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北京的风是被风电偷走的吗?

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【专家解说】: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。





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)。





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?







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。





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。



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。







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。



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。





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