كيف تشكل مزارع الطاقة الشمسية المناخ المحلي والغطاء النباتي في المناطق القاحلة

قام باحثون من الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) بالتحقيق في تأثير الجزيرة الباردة الناجم عن النباتات الكهروضوئية (CIE) في المناطق القاحلة، ووجدوا أنه يؤثر بشكل كبير على النباتات المحيطة، مع تحديد اتجاه وحجم تأثيره بالسياق الجغرافي والعوامل الموسمية.

يشير CIE إلى حالة تكون فيها منطقة معينة أكثر برودة من المناطق المحيطة بها بسبب الاختلافات في خصائص السطح وتوازن الطاقة. في محطات الطاقة الكهروضوئية، قد يحدث هذا بسبب تظليل الألواح، وانخفاض امتصاص الطاقة الشمسية على مستوى الأرض، وتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وتعزيز تبديد الحرارة بالحمل الحراري.

"لقد قمنا بتحليل ثمانية محطات كهروضوئية في المناطق القاحلة في الصين باستخدام Landsat-8 درجة حرارة سطح الأرض، ومؤشر اختلاف الغطاء النباتي الطبيعي، وتحليل المخزن المؤقت، ونمذجة المعادلات الهيكلية بالمربعات الصغرى الجزئية (PLS-SEM)،" أوضحت المجموعة. "تم اختيار ثماني محطات للطاقة الكهروضوئية لهذه الدراسة، والتي تقع في المناطق القاحلة في الصين، وتحديدا في شينجيانغ ومنغوليا الداخلية وقانسو وتشينغهاي."

استخدم العلماء بيانات درجة حرارة سطح الأرض (LST) من عام 2022، المستمدة من الصور الموسمية التي التقطها Landsat 8. وتم استخدام مجموعات بيانات LST هذه لقياس تأثير الجزيرة الباردة الناجم عن محطة الطاقة الكهروضوئية (PV) من خلال مقياسين رئيسيين: شدة التبريد (XD)، والتي تُعرف بأنها الفرق في درجة الحرارة بين منطقة محطة الطاقة الكهروضوئية والبيئة المحيطة بها، ومسافة التبريد (Dist)، والتي تصف مدى امتداد تأثير التبريد إلى الخارج من التثبيت.

بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام نفس بيانات الاستشعار عن بعد لحساب مؤشرات الغطاء النباتي، وخاصةً مؤشر الاختلاف الطبيعي للغطاء النباتي (kNDVI) لتقييم استجابات الغطاء النباتي داخل المنطقة المبردة وفي المناطق المجاورة خارج نطاق نفوذها. سمح هذا للباحثين بتقييم ليس فقط المدى المكاني لتأثير التبريد، ولكن أيضًا تأثيره البيئي على ديناميكيات نمو النبات عبر مناطق مختلفة.

أظهرت النتائج أن شدة التبريد (XD) وصلت إلى أعلى قيمة لها وهي 3.1 درجة مئوية في الصيف في مدينة Wuzhong (WZ)، بينما لوحظت أدنى قيمة قدرها 0.02 درجة مئوية في الخريف في مدينة Hongshagang، مقاطعة Minqin، مقاطعة Gansu (HSG). بالإضافة إلى ذلك، لم يكن تأثير الجزيرة الباردة (CIE) موجودًا في مواسم معينة في عدة مواقع، بما في ذلك Urad Banner (WLTQ) في الربيع، ومدينة Huanghuatan (HHT) في الخريف، وHami (HM) في الشتاء.

علاوة على ذلك، أشارت النتائج إلى أن الصيف أظهر بشكل عام قيم XD مرتفعة، بما في ذلك 2.1 درجة مئوية في Dalad Banner (DLT) وذروة قدرها 3.1 درجة مئوية في مدينة Wuzhong. في المقابل، أظهرت ظروف الشتاء تباينًا مكانيًا أكبر: سجلت مقاطعة Gonghe (GH) درجة حرارة XD عالية نسبيًا قدرها 2.6 درجة مئوية، في حين ظلت مدينة Huanghuatan وDalad Banner أقل بكثير، عند 0.31 درجة مئوية و0.9 درجة مئوية، على التوالي.

عبر جميع مواقع الدراسة الثمانية، وجد أن مسافة التبريد تتباين بشكل كبير، حيث تتراوح من 120 مترًا إلى 540 مترًا، مما يسلط الضوء على الاختلافات الكبيرة في الموقع-في المدى المكاني لتأثير الجزيرة الباردة.

كشفت نمذجة المعادلات الهيكلية بالمربعات الصغرى الجزئية (PLS-SEM) أيضًا أن التعقيد المورفولوجي هو المحرك المهيمن لتأثير التبريد، في حين أن حجم محطة الطاقة الكهروضوئية الأكبر يمارس تأثيرًا مثبطًا قويًا. كما وجد أن الظروف المناخية تساهم بشكل إيجابي، وإن كان بدرجة أقل. وقد فسرت هذه العوامل مجتمعة ما يقرب من 63% من التباين الملحوظ في شدة التبريد ومداه.

بالإضافة إلى ذلك، أشار التحليل إلى أن استجابات الغطاء النباتي غير متجانسة للغاية عبر المواقع والمواسم، اعتمادًا على الظروف المناخية المحلية وقوة تأثير التبريد.

وخلص الأكاديميون إلى "لقد اقترحنا إطار عمل متباين جغرافيًا لاستجابة الغطاء النباتي لـ CIE. -النباتات اللامركزية متوسطة الحجم ذات الشكل المعقد الفائق هي المفضلة في المناطق الجافة والدافئة نسبيًا". "ومع ذلك، في المناطق الباردة والمرتفعة-، فإن ضبط الميل وتقليل كثافة اللوحة قد يخفف من مخاطر الغطاء النباتي."

ظهرت النتائج التي توصلوا إليها في "القياس الكمي لتأثير الجزيرة الباردة الناجم عن محطة الطاقة الكهروضوئية واستجابة الغطاء النباتي في المناطق القاحلة"، المنشور في المؤشرات البيئية. ساهم في الدراسة باحثون من الأكاديمية الصينية للعلوم، وشركة هواديان قانسو للطاقة الصينية، وشركة باور تشاينا بكين الهندسية، وجامعة ريدينغ في المملكة المتحدة.