轉(zhuǎn)自：中國科學(xué)報(bào)

一項(xiàng)最新研究指出，氣候全球氣候變暖已不再是變暖“未來風(fēng)險(xiǎn)”，而是受害事實(shí)正“事實(shí)性地”給我們的生產(chǎn)生活帶來威脅。在該研究中，新研性威脅最新的已帶受害者是海上風(fēng)電。

這項(xiàng)由南方科技大學(xué)教授曾振中課題組、氣候?qū)幉|方理工大學(xué)助理教授陳云天團(tuán)隊(duì)與合作者共同開展的變暖研究顯示，亞洲與歐洲超過一半已建及規(guī)劃中的受害事實(shí)海上風(fēng)電場正面臨極端風(fēng)況的危險(xiǎn)，其中與風(fēng)機(jī)載荷相關(guān)的新研性威脅極端風(fēng)速在全球68%的沿海區(qū)域呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。11月5日，已帶該研究成果在《自然—通訊》發(fā)表，氣候同時(shí)被編輯部選為亮點(diǎn)文章（highlight）。變暖

“我們研究發(fā)現(xiàn)，受害事實(shí)全球海洋及海岸線區(qū)域中，新研性威脅超過60%的已帶區(qū)域極端風(fēng)速呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。而這一趨勢(shì)與全球變暖導(dǎo)致的氣旋活動(dòng)變化密切相關(guān)?！闭撐牡谝蛔髡?、香港理工大學(xué)與寧波東方理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生趙雅楠在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪中表示：“這不僅是數(shù)據(jù)上的風(fēng)險(xiǎn)，更是現(xiàn)實(shí)中的隱患?！?/p>

一個(gè)前人不曾深究的課題

2024年9月，臺(tái)風(fēng)“摩羯”襲擊海南文昌。在強(qiáng)力臺(tái)風(fēng)之下，當(dāng)?shù)匾伙L(fēng)電項(xiàng)目發(fā)生多臺(tái)風(fēng)機(jī)倒塌事故，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)億元。這一事例表明，科學(xué)評(píng)估現(xiàn)有及規(guī)劃中的風(fēng)電場能否應(yīng)對(duì)極端風(fēng)速至關(guān)重要。

關(guān)于“極端風(fēng)速”的標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會(huì)（IEC）依據(jù)“五十年重現(xiàn)期風(fēng)速”（即五十年一遇的極端風(fēng)速）對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行等級(jí)劃分，并要求各等級(jí)風(fēng)機(jī)需具備承受其運(yùn)營位置風(fēng)速的能力。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，I類、II類和III類風(fēng)機(jī)的最大設(shè)計(jì)極限風(fēng)速分別為50米/秒、42.5米/秒和37.5米/秒。

趙雅楠告訴《中國科學(xué)報(bào)》，在開展相應(yīng)研究分析之前，研究團(tuán)隊(duì)注意到已有多篇文獻(xiàn)直接或間接指出極端風(fēng)速正在增強(qiáng)。例如，2019年澳大利亞一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)通過遙感觀測的高度計(jì)和散射計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，90分位數(shù)的風(fēng)速呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。此外，近十幾年來關(guān)于臺(tái)風(fēng)的研究也顯示，盡管臺(tái)風(fēng)頻次未見顯著增加，但其強(qiáng)度有所增強(qiáng)。

“這些現(xiàn)象引發(fā)了我們的思考：在氣候變化背景下，用于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)載荷的風(fēng)速是否已經(jīng)發(fā)生變化？當(dāng)前乃至未來的風(fēng)機(jī)是否足以抵御日益加劇的極端風(fēng)速事件？”趙雅楠說，帶著這些思考，他們一頭扎進(jìn)過去80多年（1940年~2023年）的逐小時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)中。

他們發(fā)現(xiàn)，全球海洋范圍內(nèi)極端風(fēng)速的長期變化趨勢(shì)和空間差異，是一個(gè)前人不曾深究的課題。

“現(xiàn)實(shí)情況可能更嚴(yán)峻”

基于1940年~2023年逐小時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了全球海域的時(shí)空變化。

他們發(fā)現(xiàn)，五十年一遇的極端風(fēng)速（U50）在全球36.70%的海域已超過III類風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并在68%的海域呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)；而在離岸100公里范圍內(nèi)的沿海區(qū)域，16.49%的區(qū)域超過III類標(biāo)準(zhǔn)，11.25%和0.62%的區(qū)域分別超過II類和I類標(biāo)準(zhǔn)。

“極端風(fēng)速增強(qiáng)的區(qū)域非常廣泛，這令我們感到非常意外?！壁w雅楠對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》說，這些區(qū)域許多也是各國部署海上風(fēng)電較為集中的區(qū)域，如我國浙江、福建、海南沿岸，歐洲西北側(cè)海岸線以及美國東部海岸線。因此研究團(tuán)隊(duì)提出，相關(guān)區(qū)域有必要提前部署更高等級(jí)的風(fēng)機(jī)，并加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)在極端風(fēng)況下的監(jiān)測與防護(hù)。

趙雅楠告訴記者，由于再分析數(shù)據(jù)的網(wǎng)格平滑效應(yīng)，該研究對(duì)臺(tái)風(fēng)頻發(fā)海域的極端風(fēng)速仍然有顯著低估。這意味著，已建成和正在規(guī)劃中的海上風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，能達(dá)到I類風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)閾值（需I類風(fēng)機(jī)才能抵御）的區(qū)域占比不足1%。

“現(xiàn)實(shí)情況可能更為嚴(yán)峻?！壁w雅楠對(duì)記者說，受數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率的限制，團(tuán)隊(duì)對(duì)臺(tái)風(fēng)頻發(fā)海域的極端風(fēng)速估計(jì)可能偏低。因此，“這些結(jié)果實(shí)際上趨于保守”。

為此，陳云天及合作者表示，該研究為極端風(fēng)速對(duì)海上風(fēng)電場影響的初步探討，針對(duì)具體風(fēng)場項(xiàng)目仍需開展更深入的分析。他們建議在風(fēng)場建設(shè)與規(guī)劃中引入動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制，推動(dòng)適用于不同氣候區(qū)域的本地化設(shè)計(jì)規(guī)范，以增強(qiáng)在極端天氣中風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性與運(yùn)行可靠性。

“當(dāng)全球有超過半數(shù)的海上風(fēng)場位于極端風(fēng)速顯著增強(qiáng)的區(qū)域，這說明僅依賴歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)機(jī)選址和選型已存在明顯局限。”陳云天說，考慮到風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)使用年限通常為20年，建議在未來的風(fēng)場規(guī)劃中要充分參考對(duì)未來極端風(fēng)況的預(yù)測。

“當(dāng)然，這也凸顯了開發(fā)相應(yīng)預(yù)測模型的緊迫性”。他說道。

值得一提的是，我國在風(fēng)機(jī)抗臺(tái)風(fēng)技術(shù)方面已走在國際前列。據(jù)了解，我國目前已設(shè)計(jì)并投產(chǎn)的抗臺(tái)風(fēng)風(fēng)機(jī)，其標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)到70m/s。例如，明陽智能在廣東陽江布設(shè)的風(fēng)場，就在今年9月成功經(jīng)受住了超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“樺加沙”的考驗(yàn)。這表明，我國在技術(shù)上完全具備支撐海上風(fēng)電持續(xù)發(fā)展的能力，也為應(yīng)對(duì)未來氣候風(fēng)險(xiǎn)提供了可行的技術(shù)路徑。

氣候變暖“難逃干系”

趙雅楠告訴記者，處理和分析連續(xù)83年的全球網(wǎng)格逐小時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)，過程并不容易。由于數(shù)據(jù)規(guī)模很大，從下載到完成五十年一遇極端風(fēng)速趨勢(shì)的計(jì)算，完成整個(gè)過程耗時(shí)了一個(gè)多月——這還不包括調(diào)試代碼、多次計(jì)算等的時(shí)間成本。

因此，研究團(tuán)隊(duì)并沒有將分析研究僅停留在現(xiàn)象層面，而是進(jìn)一步關(guān)聯(lián)了氣旋活動(dòng)變化，嘗試探究極端風(fēng)速增長的氣候機(jī)制。

已有研究表明，超過80%的極端風(fēng)速事件是由熱帶氣旋（如臺(tái)風(fēng)）和溫帶氣旋引起的。趙雅楠告訴記者，他們?cè)跀?shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，盡管目前每年臺(tái)風(fēng)的總數(shù)量并未顯著增加，但在全球氣候變暖的背景下，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的發(fā)生頻率明顯上升。結(jié)合前人研究結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該趨勢(shì)與氣候變暖背景下氣旋強(qiáng)度變化密切相關(guān)。

“具體來說，氣候變暖導(dǎo)致海洋表層溫度升高，進(jìn)而通過增強(qiáng)潛熱釋放等物理過程，使得氣旋系統(tǒng)獲得更多能量，最終導(dǎo)致其強(qiáng)度增強(qiáng)?！壁w雅楠告訴記者，這一機(jī)制直接關(guān)聯(lián)到海上風(fēng)機(jī)等結(jié)構(gòu)所面臨的極端風(fēng)速風(fēng)險(xiǎn)增加。

《自然—通訊》同期發(fā)布的亮點(diǎn)文章評(píng)析中也寫道：該研究的創(chuàng)新之處在于，首次大規(guī)模量化了極端風(fēng)速變化與不同等級(jí)海上風(fēng)機(jī)的適配關(guān)系，填補(bǔ)了“氣候變化影響—風(fēng)電設(shè)施耐受度”的研究空白。

這項(xiàng)研究的意義還在于，再次明確了氣候不受控的變化（如氣候變暖）所帶給人們的威脅已悄然而至、兵臨城下。

“氣候風(fēng)險(xiǎn)特別是日益增強(qiáng)的極端風(fēng)速事件，正顯著提高清潔能源的成本并影響其供應(yīng)的穩(wěn)定性?！弊鳛橥ㄓ嵶髡咧坏脑裰姓f，具體到這篇論文所呈現(xiàn)的信息，已建風(fēng)場若因低估極端風(fēng)速而選用了標(biāo)準(zhǔn)較低的風(fēng)機(jī)，將面臨極高的倒塌風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)機(jī)造價(jià)和鋪設(shè)成本高昂、倒塌可能導(dǎo)致上千萬甚至超億元的經(jīng)濟(jì)損失還只是一方面，未來海上風(fēng)場的運(yùn)營成本提升、供電中斷給能源穩(wěn)定構(gòu)成的威脅等等，都將是人類自己買單。

(責(zé)任編輯：焦點(diǎn))