向撒哈拉沙漠注入清洁能源可以带来降雨（这并非是象征性的）

想象一下撒哈拉沙漠，风吹过的沙丘在阳光下闪闪发光。有些人可能会看到这片土地贫瘠，水源稀少，生命渺小，气温酷热。另一些人则看到了迫在眉睫的能源危机的潜在解决方案，以及让世界上最大的沙漠之一下雨的潜在解决方案。

在本周发表于《科学》杂志上的一篇论文中，研究人员发现，通过在沙漠中建造大型风能和太阳能发电场，他们不仅可以为欧洲、非洲和中东提供大量电力，还可以同时改变气候——增加热量，但也会增加降雨量和植被，而这些地区急需增加的绿化。他们估计，这样的项目可以使该地区的降雨量增加一倍，植被覆盖率增加约 20%。

我们谈论的绿色程度有多高？撒哈拉沙漠覆盖了 355 万平方英里（920 万平方公里）。在这项研究中，研究人员运行了计算机模型，将风力涡轮机放置在沙漠中，间隔近一英里，并用不同配置的太阳能电池板覆盖 20% 的沙漠（有时电池板以棋盘格图案分布在沙漠中，而在其他情况下则集中在象限中）。覆盖面积越小，对气候的影响就越小——在这种情况下，降水量就越少——但这在很大程度上也取决于涡轮机和电池板的位置。例如，在西北角安装电池板的影响比其他三个沙漠选项更大。

用较暗的太阳能电池板覆盖沙漠的部分区域意味着从撒哈拉沙漠反射的阳光较少，而撒哈拉沙漠的颜色异常浅，因此反照率高于其他非极地沙漠。这意味着撒哈拉沙漠通常会将更多的光和热反射回空气中。通过安装较暗的太阳能电池板来降低反照率实际上可能会增加该地区的降水量，即使这会提高太阳能电池板周围的温度。较暖的空气上升到大气中较冷的区域，那里的水分凝结成雨水。

“1975 年，我在麻省理工学院的博士生导师 Jule Charney 提出了一种反馈机制，以帮助解释萨赫勒地区（撒哈拉以南的半干旱过渡区）的干旱：过度放牧增加了地表反照率（反射率），减少了降水，进而进一步减少了植被。大约十年前，我有一个想法，即在大型太阳能电池板农场存在的情况下，这种反馈会起到相反的作用，因为它们会降低地表反照率，”该论文的主要作者 Eugenia Kalnay 在新闻稿中说道。“同样，风力发电场会增加地表摩擦和空气汇聚，从而产生上升运动和降水。”

随着雨水增多，草和树可以慢慢地重新长回到曾经郁郁葱葱的土地上，就像在现有的农场里一样，在涡轮机和太阳能电池板之间生长。

据估计，太阳能发电场平均发电量为 79 太瓦，风力发电场平均发电量为 3 太瓦，且不会产生温室气体排放。为了便于理解，作者表示，去年全世界的用电量约为 18 太瓦。

但是建造一个大型太阳能发电场并非一朝一夕就能完成的，因此研究人员编写了计算机模型来观察在 100 年的建设期内以及发电厂建成后 100 年内会发生什么情况。

“如果我们能立即完成所有风能和太阳能发电场的建设，那么对大气的一些影响几乎可以立即观察到。但由于植被-反照率-降水反馈机制的影响需要一段时间才能观察到，因为植被需要时间生长（几年内）。实际上，随着已安装的风能和太阳能发电场规模的扩大，这种影响会越来越大，”两位主要作者 Yan Li 和 Safa Motesharrei 在一封电子邮件中说道。

绿色先例

这并不是人类第一次改变撒哈拉沙漠。这里曾经比现在更加湿润、更加绿意盎然。

首尔国立大学考古学家戴维·赖特在一封电子邮件中写道：“撒哈拉是人类重要的生物群落，是文化和生态多样性的宝库。”他指出，即使在今天，该地区也不仅仅是一片沙地，还有山脉、丘陵、小河和湖泊，是数千种物种的家园。

“我们人类与其他猿类分道扬镳后，已知最早的祖先沙赫人（ Sahelanthropus tschadensis ）被发现于撒哈拉沙漠。在非洲湿润期（约 11,000-5,000 年前），撒哈拉沙漠是一个广阔而多样化的生态系统，遍布湖泊和渔民。这里成为早期驯养牛、骆驼和驴子的场所。这里是帝国管理的庞大大陆陆上贸易网络的所在地。撒哈拉沙漠可以让我们学到很多关于人类过去如何适应气候变化的知识，”赖特说。

赖特去年发表的一篇论文提出，牧牛人于 8,000 至 4,000 年前迁入该地区。牛群做了牛群的惯常行为，吃掉了植被，并在此过程中提高了反照率——加速了从湿润的撒哈拉沙漠向极度干旱的沙漠的转变。

“人类的影响将自然系统推向了沙漠化的临界点，在人类带着动物进入生态系统的地方，从湿润到干燥的转变速度远远超过了没有这些压力的情况下的速度。从阿塔卡马沙漠到蒙古沙漠再到撒哈拉沙漠，这种变化已经一次又一次地得到证实，”赖特说，他没有参与这项新的科学研究。

研究人员认为气候变化与撒哈拉沙漠的持续扩张有关。自 1920 年以来，撒哈拉沙漠面积已扩大 10%。

这篇最新论文的作者没有研究在撒哈拉地区大规模安装风能和太阳能发电场可能造成的其他生态影响，但他们认为，降雨量的增加总体上将给居住在该地区及其周边的人们带来福祉。

“世界最富有的 10% 人口产生了全球约 50% 的碳排放量。因此，如果世界最贫穷的 90% 人口希望使用化石能源将其生活水平提高到最富有的 10% 人口的水平，那么全球能源使用总量和温室气体排放量将增加五倍，”李和 Motesharrei 在一封电子邮件中说道。为了让全世界都获得发展——而不是进一步加剧气候变化——作者认为我们需要尽可能多的清洁可再生能源。

有目的地改变气候的前景显然充满了伦理问题。但赖特指出，我们以前就做过。“人类天生就是生态位建设者。我们进化成为生态位建设者，我们的生态位建设活动将产生两种可能的结果：要么拯救我们这个物种免于灭绝，要么注定我们灭绝。人类社会已经在沙漠和半沙漠环境中留下了巨大的生态足迹，”他说。“就意愿而言，是的，人们当然愿意并且能够在非洲的沙漠和半沙漠中建造数十座能源工厂。这样做是否明智仍是一个悬而未决的问题。这项研究表明这是明智的，但正如他们所指出的，这类项目的成本不仅仅是生态成本。”

即使在最好的情况下，分析这样一个改变世界的项目的成本和收益也是令人望而生畏的，但这里的风险尤其高。尤其是对已经居住在该地区的人们来说。

“当地人民是否愿意冒险开发能源基础设施取决于当地人民，这可能会对该地区更广泛的生态环境产生递归效应，”赖特说。“在工业时代的地缘政治背景下，此类开发项目可能只会让建设地区的极少数人受益，尽管对他们的生态影响将最为严重。这些利益将流向世界上已经开发的地区，这些地区不承担任何风险，只会收获利益，”赖特说。

论文的作者还建议对未来可能采取的任何行动采取深思熟虑的态度。

“建设如此大规模的太阳能和风力发电场的可能性越来越大，但需要适当的规划和有远见的决策，以及政策制定者、公司、利益相关者和民众的合作。我们希望所有这些地方和全球参与者和利益相关者能够合作，使之成为现实，”李和莫特沙里写道。“这可能是维持地球上生命的最佳机会，同时改善每个人的生活质量。”