一项最新研究指出，全球气候变暖已不再是“未来风险”，而是正“事实性地”给我们的生产生活带来威胁。在该研究中，最新的受害者是海上风电。

这项由南方科技大学教授曾振中课题组、宁波东方理工大学助理教授陈云天团队与合作者共同开展的研究显示，亚洲与欧洲超过一半已建及规划中的海上风电场正面临极端风况的危险，其中与风机载荷相关的极端风速在全球68%的沿海区域呈现显著上升趋势。11月5日，该研究成果在《自然—通讯》发表，同时被编辑部选为亮点文章（highlight）。

“我们研究发现，全球海洋及海岸线区域中，超过60%的区域极端风速呈现显著上升趋势。而这一趋势与全球变暖导致的气旋活动变化密切相关。”论文第一作者、香港理工大学与宁波东方理工大学联合培养博士生赵雅楠在接受《中国科学报》采访中表示：“这不仅是数据上的风险，更是现实中的隐患。”

极端风速不仅是数据上的风险，更是现实中的隐患。图源：南方科技大学

一个前人不曾深究的课题

2024年9月，台风“摩羯”袭击海南文昌。在强力台风之下，当地一风电项目发生多台风机倒塌事故，经济损失高达数亿元。这一事例表明，科学评估现有及规划中的风电场能否应对极端风速至关重要。

台风“摩羯”过境后海南文昌某风电场现场记录。田维刚供图

关于“极端风速”的标准，国际电工委员会（IEC）依据“五十年重现期风速”（即五十年一遇的极端风速）对风机进行等级划分，并要求各等级风机需具备承受其运营位置风速的能力。根据标准，I类、II类和III类风机的最大设计极限风速分别为50米/秒、42.5米/秒和37.5米/秒。

赵雅楠告诉《中国科学报》，在开展相应研究分析之前，研究团队注意到已有多篇文献直接或间接指出极端风速正在增强。例如，2019年澳大利亚一个研究团队通过遥感观测的高度计和散射计数据发现，90分位数的风速呈现显著上升趋势。此外，近十几年来关于台风的研究也显示，尽管台风频次未见显著增加，但其强度有所增强。

“这些现象引发了我们的思考：在气候变化背景下，用于风机设计载荷的风速是否已经发生变化？当前乃至未来的风机是否足以抵御日益加剧的极端风速事件？”赵雅楠说，带着这些思考，他们一头扎进过去80多年（1940年~2023年）的逐小时风速数据中。

他们发现，全球海洋范围内极端风速的长期变化趋势和空间差异，是一个前人不曾深究的课题。

“现实情况可能更严峻”

基于1940年~2023年逐小时风速数据，研究团队系统分析了全球海域的时空变化。

他们发现，五十年一遇的极端风速（U50）在全球36.70%的海域已超过III类风机设计标准，并在68%的海域呈现显著上升趋势；而在离岸100公里范围内的沿海区域，16.49%的区域超过III类标准，11.25%和0.62%的区域分别超过II类和I类标准。

“极端风速增强的区域非常广泛，这令我们感到非常意外。”赵雅楠对《中国科学报》说，这些区域许多也是各国部署海上风电较为集中的区域，如我国浙江、福建、海南沿岸，欧洲西北侧海岸线以及美国东部海岸线。因此研究团队提出，相关区域有必要提前部署更高等级的风机，并加强对现有风机在极端风况下的监测与防护。

赵雅楠告诉记者，由于再分析数据的网格平滑效应，该研究对台风频发海域的极端风速仍然有显著低估。这意味着，已建成和正在规划中的海上风机系统，能达到I类风机设计阈值（需I类风机才能抵御）的区域占比不足1%。

“现实情况可能更为严峻。”赵雅楠对记者说，受数据时间分辨率的限制，团队对台风频发海域的极端风速估计可能偏低。因此，“这些结果实际上趋于保守”。

为此，陈云天及合作者表示，该研究为极端风速对海上风电场影响的初步探讨，针对具体风场项目仍需开展更深入的分析。他们建议在风场建设与规划中引入动态风险评估机制，推动适用于不同气候区域的本地化设计规范，以增强在极端天气中风机的结构完整性与运行可靠性。

“当全球有超过半数的海上风场位于极端风速显著增强的区域，这说明仅依赖历史数据进行风机选址和选型已存在明显局限。”陈云天说，考虑到风机的设计使用年限通常为20年，建议在未来的风场规划中要充分参考对未来极端风况的预测。

“当然，这也凸显了开发相应预测模型的紧迫性”。他说道。

值得一提的是，我国在风机抗台风技术方面已走在国际前列。据了解，我国目前已设计并投产的抗台风风机，其标准已达到70m/s。例如，明阳智能在广东阳江布设的风场，就在今年9月成功经受住了超强台风“桦加沙”的考验。这表明，我国在技术上完全具备支撑海上风电持续发展的能力，也为应对未来气候风险提供了可行的技术路径。

明阳智能MySE18.X-16.6MW海上风机，该型号风机可以抵御17级台风，为目前全球单机容量最大、风轮直径最大的海上风电机组。明阳智能供图

气候变暖“难逃干系”

赵雅楠告诉记者，处理和分析连续83年的全球网格逐小时风速数据，过程并不容易。由于数据规模很大，从下载到完成五十年一遇极端风速趋势的计算，完成整个过程耗时了一个多月——这还不包括调试代码、多次计算等的时间成本。

因此，研究团队并没有将分析研究仅停留在现象层面，而是进一步关联了气旋活动变化，尝试探究极端风速增长的气候机制。

已有研究表明，超过80%的极端风速事件是由热带气旋（如台风）和温带气旋引起的。赵雅楠告诉记者，他们在数据分析中发现，尽管目前每年台风的总数量并未显著增加，但在全球气候变暖的背景下，强台风的发生频率明显上升。结合前人研究结果，该团队认为，该趋势与气候变暖背景下气旋强度变化密切相关。

“具体来说，气候变暖导致海洋表层温度升高，进而通过增强潜热释放等物理过程，使得气旋系统获得更多能量，最终导致其强度增强。”赵雅楠告诉记者，这一机制直接关联到海上风机等结构所面临的极端风速风险增加。

《自然—通讯》同期发布的亮点文章评析中也写道：该研究的创新之处在于，首次大规模量化了极端风速变化与不同等级海上风机的适配关系，填补了“气候变化影响—风电设施耐受度”的研究空白。

这项研究的意义还在于，再次明确了气候不受控的变化（如气候变暖）所带给人们的威胁已悄然而至、兵临城下。

“气候风险特别是日益增强的极端风速事件，正显著提高清洁能源的成本并影响其供应的稳定性。”作为通讯作者之一的曾振中说，具体到这篇论文所呈现的信息，已建风场若因低估极端风速而选用了标准较低的风机，将面临极高的倒塌风险。风机造价和铺设成本高昂、倒塌可能导致上千万甚至超亿元的经济损失还只是一方面，未来海上风场的运营成本提升、供电中断给能源稳定构成的威胁等等，都将是人类自己买单。