北半球風力減弱是真的嗎？原因是什麽？對我們有啥影響？

近期，一項由中國科學院大氣物理研究所和美國普渡大學共同完成的研究指出，近40年來北半球風速減弱已經使得一半地區的風能資源減少了30%以上，研究論文發表在國際知名學術期刊《能源》雜誌上。

很多中年以上的讀者都有體會，如今的風似乎不像以前那麽多、那麽大了。這是個人體驗，還是客觀事實？我們特邀此項研究的作者來和您聊一聊。

風力減弱是怎麽發現的

風力減弱，在學術界的說法叫“大氣減速”，是指近幾十年來陸地近地面（10米左右）風速普遍減弱的現象。這個名詞在2007年由澳大利亞科學家邁克爾·羅德裡克等人提出，目前已經有超過一百篇學術論文的結果支持“大氣減速”，這些論文使用不同的數據分別研究了北美洲、歐洲、亞洲、非洲、南美洲以及大洋洲的很多國家和地區，結果發現大部分國家和地區近地面風速都在近幾十年內呈下降趨勢，中國也是其中之一。“大氣減速”目前已經成為天氣學界的普遍共識。

“大氣減速”進入科學家的視野是在2005年前後，這個現象的發現緣起於對水循環的研究。1995年，一篇發表在國際頂級學術期刊《自然》的論文指出，地表蒸發量在美國和蘇聯出現普遍下降，表明這些地區的水循環已經發生變化，但原因尚不清楚。

之後又有許多研究發現，在中國、加拿大、澳大利亞、紐西蘭、印度和泰國也有類似的情況。然而，令科學家們費解的是，從理論上講，全球變暖會使得蒸發增加，而不是減少，因而這個現象被稱為“蒸發悖論”。2007年，三位澳大利亞科學家對於“蒸發悖論”給出了合理的解釋。他們指出，蒸發減少的原因在於風的普遍減弱，並提出“大氣減速”這個概念。此概念提出後在天氣學界引起廣泛關注，相關研究不斷湧現。

2008年，俄羅斯科學家發現1936年至2006年間，俄羅斯64個地面觀測站的風速平均下降了1.1米/秒。2009年，中國科學家發現中國317個觀測站在1956-2005年間風速平均下降了0.55米/秒。同年，印度科學家發現印度133個觀測站在1971-2002年間風速平均下降了0.86米/秒。此後美國、加拿大、德國、捷克、法國、瑞士等國也相繼發現了風速下降的現象。風速下降的國家和地區遍布亞洲、歐洲、北美洲、南美洲、非洲、大洋洲等各個大洲。雖然也有國家和地區發現了風速上升，但這種情況非常罕見。至此，“大氣減速”被普遍接受為是一個全球現象。

“大氣減速”的原因是什麽？

天氣學家們對於“大氣減速”的原因提出了幾種解釋。

一種觀點認為，全球變暖是其背後的主要原因。因為空氣運動的動力來自於氣壓差（氣壓梯度），而溫度的變化會改變氣壓差。以夏季風為例，通常情況下，陸地溫度較高而海洋溫度較低，在陸地上形成低壓中心，在海洋上形成高壓中心，氣壓差使得空氣由海洋向陸地運動。如果在全球變暖的情況下，海洋變暖的速度快於陸地，海洋與陸地的氣壓差將會減小，從而使得風速變慢。

另外一種觀點認為，“大氣減速”的原因不是動力變小了，而是阻力變大了，這種阻力可能來自於地面摩擦，也可能來自於大氣內部的垂直動量傳遞。地面粗糙狀況的變化可以引起地面摩擦的變化，比如一片曠野變成了高樓林立的城市，這個區域的地面摩擦就會增加，風速則會減小。大氣內部的湍流引起動量的垂直傳遞，同樣會改變風速。風速從高空到地面是逐漸減小的，在地面風速為零，即動量是從高空向下傳遞的，而湍流具有攪拌混合的作用，如果地面附近湍流變弱，地面附近的風通過湍流混合獲得的高空傳遞下來的動量就會變少，風速就會減弱。

“大氣減速”如何影響能源

“大氣減速”無疑會對風能產生影響，然而這個影響究竟有多大，之前還沒有定量的研究。此次中國科學院大氣物理研究所黃剛教授團隊和美國普渡大學戴夫·尼尤基的最新研究解答了這個問題。利用全球地面觀測網的風速數據，他們計算了1979年以來北半球陸地的風能資源的變化。計算結果表明，在北美洲，有27%的站點損失了超過30%的風能資源，只有17%的站點風能增加了超過10%。在歐洲，52%的站點損失了超過30%的風能資源，僅有10%的站點風能增加超過10%。亞洲風能資源下降的情況最為明顯，有超過65%的站點風能損失了超過30%。

中國是全球風力發電能力第一的國家，2016年年底佔到了全球風力發電能力的35%。然而近四十年來，有接近80%站點損失了超過30%的風能資源。值得注意的是，在中國東北和西北地區，如東北三省、內蒙古、甘肅北部、新疆等地，風能資源的損失較為明顯，而這些地區同樣也是近些年來風電場建設集中的區域。內蒙古擁有各省區中最大的風力發電能力，甘肅省北部有全國最大的風力發電廠——酒泉風力發電廠，新疆有全國第二大風力發電廠——達阪城風力發電廠。相比之下，東部沿海的山東、江蘇、浙江風能資源減少的情況較為平緩。而廣東、重慶和甘肅南部的風能資源則有所增加。在所有季節中，風能資源最豐富的是春季，因為春季的平均風速最大。然而，在新疆和東北三省，春季風能資源的損失也是四個季節中最快的。

“大氣減速”會持續嗎

今後“大氣減速”的現象會持續嗎？這是一個所有人都關心的問題。但遺憾的是，科學界還不能給出明確的答案。困難來自於幾個方面。

首先，我們預測未來的唯一工具——全球氣候模式並不能很好地模擬出“大氣減速”的現象，說明全球氣候模式在模擬風速方面還存在不足。

其次，儘管天氣學家已經提出了各種理論來試圖解釋“大氣減速”，但目前沒有一個理論可以完全解釋其發生的原因。目前天氣學界更傾向於認為是地面附近的變化，如地面粗糙度增加或是湍流混合減弱造成了“大氣減速”，但還需要更多研究去深入理解和定量分析這些因素對於“大氣減速”的影響。

在找出“大氣減速”的主要影響因素之後，我們才可以通過預測這個影響因素的未來變化，來預測風速的變化。