巨大的沙漠太阳能发电厂可能会产生意想不到的气候后果

通过Zhengyao陆＆本杰明•史密斯

2021年3月25日

沙漠中的太阳能 — 在撒哈拉太阳能电池板可提高可再生能源，但破坏全球气候，//谈话的图片提供。

世界上最险恶的沙漠可能是地球上收集太阳能的最佳地点——太阳能是我们拥有的最丰富、最清洁的能源。沙漠宽敞，相对平坦，资源丰富硅——制造太阳能电池的半导体原料——而且从不缺少阳光。事实上,10个最大的太阳能发电厂世界各地都在沙漠或干旱地区。

研究人员设想它可能会把世界上最大的沙漠，撒哈拉沙漠，变成一个巨大的太阳能农场，能够开会四次世界当前的能源需求。年已拟订了各项工程的蓝图突尼斯和摩洛哥将为欧洲数百万家庭提供电力。

虽然太阳能电池板的黑色表面吸收了大部分到达它们的阳光，但只有一小部分(大约15该输入能量的百分比）被转换为电力。其余的返回到环境中的热量。该板是比它们覆盖的地面通常更暗，所以太阳能电池的广袤会吸收大量额外的能量，并发射为热，影响了气候。

如果这些影响只是局部的，那么在人烟稀少、贫瘠的沙漠中可能就无关紧要了。但设施的规模要想减少世界对化石能源的需求，这将是巨大的，覆盖数千平方公里。从这个面积的区域重新释放的热量将被大气中的空气流动重新分配，对气候产生区域性甚至全球性的影响。

从上顺时针左起：Bhadla太阳能公园，印度;沙漠Sublight太阳能发电场，U.S。;Hainanzhou太阳能公园，中国和瓦尔扎扎特太阳能公园，摩洛哥。//谈话提供图片

一个更绿色的撒哈拉沙漠

2018年的一项研究利用气候模型模拟安装大规模太阳能发电场对沙漠地表低反照率的影响。反照率是衡量表面反射阳光的程度。例如，沙子的反射性比太阳能板强得多，因此反照率也更高。

该模型揭示的是，当太阳能发电场的大小达到撒哈拉的总面积的20％时，它触发一个反馈环路。由较暗的太阳能电池板（相对于高反射漠土）发出的热造成的土地和周围海洋，最终降低了表面的空气压力，并且使湿润的空气上升并凝结成雨滴之间的陡峭的温度差。随着越来越多的季风降水，植物生长和沙漠反映了太阳的能量少，因为植被，吸音减震比沙土轻越好。随着越来越多的工厂目前，更多的水被蒸发，创建使植物蔓延更潮湿的环境。

该模型显示，当太阳能发电厂的面积达到撒哈拉沙漠总面积的20%时，就会触发一个反馈回路。

这个场景似乎异想天开，但研究表明，在一个类似的反馈回路保持多撒哈拉绿色非洲湿润期直到5000年前才结束。

因此，一个巨大的太阳能农场能产生足够的能量，以满足全球需求，同时让我们的地球上最恶劣的环境之一成一个适合居住的绿洲。听起来很完美，对不对？

不完全是。在最近的一项研究,我们使用一个先进的地球系统模型仔细检查太阳能农场如何与撒哈拉气候相互作用。我们的模型考虑到了全球气候的相互作用领域之间的复杂反馈 - 大气，海洋和陆地及其生态系统。这表明有可能是在抵消了撒哈拉本身的任何区域效益的陆地和海洋偏远地区的意外影响。

干旱在亚马逊，飓风在越南

根据我们的模型，覆盖20%的撒哈拉沙漠的太阳能农场会使当地的温度升高1.5摄氏度。如果覆盖率达到50%，升温幅度将达到2.5摄氏度。这种变暖最终会通过大气和海洋运动传播到全球各地，全球平均温度上升0.16摄氏度，覆盖范围为20%，覆盖范围为50%，上升0.39摄氏度。然而，全球温度的变化并不均匀——极地地区比热带地区变暖得更多，增加了北极的海冰损失。这可能会进一步加速变暖，因为融化的海冰暴露出吸收更多太阳能的黑水。

撒哈拉沙漠的这种巨大的新热源重新组织了全球空气和海洋环流，影响了世界各地的降水模式。在我们的模拟中，热带地区的强降雨窄带向北移动，热带地区占全球降水量的30%以上，支持亚马逊和刚果盆地的雨林。对于亚马逊地区来说，这导致了干旱，因为来自海洋的水分减少了。由于太阳能电池板的表面变暗效应，撒哈拉沙漠上空的额外降雨量与亚马逊上空的降雨量大致相同。该模型还预测，北美和东亚海岸将有更频繁的热带气旋袭击。