Как солнечные фермы формируют местный климат и растительность в засушливых регионах

Исследователи из Китайской академии наук (CAS) исследовали эффект холодного острова (CIE), вызванный фотоэлектрическими растениями, в засушливых регионах и обнаружили, что он существенно влияет на окружающую растительность, причем направление и величина его воздействия зависят от географического контекста и сезонных факторов.

CIE относится к состоянию, при котором определенная область холоднее окружающей среды из-за различий в свойствах поверхности и энергетическом балансе. На фотоэлектрических установках это может происходить из-за затенения панелей, снижения поглощения солнечной энергии на уровне земли, преобразования солнечного света в электричество и усиленного конвективного рассеивания тепла.

«Мы проанализировали восемь фотоэлектрических электростанций в засушливых регионах Китая, используя температуру поверхности земли Landsat-8, индекс растительности, нормализованный по ядру, буферный анализ и моделирование структурных уравнений с частичным методом наименьших квадратов (PLS-SEM)», — пояснили в группе. «Для этого исследования были выбраны восемь фотоэлектрических электростанций, которые расположены в засушливых регионах Китая, в частности в Синьцзяне, Внутренней Монголии, Ганьсу и Цинхае».

Ученые использовали данные о температуре поверхности земли (LST) за 2022 год, полученные на основе сезонных изображений, полученных Landsat 8. Эти наборы данных LST использовались для количественной оценки эффекта холодного острова, вызванного фотоэлектрическими (PV) электростанциями, с помощью двух ключевых показателей: интенсивности охлаждения (XD), определяемой как разница температур между площадью фотоэлектрической установки и окружающей средой, и расстояние охлаждения (Dist), которое описывает, насколько далеко распространяется охлаждающее влияние за пределы установки.

Кроме того, те же данные дистанционного зондирования использовались для расчета индексов растительности, в частности индекса растительности, нормализованного по ядру-(kNDVI), для оценки реакции растительности как внутри охлаждаемой зоны, так и на прилегающих территориях за пределами ее влияния. Это позволило исследователям оценить не только пространственную степень охлаждающего эффекта, но и его экологическое влияние на динамику роста растений в разных зонах.

Результаты показали, что интенсивность охлаждения (XD) достигла самого высокого значения 3,1 C летом в городе Учжун (WZ), а самое низкое значение 0,02 C наблюдалось осенью в городе Хуншаган уезда Минцинь провинции Ганьсу (HSG). Кроме того, эффект прохладного острова (CIE) не наблюдался в определенные сезоны на нескольких участках, включая Урад Баннер (WLTQ) весной, город Хуанхуатан (HHT) осенью и Хами (HM) зимой.

Более того, результаты показали, что летом обычно наблюдались повышенные значения XD, включая 2,1 C в Далад Баннер (DLT) и пик 3,1 C в городе Учжун. Напротив, зимние условия продемонстрировали большую пространственную изменчивость: в округе Гунхэ (GH) была зарегистрирована относительно высокая XD - 2,6 C, тогда как в городах Хуанхуатан и Далад Баннер оставалась значительно ниже - 0,31 C и 0,9 C соответственно.

Было обнаружено, что во всех восьми местах исследования расстояние охлаждения существенно различается: от 120 до 540 м, что подчеркивает различия в пространственных-специфичных для крупных участков пространственных масштабах эффекта холодного острова.

Моделирование структурным уравнением с частичным наименьшим квадратом (PLS-SEM) также показало, что морфологическая сложность является доминирующим фактором эффекта охлаждения, в то время как больший размер фотоэлектрической установки оказывает сильное подавляющее влияние. Климатические условия также оказали положительное влияние, хотя и в меньшей степени. В совокупности эти факторы объяснили примерно 63% наблюдаемых изменений в интенсивности и степени похолодания.

Анализ также показал, что реакция растительности весьма неоднородна в зависимости от места и сезона, в зависимости как от местных климатических условий, так и от силы охлаждающего эффекта.

«Мы предложили географически дифференцированную структуру «PV CIE – реакция растительности». Средние-децентрализованные растения с превосходной сложностью формы предпочтительнее в относительно засушливых и теплых регионах», — заключили ученые. «Однако в холодных,-высотных районах регулировка наклона и уменьшение плотности панелей могут снизить риски, связанные с растительностью».

Их результаты появились в статье «Количественная оценка эффекта прохладного острова, вызванного фотоэлектрическими электростанциями, и реакции растительности в засушливых регионах», опубликованной в журнале «Экологические индикаторы». В исследовании приняли участие исследователи из Китайской академии наук, китайской Huadian Gansu Energy Corporation, PowerChina Beijing Engineering Corporation и британского Университета Рединга.