大规模风电开发对城市大气环境污染影响的初步研究（图表）

　　风电机组的运转会使下风向风速减弱、湍流强度增强。为考察河北、张北、承德地区以及外围的内蒙古地区高速的风电发展是否会造成下游地区较大范围内风速减弱，从而影响北京市大气污染物的扩散，本文在河北北部及周边内蒙古区域内选择了与风电场集中建设区域较近的11个气象站，另外还选择了受周边环境变化影响较小的北京密云气象站，研究1961年－2013年气象站观测风速的长年变化（图3）。从图3可以看出，1961年－2013年12个气象站10m高度年平均风速总体上都呈下降趋势。内蒙古四王子旗、化德，河北张北、怀来和乐亭的地面风速在60年代末和70年代初较长年平均明显偏高，70年代末以后风速一直趋于减弱。其他各气象站的地面风速长年代变化不是很明显，但总体上也是呈减弱的趋势。表1列出了12个气象站1961年－2013年平均地面风速的长年变率，可以看出，地面风速减弱最快的是内蒙古四王子旗和河北张北，大约每年减小0.047m/s；其次是内蒙古化德和河北乐亭，分别为0.040m/s/a和0.042m/s/a；年平均地面风速减弱最慢的是河北围场和丰宁，均为0.006m/s/a。气象站地面风速减弱的长期变化趋势形成的原因，有气候变化背景的作用，也有城市化给气象站周边环境带来的影响因素。总体来看，12个气象站地面风速的变化基本上是渐进的，没有看出有外力影响下的突变。尤其是在2006年－2010年风电开发突飞猛进期间，12个气象站均没有出现风速减弱速度加快的现象。这说明河北北部及周边内蒙古区域内目前规模的风电场建设，对整个区域的地面风速变化没有明显影响。
　　京津冀地区污染气象条件的长期变化
　　通风量是描述大气对污染物稀释扩散能力的污染气象参数，数学表达为：

　　即在混合层高度内，风速与高度乘积的总和，表达了大气动力与热力的综合作用对大气污染物的清除能力。式中VE表示通风量，是一个通量的概念，单位m2/s；u表示近地层风速，它随距离地面的高度而变化，单位m/s；H为混合层高度，与大气稳定度和地面风速有关，单位m。通风量大，说明大气可容纳污染物的空间大，也就是有利于污染物的扩散；通风量小，说明混合层高度低且水平风速小，大气可容纳污染物的空间小，扩散能力差，容易导致污染物聚集，造成大气污染。

　　采用北京市、天津市和石家庄市1961年－2013年地面观测定时资料，计算每天北京时02、08、14和20共4个时次的大气稳定度、混合层高度和通风量，然后逐一求取月平均通风量。图4为冬季（12月、1月－2月）北京市、天津市和石家庄市月平均通风量长年变化趋势，可以看出，从1961年－2013年北京市和石家庄市冬季月平均通风量都有下降的趋势；天津市从1961到上世纪80年代以前，冬季月平均通风量变化呈下降趋势，从21世纪初开始，冬季月平均通风量变化呈上升趋势。此外，石家庄市大气对污染物的稀释扩散能力明显比北京市和天津市差。在通风量总体降低的变化趋势下，如果城市建设规模、人口、机动车以及燃煤消耗等都还在不断增长，当大气污染物排放达到或超出大气环境容量时，城市空气质量就会对气象条件高度敏感。只要连续两三天出现不利扩散天气条件，大气污染物就在空中聚集，通过二次化学反应生成更多的细粒子，这之后天气条件有小的好转，也不足以清除已聚集的大气污染物，持续数天的霾就是这样发生的，直到一次强冷空气过境或出现有效降水，才能彻底将污染物清除。从图4可以看出，在2006年－2010年河北北部风电高速发展期间，北京市、天津市和石家庄市的通风量变化没有出现明显加快减弱的现象，说明目前河北北部风电开发对京津冀地区的重污染天气的形成没有构成影响。
　　国家气候中心研究得到的京津冀重污染天气的气候学成因还有：冬季降水日数明显减少；不仅地面风速减小，高空风速也在减小；对流层底层垂直逆温增强；相对湿度长年变化也呈减小的趋势，造成雾日数减少、霾日数增加。