Hur solgårdar formar lokalt klimat och växtlighet i torra områden

Forskare från den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har undersökt den solcellsinducerade coola ö-effekten (CIE) i torra regioner och funnit att den avsevärt påverkar omgivande vegetation, med riktningen och storleken på dess påverkan styrd av geografiska sammanhang och årstidsfaktorer.

CIE avser ett tillstånd där ett specifikt område är svalare än omgivningen på grund av skillnader i ytegenskaper och energibalans. I solcellsanläggningar kan detta inträffa på grund av panelskuggning, minskad-solabsorption på marknivå, omvandling av solljus till elektricitet och förbättrad konvektiv värmeavledning.

"Vi analyserade åtta solcellsanläggningar i de torra regionerna i Kina med Landsat-8 yttemperatur, kärnnormaliserat vegetationsindex, buffertanalys och partiell minsta kvadraters strukturella ekvationsmodellering (PLS-SEM)," förklarade gruppen. "Åtta solcellskraftverk valdes ut för denna studie, som ligger i de torra regionerna i Kina, särskilt i Xinjiang, Inre Mongoliet, Gansu och Qinghai."

Forskarna använde data från landytans temperatur (LST) från 2022, härledda från säsongsbetonade bilder tagna av Landsat 8. Dessa LST-datauppsättningar användes för att kvantifiera den solcellsinducerade (PV) anläggnings-inducerade coola ön-effekten genom två nyckelmått: kylningsintensitet (XD), definierad som temperaturskillnaden mellan dess omgivande miljö och hur långt PV-anläggningens område och hur långt, beskriver PV-anläggningen, kylinverkan sträcker sig utåt från installationen.

Dessutom användes samma fjärranalysdata för att beräkna vegetationsindex, särskilt kärn-normaliserat vegetationsindex (kNDVI), för att utvärdera vegetationssvar både inom den kylda zonen och i angränsande områden utanför dess inflytande. Detta gjorde det möjligt för forskarna att bedöma inte bara den rumsliga omfattningen av kyleffekten utan också dess ekologiska inverkan på växternas tillväxtdynamik över olika zoner.

Resultaten visade att kylningsintensiteten (XD) nådde sitt högsta värde på 3,1 C på sommaren i Wuzhong City (WZ), medan det lägsta värdet på 0,02 C observerades på hösten i Hongshagang Town, Minqin County, Gansu-provinsen (HSG). Dessutom var den coola ö-effekten (CIE) inte närvarande under vissa årstider på flera platser, inklusive Urad Banner (WLTQ) på våren, Huanghuatan Town (HHT) på hösten och Hami (HM) på vintern.

Dessutom indikerade resultaten att sommaren i allmänhet uppvisade förhöjda XD-värden, inklusive 2,1 C vid Dalad Banner (DLT) och en topp på 3,1 C i Wuzhong City. Däremot visade vinterförhållandena större rumslig variation: Gonghe County (GH) registrerade en relativt hög XD på 2,6 C, medan Huanghuatan Town och Dalad Banner förblev betydligt lägre, vid 0,31 C respektive 0,9 C.

Över alla åtta studieplatserna visade sig kylavståndet variera avsevärt, från 120 m till 540 m, vilket framhävde stora platsspecifika-skillnader i den rumsliga utbredningen av den coola ö-effekten.

Partiell minsta kvadraters strukturella ekvationsmodellering (PLS-SEM) visade vidare att morfologisk komplexitet är den dominerande drivkraften för kyleffekten, medan större solcellsanläggningsstorlek utövar ett starkt undertryckande inflytande. Även klimatförhållandena visade sig bidra positivt, om än i mindre utsträckning. Sammantaget förklarade dessa faktorer cirka 63 % av den observerade variationen i kylningsintensitet och omfattning.

Analysen föreslog dessutom att vegetationssvaren är mycket heterogena över platser och årstider, beroende på både lokala klimatförhållanden och styrkan av kyleffekten.

"Vi föreslog ett geografiskt differentierat ramverk för 'PV CIE–vegetation response'. Decentraliserade växter i medelstor- skala med överlägsen formkomplexitet är att föredra i relativt torra och varma regioner", avslutade akademikerna. "Men i kalla områden på hög-höjd kan justering av lutning och minskning av paneldensiteten minska riskerna för vegetation."

Deras resultat dök upp i "Quantifying photovoltaic power plant-induced cool island effect and vegetation response in arid regions," publicerad i Ecological Indicators. Forskare från den kinesiska vetenskapsakademin, Kinas Huadian Gansu Energy Corporation, PowerChina Beijing Engineering Corporation och Storbritanniens University of Reading har bidragit till studien.