全球气候对风速的影响

摘要

国内的研究表明，近地表和高空风速在我国大部分地区为减小趋势，但高空风速减小趋势比近地表弱得多;个别高纬度地点及高山站平均风速有增加趋势。由于资料缺乏均一性，近地表风速和高空风速变化研究的可信度还不高。SRREN指出，全球气候变化可能改变风力资源的地理分布和，并可改变风能资源的质量，但难以对全球风能利用潜力造成显著影响。

关键词：风速，气候变化，风能

1.引言

全球气候变化是否会影响近地表(陆地或海洋)或大气风的变化几乎没有引起人们的关注。最近才成为一个少量的研究,根据近几十年来的观察,发现在低纬度地区土地附近,并倾向于减少平均风速、风天也呈现减少趋势,大面积的表面附近的全球土地和平均风速有下降趋势,但是高纬度地区和一些海域风速有增加的趋势。后来的研究发现，近30年来，对流层平均风速也有一定的下降趋势，但远低于近地表平均风速的下降趋势。

2.近30年观测空中风速变化及其信度

近年来，关于高空风变化的研究越来越多，主要是通过估算大气环流和高空风的变化来解释风速的变化。根据IPCC ARS(2008)引用Allen和Sherwood(2008)的研究，从1979年到2005年，北温带对流层上部和平流层西风显著增加，而对流层上部有下降。Vautard等(2010)几乎同时发现欧洲和北美上空中低层对流层的风速在1979-2008年间增大，而中亚和东亚的风速则在减小。然而，目前对全球高空风变的系统研究还很缺乏，这阻碍了高空平均风变趋势的综合评价。

总的来说，高空风速相比大气环流中其他要素的研究要少很多，且各种数据产品的质量也参差不齐。因此，目前对于高空风速变化趋势的研究和评估结论可信度比较低。

3.全球气候对风速的影响

根据IPCC 2016年发布的SRREN 告，全球风能技术潜力范围从70EJ/年(仅在陆地上)到450EJ/年(在陆地上和接近陆地上)，相当于2008年全球发电量的1-6倍。因此，风能资源的开发利用可以在近期(2020年)和远期(2050年)对温室气体减排做出巨大贡献。到2017年底，风电已满足全球约1.8%的电力需求，通过不懈努力，预计到2050年风电贡献率将超过20%。

SRREN指出，全球气候变化会改变风力资源的地理分布和/或年变异性，以及风力资源的质量和极端天气事件的频率和强度，这些都会对风力涡轮机的设计和运行产生影响。目前的研究表明，平均风速的年变化是明显的，冬季风在欧洲是最大的，冬季和夏季在东北大西洋地区。在本世纪，欧洲和北美大部分地区的最大年平均风速变化率将超过125%。对北欧的研究表明，平均年风密度可能会在未来许多年内保持在当前水平的150%以内。其他地方的研究很少，在巴西的研究表明，该国的风能对气候变化不那么敏感，甚至可能会增加。然而，全球风电的变化不太可能对全球风电利用潜力产生重大影响。

4.中国地表及空中风速变化的研究

大部分研究表明近几十年来近地表风速、风速和风能均有所下降。这些分析结果的主要不确定性来自于数据质量。因为这些研究采用风和数据,调整的政策和城市的发展,观察附近的风速会变化,因为移动站,探头高度从地面,车站周边环境干扰,和许多其他因素显著降低,几乎失去了大规模气候变化研究的价值,因此，观察风速下降的趋势并不能说明我国风能资源有所减少。

从近年来新建风电场的运行情况来看，风速逐年波动剧烈，但没有明显的趋势变化。在另一项研究中王毅荣(2006),如利用河西走廊绿洲面积17台和10山站1970 – 2004年的数据和7个风塔2004 – 2005数据分析:发现绿洲环境变化较大的气象站风速显著减少,和监测环境变化较小的山站风速降低不显著增加。

由于探空风观测不受城市化和地而观测环境变化的影响，出于验证近地表风速分析结论以及对区域风能资源进行长年代订正的需要，根据湖北省2个探空站500 m, 1000 m, 1500 m, 2000 m, 3000 m各层探空资料研究表明，武汉地区1958-2012年平均风速均为减少趋势，且随着高度增加，减少趋势增强(陈城等，2014) ;恩施地区1981-2012年各层平均风速则有增加趋势(丁乃千等，2014) 。可见，两个站差异明显，但总体趋势与张爱英等(2009)对于华中地区不同高度风速变化趋势的分析基本一致。

中低空风速及其长期变化的研究与评价对我国广大丘陵地区风电发展具有重要意义(方怡等，2014)。了解近地表和高海拔地区平均风速长期变化的原因和机理也将大有裨益，应引起重视。

5.结果讨论

与温度、降水等因素相比，近地表平均风速变化的系统研究还比较少。第一个原因是地面和风观测数据异质性严重，处理和修正困难，研究结果可靠性低。二是缺乏外生驱动力。因此，全球范围内“高纬度风速增大，低纬度风速减小”的可靠性评级为“低”。就我国的地面测风数据而言，早期数据的缺乏、测风方法和设备的替代以及观测站的逐步城市化可能会导致不准确的结论。对高空风场变化的研究较少，分析结果受观测数据密度和质量的影响较大。因此，需要加强对地表附近或高空平均风速变化的研究，特别是对观测数据的均质化和调整，进一步探究风速变化的根本原因，如大气环流变化和全球变暖。

鉴于风能开发的巨大潜力和社会的迫切需求，以及出于对风能开发的需要和探空风资料的使用，人们进一步开展近地表及高空风速和风向变化研究的热情可能被激发，加深对近地表及高空风和风能变化特征和机理的了解。