特殊地形增大了北京风速减弱的强度扩大了风电场的副作用

                                  杨学祥

   地理地貌：北京市中心位于北纬39度,东经116度.雄踞华北大平原北端.北京的西、北和东北,群山环绕,东南是缓缓向渤海倾斜的大平原.北京平原的海拔高度在20~60米,山地一般海拔1000~1500米,与河北交界的东灵山海拔2303米,为北京市最高峰.境内贯穿五大河,主要是东部的潮白河、北运河,西部的永定河和拒马河.北京的地势是西北高、东南低.西部是太行山余脉的西山,北部是燕山山脉的军都山,两山在南口关沟相交,形成一个向东南展开的半圆形大山弯,人们称之为“北京弯”,它所围绕的小平原即为北京小平原.

图1 北京地形图

国内外的相关研究认为，发展风电对局地风速虽有一定影响，但影响的范围非常有限。丹麦科技大学和清华大学的研究结果表明，风电场对下游几公里到几十公里范围的地面风速有明显影响，但超过100公里，影响可忽略不计。北京市中心距离内蒙古400多公里，距离张家口约200公里。所以内蒙古和张家口地区的风电不会对北京地区风速产生显著影响。

我们在1月19日博文中指出，这一研究是一个简单的数学问题：某一风电场对当地风能的消耗是微量的，超过100公里后其影响可以忽略。如果风电场的规模足够大，或还存在其他因素的影响，其作用就不可忽略。

事实上，风电场的后面是大面积的防风林，防风林后面是联网成片的高架桥和高速公路，高架桥和高速公路后面又是密集的城镇高楼大厦，在遭遇层层阻拦之后的风速还会继续保持强劲吗？

在这里，我们还忽略了另一个重要因素：北京所处地区的地形对风速减弱所起的作用。

如图1所示，北京的地势是西北高、东南低.西部是太行山余脉的西山,北部是燕山山脉的军都山,两山在南口关沟相交,形成一个向东南展开的半圆形大山弯。当西北风从内蒙吹来的时候，经过山地吹向平原，由于大气层厚度突然增大，1000-2000米的高差使风速在平原上空突然减慢，并且在地表形成低压逆流区。这就是说，经过风电场和防风林地带的风速，不仅不能在400公里的路程中恢复原来风速，反而会突然降低风速。这与原来预想的理论结果正好相反。在遭遇风电场和防风林两次减弱伤害之后，特殊地形进一步降低了风速，所以出现了近几年来北京雾霾增强的不解之谜（见图2）。

图2 从山地吹向平原的风由于空间增大而速度减弱

我们在2010年指出，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。

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。

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。

最典型的例子是"三北防护林"工程。三北防护林是防治沙尘暴的成果，也是2013年中国雾霾高峰的生成原因。近年来北京的沙尘暴确实减少了，但是，北京的雾霾也确实在突飞猛进：一种灾害的防治意味着另一种灾害的增强。灾害防治不能头痛医头脚痛医脚，应该综合防治，合理布局。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-776836.html

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

Robert Vautard, Julien Cattiaux, PascalYiou, Jean-Noël. ThépautNorthern Hemisphere atmospheric stilling partlyattributed to an increase in surface roughness. Nature Geoscience, 17 October2010: 756–761  doi:10.1038/ngeo979

2. 杨冬红,杨学祥.全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”.地球物理学进展.2008, Vol. 23 (6): 1813～1818。YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. The hypothesis ofthe ocesnic earthquakes adjusting climate slowdown of global warming. Progressin Geophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

3. 杨学祥，杨冬红。2014年1-2月潮汐组合与雾霾对应的检验。2014天灾预测学术研讨会议论文集。2014，224-237，万方数据库。

4. 杨冬红, 杨学祥.北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Study on the relationbetween ice sheets melting and low temperature in Northern Hemisphere. Progressin Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

5. 杨冬红，杨德彬。日食诱发厄尔尼诺现象的热-动力机制。世界地质。2010，29（4）：652-657. Yang D H,Yang D B. Thermal dynamic mechanism of El Nino induced by solar eclipse. GlobalGeology (in Chinese), 2010, 29 (4): 652-657.

6. 杨学祥，杨冬红。2014-2016年月亮赤纬角最小值时期雾霾进入高发期。2013天灾预测总结研讨学术会议论文集。2013，万方数据库。

7. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934. Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climatechanges. Chinese Journal of geophysics(in Chinese), 2011, 54(4): 926-934

8. 杨学祥，杨冬红。2013年中国雾霾高发的气象原因初探。科学家. 2014, (3): 90-91. YANG Xue-xiang, YANG Dong-hong. Meteorological Analysis of ReasonsCausing China'sFrequent Smog Weather in 2013. Technology and life. 2014, (3): 90-91.

9. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.Yang X X, Chen D Y. Study on causeof formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (in Chinese), 2013,28(4): 1666-1677.