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。氣候變化導致極端事件頻發(fā)，水資源分布失衡，生態(tài)系統(tǒng)受到威脅。長期和持續(xù)的氣候風險將愈加顯著，并不斷由自然系統(tǒng)向經(jīng)濟社會系統(tǒng)滲透蔓延。2021年初，在荷蘭舉行的首屆氣候適應峰會指出，極端氣候災難將使全球經(jīng)濟在本世紀損失2.56萬億美元，過去20年有約48萬人死于與極端天氣有關的自然災害。

氣候持續(xù)變暖對我國社會經(jīng)濟發(fā)展同樣構(gòu)成威脅。國家氣候中心研究表明，雖然極端天氣氣候災害所造成的直接經(jīng)濟損失占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)人們對人與自然關系的深刻反思，全球氣候治理備受關注，氣象服務將如何保障氣候安全、助力應對氣候危機，也成為了重要的話題。

01

氣候韌性建設呼喚氣候安全服務

2019年，上萬名科學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導人“宣布進入氣候緊急狀態(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的放大器和倍增器，氣候變化加劇了動蕩和沖突的風險。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險比預計的來得更為劇烈。

根據(jù)已有研究，即使按照目前各國已經(jīng)承諾的碳中和目標均能實現(xiàn)，本世紀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熱浪人口將達37%，2100年海平面將上升0.46米，北極多年凍土融化面積將達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18%，這些觸目驚心的后果提醒人們需要加強氣候適應努力，增強氣候韌性建設。

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—環(huán)境“三大支柱”相對應。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險面前，城市作為最為開放的復雜系統(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)極少是單獨的沖擊或單一的壓力，多是兩者相互關聯(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險，建立智能城市適應氣候變化管理體系，強化城市適應氣候變化能力。

因此，建立氣候變化風險早期監(jiān)測預警和風險評估體系，有效管理不同時間尺度氣候變化所引起的潛在風險成為首要任務。首先，需要建立極端事件和災害風險定量監(jiān)測評估，針對暴雨、干旱、臺風、高溫、低溫等主要極端氣候事件，完善極端事件監(jiān)測識別指標體系，結(jié)合主要承災體、暴露度和脆弱性變化特征研發(fā)風險定量評估模型，開展重點區(qū)域和關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、交通運輸、以及社會經(jīng)濟等行業(yè)的風險評估，建立氣候變化風險早期預警體系，及時發(fā)布主要極端氣候事件風險早期預警產(chǎn)品。

另外，要制定城市氣候風險地圖，加強城市氣候風險預警及適應信息平臺建設，提高城市生命線氣候防護能力。依據(jù)氣候風險和氣候容量，科學調(diào)整城市空間規(guī)劃，控制氣候敏感地區(qū)的城市規(guī)模，加強城鄉(xiāng)協(xié)同一體化建設。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型城市建設。

02

氣候數(shù)據(jù)賦能助力碳達峰碳中和目標實現(xiàn)

氣候數(shù)據(jù)涵蓋了包括大氣、海洋、冰雪、生態(tài)、環(huán)境、以及人類活動有關的數(shù)據(jù)，是典型的大數(shù)據(jù)。氣象服務關系生命安全、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。通過開發(fā)以科學為依據(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險和機遇，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、服務精準推送的氣候服務新模式，開展面向大眾和行業(yè)的定制式氣候服務，實現(xiàn)氣候服務向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)變，使氣候服務觸手可及是發(fā)揮氣候服務價值的重要途徑。要不斷提升氣候服務供給能力，構(gòu)建超市式分眾服務產(chǎn)品庫，研發(fā)覆蓋衣食住行游學康等美好生活需求，個性化、場景化的氣候服務產(chǎn)品。拓展新媒體氣候服務，發(fā)展圖形、視頻、動畫等直觀快餐式服務產(chǎn)品，將進一步拓展氣候服務可用性。

2010年世界氣象組織發(fā)布的《全球氣候服務框架》確定了農(nóng)業(yè)和糧食安全、減少災害風險、衛(wèi)生以及水和能源五個領域作為優(yōu)先重點領域，我國在規(guī)劃相關的氣候服務時又增加了城鎮(zhèn)化作為優(yōu)先重點領域。已有研究表明，國內(nèi)氣候在交通、旅游、電力等行業(yè)產(chǎn)值的服務貢獻僅為1%。相比發(fā)達國家的氣候服務效益明顯偏低，特別是其效益不僅僅是經(jīng)濟效益，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)氣候服務機構(gòu)的“三足鼎立”局面。和國際機構(gòu)比較，國內(nèi)的專業(yè)服務科技支撐能力和服務能力整體偏弱，能源氣象、海洋氣象、遠洋導航、航空氣象等專業(yè)服務能力與日本、歐洲相比差距很大。

除了體制機制因素外，氣候服務科技核心能力不強，技術(shù)支撐水平和服務集約化水平亟待加強是其中重要因素?，F(xiàn)有科技創(chuàng)新能力不夠，新技術(shù)應用程度較低，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，對服務對象的需求挖掘不夠，適應不同消費者需求的產(chǎn)品提供能力、市場營銷能力嚴重不足；基礎支撐薄弱，面向不同行業(yè)領域的氣象觀測、數(shù)據(jù)資源、影響預報模式模型發(fā)展滯后；服務規(guī)模“小、低、散”，業(yè)務鏈條布局不能適應用戶要求，存在重復、低效、無序發(fā)展等問題；領域布局重點不突出，聚焦聚力和深耕重點專業(yè)領域不夠。

面向碳達峰、碳中和目標，氣候服務需求越來越大，價值越來越明顯。充分挖掘氣候數(shù)據(jù)背后的價值，提供精細化的氣候服務，可以在減緩和適應氣候變化方面發(fā)揮重要價值，可以為碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)保駕護航。

03

新型電力系統(tǒng)需要精細化的氣象服務

3月15日，中央財經(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年風能和太陽能裝機容量達到12億千瓦以上的發(fā)展目標，以及2060年前實現(xiàn)碳中和要求，屆時我國風能和太陽能裝機容量需要達到60億千瓦以上。而風電、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)運行帶來嚴重挑戰(zhàn)。

當然，除了間歇性和波動性之外，風能和太陽能還具有時空互補性。例如，光伏只有白天可以發(fā)電，晚上不行。但晚上有風，風機可以繼續(xù)發(fā)電。因此，在一天24小時內(nèi)，風能太陽能可以實現(xiàn)日內(nèi)互補。在季節(jié)性尺度上，太陽能是夏秋季節(jié)比較豐富，而風能是冬春季節(jié)比較豐富，二者在季節(jié)上也有一個互補關系。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)蒙古高原的風比較大，華北平原的風比較小，空間上也有一個互補。因此，基于時空互補關系，我們就能夠利用風能和太陽能的互補性，來解決它的間歇性和波動性。

就“風光”互補而言，氣象部門可以研發(fā)長時間序列高時空分辨率的風能、太陽能數(shù)據(jù)序列，科學認知風能、太陽能在不同時段和不同區(qū)域的時空變化特征，充分利用風能太陽能資源的時空互補性，減小風電、光伏發(fā)電的間歇性和波動性，促進新能源消納，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)化風光配比，可以減小新能源出力的波動性。通過計算風電、光伏安裝比例與風光耦合發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關系，得到了不同地區(qū)風光耦合出力波動性最小情景下的風光安裝比，進而可以得到全國最優(yōu)的風光安裝比例地圖。在區(qū)域尺度上，擴大空間范圍可以提高風電、光伏和風光耦合發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且這種空間連接效應在風電為主導的可再生能源系統(tǒng)中更為顯著。

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

2020年，我國風電裝機容量約是美國的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，有必要進一步提高風光資源的監(jiān)測、評估和預報能力，為國家能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)建設提供更為精準的氣象產(chǎn)品和服務。

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

就這點而言，氣象部門應和能源、電力部門合作，加強極端天氣氣候事件對電力系統(tǒng)安全運行的風險監(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“碳達峰”和“碳中和”發(fā)展目標需求，大規(guī)模開發(fā)風能和太陽能資源成為必然，怎樣科學合理規(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注的問題，也是我國未來清潔能源長效開發(fā)和應對氣候變化面臨的新挑戰(zhàn)。

我國提出2030年，風電太陽能裝機不低于12億千瓦的發(fā)展目標。若按風電裝機4億千瓦、光伏裝機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，則需要建設占地面積約400平方公里的100萬千瓦大型風電場280個，需要建設占地面積約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。

2060年前實現(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)模的清潔能源基礎設施建設，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面的，影響程度如何等諸多問題。

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

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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)濟導刊》