《科学》：这个方案不仅能提供全球能源，还会绿化撒哈拉沙漠

如果在非洲撒哈拉沙漠地区大规模部署风电与太阳能发电，在理想的情况下，不仅能满足全球的能源需求，还能使该区域的降水量提高一倍，植被覆盖率增加20%。

这是由美国马里兰大学、伊利诺伊大学、北京师范大学、意大利国际理论物理中心、中科院大气所科学家组成的一个国际团队，进行动态气候模拟实验的结果。相关论文北京时间9月7日凌晨发表在国际顶级学术期刊《科学》上。

“这是一个令人兴奋的结果，”论文的第一作者、伊利诺伊大学的李琰博士在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）时表示，“为了缓解全球变暖，现在的可再生能源还不够。之前，我们还担心如果在撒哈拉沙漠上修建这么大规模的可再生能源设施，会有什么负面影响。结果却是多重的好处。”他即将加入北京师范大学地理学部。

这项研究起源于李琰在马里兰大学的导师卡妮（Eugenia Kalnay）的一个“反向思维”。 卡妮曾是麻省理工学院气象系的第一位女博士，师从著名气象学家朱尔·查尼（Jule Charney）。查尼在1975年时提出了一项机制，用以解释撒哈拉南部过渡区域萨赫尔（Sahel）的干旱：过度放牧增加了地面反射率，减少降水，再进一步降低了植被覆盖率，形成恶性循环。

卡妮随后想到了一种逆向的可能性：大规模的光伏板会降低地面反射率，由此产生相反的作用。

相似地，风电装置会提高地表粗糙度，降低风速，增强空气的汇聚而形成上升气流，提高降水。降水促进植被生长，降低地面反射率。

国际团队就此建立了动态的气象模型，计算大气、陆地、植被、水循环等组分之间的相互影响，就像一个天气预报系统。

模式模拟结果发现风电建设会带来区域温度升高（+2.16K），日均降水量在风电覆盖区域平均了增加0.25毫米，相当于整个撒哈拉区域降水增加一倍。特别在萨赫尔地区，日均降水增加可达1.12毫米。

太阳能板也会引发类似的反照率－降水－植被正反馈机制，增加日均降水量约0.13毫米。

当风电与光电同时建设时，降水量的增加幅度最大可达到日均0.35毫米。

据李琰介绍，该研究最大的亮点是加入了动态的植被反馈。在风电实验中，植被的反馈作用占模拟降水量增加的80%。此前，只考虑静态植被的气候模式低估了风电和太阳能发电对气候的影响。

撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠，人烟稀少，风电和光伏设施不会占用农业用地。该地区对土地变化高度敏感。此外，撒哈拉沙漠位于非洲，靠近欧洲和中东，这些地区都有巨大且不断增长的能源需求。据估算，如果900万平方公里的撒哈拉沙漠上全部覆盖风电和太阳能发电，每年分别可以提供3太瓦（10的12次方瓦特）和79太瓦电能，完全可以满足现在和未来全球的能源需求。

模拟实验中风电和太阳能带来降水和植被的增加，可大幅助益这一地区雨养农业和牲畜业发展。此外，产生的大量清洁能源还可用于海水淡化，运输至淡水稀缺严重的地区，从而改善公共卫生，扩大农业和粮食生产，带来深远的社会、经济和生态影响。

不过，李琰强调，这只是理想情况下的模型。在现实中建立巨大的风电和太阳能发电设施，存在许多技术、经济、环境和社会方面的挑战，但可能性正在逐渐增加中。

团队也试图在全球其他沙漠上进行了类似的模拟，但其气候影响都不如撒哈拉显著。李琰解释道，这可能是由于其他沙漠面积小、分布零散，也有可能需要更精准的模型。需要承认的是，模式本身还存在很多不确定性，尤其是在中尺度天气过程和现实小尺度风电和太阳能效应的分析上。

论文链接：http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aar5629