【2014-11-21 第23期】 往期回顾
信欣:人称“信半仙儿”,喜欢琢磨天气和生活、体育、历史、科学的联系。
风电真能“偷走”北京的风吗?
最近一篇《谁“偷走”了北京的风》的报道在网上流传,认为风电大发展和京津冀雾霾增多是同步的,2013年北京风力呈现断崖式暴跌。难道这两年北京的风真的骤减?而且是被风电“偷走”了? 【详情】

2013年北京风力断崖式暴跌是假 减弱是真

《谁“偷走”了北京的风》通过北京2013年大风日数得出北京2013年风力断崖式暴跌的结论,显然是不合理的。这就好比,因为全年级考试得满分的人少了,就判断全年级学生的成绩都是大幅退步了。且文中说北京2013年大风日数(瞬时风速超过17米/秒)为1天并不属实,应为3天。

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从北京年平均风速和大风日数对比图中可以发现,风速大的年份,大风日数不一定是偏多的。反过来,大风日数少的年份,平均风速未必偏弱。以1983年和1981年对比为例,1983年大风日数(29天)几乎是1981年(15天)的2倍,但平均风速比1981年还少了0.1米/秒!因此,光看大风日数来说北京的风速暴跌,显然是站不住脚的。

但不可否认的是,北京的风速最近3年确实减少了。那么问题来了,这是因为风电大发展导致的吗?

风电影响风速就像蚂蚁绊倒大象

为了搞清楚风电发展和北京风速变小的关系,数据帝决定把目光放到更长远的时间周期中。从上世纪60年代以来,北京的风速在波动中减小。其中,60年代后期到70年代初期,北京的平均风速较大,1972年达到了顶峰(3.2米/秒)。从70年后期开始,北京风速就在减小,1990年减小到了低谷(1.8米/秒)。

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按照《谁“偷走”了北京的风》报道,风电装机量主要是2008年以后突飞猛进的,因此在1972年-1990年这段时间风速减小,显然是不能算在风电头上的。那么,2008年风电大发展以后呢?

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报道中提到河北张家口地区风电发展迅猛,是“中国风电第一市”,在北京上风口,令人不安。数据帝选择了风电场附近相邻的两个站点——张家口和张北来进行风速对比,两地相距40多公里。如果风电真的对风力有影响,张家口和张北的风速应该减小。事实是2008年风电大发展后,两地的风速不降反升。

风电场一般集中在张家口北部的张北、尚义等坝上地区,张家口市处于其下游。2007-2010年,张北风速增加,张家口没有变化。如果上游风电发展导致下游风速减小的假设成立,那么2011年张北风速减小,张家口的风速也应该减小,但事实上却维持不变,尤其是2012-2013年,张北风速有所加大,张家口增速更快。不但没有因为风电设备增多,拉开差距,反而缩小了差距。由此可见,风电发展对临近地区风速的影响并不大

这个结论从国外的实验研究也能找到依据。丹麦科技大学Risoe实验室Frandsen通过设置9000平方公里范围的大规模风电场,用数值模拟方法研究大型风电场的局地大气环境影响效应,结果表明,大型风电场下风向风速减弱的影响经过约30~60公里的距离以后就可以恢复。在风电大户中,河北张家口距离北京上百公里,内蒙古距离北京就更远了。因此,北京上游的内蒙古、河北开发风电资源,对北京风速的变化影响微乎其微。好比一只大象马上要摔倒,就算大象脚下的蚂蚁伸了一下腿,也不能认为是蚂蚁绊倒了大象

美国斯坦福大学Maria通过建立风电机组叶片与大气相互作用的动量参数化关系,估算由于大型风电场建设带来的全球和区域大气能量的损失,结果显示,如果用风能满足全球对能源的需求,风能开发对1公里以下大气层能量的损失大约0.006%~0.008%,影响微弱。

到底是谁“偷走”了北京的风?

不是因为风电发展,那北京风速减弱到底是什么原因呢?其实,风的本质是空气流动,导致空气流动的根源是空气温度和密度的差异。由于陆地和海洋性质不同,冷热变化有差异,冬季陆地冷于海洋,风从亚欧大陆的腹地(西伯利亚)吹向太平洋,所以北京冬季多西北风。

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由于全球变暖,尤其是80年代以后暖冬的增多,减小了冬季海洋和欧亚大陆的温差,因此空气的流动也就不如之前快,风速也相对应减小。从冬半年强冷空气和寒潮次数的年代变化来看,60-70年代的寒潮和强冷空气相对较多,80年代明显减少,90年代以后又稍有增多;对应风速变化来看,60-70年代北京平均风速较大,80年代明显减小,90年代又有所增大。如此看来,北京的风速变化还是自然因素起了主要作用。当然,全球变暖也有很多原因被归结为人类活动,科学界一直有争议,但是自然和人为因素应该都是存在的。

除了全球变暖,城市化发展增加了地面附近的摩擦作用,高大的城市群会产生绕流阻力,也使得风速可能会减弱。除了北京,同样的风速变化也表现在北方其他一些城市,比如郑州、沈阳、西宁也出现了风速先下降、之后又有所提升、总体震荡下降的趋势。不过,天津21世纪以来风速还呈现加大趋势,这可能因为天津临海,城市热岛效应使得海陆风的作用加强。

小注:绕流,就是流体遇到障碍物,一般从其周边绕过,这个在自然中很常见,比如在河流中的石头,水流会从旁边绕行。在地球上,青藏高原的绕流作用也很明显,在其下风处的四川盆地,风速就很小。

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为了感受城市发展对风速变化的影响,数据帝还选择了甘肃民勤(腾格里和巴丹吉林沙漠边缘)、内蒙古锡林浩特(锡林郭勒草原边缘)、内蒙古小二沟(大兴安岭森林边缘)这三个接近自然环境的站点,三个站点90年代的风速虽然也弱于60-70年代,但没有北方省会级城市那么明显。

因此北方城市风速的减小,应该是自然因素和人为因素共同导致的结果。

结语:风电发展对治霾有功无罪

北京的风速变化既有自然原因,也有城市发展的影响。要是归结于风电发展,那就冤枉了。从这种联系中推导出风电发展会加重华北雾霾,更是冤上加冤。上期APEC蓝的启示中提到了,风电作为清洁能源,替代煤炭、石油等矿物质能源,可以减少污染物排放,是治理雾霾的一大希望,不应该被错杀和扼杀。

注:本文所述属专家个人观点,不代表本网立场。

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