Hvordan solfarmer former lokalt klima og vegetasjon i tørre områder

Forskere fra det kinesiske vitenskapsakademiet (CAS) har undersøkt den solcelleanlegg-induserte kule øy-effekten (CIE) i tørre områder og funnet ut at den påvirker omkringliggende vegetasjon betydelig, med retningen og omfanget av dens påvirkning styrt av geografisk kontekst og sesongmessige faktorer.

CIE refererer til en tilstand der et spesifikt område er kjøligere enn omgivelsene på grunn av forskjeller i overflateegenskaper og energibalanse. I PV-anlegg kan dette oppstå på grunn av panelskyggelegging, redusert-solabsorpsjon på bakkenivå, konvertering av sollys til elektrisitet og forbedret konvektiv varmespredning.

"Vi analyserte åtte solcelleanlegg i de tørre områdene i Kina ved å bruke Landsat-8 landoverflatetemperatur, kjernenormalisert vegetasjonsindeks for forskjeller, bufferanalyse og delvis minste kvadraters strukturell ligningsmodellering (PLS-SEM)," forklarte gruppen. "Åtte PV-kraftverk ble valgt ut for denne studien, som er lokalisert i de tørre regionene i Kina, spesielt i Xinjiang, Indre Mongolia, Gansu og Qinghai."

Forskerne brukte data fra landoverflatetemperatur (LST) fra 2022, avledet fra sesongbilder tatt av Landsat 8. Disse LST-datasettene ble brukt til å kvantifisere den fotovoltaiske (PV)-anlegg-induserte kule øy-effekten gjennom to nøkkeltall: kjøleintensitet (XD), definert som temperaturforskjellen mellom dets omgivende miljø, og hvor langt, beskriver miljøet (D) kjølepåvirkning strekker seg utover fra installasjonen.

I tillegg ble de samme fjernmålingsdataene brukt til å beregne vegetasjonsindekser, spesielt kjerne-normalisert forskjellsvegetasjonsindeks (kNDVI), for å evaluere vegetasjonsresponser både innenfor den avkjølte sonen og i tilstøtende områder utenfor dens innflytelse. Dette tillot forskerne å vurdere ikke bare den romlige utstrekningen av kjøleeffekten, men også dens økologiske innvirkning på plantevekstdynamikken på tvers av forskjellige soner.

Resultatene viste at kjøleintensiteten (XD) nådde sin høyeste verdi på 3,1 C om sommeren i Wuzhong City (WZ), mens den laveste verdien på 0,02 C ble observert om høsten i Hongshagang Town, Minqin County, Gansu-provinsen (HSG). I tillegg var den kule øyeffekten (CIE) ikke til stede i visse årstider på flere steder, inkludert Urad Banner (WLTQ) om våren, Huanghuatan Town (HHT) om høsten og Hami (HM) om vinteren.

Dessuten indikerte resultatene at sommeren generelt viste forhøyede XD-verdier, inkludert 2,1 C ved Dalad Banner (DLT) og en topp på 3,1 C ved Wuzhong City. I motsetning til dette viste vinterforholdene større romlig variasjon: Gonghe County (GH) registrerte en relativt høy XD på 2,6 C, mens Huanghuatan Town og Dalad Banner holdt seg betydelig lavere, på henholdsvis 0,31 C og 0,9 C.

På tvers av alle de åtte studiestedene ble kjøleavstanden funnet å variere betydelig, fra 120 m til 540 m, noe som fremhever store -stedspesifikke forskjeller i den romlige utstrekningen av den kule øyeffekten.

Partial least squares structural equation modeling (PLS-SEM) avslørte videre at morfologisk kompleksitet er den dominerende driveren for kjøleeffekten, mens større solcelleanlegg har en sterk undertrykkende innflytelse. Klimatiske forhold ble også funnet å bidra positivt, om enn i mindre grad. Til sammen forklarte disse faktorene omtrent 63 % av den observerte variasjonen i avkjølingsintensitet og -utstrekning.

Analysen antydet i tillegg at vegetasjonsresponsene er svært heterogene på tvers av lokaliteter og årstider, avhengig av både lokale klimatiske forhold og styrken til kjøleeffekten.

"Vi foreslo et geografisk differensiert rammeverk for 'PV CIE-vegetasjonsrespons'. Medium-skala, desentraliserte planter med overlegen formkompleksitet er å foretrekke i relativt tørre og varme områder," konkluderte akademikerne. "I kalde,-høydeområder kan imidlertid justering av helning og reduksjon av paneltetthet redusere vegetasjonsrisikoen."

Funnene deres dukket opp i "Kvantifisering av fotovoltaisk kraftverk-indusert kul øyeffekt og vegetasjonsrespons i tørre områder," publisert i Ecological Indicators. Forskere fra det kinesiske vitenskapsakademiet, Kinas Huadian Gansu Energy Corporation, PowerChina Beijing Engineering Corporation og Storbritannias University of Reading har bidratt til studien.