葡萄牙實(shí)施全球最大風(fēng)圖譜計(jì)劃

位于葡萄牙東部的一個(gè)山風(fēng)呼嘯的峽谷中如今布滿了機(jī)器。蹲伏的白色集裝箱緊盯著山腰，掃描激光器橫跨長(zhǎng)滿桉樹的陡坡，裝載著科學(xué)儀器的高塔直指100米的天空。

技術(shù)人員正在安裝傳感器。圖片來(lái)源：smart-box.pt

而看守在這里的國(guó)際團(tuán)隊(duì)將在未來(lái)5個(gè)月中測(cè)量吹過這里的狂風(fēng)的一切信息。一個(gè)史無(wú)前例的氣象設(shè)備陣列將為世界最詳細(xì)的風(fēng)圖譜計(jì)劃研究風(fēng)的速度、方向和其他特征。其目標(biāo)是闡明復(fù)雜地形上風(fēng)場(chǎng)的基本特性，幫助研究人員改進(jìn)大氣計(jì)算機(jī)模型，同時(shí)使工程師們能夠確定將風(fēng)力渦輪機(jī)安裝在何處可以獲取最多的能量。

這項(xiàng)被稱為Perdigo的計(jì)劃的最終結(jié)果也應(yīng)該可以改進(jìn)空氣污染如何在山谷中沉積的模型，并幫助無(wú)人駕駛飛機(jī)和飛機(jī)在多風(fēng)的山區(qū)地形中導(dǎo)航。

并未參與該計(jì)劃的美國(guó)紐約州伊薩卡市康奈爾大學(xué)大氣科學(xué)家Sara Pryor表示：“在了解大氣物理學(xué)以及如何優(yōu)化使用風(fēng)能方面，這將是一次完全的轉(zhuǎn)變。”他說(shuō)：“它是絕妙的。”

通過將測(cè)試的風(fēng)流模型與Perdigao計(jì)劃的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，研究人員能夠把他們的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在其他地方。加利福尼亞州勞倫斯˙利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室氣象學(xué)家Sonia Wharton表示：“經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)將轉(zhuǎn)化為對(duì)于大氣模型的改善，從而為整個(gè)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)服務(wù)。”

歐洲總能源中有11%來(lái)自于風(fēng)能。但哥本哈根丹麥科技大學(xué)風(fēng)能研究人員Jakob Mann表示，僅僅10%的風(fēng)速變化就可以改變高達(dá)30%的能量產(chǎn)出。而在丘陵或森林地區(qū)的損失是最大的。

Mann領(lǐng)導(dǎo)的斥資1400萬(wàn)歐元的新歐洲風(fēng)地圖計(jì)劃集合了葡萄牙的風(fēng)圖譜研究和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，目前是全世界此類研究中規(guī)模最大的。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、葡萄牙波爾圖大學(xué)風(fēng)能專家José Laginha Palma表示，Perdigao研究團(tuán)隊(duì)在2015年進(jìn)行的一個(gè)試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)山脊的湍流順風(fēng)會(huì)影響下一個(gè)山脊的風(fēng)模式——這種細(xì)節(jié)能夠用于改善大氣流動(dòng)模型。

這樣的模型通常依賴于上世紀(jì)80年代在英國(guó)Askervein的一座小山上進(jìn)行的更簡(jiǎn)單的野外試驗(yàn)所獲得的結(jié)果。Palma說(shuō)：“我們將更新和替換30年前的數(shù)據(jù)。”

葡萄牙具有發(fā)達(dá)的風(fēng)能產(chǎn)業(yè)，并且Perdigao山脊已經(jīng)擁有了一部渦輪機(jī)。大部分的科研裝備已經(jīng)啟動(dòng)并正在運(yùn)行，研究人員將在2月安裝剩余的設(shè)備。它們包括54個(gè)配備了儀器的桅桿，用于測(cè)量風(fēng)的速度、方向、溫度、濕度以及其他因素的影響，即在沿著以及垂直于山脊的方向每秒鐘測(cè)量20次。同時(shí)22種儀器將利用激光雷達(dá)技術(shù)在三維尺度上研究小尺度風(fēng)場(chǎng)。

印第安納州圣母大學(xué)流體動(dòng)力學(xué)工程師Harindra Fernando指出，許多研究都著眼于在1公里的規(guī)模上研究風(fēng)模式，但Perdigao實(shí)驗(yàn)是第一個(gè)將大規(guī)模風(fēng)圖譜縮小至100米~500米分辨率的項(xiàng)目。

Fernando是從事Perdigo計(jì)劃的美國(guó)研究人員的聯(lián)合負(fù)責(zé)人，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)向他們提供了340萬(wàn)美元的資金。Fernando說(shuō)：“我們正在試圖做的是在世界任何地方都能夠‘便攜’使用的東西。”

風(fēng)能是指空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。它是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式。由于太陽(yáng)輻射造成地球表面各部分受熱不均勻，引起大氣層中壓力分布不平衡，在水平氣壓梯度的作用下，空氣沿水平方向運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)。風(fēng)能資源的總儲(chǔ)量非常巨大。風(fēng)能是可再生的清潔能源，儲(chǔ)量大、分布廣，但它的能量密度低，并且不穩(wěn)定。在一定的技術(shù)條件下，風(fēng)能可作為一種重要的能源得到開發(fā)利用。風(fēng)能利用是綜合性的工程技術(shù)，通過風(fēng)力機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、電能和熱能等。