轉自：中國科學(xué)報

一項最新研究指出，氣候全球氣候變暖已不再是變暖“未來(lái)風(fēng)險”，而是受害事實(shí)正“事實(shí)性地”給我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)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。

這項由南方科技大學(xué)教授曾振中課題組、氣候寧波東方理工大學(xué)助理教授陳云天團隊與合作者共同開(kāi)展的變暖研究顯示，亞洲與歐洲超過(guò)一半已建及規劃中的受害事實(shí)海上風(fēng)電場(chǎng)正面臨極端風(fēng)況的危險，其中與風(fēng)機載荷相關(guān)的新研性威脅極端風(fēng)速在全球68%的沿海區域呈現顯著(zhù)上升趨勢。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，受害事實(shí)全球海洋及海岸線(xiàn)區域中，新研性威脅超過(guò)60%的已帶區域極端風(fēng)速呈現顯著(zhù)上升趨勢。而這一趨勢與全球變暖導致的氣旋活動(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)合培養博士生趙雅楠在接受《中國科學(xué)報》采訪(fǎng)中表示：“這不僅是數據上的風(fēng)險，更是現實(shí)中的隱患?！?/p>

一個(gè)前人不曾深究的課題

2024年9月，臺風(fēng)“摩羯”襲擊海南文昌。在強力臺風(fēng)之下，當地一風(fēng)電項目發(fā)生多臺風(fēng)機倒塌事故，經(jīng)濟損失高達數億元。這一事例表明，科學(xué)評估現有及規劃中的風(fēng)電場(chǎng)能否應對極端風(fēng)速至關(guān)重要。

關(guān)于“極端風(fēng)速”的標準，國際電工委員會(huì )（IEC）依據“五十年重現期風(fēng)速”（即五十年一遇的極端風(fēng)速）對風(fēng)機進(jìn)行等級劃分，并要求各等級風(fēng)機需具備承受其運營(yíng)位置風(fēng)速的能力。根據標準，I類(lèi)、II類(lèi)和III類(lèi)風(fēng)機的最大設計極限風(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》，在開(kāi)展相應研究分析之前，研究團隊注意到已有多篇文獻直接或間接指出極端風(fēng)速正在增強。例如，2019年澳大利亞一個(gè)研究團隊通過(guò)遙感觀(guān)測的高度計和散射計數據發(fā)現，90分位數的風(fēng)速呈現顯著(zhù)上升趨勢。此外，近十幾年來(lái)關(guān)于臺風(fēng)的研究也顯示，盡管臺風(fēng)頻次未見(jiàn)顯著(zhù)增加，但其強度有所增強。

“這些現象引發(fā)了我們的思考：在氣候變化背景下，用于風(fēng)機設計載荷的風(fēng)速是否已經(jīng)發(fā)生變化？當前乃至未來(lái)的風(fēng)機是否足以抵御日益加劇的極端風(fēng)速事件？”趙雅楠說(shuō)，帶著(zhù)這些思考，他們一頭扎進(jìn)過(guò)去80多年（1940年~2023年）的逐小時(shí)風(fēng)速數據中。

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

“現實(shí)情況可能更嚴峻”

基于1940年~2023年逐小時(shí)風(fēng)速數據，研究團隊系統分析了全球海域的時(shí)空變化。

他們發(fā)現，五十年一遇的極端風(fēng)速（U50）在全球36.70%的海域已超過(guò)III類(lèi)風(fēng)機設計標準，并在68%的海域呈現顯著(zhù)上升趨勢；而在離岸100公里范圍內的沿海區域，16.49%的區域超過(guò)III類(lèi)標準，11.25%和0.62%的區域分別超過(guò)II類(lèi)和I類(lèi)標準。

“極端風(fēng)速增強的區域非常廣泛，這令我們感到非常意外?！壁w雅楠對《中國科學(xué)報》說(shuō)，這些區域許多也是各國部署海上風(fēng)電較為集中的區域，如我國浙江、福建、海南沿岸，歐洲西北側海岸線(xiàn)以及美國東部海岸線(xiàn)。因此研究團隊提出，相關(guān)區域有必要提前部署更高等級的風(fēng)機，并加強對現有風(fēng)機在極端風(fēng)況下的監測與防護。

趙雅楠告訴記者，由于再分析數據的網(wǎng)格平滑效應，該研究對臺風(fēng)頻發(fā)海域的極端風(fēng)速仍然有顯著(zhù)低估。這意味著(zhù)，已建成和正在規劃中的海上風(fēng)機系統，能達到I類(lèi)風(fēng)機設計閾值（需I類(lèi)風(fēng)機才能抵御）的區域占比不足1%。

“現實(shí)情況可能更為嚴峻?！壁w雅楠對記者說(shuō)，受數據時(shí)間分辨率的限制，團隊對臺風(fēng)頻發(fā)海域的極端風(fēng)速估計可能偏低。因此，“這些結果實(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)速對海上風(fēng)電場(chǎng)影響的初步探討，針對具體風(fēng)場(chǎng)項目仍需開(kāi)展更深入的分析。他們建議在風(fēng)場(chǎng)建設與規劃中引入動(dòng)態(tài)風(fēng)險評估機制，推動(dòng)適用于不同氣候區域的本地化設計規范，以增強在極端天氣中風(fēng)機的結構完整性與運行可靠性。

“當全球有超過(guò)半數的海上風(fēng)場(chǎng)位于極端風(fēng)速顯著(zhù)增強的區域，這說(shuō)明僅依賴(lài)歷史數據進(jìn)行風(fēng)機選址和選型已存在明顯局限?！标愒铺煺f(shuō)，考慮到風(fēng)機的設計使用年限通常為20年，建議在未來(lái)的風(fēng)場(chǎng)規劃中要充分參考對未來(lái)極端風(fēng)況的預測。

“當然，這也凸顯了開(kāi)發(fā)相應預測模型的緊迫性”。他說(shuō)道。

值得一提的是，我國在風(fēng)機抗臺風(fēng)技術(shù)方面已走在國際前列。據了解，我國目前已設計并投產(chǎn)的抗臺風(fēng)風(fēng)機，其標準已達到70m/s。例如，明陽(yáng)智能在廣東陽(yáng)江布設的風(fēng)場(chǎng)，就在今年9月成功經(jīng)受住了超強臺風(fēng)“樺加沙”的考驗。這表明，我國在技術(shù)上完全具備支撐海上風(fēng)電持續發(fā)展的能力，也為應對未來(lái)氣候風(fēng)險提供了可行的技術(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83年的全球網(wǎng)格逐小時(shí)風(fēng)速數據，過(guò)程并不容易。由于數據規模很大，從下載到完成五十年一遇極端風(fēng)速趨勢的計算，完成整個(gè)過(guò)程耗時(shí)了一個(gè)多月——這還不包括調試代碼、多次計算等的時(shí)間成本。

因此，研究團隊并沒(méi)有將分析研究?jì)H停留在現象層面，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(cháng)的氣候機制。

已有研究表明，超過(guò)80%的極端風(fēng)速事件是由熱帶氣旋（如臺風(fēng)）和溫帶氣旋引起的。趙雅楠告訴記者，他們在數據分析中發(fā)現，盡管目前每年臺風(fēng)的總數量并未顯著(zhù)增加，但在全球氣候變暖的背景下，強臺風(fēng)的發(fā)生頻率明顯上升。結合前人研究結果，該團隊認為，該趨勢與氣候變暖背景下氣旋強度變化密切相關(guān)。

“具體來(lái)說(shuō)，氣候變暖導致海洋表層溫度升高，進(jìn)而通過(guò)增強潛熱釋放等物理過(guò)程，使得氣旋系統獲得更多能量，最終導致其強度增強?！壁w雅楠告訴記者，這一機制直接關(guān)聯(lián)到海上風(fēng)機等結構所面臨的極端風(fēng)速風(fēng)險增加。

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

這項研究的意義還在于，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)險特別是日益增強的極端風(fēng)速事件，正顯著(zhù)提高清潔能源的成本并影響其供應的穩定性?！弊鳛橥ㄓ嵶髡咧坏脑裰姓f(shuō)，具體到這篇論文所呈現的信息，已建風(fēng)場(chǎng)若因低估極端風(fēng)速而選用了標準較低的風(fēng)機，將面臨極高的倒塌風(fēng)險。風(fēng)機造價(jià)和鋪設成本高昂、倒塌可能導致上千萬(wàn)甚至超億元的經(jīng)濟損失還只是一方面，未來(lái)海上風(fēng)場(chǎng)的運營(yíng)成本提升、供電中斷給能源穩定構成的威脅等等，都將是人類(lèi)自己買(mǎi)單。

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