科學家:這個方案不僅能發電 還會綠化撒哈拉沙漠
記者 虞涵棋
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、伊利諾伊大學、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,進行動態氣候模擬實驗的結果。相關論文北京時間9月7日凌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、伊利諾伊大學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,形成惡性循環。
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、水循環等組分之間的相互影響,就像一個天氣預報系統。
模式模擬結果發現風電建設會帶來區域温度升高(+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,植被的反饋作用佔模擬降水量增加的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900萬平方公里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。
模擬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於海水淡化,運輸至淡水稀缺嚴重的地區,從而改善公共衞生,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,這只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,這可能是由於其他沙漠面積小、分佈零散,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。
論文鏈接:http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aar5629