破坏大气环流的元凶：

——北半球最近30年风速减慢的人为因素

                      杨学祥，杨冬红

 

研究称北半球最近30年风速减慢，这是一个国际研究小组在分析了欧洲、亚洲、北美的800多个气象观测点的数据后得出的结论。该小组在新一期英国《自然—地球科学》（Nature Geosciences）杂志上报告说，法国和英国研究人员分析了欧洲、亚洲、北美的822个气象观测点的风速记录，结果显示，从1979年到2008年，大部分地方的风速都有所下降，风速下降幅度介于5%到15%之间。研究人员认为，风速下降可能有多种原因，比如气候变化可能影响了气流的传统活动模式，导致风速下降。一些地方的森林植被恢复和增长使得地球表面更为“粗糙”，也会起到降低风速的效果。这一变化对风力发电行业的影响目前还难以评估。因为气象观测点大多测量10米左右高度的风速，而风力发电机组的风轮叶片多在距地面50米到100米的高度，对这个高度的风速，目前还缺乏全球性的数据【1】。

 

澳大利亚科工组织（CSIRO）土地与水研究所的首席研究员Tim McVicar博士研究小组新近在《地球物理学研究通讯》(Geophysical Research Letters)杂志上发表了题为“澳大利亚风速气候学和1975-2006的风速变化趋势”的文章。作者基于澳大利亚1976至2006的近地表风速观测资料，建立了0.01度分辨率的澳大利亚日风速数据库。通过分析，他们发现近30年来澳大利亚平均风速以每年0.009米每秒的速度递减，该递减的现象遍布88%的国土范围。不只是大洋洲，已有的文献表明，包括亚洲、欧洲和北美州在内的中纬度的世界，好像真的都正在变得风平浪静了。研究者认为气候变化研究更应注重风速变化，【2】。

 

中国科学院地理科学与资源研究所莫兴国研究员的研究小组也发现华北平原风速在过去50多年有明显的下降趋势。与McVicar博士合作，采用他们建立的具有物理机制的基于过程的生态水文作物模型，简称VIP模型，借助于遥感信息，模拟华北平原的玉米和小麦作物产量、耗水和作物水分利用效率，是探讨气候变化对农业和水资源影响的一条有效研究途径，受到国际学术界的广泛重视【2】。

 

北半球最近30年风速减慢的研究提出如下两个重要课题：其一，风速减慢是否与人为因素有关？其二，利用风能是否存在负面效应。

 

上述研究认为，一些地方的森林植被恢复和增长使得地球表面更为“粗糙”，会起到降低风速的效果。事实上，大陆集中在北半球，比森林高得多的城市高层建筑密布在沿海地区，阻挡陆海之间的季风循环，是北半球最近30年风速减慢的人为原因。密布在大陆内部的高架桥、高速公路、高速铁路如蜘蛛网，也是减慢内陆风速的重要原因。风力发电机利用风能发电，更是风速减慢的重要人为因素，这表明，天下没有免费的午餐，风能利用也要付出相应的代价。

 

城市建筑物聚集，高低大小不等，风流动时增加了阻力，因而城市风速一般来说比郊外小；城市减小风速。例如，我国最大城市上海，据多年平均资料，上海市区年平均风速都在3米／秒以下，其中风速最小的杨浦区和徐汇区仅为2.3-2.4米／秒。而近郊8县一般都在3-4米／秒之间，远郊的祟明、南汇更大于4米／秒。但具体说来城市减小风速的数值还因风速大小而有不同：大风减小得多而小风减小得少。例如，北京气象台八里庄旧址80年代末期四周开始出现高楼群，结果使风级较高的大风日数大大减少，而风级较低的大风日数则减少不多。气流流经城市，除了风速减小以外，风向也会有所变化。这是因为城区中风速减小时，气流受到的地转偏向力也同时减小，因而会使气流微向左偏。例如，美国俄克拉荷马城400米高度上的气球实验中，在南风13米／秒情况下，由于城区风速减小引起的向低压侧左偏的风速分量就有l米／秒。

 

由温差产生的大气环流是信风和季风形成的主要原因，其结果是均衡赤道和两级、大陆和海洋之间的温差，营造全球正常均衡的气候变化。人为降低风速，阻碍大气环流的正常运作，可造成热带地区更热、寒带地区更冷的极端气候频发，是严重气象灾害发生的根本原因。近年来频繁发生的城市内涝与城市减慢风速、云层阻挡在城市上空有关。由于城市减慢风速和改变风的方向，大城市的无序扩张将导致周围农村大气环流的改变和洪涝灾害的频繁发生，这些问题需要认真深入地研究和解决。

 

风速减慢对风能利用也提出了新的挑战：

 

首先，从1979年到2008年，大部分地方的风速都有所下降，风速下降幅度介于5%到15%之间。这可能意味着风力发电机的发电能力同比下降5%到15%之间。就像地下水资源逐渐枯竭一样，伴随全球风能利用率的增大，风能也是有限的资源。

 

其次，过度的城市高层建筑开发和过度利用风能将导致大气环流功能的减弱甚至降低到影响人类正常生活的水平，城市扩张和开发风能也应该受到合理的限制。

 

第三，人类应该汲取浪费清洁的空气、无污染的淡水、净化环境的森林的无数教训，慎重对待风能的开发，重视能源利用的负面效应。

 

近期有人提出，土地利用变化对全球气候的影响亟待关注。中国科学院地理资源所研究员刘纪远表示：“人类活动作为主导因素所导致的土地利用与土地覆盖变化（LUCC）通过地球生物物理过程影响全球气候变化的研究，没有得到应有的重视，这不利于科学界为制定全球变化策略提供全面系统的科学支撑。”工业革命以来，土地利用、土地覆被发生快速变化，增加地球表层生态系统的脆弱性，同时也成为全球气候变化的驱动因素之一。“中国当代土地利用变化剧烈，会导致什么生态与气候后果？”刘纪远表示，“国际对比可以提高我们的科学认识。”刘纪远表示，本项目研究将在土地规划、生态保护与修复规划、城市布局、气候外交谈判等方面提供决策支持【3】。

 

国际上有学者认为，通过合理调控土地利用变化缓减气候变化，可能是比减少温室气体排放更有效的途径【3】。自然和人为的风速变化可以改变大气环流的动态和效率，合理的人为调整也可能是比减少温室气体排放更有效的途径。更为重要的启示是，破坏和阻挡大气环流的自然因素和人为因素同样是环境恶化的重要原因，城市高层建筑的无序扩张和风能利用也在其中。

 

正如国外研究者所说，气候变化研究更应注重风速变化。北半球最近30年风速减慢及其自然原因和人为原因的研究应该受到全球变化研究的关注。

 

我们不能等到大气环流恶化了、风能利用受限制了、城市灾害频发了，再做事后的调整和修补。“发然而后禁，则悍格而不胜”，“预则立，不预则废”，科学研究必须要有预见性。

 

参考文献

 

1．  Robert Vautard。研究发现北半球最近30年风速减慢。《自然—地球科学》。2010-10-18 15:19:33（来源：新华网 黄堃）。 科学网。http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201010181593384412807.shtm

2．  作者：Tim McVicar等。气候变化研究更应注重风速变化。 期刊：《地球物理学研究通讯》。 发布时间：2008-11-13（来源：中科院地理科学与资源研究所 刘苏峡）10:48:29 科学网。http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/200811131050494854073.html

3．  “大尺度土地利用变化对全球气候的影响”项目启动。《科学时报》 (2010-10-21 A1 要闻) http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/10/239032.shtm

 

 

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