大規(guī)模風電開發(fā)對城市大氣環(huán)境污染影響的初步研究（圖表）

　　風電機組的運轉會使下風向風速減弱、湍流強度增強。為考察河北、張北、承德地區(qū)以及外圍的內(nèi)蒙古地區(qū)高速的風電發(fā)展是否會造成下游地區(qū)較大范圍內(nèi)風速減弱，從而影響北京市大氣污染物的擴散，本文在河北北部及周邊內(nèi)蒙古區(qū)域內(nèi)選擇了與風電場集中建設區(qū)域較近的11個氣象站，另外還選擇了受周邊環(huán)境變化影響較小的北京密云氣象站，研究1961年－2013年氣象站觀測風速的長年變化（圖3）。從圖3可以看出，1961年－2013年12個氣象站10m高度年平均風速總體上都呈下降趨勢。內(nèi)蒙古四王子旗、化德，河北張北、懷來和樂亭的地面風速在60年代末和70年代初較長年平均明顯偏高，70年代末以后風速一直趨于減弱。其他各氣象站的地面風速長年代變化不是很明顯，但總體上也是呈減弱的趨勢。表1列出了12個氣象站1961年－2013年平均地面風速的長年變率，可以看出，地面風速減弱最快的是內(nèi)蒙古四王子旗和河北張北，大約每年減小0.047m/s；其次是內(nèi)蒙古化德和河北樂亭，分別為0.040m/s/a和0.042m/s/a；年平均地面風速減弱最慢的是河北圍場和豐寧，均為0.006m/s/a。氣象站地面風速減弱的長期變化趨勢形成的原因，有氣候變化背景的作用，也有城市化給氣象站周邊環(huán)境帶來的影響因素。總體來看，12個氣象站地面風速的變化基本上是漸進的，沒有看出有外力影響下的突變。尤其是在2006年－2010年風電開發(fā)突飛猛進期間，12個氣象站均沒有出現(xiàn)風速減弱速度加快的現(xiàn)象。這說明河北北部及周邊內(nèi)蒙古區(qū)域內(nèi)目前規(guī)模的風電場建設，對整個區(qū)域的地面風速變化沒有明顯影響。
　　京津冀地區(qū)污染氣象條件的長期變化
　　通風量是描述大氣對污染物稀釋擴散能力的污染氣象參數(shù)，數(shù)學表達為：

　　即在混合層高度內(nèi)，風速與高度乘積的總和，表達了大氣動力與熱力的綜合作用對大氣污染物的清除能力。式中VE表示通風量，是一個通量的概念，單位m2/s；u表示近地層風速，它隨距離地面的高度而變化，單位m/s；H為混合層高度，與大氣穩(wěn)定度和地面風速有關，單位m。通風量大，說明大氣可容納污染物的空間大，也就是有利于污染物的擴散；通風量小，說明混合層高度低且水平風速小，大氣可容納污染物的空間小，擴散能力差，容易導致污染物聚集，造成大氣污染。

　　采用北京市、天津市和石家莊市1961年－2013年地面觀測定時資料，計算每天北京時02、08、14和20共4個時次的大氣穩(wěn)定度、混合層高度和通風量，然后逐一求取月平均通風量。圖4為冬季（12月、1月－2月）北京市、天津市和石家莊市月平均通風量長年變化趨勢，可以看出，從1961年－2013年北京市和石家莊市冬季月平均通風量都有下降的趨勢；天津市從1961到上世紀80年代以前，冬季月平均通風量變化呈下降趨勢，從21世紀初開始，冬季月平均通風量變化呈上升趨勢。此外，石家莊市大氣對污染物的稀釋擴散能力明顯比北京市和天津市差。在通風量總體降低的變化趨勢下，如果城市建設規(guī)模、人口、機動車以及燃煤消耗等都還在不斷增長，當大氣污染物排放達到或超出大氣環(huán)境容量時，城市空氣質(zhì)量就會對氣象條件高度敏感。只要連續(xù)兩三天出現(xiàn)不利擴散天氣條件，大氣污染物就在空中聚集，通過二次化學反應生成更多的細粒子，這之后天氣條件有小的好轉，也不足以清除已聚集的大氣污染物，持續(xù)數(shù)天的霾就是這樣發(fā)生的，直到一次強冷空氣過境或出現(xiàn)有效降水，才能徹底將污染物清除。從圖4可以看出，在2006年－2010年河北北部風電高速發(fā)展期間，北京市、天津市和石家莊市的通風量變化沒有出現(xiàn)明顯加快減弱的現(xiàn)象，說明目前河北北部風電開發(fā)對京津冀地區(qū)的重污染天氣的形成沒有構成影響。
　　國家氣候中心研究得到的京津冀重污染天氣的氣候學成因還有：冬季降水日數(shù)明顯減少；不僅地面風速減小，高空風速也在減小；對流層底層垂直逆溫增強；相對濕度長年變化也呈減小的趨勢，造成霧日數(shù)減少、霾日數(shù)增加。