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雾霾真的是因为风电“偷走”风导致的吗?

  一入秋冬,雾、霾就开始卖力地刷屏,每个月总会有那么几天或者十几天,天空灰暗,空气污浊。身在其中的人们除了焦急地等风来,各类关于雾、霾的话题也甚嚣尘上,那么,事情的真相究竟是怎样呢?

  迷思一 现阶段只能靠风吹走霾吗?

  在不考虑减排措施的情况下,想要消除霾的确只能依赖天气本身。风当然不用说,其实雨雪也有净化空气的能力。

   比如2014年11月24日,本来轻到中度霾的长江中下游流域,由于普降中到大雨,空气质量得到明显提升。因为雨雪天气有利于空气中气溶胶颗粒物的沉降,污染物被带回了地面,空气质量自然好转。不过比起大风天气来说,出现降水的条件更为“苛刻”一些,不仅要有冷空气还需要有暖湿气流配合。因此,目前清除霾最经济有效的办法还是刮风。

  迷思二 城市风道真的可以引风驱霾?

 

 

  既然认识了大风对驱散雾霾的重要性,当然有不少人就会在这方面下功夫。有不少专家提议,建设城市风道,将郊区的风引入主城,就可以将霾等污染物吹走。城市风道真的可以这么厉害?

  现实情况并不乐观。雾霾天气的生成必须满足两个条件,一个是空气中污染物的大量排放,另一个是静稳天气。静稳天气就意味着大环境是没有风的,这个尺度通常是几百上千公里。巧妇难为无米之炊,城市风道当然也不可能凭空变出风来。

  不过,我们也并不否认城市风道的积极作用。从城市规划和建设的角度来看,城市风道在有风的情况下对加速污染物扩散,缓解热岛效应还是十分有益的。

  迷思三 风力发电是否影响了风速?

 

 

  最近有一篇杂志文章分析北京近些年来频繁出现霾天气和平均风速下降有关,而风力减弱的原因则是因为北京上游地区尤其是内蒙古、河北等地大力发展风力发电所致。事实果真如此么?

  首先要说,北京风力减弱的趋势,的确是存在的。不过这个变化不仅仅存在于北京,而是全国乃至全球都存在这种变化。究其原因,主要是因为全球变暖和城市化进程。但风力发电对其是否有贡献,答案是否定的。

  为了搞清楚风电发展和北京风速变小的关系,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)。

 

 

  按照某杂志报道,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。我们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。

  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。结果表明,如果全部用风能满足全球对能源的需求,风能开发对1km以下大气层能量的损失大约0.006%-0.008%,这还是最极端的情况。正常情况下,几座风力发电厂就想左右风速,无疑是蚍蜉撼大树。

  丹麦科技大学Risoe实验室通过加大中尺度数值模式中的地表粗超度,设置了9000km2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。因此,风力发电对风速减小的贡献几乎可以忽略不计。

  迷思四 三北防护林对霾的出现亦有贡献?

 

 

  一些长期生活在北京的网友提出,前几年,北京最严重的天气是沙尘暴。一刮风就黄土蔽日,飞沙走石,后来经过治理,沙尘少了,霾来了,这两者之间有关系么?防治沙尘的三北防护林是不是也防住了可以吹走霾的风?更有人提出,要风沙还是要霾,对北京而言是一个两难的问题。

  这个思路乍一听挺有道理,但实际上完全没弄清楚防护林的意义。三北防护林是指在中国三北地区(西北、华北和东北)建设大型人工林业生态工程。建设的原因是因为这片区域包含了我国八大沙漠、四大沙地,是主要的沙源地。

  在这些地区种植树木,可以起到防风固沙,减少水土流失的作用。风还是那个风,但经过的地区由沙漠变为森林,沙尘暴也就无从而起。至于树林会不会减弱风力,相信看过上一条迷思,你应该能得出正确的结论。

  迷思五 霾天气为什么偏爱北京?

 

 

  霾选中这里是命运还是巧合?为什么其他地区的霾都没有北京严重?迁都是否可以彻底解决霾的困扰?

  第一,多霾地区的特征非常明显,人口稠密,经济发达。毋庸置疑,逐年增多的霾和城市的快速扩张、工业的急剧发展密切相关。

  第二,北京,作为中国的首都,特殊的政治地位决定了它及其周边必定是一个人口稠密,经济发达的区域。因此,不管迁都迁到哪里,首都这个特殊属性是跑不了的。再想想上个世纪的伦敦还有洛杉矶,大都市都容易“招”雾霾。

  第三,其实,北京的雾霾并不是中国最严重的。每次华北黄淮雾霾天气来袭,影响最严重的地区在河北中南部一带,这和当地的地形有较大关系。地处太行山东侧,如果冷空气势力不强,或是路径偏东,该地区的污染物就极不容易扩散出去。

  但是为什么感觉北京更严重,因为北京不管是在媒体还是普通公众中关注度更高,无形中就扩大了北京雾霾的影响力,而忽略了其他更为严重的地区。

  迷思六 被风吹走的雾霾去哪儿了?

  北京一刮风,首都人民好喜欢,但南边的小伙伴就皱着眉头喊,讨厌,雾霾都刮到我们这来啦!更有人拿出物质不灭的强大理论,指出雾霾不是这多一点,就是那多一点,总还是有的。

  但事实并非如此,被风吹走的雾霾短时间内也许会“祸害”别的地方,但长久来看,还是“消失”了,因为大气具有一定的自净能力。

  大气中的污染物颗粒会随着大气运动稀释、扩散、氧化。在小范围内,会从一个地方运动到另一个地方,但只要吹得足够远足够久,大气中的污染物颗粒就会上天入地,有的进入了更高更广阔的大气中,有的沉降或是发生变性,落回地面,尘归尘、土归土。

  但是大气的自净能力也是有限的,想从根本上解决雾霾问题,还是要减少向大气中排放污染物。

  节能减排才是王道

  国家气候中心首席研究员朱蓉表示,近3年以来,京津冀地区的主要大气污染物排放量居全国首位,是导致京津冀灰霾天气频频发生的根本原因,风电开发的大气污染环境影响可以忽略不计。

  2011年-2013年,河北省机动车氮氧化物和颗粒物排放量均位于全国第一,氮氧化物年排放总量50万吨-60万吨,颗粒物年排放总量5万吨-6万吨。

  2014年3月8日在十二届全国人大二次会议记者会上,环保部副部长吴晓青指出,京津冀、珠三角、长三角,单位面积的污染物排放强度是全国平均水平的5倍。三大区域占全国国土面积的8%,但是却消耗了全国煤炭的43%,其中以京津冀为最大。

  吴晓青称,重污染天气的形成,污染物排放量大是根本原因,不利于扩散的气象条件是直接原因,区域污染和本地污染的叠加是重要的因素。

  因此,就现阶段的持续时间长且覆盖范围大的重污染天气来说,风电开发的大气污染环境影响可以忽略不计。

  在目前的气候背景下,大力推动节能减排,降低污染物的排放才是真正的王道,不应丑化和扼杀风力发电,而是应该更加支持风力发电的健康发展。只有做到这个,霾才不会常态化,APEC 蓝也不是昙花一现。