巢清塵｜國家氣候中心副主任

全球氣候變化已經(jīng)成為不爭的事實(shí)。氣候變化導(dǎo)致極端事件頻發(fā)，水資源分布失衡，生態(tài)系統(tǒng)受到威脅。長期和持續(xù)的氣候風(fēng)險將愈加顯著，并不斷由自然系統(tǒng)向經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)滲透蔓延。2021年初，在荷蘭舉行的首屆氣候適應(yīng)峰會指出，極端氣候?yàn)?zāi)難將使全球經(jīng)濟(jì)在本世紀(jì)損失2.56萬億美元，過去20年有約48萬人死于與極端天氣有關(guān)的自然災(zāi)害。

氣候持續(xù)變暖對我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣構(gòu)成威脅。國家氣候中心研究表明，雖然極端天氣氣候?yàn)?zāi)害所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占GDP比例有所下降，但損失的絕對量由1984-2000年的平均每年1208億元增加到了2000-2019年的平均每年2908億元，增加了1.4倍。新冠肺炎疫情觸發(fā)人們對人與自然關(guān)系的深刻反思，全球氣候治理備受關(guān)注，氣象服務(wù)將如何保障氣候安全、助力應(yīng)對氣候危機(jī)，也成為了重要的話題。

01

氣候韌性建設(shè)呼喚氣候安全服務(wù)

2019年，上萬名科學(xué)家共同宣布地球正面臨“氣候緊急狀態(tài)”。2020年底，聯(lián)合國秘書長呼吁全球所有領(lǐng)導(dǎo)人“宣布進(jìn)入氣候緊急狀態(tài)”。2021年2月，聯(lián)合國安理會就氣候變化與和平和安全問題舉行了高級別辯論，指出氣候造成的破壞是危機(jī)的放大器和倍增器，氣候變化加劇了動蕩和沖突的風(fēng)險。如果不努力控制溫室氣體的排放，未來氣候系統(tǒng)變化造成的影響和風(fēng)險比預(yù)計(jì)的來得更為劇烈。

根據(jù)已有研究，即使按照目前各國已經(jīng)承諾的碳中和目標(biāo)均能實(shí)現(xiàn)，本世紀(jì)末全球溫升仍可能比工業(yè)化革命前上升2℃左右。溫升2℃，意味著全球遭遇至少五年一遇的高溫?zé)崂巳丝趯⑦_(dá)37%，2100年海平面將上升0.46米，北極多年凍土融化面積將達(dá)660萬平方公里，熱帶地區(qū)玉米產(chǎn)量將減少7%，至少一半昆蟲消亡的比例將達(dá)18%，這些觸目驚心的后果提醒人們需要加強(qiáng)氣候適應(yīng)努力，增強(qiáng)氣候韌性建設(shè)。

組成城市系統(tǒng)的生活—生產(chǎn)—生態(tài)“三生系統(tǒng)”與支撐和維持城市可持續(xù)發(fā)展的社會—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境“三大支柱”相對應(yīng)。生活、生產(chǎn)、生態(tài)三者之間相互影響、相輔相成。城市居住人口密度大，各種產(chǎn)業(yè)集群集中，生態(tài)環(huán)境脆弱。在突如其來的氣候風(fēng)險面前，城市作為最為開放的復(fù)雜系統(tǒng)往往表現(xiàn)出極大的脆弱性，是人類社會與自然環(huán)境相互作用最為劇烈的區(qū)域。

城市面臨的挑戰(zhàn)極少是單獨(dú)的沖擊或單一的壓力，多是兩者相互關(guān)聯(lián)的組合。氣候韌性思維就要求城市從整體上審視自身的能力和風(fēng)險，建立智能城市適應(yīng)氣候變化管理體系，強(qiáng)化城市適應(yīng)氣候變化能力。

因此，建立氣候變化風(fēng)險早期監(jiān)測預(yù)警和風(fēng)險評估體系，有效管理不同時間尺度氣候變化所引起的潛在風(fēng)險成為首要任務(wù)。首先，需要建立極端事件和災(zāi)害風(fēng)險定量監(jiān)測評估，針對暴雨、干旱、臺風(fēng)、高溫、低溫等主要極端氣候事件，完善極端事件監(jiān)測識別指標(biāo)體系，結(jié)合主要承災(zāi)體、暴露度和脆弱性變化特征研發(fā)風(fēng)險定量評估模型，開展重點(diǎn)區(qū)域和關(guān)鍵時期氣候變化對農(nóng)業(yè)、水資源、生態(tài)系統(tǒng)、人群健康、交通運(yùn)輸、以及社會經(jīng)濟(jì)等行業(yè)的風(fēng)險評估，建立氣候變化風(fēng)險早期預(yù)警體系，及時發(fā)布主要極端氣候事件風(fēng)險早期預(yù)警產(chǎn)品。

另外，要制定城市氣候風(fēng)險地圖，加強(qiáng)城市氣候風(fēng)險預(yù)警及適應(yīng)信息平臺建設(shè)，提高城市生命線氣候防護(hù)能力。依據(jù)氣候風(fēng)險和氣候容量，科學(xué)調(diào)整城市空間規(guī)劃，控制氣候敏感地區(qū)的城市規(guī)模，加強(qiáng)城鄉(xiāng)協(xié)同一體化建設(shè)。結(jié)合不同城市氣候資源與生態(tài)環(huán)境承載力，因地制宜開展氣候適應(yīng)型城市建設(shè)。

02

氣候數(shù)據(jù)賦能助力碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

氣候數(shù)據(jù)涵蓋了包括大氣、海洋、冰雪、生態(tài)、環(huán)境、以及人類活動有關(guān)的數(shù)據(jù)，是典型的大數(shù)據(jù)。氣象服務(wù)關(guān)系生命安全、生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好，與各行各業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。通過開發(fā)以科學(xué)為依據(jù)的氣候數(shù)據(jù)和信息，使社會能夠更好地管理氣候變率和變化帶來的各種風(fēng)險和機(jī)遇，將為氣候數(shù)據(jù)和氣候信息賦予更多的能量、更大的價值。

因此，緊貼百姓需求，建立健全需求智能感知、產(chǎn)品自動制作、服務(wù)精準(zhǔn)推送的氣候服務(wù)新模式，開展面向大眾和行業(yè)的定制式氣候服務(wù)，實(shí)現(xiàn)氣候服務(wù)向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)變，使氣候服務(wù)觸手可及是發(fā)揮氣候服務(wù)價值的重要途徑。要不斷提升氣候服務(wù)供給能力，構(gòu)建超市式分眾服務(wù)產(chǎn)品庫，研發(fā)覆蓋衣食住行游學(xué)康等美好生活需求，個性化、場景化的氣候服務(wù)產(chǎn)品。拓展新媒體氣候服務(wù)，發(fā)展圖形、視頻、動畫等直觀快餐式服務(wù)產(chǎn)品，將進(jìn)一步拓展氣候服務(wù)可用性。

2010年世界氣象組織發(fā)布的《全球氣候服務(wù)框架》確定了農(nóng)業(yè)和糧食安全、減少災(zāi)害風(fēng)險、衛(wèi)生以及水和能源五個領(lǐng)域作為優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，我國在規(guī)劃相關(guān)的氣候服務(wù)時又增加了城鎮(zhèn)化作為優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域。已有研究表明，國內(nèi)氣候在交通、旅游、電力等行業(yè)產(chǎn)值的服務(wù)貢獻(xiàn)僅為1%。相比發(fā)達(dá)國家的氣候服務(wù)效益明顯偏低，特別是其效益不僅僅是經(jīng)濟(jì)效益，還包括社會效益和環(huán)境效益。

目前國內(nèi)初步形成了國有、民營、國際專業(yè)氣候服務(wù)機(jī)構(gòu)的“三足鼎立”局面。和國際機(jī)構(gòu)比較，國內(nèi)的專業(yè)服務(wù)科技支撐能力和服務(wù)能力整體偏弱，能源氣象、海洋氣象、遠(yuǎn)洋導(dǎo)航、航空氣象等專業(yè)服務(wù)能力與日本、歐洲相比差距很大。

除了體制機(jī)制因素外，氣候服務(wù)科技核心能力不強(qiáng)，技術(shù)支撐水平和服務(wù)集約化水平亟待加強(qiáng)是其中重要因素?，F(xiàn)有科技創(chuàng)新能力不夠，新技術(shù)應(yīng)用程度較低，科技含量不高、深度不夠，缺乏核心品牌和拳頭產(chǎn)品；產(chǎn)品提供及營銷能力不足，以用戶為中心、融入式發(fā)展水平不高，對服務(wù)對象的需求挖掘不夠，適應(yīng)不同消費(fèi)者需求的產(chǎn)品提供能力、市場營銷能力嚴(yán)重不足；基礎(chǔ)支撐薄弱，面向不同行業(yè)領(lǐng)域的氣象觀測、數(shù)據(jù)資源、影響預(yù)報模式模型發(fā)展滯后；服務(wù)規(guī)模“小、低、散”，業(yè)務(wù)鏈條布局不能適應(yīng)用戶要求，存在重復(fù)、低效、無序發(fā)展等問題；領(lǐng)域布局重點(diǎn)不突出，聚焦聚力和深耕重點(diǎn)專業(yè)領(lǐng)域不夠。

面向碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，氣候服務(wù)需求越來越大，價值越來越明顯。充分挖掘氣候數(shù)據(jù)背后的價值，提供精細(xì)化的氣候服務(wù)，可以在減緩和適應(yīng)氣候變化方面發(fā)揮重要價值，可以為碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)保駕護(hù)航。

03

新型電力系統(tǒng)需要精細(xì)化的氣象服務(wù)

3月15日，中央財(cái)經(jīng)委員會第九次會議指出，要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。會議強(qiáng)調(diào)的構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，即意味著風(fēng)電和光伏將成為未來電力系統(tǒng)的主體，意味著整個能源電力系統(tǒng)將發(fā)生根本性變化。

我國風(fēng)能和太陽能資源豐富，但資源分布極不均勻，特別是與能源需求極不匹配。根據(jù)國家氣候中心的評估，我國陸地140米高度上風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量51億千瓦，其中的58%集中在內(nèi)蒙古、新疆、青海和甘肅；近海水深50米海域內(nèi)100米高度風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量為4億千瓦；陸上光伏資源技術(shù)開發(fā)量456億千瓦，其中90%集中在西藏、青海、新疆、甘肅和內(nèi)蒙古西部。

按照2030年風(fēng)能和太陽能裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上的發(fā)展目標(biāo)，以及2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和要求，屆時我國風(fēng)能和太陽能裝機(jī)容量需要達(dá)到60億千瓦以上。而風(fēng)電、光伏等發(fā)電方式均受地域和自然資源的影響，存在較大波動性，其高比例接入會對現(xiàn)有電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

當(dāng)然，除了間歇性和波動性之外，風(fēng)能和太陽能還具有時空互補(bǔ)性。例如，光伏只有白天可以發(fā)電，晚上不行。但晚上有風(fēng)，風(fēng)機(jī)可以繼續(xù)發(fā)電。因此，在一天24小時內(nèi)，風(fēng)能太陽能可以實(shí)現(xiàn)日內(nèi)互補(bǔ)。在季節(jié)性尺度上，太陽能是夏秋季節(jié)比較豐富，而風(fēng)能是冬春季節(jié)比較豐富，二者在季節(jié)上也有一個互補(bǔ)關(guān)系。對于不同地區(qū)而言，這個地方是陰雨天，其他地方可能是晴天；內(nèi)蒙古高原的風(fēng)比較大，華北平原的風(fēng)比較小，空間上也有一個互補(bǔ)。因此，基于時空互補(bǔ)關(guān)系，我們就能夠利用風(fēng)能和太陽能的互補(bǔ)性，來解決它的間歇性和波動性。

就“風(fēng)光”互補(bǔ)而言，氣象部門可以研發(fā)長時間序列高時空分辨率的風(fēng)能、太陽能數(shù)據(jù)序列，科學(xué)認(rèn)知風(fēng)能、太陽能在不同時段和不同區(qū)域的時空變化特征，充分利用風(fēng)能太陽能資源的時空互補(bǔ)性，減小風(fēng)電、光伏發(fā)電的間歇性和波動性，促進(jìn)新能源消納，提高可再生能源利用效率。

在此方面，國家氣候中心開展了初步研究，結(jié)果顯示，在局地尺度上，優(yōu)化風(fēng)光配比，可以減小新能源出力的波動性。通過計(jì)算風(fēng)電、光伏安裝比例與風(fēng)光耦合發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系，得到了不同地區(qū)風(fēng)光耦合出力波動性最小情景下的風(fēng)光安裝比，進(jìn)而可以得到全國最優(yōu)的風(fēng)光安裝比例地圖。在區(qū)域尺度上，擴(kuò)大空間范圍可以提高風(fēng)電、光伏和風(fēng)光耦合發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且這種空間連接效應(yīng)在風(fēng)電為主導(dǎo)的可再生能源系統(tǒng)中更為顯著。

另一方面，雖然我國風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量已連續(xù)多年位居世界第一，相應(yīng)組件制造規(guī)模也是全球最大的，但對風(fēng)能太陽能資源的利用效率與歐美等發(fā)達(dá)國家相比還比較低。

2020年，我國風(fēng)電裝機(jī)容量約是美國的3倍，但年利用小時數(shù)只有美國的約74%。德國平均日照時數(shù)1500多小時，而我國平均日照時數(shù)2400小時，比德國高60%左右，但2020年，我國光伏平均發(fā)電年利用小時數(shù)僅比德國高約22%，完全未能體現(xiàn)出我國的資源優(yōu)勢。因此，為了保障新能源的高效開發(fā)和利用，有必要進(jìn)一步提高風(fēng)光資源的監(jiān)測、評估和預(yù)報能力，為國家能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供更為精準(zhǔn)的氣象產(chǎn)品和服務(wù)。

第三，低碳能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)建設(shè)使得清潔能源生產(chǎn)、傳輸和調(diào)度對天氣氣候狀況的依賴度越來越強(qiáng)。而全球氣候變暖背景下，極端天氣氣候事件（暴雨洪澇、臺風(fēng)、雷電、高溫干旱、低溫冰凍等）頻發(fā)，又對能源基礎(chǔ)設(shè)施、電場運(yùn)行及未來規(guī)劃設(shè)計(jì)等會產(chǎn)生潛在氣候風(fēng)險。

就這點(diǎn)而言，氣象部門應(yīng)和能源、電力部門合作，加強(qiáng)極端天氣氣候事件對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的風(fēng)險監(jiān)測和評估，為保障國家能源和電力安全提供科技支撐。

第四，滿足“碳達(dá)峰”和“碳中和”發(fā)展目標(biāo)需求，大規(guī)模開發(fā)風(fēng)能和太陽能資源成為必然，怎樣科學(xué)合理規(guī)劃才能保障區(qū)域生態(tài)和氣候環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，也成為人們越來越關(guān)注的問題，也是我國未來清潔能源長效開發(fā)和應(yīng)對氣候變化面臨的新挑戰(zhàn)。

我國提出2030年，風(fēng)電太陽能裝機(jī)不低于12億千瓦的發(fā)展目標(biāo)。若按風(fēng)電裝機(jī)4億千瓦、光伏裝機(jī)8億千瓦，且70%在西部省份采用大規(guī)模集中式開發(fā)的方式測算，則需要建設(shè)占地面積約400平方公里的100萬千瓦大型風(fēng)電場280個，需要建設(shè)占地面積約50平方公里的100萬千瓦大型固定式光伏發(fā)電基地560個。二者合計(jì)需占用土地面積約12萬平方公里，與福建省的面積（12.13萬平方公里）相當(dāng)。

2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，需要占用的土地面積會更多。我國西部地區(qū)是風(fēng)光資源富集區(qū)，同時也是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)和大江大河的發(fā)源地，在西部地區(qū)開展大規(guī)模的清潔能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，亟需回答其對局地和大范圍氣候、生態(tài)和環(huán)境會造成哪些影響，這些影響是正面的還是負(fù)面的，影響程度如何等諸多問題。

對氣象部門來說，應(yīng)提前對這些問題開展戰(zhàn)略性研究，建立大規(guī)模風(fēng)能太陽能開發(fā)的氣候生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估體系，并開展相應(yīng)的觀測對比、模式模擬試驗(yàn)，給出科學(xué)結(jié)論，以回應(yīng)國家和社會關(guān)切。

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文｜巢清塵  國家氣候中心副主任

編輯｜胡文娟

來源：《可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》