随着全球风力发电的逐年增加，明确风能变化规律已成为安全利用可再生能源的关键。火山喷发作为气候系统的主要自然活动，不仅在历史上塑造了气候变率，还为人工影响气候提供了自然范例。研究火山喷发对风能的影响，不仅有助于加深我们对历史风能资源变化的理解，还能帮助我们应对潜在的火山喷发和人工干预气候对新能源带来的影响，从而保障可再生能源的安全发展。
火山喷发不仅会降低全球气温和减弱水循环，还显著影响近地面风速。深入研究火山喷发对近地面风速变化的影响，对于推动风能这一清洁能源的可持续发展至关重要。研究表明，热带强烈火山喷发会导致副热带地区的近地面风速持续下降，时间可长达两年。这一发现为极端气候灾害下的风能生产带来了新的警示。此外，人为平流层气溶胶注入和核战争等事件也具备类似于火山喷发的气候效应。因此，未来亟需部署更多的能源应急方案，以应对这些潜在的气候挑战，确保可再生能源的稳定供应。
图 1 图文摘要
随着全球风力发电行业的快速扩展，理解极端气候事件对风能的影响变得愈发重要。本研究结合气候模拟和观测资料，揭示了强热带火山喷发对全球近地面风速的显著减弱效应，尤其在北美、北非、西亚和澳大利亚等副热带地区（图2）。这些区域的高风速通常有利于风力发电，但风速的下降直接降低了可发电效率。气候模拟结果显示,1815年爆发的坦博拉火山导致全球风功率密度在一年内减少约9.2%。尽管风速在两年后会恢复至正常水平，但这一年际尺度的下降对依赖风能的地区带来了严峻的能源挑战。
强热带火山喷发减弱副热带地表风速的物理机制为：火山喷发将大量气溶胶注入平流层，阻挡太阳短波辐射，导致大气降温，热带对流活动减弱，这将显著抑制哈德莱环流。副热带哈德莱环流下沉区是高层西风向下输送动量最大的区域，减弱的哈德莱环流将减弱向下的动量输送，从而减弱副热带地表风速。
这一发现警示我们需高度重视风力发电面临的潜在气候风险，并提前做好应对可能的火山喷发、核战争，以及为减缓气候变暖而实施的人工干预气候措施的准备，从而保障风能这一可再生能源的稳定发展。
图 2 近地面风速对热带强火山爆发的响应 (A) 模拟的过去千年强热带火山爆发后当年的年均全球近地面风速异常；(B) 火山爆发后次年的近地面风速响应；(C) 从火山爆发前一年到爆发后第三年的年平均全球近地面风速异常的变化；(D–H) 不同区域如北美、北非-西亚、南美、南非和澳大利亚的年均风速异常
未来的研究可以进一步结合更多观测数据和精细的数值模拟，以准确量化火山爆发的实际影响，探索火山喷发的位置、季节、强度、频率与近地面风速变化的关系。此外，随着海洋风机部署的大力发展，未来也需研究火山喷发对海上风速的影响。
责任编辑
于 洋 中国科学院大学
牛 越 复旦大学
本文内容来自Cell Press 合作期刊The Innovation 第6卷第1期发表的Report文章“A robust reduction in near-surface wind speed after volcanic eruptions: Implications for wind energy generation” (投稿: 2024-01-06；接收: 2024-11-11；在线刊出: 2025-01-06)。
DOI：10.1016/j.xinn.2024.100734
引用格式：Shen C., Li Z., Liu F., et al. (2025). A robust reduction in near-surface wind speed after volcanic eruptions: Implications for wind energy generation. The Innovation 6: 100734.
李智博 目前为陈德亮院士创建的瑞典哥德堡大学区域气候小组（Regional Climate Group，RCG）博后研究员，主要从事近地面风速和海平面变化相关工作。
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