越来越慢的风

紧随着气候变暖的步伐而来的是一系列的地理条件的变迁,比如风速和水流的变化,足以影响依赖这些资源的大量人群。现在,我们能看到,内陆的风变小了。

在家住美国道奇城的Linda Hessman记忆中,打小起风就没停过,“听说比芝加哥的风还大,我猜可能有每小时40英里”。道奇城位于堪萨斯州,风力资源在全美排名第三,2009年的最大风速发生在Konza大草原自然保护区,竟达到了每小时120英里。“以前只要说第二天是微风天,大伙儿就觉得在开玩笑。啥是微风?”

然而,刊登在7月《地球物理研究杂志》上的一项研究却发现,无论是道奇还是芝加哥,风的脚步确实放慢了。在过去30年间,全美国的平均风速约减缓了10%。

测风者

“和无风日子相比,狂风大作的确容易引起你的注意。”宾州州立大学地球系统科学中心主任Michael Mann认为,“人们通常只能发现日常的波动,却很难注意到整体的趋势。”实际上,据堪萨斯州的气象资料显示,该州平均风速约为每小时11至12英里,远没Hessman想像那么大。

共有3所大学参与到这项名为“美国连续风速变化趋势”的研究当中,衣阿华州立大学大气科学教授Takle和他的合作伙伴在全美选择了193个气象站。这些站都拥有可获得的历史数据,足够高的风速计。结果发现,风速的这种变缓趋势实际上遍及全美。此外,除了年平均风速下降,中西部地区无风或者微风的天数也骤然上升。这类研究在美国尚属首次。

研究结果的公布令人大跌眼镜。在以往研究中,计算机模型从未显示出这种迹象。“我们从没想过美国的风会发生改变。如果确实如此,那将非常有趣。”美国航空航天局的纽约气候学家Gavin Schmidt说。

悄然改变的中纬度世界

无独有偶,在中国,类似的情形也在发生。

内蒙古辉腾锡勒旗风电场,三根长度超过20米的叶片停了下来。工作人员从一个高达60多米的白色立柱里钻出。“风速低于3米每秒时,风机就自动刹车停转”。他说。他每天的工作之一,是记录当天的“日常运行日志”,风速和日发电量是其中最重要的两项指标。

在北京的中国气象局大院,崭新的国家气候中心大楼里,研究员江滢正在对全国的风速变化数据进行最后的分析,将1951年到2006年这50多年间的全国年平均风速画出一条曲线。这是她的研究课题“近50年中国风速变化及其可能原因”的一部分。江滢的指导老师、国家气候中心副主任罗勇告诉记者,这一研究2006年就开始着手了,初衷是对中国的风能资源做整体评估。

去内蒙古辉腾锡勒调研时,江滢曾悄悄问当地风电场的陪同人员:“你对这几年的风速变化有什么感觉吗?”她很小心,因为对风电场来说,这是一个“敏感”话题:风速大小和大风天数直接关系到发电效益。换句话说,风速就是钱。

在2009年8月酒泉风电场开工之前,这里曾是中国规模最大的风电场,来自西伯利亚的冷空气常年在草原上肆虐。出乎江滢意外,陪同人员告诉她,“感觉每年发电都不如上一年多”。这吸引了江滢的注意力。“以前大风是呼呼吹,工作时还得穿棉袄,现在感觉来风的时间明显推后了。”虽然只是些零星的感觉,但让江滢印象深刻。如果不是长期在一个地方生活,很难觉察到周围的风速发生了怎样的变化。

不只是在北半球。澳大利亚科工组织土地与水研究所的研究员Tim McVicar新近也在《地球物理学研究通讯》杂志上发表了研究成果,他对澳大利亚1975~2006年间的近地表风速数据进行了分析,建立了0.01度分辨率的日风速数据库,结果发现,近30年来澳大利亚平均风速正在以每年0.009米每秒的速度递减,该递减的现象遍布88%的国土。

芝加哥,位于北纬41度。内蒙古在北纬39度的北京以北一点。而澳大利亚悉尼,则位于南纬33度。越来越多的研究显示,包括亚洲、欧洲、北美州和大洋洲在内的中纬度世界,好像真的都正在变得风平浪静了。

气候变暖新证据?

然而,也有不少学者对江滢的研究结果提出质疑,称风速的减小很可能是人们在测风塔周围建造高楼所致。江滢在收集数据时已经考虑到了这一点,为此,她选择了500多个观测台站,尽可能扩大了范围。此外,每个台站都要提供一份实地照片,以供气象局观察。为了更加确信,她还亲自去了不少观测站,实地去看周围的高楼是否对测风塔形成了真正的遮挡。

江滢对自己的研究有信心。那些不符合要求的台站已被她从样本里尽可能的剔除了。再加上这么多的样本量,江滢认为,“结果反映出来的一致趋势,从统计学上是站得住脚的”,“不太可能是建楼的影响。”

全球范围内的风速减缓,真的有可能是为气候变暖寻找到的一条新证据吗?Takle教授认为,这从理论上是完全解释得通的。有记录表明,地球两极变暖的速度比其他地区要快,这意味着两极和赤道之间的气温差距正在缩小,这导致了两地大气压力差距的缩小,风也就小了。

Takel的合作者之一、印第安纳大学的Pryor则表示,“五大湖周边的风能发电站面临的变化最大。”她分析说,这可能是因为随着全球变暖,五大湖湖面的冰冻面积减少所致,因为风吹过冰面的速度要高于在水面上的速度。

江滢还发现了一个有趣的现象,在云南、贵州等风速减少得慢的地区,它的温度上升得也慢。当她尝试着将温度和风速的变化趋势都在同一张图上用不同颜色标识出来时。她惊讶地发现:这两个地区的颜色是一致的,边界轮廓仅有细微差异。这是她没预料到的,“这为气候变暖对风速的影响提供了一条新佐证。”江滢说。

尽管如此,几乎所有的研究小组都表示,还不能完全肯定地说全球变暖与风速减少有关。江滢已经将温度变化和风速变化的关系,列入了她的下一个研究计划。她准备启用国家气候中心的超级计算机,运用联合国IPCC认可的模式,对这个气候黑箱进行分析:输入温度变化的数据,看黑箱那头出来的风速变化能得到什么结果。

风电新威胁

对于大多数渴望风和日丽的城市居民来说,大风天的减少无疑是件好事。但有些方面就没那么幸运了。在风放缓脚步的背后,究竟潜伏着什么样的危险?

堪萨斯越来越慢的风将主要对农业造成影响,Takle说。减弱的风速意味着地表与植物之间空气对流的减少。当炎热干燥的风吹过地表时,会从地表吸收大量水汽。但如果风速减缓,那将意味着更少的蒸发与更潮湿的气候。

对世界各地正如火如荼的风电行业来说,情形则更为不妙。

比平均风速下降更麻烦的是大风天的减少。中国气象局的观测结果显示,每10 年降低1.46米每秒,大风天数每10年减少3天。由于许多电能是由高风速所产生,可用的能量多来自瞬间大的风速,所以对风力发电行业来说,大风天的减少是个致命问题。

然而,事情还没那么容易理解。一个显然的事实是,威力更大的风暴强度正在加大。根据伊曼努尔衡量飓风密度的“能量消耗指数”,达到四级或五级的飓风(风速大于每秒56米)的比例从1970年代的20%已上升到1990年代的35%。

不仅如此,它的影响范围也变宽了。飓风曾被认 .是一种 .粹的北大西洋现象,20 04年4月,第一次有飓风在南半球的大西洋形成,并以每小时144千米的速度袭击了巴西,使得全球对飓风的监控范围向南拓展了1600千米。

一方面是平均风速放缓,大风天减少;而与此同时,极值风速和飓风比例却在增加。其实并不矛盾。太阳辐射的能量到地球表面约有2%转化为风能,假定总量不变,说明越来越多的风正以更极端形式表现出来。

然而,并不是多大的风都能被“风车”捕获。一般来说,风速至少需达到3米每秒风机才可正常启动,超过25米每秒便会自动停转。因为再大的风就可能将叶片连带整个风机摧毁。因此无论是平均风速减缓,还是飓风强度增大,这一信号对风电行业来说都不是个好消息。