海上风电场真的能减少飓风带来的雨水吗?

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上个月,随着两场热带风暴席卷东南亚和美国东南部,大自然的力量再次暴露无遗。超级台风“台风山竹”被认为是数十年来袭击菲律宾最强大的飓风之一,它连根拔起房屋,将道路变成了狂暴的河流。它造成至少81人死亡,之后又在南中国海翻越登陆。在美国东海岸,飓风佛罗伦萨造成了大范围的洪水,造成至少37人死亡,数百万人断电。与2017年的“哈维”飓风一样,佛罗伦萨在欧洲大陆上空停滞不前,在登陆很久之后仍有更多的降雨。

海上风电场真的能减少飓风带来的雨水吗?-有意思吧

面对如此赤裸裸的自然狂怒,似乎没有什么办法可以减轻飓风的冲击。但根据一项新的研究,有一天,帮助缓和飓风的力量可能来自一个意想不到的来源:海上风电场。

利用风力涡轮机故意改变天气的想法已经存在了几十年,但在计算它是否真的能起作用方面,几乎没有做什么工作。2014年,包括特拉华大学(University of Delaware)土木和环境工程师克里斯蒂娜·阿彻(Cristina Archer)在内的一组研究人员展示了如何利用风力涡轮机大军从空气中提取动能,从而有可能平息飓风。研究小组计算出,由78000个涡轮机组成的大型阵列可以减少高达79%的沿海风暴,比如2005年卡特里娜飓风袭击新奥尔良。

在新的后续工作中,阿彻和她的同事们也展示了风力涡轮机减少飓风带来的雨水的潜力。

阿彻的计算使用的是天气预报模型,她将哈维飓风的大气数据输入其中,哈维飓风在2017年8月以100万亿升水淹没了美国东南部。她还计算了风力涡轮机如何通过增加湍流和阻力影响当地大气。研究结果揭示了一系列风力涡轮机将如何影响即将到来的飓风的风速和方向,从而可能减少下游的降雨。

阿彻的团队测试了不同规模、不同密度涡轮机的风电场之间的相互作用。根据他们的计算,一排大约59000个涡轮,每隔900米就会减少超过20%的降雨量。

“你不会消除飓风的伤害,但会减少它,”阿切尔解释说。“在街上有水坑是一回事,在人们家的一楼有水是另一回事。”

令人惊讶的结果源于这样一个事实:当风暴到达陆地时,飓风的风速通常会减慢。陆地表面不像海洋那么均匀,这种粗糙度的增加导致风变慢,收敛,被迫向上升。当潮湿的空气上升,它冷却,释放出的湿气为雨。风力涡轮机对风力也有类似的影响,增加了涡轮机阵列内部和周围的降雨量。“你好像从飓风中挤出了湿气,”阿彻尔说。

俄克拉何马大学的气象学家Mike Biggerstaff说,这个想法似乎是在纸上实现的,但他希望看到比Archer和她的同事们在测试中使用的更详细的模拟实验。他还认为,涡轮机的间距必须非常紧密,才能对风力产生这种影响。

来自康涅狄格州耶鲁大学的气象学家罗纳德·史密斯怀疑涡轮机是否能经受住飓风的袭击。“它们有很好的刹车系统,但可能不适用于5级飓风,”他说。

阿彻承认,在中国戈壁沙漠边缘的世界上最大的风力发电场拥有大约7000个涡轮机。爱尔兰海最大的海上风电场只有87个涡轮机,占地145平方公里。相反,阿彻希望这项研究能激励更多的研究。“这只是一个潜在有趣的新研究领域的开始,”她说。

然而,考虑到大型风力涡轮机阵列可能会减缓风力,减缓飓风带来的下游降雨,现有的风力发电场是否已经在改变当地的天气模式?

马萨诸塞州哈佛大学的环境工程师李·米勒(Lee Miller)说,确实如此。米勒说:“围绕风电场的观测研究现在不仅量化了风速的差异,而且量化了地表温度、湍流、蒸发和二氧化碳浓度的差异。”

从某种意义上说,这些气象变化可以看作是地球工程的一种温和形式。目前影响不大,但随着风电场规模的扩大,对当地天气模式的影响可能会相应增加。

米勒支持阿切尔的努力。“考虑到减少未来气候变化的解决方案是广泛使用风能和太阳能等低碳能源,对气候影响的更深入了解似乎既关键又及时。”

今年的飓风季节已经是毁灭性的,但它还远未结束。此外,极端天气预计将在未来几十年加剧。“在未来气候变化的阴影下,”米勒说,“这种积极主动的研究应该被积极鼓励。”

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