒哈拉沙漠的降雨量可增加一倍以上,在萨赫勒(Sahel)地区增加高达~500毫米/年,区域植被覆盖度增加20%。研究论文“Climate model shows large-scale wind and solar farms in the Sahara increase rain and vegetation”,于9月7日在《科学》杂志上发表。

      论文指出,风电和太阳发电对区域气候的影响是通过两种不同机制来实现。风电设备(风力发电机)会提高地表粗糙度、降低风速、增强空气汇聚而形成上升气流,有助于增加降水。太阳能发电(光伏板)降低了地表反射率,地表吸收更多能量带来增温,低压增强,促使空气向上运动,从而有助于增加降水。两种机制带来的降水增加共同促进植被生长。而恢复的植被又可降低反射率,增加地表摩擦,从而再次促进降水增加,形成了正反馈机制。在风电实验中,植被的反馈作用占模拟降水量增加的80%,表明了动态植被在土地变化影响气候中的重要作用。

      该研究成果对于解决能源—水—食物系统的可持续性挑战具有重要意义。研究中所模拟的风电和太阳能发电在撒哈拉沙漠占地面积900万平方公里,每年发电量分别为3TW和 79TW,而2014年全球能源需求为18TW。因此,撒哈拉沙漠的巨型风电和太阳发电将为人类提供足够的清洁能源来源,用于取代目前和未来的化石燃料能源使用,大幅减少温室气体排放。而模拟实验表明这种巨型风电和太阳发电,对区域气候不仅没有明显负面作用,还可能产生有益的影响。非洲的撒哈拉和萨赫勒地区是目前世界上最干旱地区之一,同时经历了贫困和人口高速增长。模拟实验中风电和太阳能带来降水和植被的增加,可大幅改善这一地区雨养农业和牲畜业发展。此外,风电和太阳能产生的大量清洁能源还可用于海水淡化,并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。

      论文的第一作者兼通讯作者李琰博士,为美国马里兰大学、伊利诺伊大学博士后,北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室副教授。中国科学院大气物理研究所千人计划曾宁研究员也参与了该项研究。该研究受到国家重点研发计划全球变化及应对重点专项的资助。

      论文链接:http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aar5629

                                

 


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