全球变暖将使风电产业蒙受重大损失

                                杨学祥，杨冬红

为了减缓全球变暖，低碳经济的一项措施就是利用可再生能源代替石化燃料，其中，风能被寄予很大的期望。

据网上资料，风能(wind energy)地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和空气的密度。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。

全球的风能约为2.74×10⁹MW，其中可利用的风能为2×10⁷MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。空气流动所形成的动能及为风能。风能是太阳能的一种转化形式。太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。

目前赤道海洋的温度为27.5℃，北极的年平均气温为-12℃左右，温差为39.5℃。这是当前风能存在的基础。全球风能是不能储存的，将伴随赤道和两极的温差不断变化，发展风能利用事业，必须注意到这种变化趋势。

2011年3月28日，世界气象组织和国际科学协会理事会在日内瓦发布消息称，持续两年的国际极地年结出硕果。当天发布的摘要显示，该项研究将有助于人类塑造对未来几十年两极地区、全球海洋、气候以及气候变化的认识。

国际极地年由世界气象组织和国际科学协会理事会联合举办。从2007年3月至2009年3月，来自60多个国家的约5万人参加了这个庞大的研究计划，是迄今为止在两极地区进行的全球最大的合作研究项目。该研究为极地地区气候变化所产生的广泛影响提供了令人信服的证据。

摘要显示，极地雪和冰正在减少，对人类生计、动物和植物的生活以及大气和海洋的循环都产生了影响。南北极半岛部分地区的变暖速度是全球平均速度的两倍。南极变暖范围比国际极地年开展之前的预期还要广泛。格陵兰岛和南极冰川的大片消融导致海平面上升。根据摘要，2007年北极夏季海冰范围降至最低记录，之前曾出现两次较低的记录，这证明了北冰洋的急剧变化。世界气象组织秘书长雅罗和国际科联主席凯瑟琳·布雷西纳克在长达720页的摘要序言中提到“国际极地年激励了极地科学的发展，导致一场空前的行动，在人类与环境关系不断变换的关键时刻引起了全球对极地地区的关注”。

摘要列举的一些主要的发现包括：国际极地年研究记录了两极和全球海洋及大气过程的主要联系。北冰洋的变化经由副北极海域的传输，影响到北大西洋的海洋环流。证据显示史无前例的、大规模的相互作用导致北极越来越暖，中纬度地区（包括一些人口稠密地区）越来越冷^[1]。

摘要显示，南北极半岛部分地区的变暖速度是全球平均速度的两倍。按此速度，全球平均温度每上升5℃，赤道和两极的温差就会相应减少5℃，这表明，伴随全球变暖，全球风能总量将不断减少，以风能为低碳减排的替代能源存在可以预知的风险。

晚白垩纪赤道海洋表层温度为摄氏21度，比现代低6.5度，与两极的温差为13摄氏度，只有目前赤道和两极温差的三分之一。这是全球变暖，赤道与两极温差减少的历史证据。

2006年人民网6月1日讯 据美联社报道，今天《自然》杂志的一份报告称，美国的科学家发现在远古时代北极的平均气温为23摄氏度，是理想的休闲圣地，就像今天的佛罗里达。科学家说，北冰洋海底矿样显示，5千5百万年前北极附近是一派亚热带天堂的景象。他们表示，这一发现表明早在温室气体大量排放之前，由于某些自然原因，北极地区就比我们过去认为的要暖和。

　　几百万年前地球曾经历过一次长时间的升温期，但5千5百万年前出现了一次非正常的二氧化碳大爆发，加速了温室效应的进程。虽然科学家早就发现了这次“热爆发”，但它的成因仍旧是个迷：可能是海洋沼气大释放、规模巨大的火灾、大片树木被焚或者频繁的火山喷发造成的。很多专家认为，当时地球上其他地区的气温非常高，而北极平均气温大概只有11摄氏度，而这次新的研究成果表明，北极的真正气温接近于23摄氏度^[2]。

历史上存在晚白垩纪（大约6千5百万年前）赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度），现在又出现了5千5百万年前北极高温之谜，我们给出了如下形成机制：

1996年我们通过模拟计算得出地球内核的旋转速度大于地壳和地幔，当年的地震波测量结果证实了这一结论^[3-8]。

由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时（在远银心点和地球轨道偏心率最大时的近日点）使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，热幔柱喷发和海水增温向大气释放大量CO₂，加强温室效应，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应^[9-16]。有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度，大气冷却了10~15度^[11]。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度^[9-16]。有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4℃以上^[17-18]。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视。

海洋锅炉效应

图1. 海洋的能量积累：海底藏冷效应与海洋锅炉效应（杨学祥，1998，1999，2000）^[9-16]

表1  天文周期与地质旋回

北京时间3月7日消息，根据美国和欧洲科学家的一项最新研究，现在世界上的海洋正经历3亿年来最快速的酸化，这一酸化速度甚至超过了6500万年前那场浩劫中大规模二氧化碳释放时导致的酸化速度。在一份发表于《科学》杂志上对过去数百项针对古代气候研究的评论中，研究人员们指出，对过去那段异常温暖时期的了解将有助于我们预测人类活动对全球气候可能造成的影响。

根据科学家们在3月1日发表的一份研究报告，当更多的碳进入大气层中时，海洋就会更加酸化。在工业时代到来之前，碳的这种变化主要是自然因素导致的，这种自然变化造成了全球气候的自然波动。而人类活动，包括化石燃料的燃烧，已经使大气中的碳含量水平从工业时代开始时的百万分之280上升到现在的百万分之392。二氧化碳是多种造成全球变暖的温室效应气体之一。

　　为了了解在史前时代海洋酸化造成过何种影响，来自英国，荷兰，德国，西班牙和美国的21位科学家查阅了有关过去3亿年间地址记录的研究资料，并从中寻找有关气候突变的迹象。这些迹象包括生物大灭绝事件，在这样的事件中，地球上大量的生物突然神秘死亡。如最著名的一次发生在大约6500万年前由于陨星撞击地球导致恐龙等大量生物灭绝的灾难事件。

而和我们现在正在发生的情况相似的，是大致发生在2.52亿和2.01亿年前的两次大灭绝事件，当然5600万年前出现的异常高温时期也应包括在内。研究人员发现在大约5600万年前存在一次短暂的，持续仅约5000年的异常高温时期，这可能是由于大规模的火山爆发引起的，这一情景是过去3亿年以来和我们目前所面临的情况最为接近的情形。

研究显示，在这段短暂的历史时期内地球大气中的二氧化碳含量上升了一倍，全球气温相应地上升了6摄氏度。海洋酸度也出现相应上升，PH值大约下降0.4个单位。研究参与者，哥伦比亚大学拉蒙特-杜赫提地球观测站的巴贝尔·霍尼希(B?rbel H?nisch)表示，这确实是快速的升温和海洋酸化过程，但尽管如此，如果和150年前工业革命开始之后的情况相比，这种幅度和速度却仍然是温和的。

　　5600万年前的那场被地质学家们称为“古新世-始新世极热期”(PETM)的快速升温过程发生于恐龙灭绝900万年之后，期间每100年的海水PH值酸化速度约为0.008单位。

　　在那段时期内很多珊瑚都相继灭绝，很多生活在海底的单细胞动物同样难逃厄运，研究人员据此认为，这一情况也说明当时更多位于食物链更高等级上的植物和动物也因此灭绝了。相比之下，在20世纪，海水的PH酸化幅度是0.1单位，并且预计到2100年这一速度将上升至每百年0.2~0.3个单位。联合国气候变化政府间合作专门委员会指出，全球平均气温在本世纪内就将上升1.8~4摄氏度。

怀疑论者们常常会拿地质历史时期的某些异常温暖时段作为当前的全球气候变暖可能并非人类活动后果的证据。对此霍尼希指出，某些异常变暖过程，如“古新世-始新世极热期”(PETM)或许确实是由于大规模火山爆发等自然原因造成的。但是她也指出，当时发生的全球变暖和海水酸化速度要远远小于现在，那时5000年内才发生的变化我们现在在一个世纪内便发生了^[19]。

我们对此的回答是，“古新世-始新世极热期”(PETM)、大气二氧化碳浓度提高一倍（大约是现在的10倍）和海洋酸度也出现相应上升（PH值大约下降0.4个单位）确实是由于海底大规模火山爆发等自然原因造成的。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视^[20]。由此引发的赤道与两极的温差减少将导致全球风能的成倍损失。

低碳经济的可行性值得关注。

参考文献

1.       郝静。最新国际极地年研究发现：北极变暖 中纬度地区变冷。2011年04月07日来源：新气象网站。http://www.zgqxb.com.cn/kjzg/kejidt/201104/t20110407_16518.htm

2.       董唅。科学家：北极平均气温曾达到23摄氏度。2006年06月01日15:28人民网。http://world.people.com.cn/GB/41218/4426176.html

3.       杨学祥，陈殿友. 地核的动力作用[J]. 地球物理学进展，1996， 11（1）： 68-74.

4.       杨学祥，张玺云. 热幔柱的启动动力[J]. 世界地质，1996，15（2）：68-74.

5.       SONG Xiao-dong, Richards P G. Seismological evidence for differential rotation of the Earth’s inner core[J]. Nature, 1966, 382: 221-224.

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8.       徐果明。地球内核的差异旋转。科学。1997，49（4）：13-17.

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10.   杨学祥. 太阳活动驱动气候变化的证据. 中国学术期刊文摘. 2000, 6(5): 615~617

11.   Claude J. Allegre and Stephen H. Schneider. The evolution of the earth. Scientific American. 1994,271(4):44~51

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14.   杨学祥,陈殿友. 地球差异旋转动力学. 长春：吉林大学出版社. 1998. 79,88,103,113,155,174,196

15.   杨学祥，牛树银，陈殿友。深部物质与深部过程. 地学前缘. 1998, 5(3):77~85

16.   杨学祥,张中信,陈殿友. 地核能量的积累与释放. 地壳形变与地震. 1996, 16(4):85~92

17.   汪品先, 翦知湣. 寻求高分辨率的古环境记录. 第四纪研究. 1999，(1): 1~17

18.   杨学祥,陈殿友. 构造运动、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震. 2000, 20(3): 39~48

19.   晨风。海水酸化速度达3亿年来最快将产生严重后果。2012年03月07日 08:26  新浪科技微博。http://tech.sina.com.cn/d/2012-03-07/08266810873.shtml

20.       杨冬红, 杨学祥. 灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质, 2011, 30(3): 474~480