Trang trại năng lượng mặt trời định hình khí hậu địa phương và thảm thực vật ở những vùng khô cằn như thế nào

Các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Trung Quốc (CAS) đã nghiên cứu hiệu ứng đảo mát (CIE) do thực vật quang điện gây ra ở các vùng khô cằn và phát hiện ra rằng nó ảnh hưởng đáng kể đến thảm thực vật xung quanh, với hướng và cường độ tác động của nó bị chi phối bởi bối cảnh địa lý và các yếu tố theo mùa.

CIE đề cập đến tình trạng trong đó một khu vực cụ thể mát hơn môi trường xung quanh do sự khác biệt về tính chất bề mặt và cân bằng năng lượng. Trong các nhà máy quang điện, điều này có thể xảy ra do tấm che nắng, giảm-sự hấp thụ năng lượng mặt trời trên mặt đất, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng và tăng cường khả năng tản nhiệt đối lưu.

Nhóm giải thích: "Chúng tôi đã phân tích tám nhà máy quang điện ở các khu vực khô cằn của Trung Quốc bằng cách sử dụng nhiệt độ bề mặt đất Landsat-8, chỉ số thực vật chênh lệch chuẩn hóa hạt nhân, phân tích vùng đệm và mô hình phương trình cấu trúc bình phương nhỏ nhất một phần (PLS-SEM)". “Tám nhà máy điện PV đã được chọn cho nghiên cứu này, nằm ở các khu vực khô cằn của Trung Quốc, đặc biệt là ở Tân Cương, Nội Mông, Cam Túc và Thanh Hải.”

Các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu nhiệt độ bề mặt đất (LST) từ năm 2022, lấy từ hình ảnh theo mùa do Landsat 8 chụp. Những bộ dữ liệu LST này được sử dụng để định lượng hiệu ứng đảo mát do nhà máy quang điện (PV) gây ra thông qua hai chỉ số chính: cường độ làm mát (XD), được định nghĩa là chênh lệch nhiệt độ giữa khu vực nhà máy quang điện và môi trường xung quanh và khoảng cách làm mát (Dist), mô tả khoảng cách mà ảnh hưởng làm mát kéo dài ra bên ngoài hệ thống.

Ngoài ra, dữ liệu viễn thám tương tự đã được sử dụng để tính toán các chỉ số thực vật, đặc biệt là chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa hạt nhân (kNDVI), để đánh giá phản ứng của thực vật cả trong vùng được làm mát và ở các khu vực lân cận ngoài tầm ảnh hưởng của nó. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu đánh giá không chỉ phạm vi không gian của hiệu ứng làm mát mà còn cả tác động sinh thái của nó đối với động lực phát triển thực vật ở các vùng khác nhau.

Kết quả cho thấy cường độ làm mát (XD) đạt giá trị cao nhất là 3,1 C vào mùa hè tại thành phố Wuzhong (WZ), trong khi giá trị thấp nhất 0,02 C được quan sát vào mùa thu tại thị trấn Hongshagang, huyện Minqin, tỉnh Cam Túc (HSG). Ngoài ra, hiệu ứng đảo mát (CIE) không xuất hiện trong một số mùa nhất định tại một số địa điểm, bao gồm Urad Banner (WLTQ) vào mùa xuân, Thị trấn Huanghuatan (HHT) vào mùa thu và Hami (HM) vào mùa đông.

Hơn nữa, kết quả chỉ ra rằng mùa hè thường có giá trị XD tăng cao, bao gồm 2,1 C tại Dalad Banner (DLT) và đỉnh điểm là 3,1 C tại Thành phố Wuzhong. Ngược lại, điều kiện mùa đông cho thấy sự thay đổi không gian lớn hơn: Quận Gonghe (GH) ghi nhận XD tương đối cao là 2,6 C, trong khi Thị trấn Huanghuatan và Dalad Banner vẫn thấp hơn đáng kể, lần lượt ở mức 0,31 C và 0,9 C.

Trên tất cả tám địa điểm nghiên cứu, người ta nhận thấy khoảng cách làm mát thay đổi đáng kể, từ 120 m đến 540 m, làm nổi bật những khác biệt lớn-cụ thể của địa điểm về phạm vi không gian của hiệu ứng hòn đảo mát mẻ.

Mô hình phương trình cấu trúc bình phương nhỏ nhất từng phần (PLS-SEM) tiết lộ thêm rằng độ phức tạp về hình thái là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng làm mát, trong khi kích thước nhà máy quang điện lớn hơn lại gây ra ảnh hưởng triệt tiêu mạnh mẽ. Điều kiện khí hậu cũng được cho là có đóng góp tích cực, mặc dù ở mức độ thấp hơn. Nói chung, các yếu tố này giải thích khoảng 63% sự thay đổi quan sát được về cường độ và mức độ làm mát.

Phân tích cũng cho thấy phản ứng của thực vật rất không đồng nhất giữa các địa điểm và các mùa, tùy thuộc vào cả điều kiện khí hậu địa phương và cường độ của hiệu ứng làm mát.

Các học giả kết luận: "Chúng tôi đã đề xuất một khuôn khổ 'PV CIE–phản ứng của thực vật' khác biệt về mặt địa lý. Các nhà máy phi tập trung, quy mô trung bình- có hình dạng phức tạp vượt trội sẽ thích hợp hơn ở những vùng tương đối khô và ấm". "Tuy nhiên, ở những khu vực có độ cao-lạnh, việc điều chỉnh độ nghiêng và giảm mật độ bảng điều khiển có thể giảm thiểu rủi ro về thảm thực vật."

Phát hiện của họ xuất hiện trong bài “Định lượng hiệu ứng đảo mát do nhà máy quang điện gây ra và phản ứng của thực vật ở các vùng khô cằn”, được công bố trên tạp chí Ecoological Indicators. Các nhà nghiên cứu từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Tập đoàn Năng lượng Huadian Cam Túc của Trung Quốc, Tập đoàn Kỹ thuật PowerChina Bắc Kinh và Đại học Reading của Vương quốc Anh đã đóng góp cho nghiên cứu này.