基于多样本遥感观测的风能与太阳能发电设施对局地气候的影响

Developing renewable energies such as wind and solar power is an important way for China to cope with climate change. The development of wind and solar energy could have a series of effects on ecology and local climate condition because wind and solar facilities modify land surface characteristics. Therefore, a deep understanding of the climate impacts of wind and solar energy development and their underlying mechanisms is required to achieve the sustainable use of renewable energy. Given the relatively few studies in this area, the proposed project aims to collect more-than-one-hundred samples of established wind and solar power facilities worldwide, and then utilizes remote sensing data from MODIS to quantify their impacts on surface characteristics (such as albedo and vegetation) and local climate. Analyzing such a large global sample set of wind and solar power facilities will enable us to explore the local climate effects of wind and solar power facilities in terms of temporal variations on the daily and seasonal scales, as well as the spatial variations across different land surface types, different vegetation conditions, and different climate conditions, and it will also help us to identify the main influencing factors that underlie the temporal and spatial variations in their local climate effects. This project will improve the scientific understanding of the impacts of renewable energy on climate and provide important scientific guidance for the planning and construction of wind and solar power in China.

大力发展风能与太阳能可再生能源是我国应对气候变化的重要途径。风能与太阳能建设通过改变地表特征会对生态与局地气候环境造成一系列影响。因此，深入认识风能与太阳能开发的气候效应及其形成机制，是实现可再生能源可持续利用必须面临的问题。鉴于国内外在此方面的研究比较少，本项目在全球范围内收集上百个已建风能与太阳能发电设施样本，在此基础上利用MODIS卫星遥感观测资料定量评估风能与太阳能发电设施对地表特征如反照率、植被指数以及局地气候的影响，通过多样本分析风能与太阳能发电设施的局地气候效应在日尺度与季节尺度的时间变化特征，探究其局地气候效应在不同地表类型、不同植被、不同气候条件下的空间分异特征，揭示风能与太阳能发电设施局地气候效应时空变化的主要影响因素。本研究能够深化对可再生能源气候影响的科学认识，为我国风电与太阳能发电规划与建设提供重要科学理论依据。

本项目聚焦于风能与太阳能电站建设的生态气候环境效应，在全球范围内利用卫星遥感资料的大样本分析来研究风能与太阳能电站建设对地表特征与局地气候的影响与机制，主要形成以下三方面研究成果。在数据集构建方面，项目收集整理了数百个美国大型风能以及全球太阳能电站样本，包括空间位置、装机容量以及建成年份等信息。在科学成果方面，项目利用MODIS卫星数据，以美国319个风电场以及全球116个大型太阳能发电站为对象，定量评估了电站建设对地表特征（反照率、植被指数）以及局地气候的影响，识别了其影响的时空格局和主要影响因素。在方法探索方面，发展了利用卫星遥感资料定量评估风电、太阳能电站局地气候效应的方法，使其可服务于其他国家和地区电站建设的效应评估。项目成果深化了对可再生能源环境影响的科学认识，也为我国可再生能源的可持续发展提供了科学依据。项目支持下发表SCI论文1篇，项目负责人获得2021年度中国地理学会科学技术奖——青年科技奖。