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如果你为世界能源问题担忧过,你可能会想一些不切实际的假设情景。比如,太空中的太阳能电池板放射能量。由马里兰大学的Yan Li,Eugenia Kalnay和Safa Motesharrei带领组织的一项新研究,也在担忧这样的问题。如果撒哈拉沙漠中有足够的风能和太阳能来开设农场,来满足整个世界的能源需求,会发生什么?

你当然会问为什么选择撒哈拉沙漠?很明显,这里有大量开阔的土地和强大的太阳能资源,该地区的气候已经表示出了强有力的实力证明。特别是撒哈拉沙漠和南部潮湿土地之间的萨赫勒地区很容易变得湿润或干燥,气候变化很小。而且,由于其他地方的研究表明风能和太阳能农场可以对当地天气产生影响,因此考虑它们在北非的影响是很有意思的。

 

模拟风力发电和太阳能农场

研究人员没有对他们的假象做限制,而是选择了“超大型”版本。在气候模型中,他们模拟添加三个效果——太瓦的风力发电,相当于世界上比较小的总用电量。接下来,他们增加了79太瓦的太阳能农场。今天所有类型(包括燃料)的全球能源使用量约为18太瓦,所以这是撒哈拉地区生长的世界所需的所有燃料,非洲的饮用水可能已经淡化,以便启动。总而言之,风力和太阳能农场覆盖了900万平方公里,几乎有美国国土面积那么大。

尽管风电场产生了一小部分能量,但它们对模型的气候影响更大。该地区的平均温度上升约2°C,主要是因为夜间温度无法降温。与此同时,降水量大致翻了一番。只有太阳能农场的模型模拟显示大约1°C变暖(这次主要是由于下午较高的高温)和降雨量增加50%。

随着模型中的风力和太阳能农场,降雨效应加起来增加了150%,而温度上升了约2.7°C。虽然邻近的萨赫勒也有类似的降雨增加,但实际上会稍微凉爽一点。

风电和太阳能农场的天气过程略有不同。这种规模的风电场基本上使地球表面更加粗糙,使风速稍微减慢,并改变表面空气与其正上方空气的混合。由于地球的旋转,较慢的风会减少因直线风而弯曲的科里奥利效应。这个区域的最终结果是气团被拉到一起并且向上一点强烈,随着上升的空气冷却,带来更多的水分凝结成雨云。

另一方面,太阳能电池板反射的阳光少于沙漠。这会导致一些表面空气变暖,这也会提升空气中的水分。

 

绿化空间

这里真正关键的是植被对这种气候模型中天气变化的影响。在这个有雨的地区,更多的降雨就有更多的植物。植被有效地吸收土壤水分并将其作为水蒸气释放到大气中。像植物一样的太阳能电池板也反射出更少的阳光。事实证明,只有约一半的模拟温度效应和20%的降雨增加直接归因于风能和太阳能发电场,其余的是小植物的扩展提供的附加效应。事实上,萨赫尔稍微凉爽的原因是植物释放的水蒸气从表面冷却,就像汗水在炎热的天气里冷却你的皮肤一样。

虽然降雨量的变化肯定不足以使撒哈拉沙漠变得茂盛,但研究人员表示,萨赫勒地区的差异“足以造成重大的生态,环境和社会影响”。因此,如果我们要在撒哈拉沙漠中投入足够的可再生能源来为世界提供动力,我们不仅会消除我们能源系统对全球气候的影响,而且撒哈拉沙漠和萨赫勒地区的干旱生活似乎也将获得意外收获——雨。

当然,有一百万个后勤原因,为什么这不是一个特别实际或可能的情况。研究人员还指出,太阳能电池板效率越高,对局部温度的影响就越小。对于规模较小的风能和太阳能发电场,其特定的位置和布局也可能改变天气影响。

研究人员在模拟其他沙漠中部署的大型风能和太阳能农场方面进行了一些尝试,但没有其他任何结果像撒哈拉沙漠那样显示出来。尺寸,位置和苍白的地表颜色(意味着更具反射性)的组合使该地区对改变风的风能和太阳能农场具有独特的敏感性。因此,如果你有无限想象,撒哈拉沙漠是一个不错的地方。