日前，在“青藏高原地氣間水熱交換立體綜合觀測(cè)研究平臺(tái)”啟動(dòng)儀式上，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所馬耀明研究員講述了數(shù)十年艱難科研探索之路，也為我們描繪了一幅地球最高處地氣作用過(guò)程的“最優(yōu)解”圖景。

“第三極”，改變?nèi)蛱鞖鈿夂?/p>

被稱(chēng)為“世界屋脊”“第三極”的青藏高原，平均高度可達(dá)對(duì)流層中層的高度，獨(dú)特而復(fù)雜的地形特征使得其上強(qiáng)大的動(dòng)力和熱力作用影響著東亞氣候格局、亞洲季風(fēng)進(jìn)程和北半球大氣環(huán)流，是影響我國(guó)天氣和氣候事件的關(guān)鍵區(qū)，也是全球氣候變化最為敏感的地帶之一。

為什么研究高原地氣間相互作用過(guò)程?“大氣在經(jīng)過(guò)青藏高原隆起的巨大地形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力和熱力作用，地表與大氣間的水熱交換將水加熱蒸發(fā)，使大氣對(duì)流形勢(shì)發(fā)生變化，就會(huì)形成云，發(fā)生降水。”馬耀明解釋道，而高原對(duì)周邊氣候的影響是從冷高原的表面到近地面層，再到大氣邊界層，逐步到自由大氣層，所以研究高原表面與近地面層、大氣邊界層的水熱交換過(guò)程和交換規(guī)律是非常重要的。

如何正確認(rèn)識(shí)青藏高原復(fù)雜地表區(qū)域上的水熱交換規(guī)律?馬耀明解釋道，研究需要綜合借助四種方法。一是在各種不同下墊面上建立地氣相互作用綜合觀測(cè)臺(tái)站，通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)取得資料進(jìn)行分析，得到不同下墊面上、不同地形條件下的水熱交換規(guī)律，然后再通過(guò)類(lèi)似瓷磚拼貼的方法，就可以得到整個(gè)高原區(qū)域上的水熱交換規(guī)律;二是結(jié)合試驗(yàn)資料與衛(wèi)星遙感資料，通過(guò)參數(shù)化方案或模型得到整個(gè)高原區(qū)域水熱交換規(guī)律;三是結(jié)合試驗(yàn)資料與數(shù)值模式系統(tǒng)，模擬得到整個(gè)高原區(qū)域水熱交換規(guī)律;四是將以上所取得的資料通過(guò)陸面資料同化系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到整個(gè)高原區(qū)域水熱交換規(guī)律。

建臺(tái)站，布網(wǎng)探測(cè)世界高地

“科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)是關(guān)鍵。”馬耀明反復(fù)強(qiáng)調(diào)。

針對(duì)青藏高原綜合觀測(cè)研究站點(diǎn)缺乏這一短板，1989年起，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所地氣作用與氣候效應(yīng)團(tuán)隊(duì)建立了覆蓋高寒草甸、高寒荒漠戈壁、高寒荒漠草原等高原典型下墊面天氣氣候關(guān)鍵敏感區(qū)的觀測(cè)站，并對(duì)青藏高原不同下墊面大氣邊界層、土壤水熱變化以及地—氣間能量水分交換規(guī)律等進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)研究。

在此基礎(chǔ)上，馬耀明等研究人員發(fā)布了全球首套由長(zhǎng)期氣象梯度觀測(cè)、四分量輻射觀測(cè)、土壤水熱特征觀測(cè)以及大氣湍流特征觀測(cè)構(gòu)成的高時(shí)間分辨率青藏高原地—氣相互作用綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)集。

經(jīng)過(guò)三十余年的艱苦努力，團(tuán)隊(duì)在青藏高原上建立和完善了青藏高原水熱交換綜合立體觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)體系，基本建成了第三極地區(qū)多圈層地氣相互作用過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。“在第二次青藏科考項(xiàng)目的大力支持下，在青藏高原主體共新建了11座大氣邊界層廓線塔站觀測(cè)系統(tǒng)、9套微波輻射計(jì)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)和10套風(fēng)吹雪組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)。”馬耀明說(shuō)，加之高原上已有的大氣邊界層廓線塔站組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)、渦動(dòng)協(xié)方差通量組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)以及土壤溫、濕度組網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成功組建了青藏高原地氣間水熱交換立體綜合觀測(cè)研究平臺(tái)。

立體化，實(shí)現(xiàn)綜合集成觀測(cè)

通過(guò)地平面上的測(cè)風(fēng)雷達(dá)、微波輻射儀等設(shè)備，地上500米處的低空無(wú)人機(jī)、地上1000米處的系留艇、地上到高空10000米處的無(wú)線電探空儀等設(shè)備，地上10000米處的遙感飛機(jī)，以及地上300千米處的專(zhuān)業(yè)衛(wèi)星……據(jù)介紹，最新組建的青藏高原地氣間水熱交換立體綜合觀測(cè)平臺(tái)涵蓋了青藏高原的各種地形地貌，可實(shí)現(xiàn)青藏高原近地層和對(duì)流層多要素、全天候的綜合集成觀測(cè)，為區(qū)域及其周邊地區(qū)天氣監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)警及氣候環(huán)境預(yù)測(cè)等提供綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

7月15日，第二次青藏科考“地氣相互作用及其氣候效應(yīng)”專(zhuān)題分隊(duì)從蘭州集合出發(fā)，青藏高原地氣間水熱交換立體綜合觀測(cè)平臺(tái)也正式啟動(dòng)。以青藏高原各種地形和地貌狀況下的水熱交換規(guī)律為考察核心，專(zhuān)題分隊(duì)目前已在國(guó)內(nèi)外8個(gè)臺(tái)站上完成了3次地氣相互作用及其氣候效應(yīng)立體綜合加強(qiáng)觀測(cè)試驗(yàn)。

“此次科考將是首次利用地氣間水熱交換立體綜合觀測(cè)平臺(tái)、無(wú)人機(jī)多光譜影像、機(jī)載渦動(dòng)湍流通量觀測(cè)平臺(tái)、衛(wèi)星遙感相結(jié)合方式的綜合、立體觀測(cè)。”馬耀明說(shuō)，生成的實(shí)景三維模型，可幫助研究人員準(zhǔn)確掌握各種復(fù)雜地貌特征下的綜合信息資料。(張文麗 杜英)

關(guān)鍵詞： 高原地氣 青藏高原 地氣 無(wú)人機(jī)多光譜影像