风力发电对雾霾的影响：三十年前防风，三十年后求风

                  杨学祥

   美国《福布斯》杂志网站2013年12月25日报道盘点了2013年全球各地在气候和能源领域的五大话题事件，中国雾霾排第一。2013 年1月以来全国平均雾霾日数为4.7天，较常年同期(2.4天)偏多2.3天，为1961年以来最多。今年黑龙江、辽宁、河北、山东、山西、河南、安徽、湖南、湖北、浙江、江苏、重庆、天津十三省市，雾霾日数均为历史同期之最。辽宁雾霾天数已经破了历史纪录。2013年雾霾高发的原因是什么？偶然还是必然？

   雾霾天气的出现主要受两个条件的影响：一是大气颗粒物浓度，二是气象条件。

   大气污染是雾霾发生的元凶，这是人们的共识，这里就不多讨论了。本文主要讨论雾霾发生的气象条件规律性，以便有效的预测和预防。

   内蒙风电项目，三北防护林项目和森林围城项目对北京风力减弱的影响是客观存在的，否则，规模巨大的三北防护林项目就毫无防风作用可言。这三个项目对全球作用可以忽略，对北京作用不可忽略。

　　三十年前防风，三十年后求风：三北防护林项目，森林围城项目和内蒙风电项目在减弱沙尘暴的同时也减弱自然风，是雾霾发生的重要原因。

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风力发电对雾霾的影响

2014-12-4 19:36:29　 国际新能源网　

   风力发电一直以来被认为是最环保，最低碳，最经济的能源，风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，是一种特别好的发电方式。风力发电正在世界上形成一股热潮，被一些国家广泛应用。

   风力发电真的是百利而无一害吗？

   大自然的客观规律，是不以人的意志为转移的，任何自然现象都是相辅相成的。人为的改变自然规律，有一利必有一害。

   人们高兴地看到风电的“清洁”替代了火电生产过程对环境的污染、核电的潜在辐射危害、水电的生态破坏，却很少注意到，风电减低风速对气象的影响，到底是祸还是福，值得我们认真探讨。

   风力发电是将风能转化为电能，它利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电.风力发电的原理首先把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能。风力发电的动力来源于风力，有风才能发电。

   我们可以说，每一台风电机都是在为减低风速而忙碌着，如果无风，他就无事可做。风电在发电过程中，也是在把风速减慢过程。风电减慢的虽然只是低空的风速，但低空和高空的风速互相关联，实际是把影响大地气候的所有风速都减慢了。风力发电的后果再于减少风力。风力的减少，风速减慢，影响着气象的变化。

   首先风力发电造成局部干旱。根据《地球物理研究》杂志一篇文章的研究结果，在一个拥有1万台风力发电机的风力发电厂内，其地表温度会上升0.7摄氏度。发电机叶片的转动会使空气中的潮气上升，而靠近地面的区域会变得温暖干燥。因此造成风力发电厂附近的植被破坏，局部干旱形成，对农作物生长造成不良影响。

   风能是一种清洁能源，它有着净化大气的作用。风能是雾霾最大的克星。雾霾天气只要遇到风力，就会天晴雾散。风速是气象的重要元素，风力发电的发展，致使风速减慢，风力减少，必然造成雾霾集聚不散，使雾霾的天气越来越严重。

   气象如同河流一样，“流水不腐”，空气也只有流动起来才减少污染。雾霾的集聚和形成，主要是靠风力来驱散，风力是气象的净化剂。没有风力，大气的污染就得不到净化，雾霾就会越来越严重。近年来，全球气候反常已是不争的事实，风灾、冻灾、水灾、旱灾及涝灾等频繁层出都是气候反常的体现。其中气温逐年升高，已是人所共知的，但风速在逐年下降，虽少有人注意到，却似乎还未与气候反常联系到起来，也没有与严重的雾霾联系起来。

   地球空间任一点在任一时间的风速，彼此互相关联，气象学界有所谓“蝴蝶效应”学说，夸张地声称：蝴蝶翅膀的扇动可能引起一场龙卷风；如果大范围的某些空间点都有巨大而高能量的“蝴蝶”在扇动着翅膀，必然会对大范围的风速起明显的影响。一台风力发电的原动力机械风扇可以看做是一只“蝴蝶”的翅膀，它随时随地都是正对着风向减低风速，不住的煽动着翅膀。大范围的风速的改变，风速降低，风力减弱，也必然影响气象的变化。

   有研究称北半球最近30年风速减慢，在欧洲、亚洲、北美的800多个气象观测点的数据后得出的结论，风速下降幅度介于5%到15%之间。中国科学院地理科学与资源研究所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。研究人员认为，风速下降可能有多种原因，如一些地方的森林植被恢复和增长，使得地球表面更为“粗糙”；城市和沿海地区高层建筑密布，阻挡陆海之间的季风循环；大陆内部的高架桥、高速公路、高速铁路密如蜘蛛网，这些都会起到降低风速的效果。其中不排出除风力发也电是主要原因之一。风速的减慢，一方面使世界变得“风平浪静”，另一方面使的大气中的一氧化碳、二氧化碳、灰尘粉尘、雾霾等得到集聚而不能扩散，造成大气的污染越来越严重。

   风能也是有限的资源，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，自然和人为的风速变化必然要改变大气环流的动态，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。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。

   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风雨气候变化；人为降低风速，阻碍大气环流的正常运作，可造成热带地区的“热”、寒带地区的“冷”、风雨冰雪适时适地....等等的季节规律被搅乱，是严重气象灾害发生的根本原因，从而得出近年我国先严重干旱，接着是严重洪灾和内涝是风速减慢搅乱了正常气象节奏的结果。风电是近年风速减慢的重要因素是无容置疑的，这样就有理由在作风电的环保影响评价时把它列入到评价内容中来。

   据初步统计，2010年我国风电新增装机超过1600万千瓦，累计超过4000万千瓦，居世界第一。我国连年大力发展风电导致风速变慢，不排除是这些气象灾害原因之一。

   在治理大气环污染，治理沙尘暴、雾霾等气象环境时，我们十分注重生态、排放的治理，这是十分必要的。同时我们也要更加注意尊重大自然的客观规律，减少人为的对自然环境的干预、调节因素。在发展风力发电的同时，要充分做好环境的评估，不要盲目滥建，肆意扩大规模，要合理布局，计划发展，保证风道的畅通。

   在治理雾霾方面保护风力资源可能比控制排放更为重要。

来源：曹建民

http://newenergy.in-en.com/html/newenergy-19451945752222363.html

http://www.chinabidding.com/zxzx-detail-224103351.html

http://uj.jieyue.net/news/euro/hj/2014/124/14124223154F1C9F0DCCACK5D7B40DB.html

[转载]《科学家》杂志： 2013年中国雾霾高发的气象原因初探

已有 1121 次阅读 2014-3-17 19:20 |个人分类:防灾信息|系统分类:科研笔记|关键词:科学家 雾霾 潮汐组合 拉马德雷冷位相

2013年中国雾霾高发的气象原因初探

     杨学祥，杨冬红

   美国《福布斯》杂志网站2013年12月25日报道盘点了2013年全球各地在气候和能源领域的五大话题事件，中国雾霾排第一。2013 年1月以来全国平均雾霾日数为4.7天，较常年同期(2.4天)偏多2.3天，为1961年以来最多。今年黑龙江、辽宁、河北、山东、山西、河南、安徽、湖南、湖北、浙江、江苏、重庆、天津十三省市，雾霾日数均为历史同期之最。辽宁雾霾天数已经破了历史纪录。2013年雾霾高发的原因是什么？偶然还是必然？

   雾霾天气的出现主要受两个条件的影响：一是大气颗粒物浓度，二是气象条件。

   大气污染是雾霾发生的元凶，这是人们的共识，这里就不多讨论了。本文主要讨论雾霾发生的气象条件规律性，以便有效的预测和预防。

   一、雾霾发生的半年周期和年周期

   最近的研究表明，雾霾的发生有明显的季节性特征：每年11月至次年1月的潮汐组合类型有利于雾霾的形成，每年2月-4月的潮汐组合类型不利于雾霾发生；每年5-7月潮汐组合类型有利于雾霾发生，每年8-10月潮汐组合类型不利于雾霾发生，潮汐组合类型转化的周期为6个月。这个半年周期是固定的，每年都是这样。与雾霾季节性相叠加，雾霾频发期是每年的1月和12月。

   吴兑等人根据1951-2005年中国大陆霾的时空分布特征得出同样的结论：就中国大陆而言，12和1月霾天气日数明显偏多，2个月霾日数的总和达到了全年的30%；9月霾天气日数最少，约占全年的5%。这一研究结果与潮汐类型的划分完全一致。2013年的中国雾霾首发在1月，并于12月进入高潮。预计2014年1月会仍保持高发态势。相关的检验数据发表在科学网上。

   二、潮汐南北震荡的18.6年周期

   美国科学家相信，即使没有温室效应, 地球自己的卫星月球也会使地球的温度上升。月球通过影响地球上的潮汐使地球的温度上升，是地球的恒温器。当日、地、月排成一线且相互距离最小时，日月引潮力相互加强而变为最大，地球海洋潮汐规模也最大，这时就有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上的空气。当日、地连成的直线与月、地连成的直线相互垂直时，太阳潮汐减弱月球潮汐，使地球海洋潮汐变小，这时海洋深处的冷水很难被带到海面，世界就变得暖和。当月亮在南（北）纬28.6度（月亮赤纬角最大值）时，高潮区在12小时后从南（北）纬28.6度向北（南）纬28.6度震荡一次，大气和海洋的南北震荡将产生巨大的能量交换并搅动深海冷水上翻到海洋表面降低气温。这是以18.6年为周期的潮汐南北震荡作用比其他周期的潮汐震荡作用更显著的原因。太阳在南北回归线时也会产生潮汐南北震荡运动。

   根据世界气象组织的统计数据，1998年是最热的年份，全球平均地表温度比1961年至1990年的平均温度14℃高0.54℃。2005年地表温度比这30年的平均值高出0.48℃，名列第二位 。全球最热年的排序：1998、2005、2002、2003、2004，2006年。由此可见，自1998年以后，全球气温呈波动下降趋势，难以恢复到1998年的水平。1998年是最热的年份，1995-1997年月亮赤纬角最小值产生的弱潮汐南北震荡是原因之一；自1998年以后，全球气温呈波动下降趋势，2005-2007年月亮赤纬角最大值产生的强潮汐南北震荡是原因之一。

   中国气象局的数据显示，2013年12月初的雾霾波及25个省份，100多个大中型城市，安徽、湖南、湖北、浙江、江苏等13地雾霾天数均创下历史纪录。权威数据显示，今年以来，全国平均雾霾日数为29.9天，较常年同期偏多10.3天，达到52年来的峰值。2014-2016年月亮赤纬角最小值导致2013年雾霾高发，并将在今后三年持续高发。52年前，1959-1960年月亮赤纬角最小值导致前一周期的雾霾高发。

   三、准60年“太平洋十年涛动”周期

   “拉马德雷”现象是美国海洋学家斯蒂文·黑尔于1996年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”（英文缩写为PDO）。“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续20年至30年。近100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于1890年至1924年，而1925年至1946年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于1947年至1976年，1977年至1999年为“暖位相”。第三周期的“冷位相”为2000－2035年之间。

   在1947-1976年拉马德雷冷位相时期，西方工业化国家雾霾事件频繁发生：

   1946、1948年在美国洛杉矶两次发生光化学烟雾事件；

   1948年10月26-31日,在美国宾夕法尼亚州多诺拉镇发生因烟污染而导致43％的人受二氧化硫的刺激性气味而病倒, 17人死亡事件；

   1952年12月5-8日, 伦敦烟雾事件,造成4000人死亡,8000多人得病；

   1955年8-9月, 又在洛杉矶发生光化学烟雾事件, 造成400老人死亡, 在该地的250万辆汽车,日排1000多吨碳氢化合物石油烃废气、一氧化碳和氧化氮,铅烟进入大气与空气中其他化学成份反应产生浅蓝色烟雾, 由于地势使之长期滞留造成污染；

   1970年7月8日, 在日本东京也发生光化学烟雾和二氧化硫废气使万人受害事件。

   2013年中国雾霾事件频发也是在2000-2030年拉马德雷冷位相时期，显示了雾霾发生的拉马德雷周期性，也表明雾霾高发时间的长期性。在2030-2060年拉马德雷暖位相时期，雾霾事件将进入相对平静时期。

   四、风速减弱是雾霾频发的重要原因。

   一项研究表明，北半球最近30年风速减慢。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。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。

   澳大利亚Tim McVicar博士研究小组发现近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。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

   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。

转载自《科学家》杂志2014年第三期90-91页

后续研究：

   五、中国处于雾霾聚集的特殊气候环境

   雾霾中的固体颗粒不会在几天内沉降到地面，颗粒越细微在大气中漂浮的时间就越长，“自产自销”只是一个美丽的神话，全球循环才是客观事实。

   1999年，一个国际科学合作项目——印度洋试验(INDOEX)在印度洋上空发现了所谓的“亚洲棕色云团”(Asian Brown Clouds，简称ABC)，其厚度约3公里，面积相当于美国陆地面积大小。棕色云团的成分包括含碳颗粒物、有机颗粒物、硫酸盐、硝酸盐和铵盐等，其主要来源是化石燃料、生物燃料的燃烧和火山喷发物。棕色云团对亚洲乃至全球的气候和环境都有很大影响，广州等地经常出现的灰霾天气，就被认为与棕色云团有关。

   世界上已有13座超大城市（megacity）被确认为棕色云团热点城市，分别是：北京、上海、深圳、曼谷、开罗、达卡、卡拉奇、加尔各答、拉各斯、孟买、新德里、汉城和德黑兰。绝大部分集中在亚州地区。

   棕色云团的活动规律与印尼火山灰相似：火山喷发物到达的高度为1—40 km；持续时间为几星期至10多年。低纬度火山喷发能扩散到全球，在中高纬度保持最大浓度，最后在极冠落下。根据全球大气循环的哈得来环流，印尼火山灰在赤道升入高空，向北流动的部分在北纬30度下沉分成两个分支，向南分支流过中国南方，返回赤道；向北分支流过中国北方，在北纬60度升上高空，因此棕色云团和印尼火山灰可以在中国大部分地区形成雾霾灾害。

   在北半球，向北流动气流的雾霾密度随纬度圈周长的缩小而增大（称为聚集区），向南流动气流的雾霾密度随纬度圈周长的扩大而减小（称为扩散区）。这是北纬30度以北地区雾霾较重而北纬30度以南地区雾霾较轻的自然原因。印度的地理纬度处于雾霾的扩散区，中国的地理纬度处于雾霾的集聚区，在同等污染的条件下，中国的雾霾会比印度更严重。

   根据工业化规律、地理特殊位置、大气循环特征和地形地貌特征，亚洲是大气污染的重灾区，中国是全球大气污染的主要受害者，发达国家的污染转移政策是主要根源。中国雾霾治理不仅仅是一个城市、一个地区、一个国家的局部工程，而且是全球范围的整体工程。中国的地理位置决定了雾霾灾害集中发生的必然性，亚洲乃至全球雾霾整体防治才能从根源上解决问题。

   六、潮汐组合控制雾霾的实践验证

   我们在2013年12月28日公布的潮汐组合与雾霾的对应关系：

   潮汐组合D：2月23日为日月小潮（下弦），2月24日月亮赤纬角达到最大值南纬19.16922度，两者强叠加，潮汐南北摆动较大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（弱），可激发地震火山活动和弱暖空气活动。弱潮汐使赤道空气向两极流动，有利于低层偏南风的发展，带来较多水汽和气温回升，造成区部分地方出现大雾天气，但强度较弱。

   潮汐组合E：2月28日为月亮近地潮，3月2日月亮赤纬角达到极小值南纬0.00068度，2014年3月1日为日月大潮，三者强叠加，潮汐强度较大，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展（强），可激发地震火山活动和冷空气活动。强潮汐使两极空气向赤道流动，偏北风的发展有利于雾霾的清除。

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    新华网北京2月22日电　21日，中国气象局和环境保护部首次联合发布京津冀重污染天气预报，2月21日至23日，京津冀大部将出现持续重度污染天气，预计到27日重污染天气趋于结束。对此，京津冀主要城市根据污染程度，已相继发布黄色和橙色预警，并及时通过广播、电视、网络、报刊以及手机短信等方式向公众发布消息，告知公众按照应急预案要求主动采取防护措施。北京市20日启动首次霾黄色预警，21日12时，又将黄色预警提升至橙色预警；天津市21日16时发布霾黄色预警信号；石家庄市于21日24时启动重污染天气黄色预警。http://gb.cri.cn/42071/2014/02/23/5311s4434217.htm

   中央气象台预计，27日之前，京津冀地区冷空气势力仍然偏弱，中到重度的霾仍将持续，部分地区继续加重。27日起，受冷空气影响，近地面风力将增大，京津冀地区的雾、霾天气将自北向南消散或明显减弱。

http://news.sina.com.cn/c/2014-02-22/234729540119.shtml

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

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.