在無涯的荒野里，沒有早一步，也沒有晚一步，剛巧趕上霧、雨、風(fēng)，輕輕地問候一聲：噢，你一直在這里。
將張愛玲名篇《愛》里的這段話，稍作修改，很能恰切地描述此刻仍孑立或深埋于青藏高原上的科考設(shè)備。
東起西藏自治區(qū)那曲市那曲鎮(zhèn)，西至西藏阿里地區(qū)的獅泉河，北起海拔5000多米的雙湖縣，經(jīng)過羌塘無人區(qū)，南至海拔2900米的中印邊境亞東縣，在這塊面積相當(dāng)于近12個浙江省、平均海拔高于4600米的高原區(qū)域，清華大學(xué)、中國科學(xué)院青藏高原研究所聯(lián)合課題組部署了多個觀測點，以采集第一手?jǐn)?shù)據(jù)。
“有的數(shù)據(jù)實時傳回北京，有的記錄在儀器里，只能現(xiàn)場采，還有的需要進行后期復(fù)雜處理。”
近日，清華大學(xué)、中科院青藏所、中科院遙感所、四川大學(xué)聯(lián)合科考隊在喜馬拉雅山區(qū)、羌塘高原和川西高原等地完成半個月的科考工作。項目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授陽坤表示，青藏高原是中國觀測數(shù)據(jù)最為稀缺的區(qū)域，團隊此次獲取了不可多得的連續(xù)、多地形寶貴數(shù)據(jù)，將用于開展基礎(chǔ)研究，揭示高原特殊氣候形成的機制，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有氣象模型和衛(wèi)星遙感的不足，提升未來青藏高原的天氣/氣候模擬和衛(wèi)星監(jiān)測能力，最終服務(wù)于災(zāi)害預(yù)警。
位置險要 影響天氣的能量堪比“發(fā)動機”
陽坤經(jīng)常被問到，偏居西南的青藏高原究竟和現(xiàn)在人們的生活有什么關(guān)系。
這個在外人看似遙不可及、難以理解的關(guān)聯(lián)，陽坤卻能給出最易懂的例證。“從氣象云圖看，中國東部的云團，很多時候是從青藏高原飄出來的。”陽坤說，例如根據(jù)中國氣象科學(xué)研究院徐祥德院士等的研究，1998年發(fā)生在長江流域的特大洪水，從一個時間段內(nèi)的云團分析后發(fā)現(xiàn)，青藏高原產(chǎn)生的影響加強了降水。
事實上，不只中國，東亞各國都受到青藏高原的氣候影響。幾十年前，日本便發(fā)現(xiàn)想準(zhǔn)確預(yù)測日本本土的天氣，需要將青藏高原的天氣情況納入到預(yù)報體系。“就如同內(nèi)蒙古降溫可以預(yù)測北京的寒潮一樣，沒有大陸的數(shù)據(jù)，島國上冬天的寒潮、夏天的梅雨都沒有辦法預(yù)報。只是青藏高原對東亞天氣的影響更加復(fù)雜一些。”陽坤說。
要了解青藏高原如何影響東亞的氣候，需要先了解它的體量。相關(guān)資料顯示，青藏高原面積250多萬平方公里，東西長3000公里，跨越15個緯度，南北寬1500公里，約占我國陸地面積的1/4，雄踞亞洲中部，它的海拔高度使得它幾乎占對流層厚度的1/3以上。
如此龐然大物，橫亙在東半球的險要位置，就算是“靜靜地”不動，也勢必會散發(fā)出巨大的影響威力，也難怪青藏高原被稱為與南極地區(qū)、北極地區(qū)并列的“第三極地區(qū)”。
“上世紀(jì)50年代，著名氣象學(xué)家、中國科學(xué)院院士葉篤正先生就首先提出青藏高原能夠驅(qū)動?xùn)|亞的季風(fēng)系統(tǒng)。”陽坤說，他證明青藏高原像個引擎，可以改變大氣的運行。
當(dāng)時葉篤正先生和同事首先發(fā)現(xiàn)圍繞青藏高原的南支急流、北支急流及它們匯合而成的北半球最強大急流，嚴(yán)重地影響著東亞天氣和氣候。他還指出，青藏高原在夏季是大氣的一個巨大熱源，冬季是冷源。
“有了他的研究工作，國際上才接受了大地形熱力作用的概念。”陽坤解釋，之前研究氣象會忽略地氣之間的相互作用，而其實大地接受太陽的輻射后，產(chǎn)生的巨大熱量能影響氣象的變化。
幾大“怪”象 現(xiàn)有氣象科學(xué)無法完全解釋或模擬
在青藏高原上，人們很可能會發(fā)現(xiàn)，前一個山坡陽光明媚，轉(zhuǎn)個山梁就大雨瓢潑，又或者在明媚的陽光下接住雪花，根本不知道哪片云是雪的源頭。
但這些都不是最“怪”的，小范圍地建個局地模型，這些反常天氣甚至可能預(yù)報。更“怪”的是一些經(jīng)典的氣候模型怎么調(diào)整也無法貼近現(xiàn)實。
第一“怪”，青藏高原地面的太陽輻射比大氣層頂?shù)倪€強。“人類在青藏高原頻繁地觀測到超太陽常數(shù)的現(xiàn)象。”陽坤說。有科學(xué)家1979年對青藏高原觀測發(fā)現(xiàn)，在高原地區(qū)特別是海拔相對較高的地區(qū)，會出現(xiàn)太陽總輻射大于太陽常數(shù)的反常現(xiàn)象。
第二“怪”，青藏高原的積雪量會被大大高估。“模型預(yù)測積雪厚度高達100毫米，但實際可能只有20毫米。”陽坤說，實際上在青藏高原經(jīng)常看到下雪，但是大多只是在地表形成薄薄一層。目前國際領(lǐng)先的歐洲天氣模型對于青藏高原地區(qū)降雪量和積雪厚度的預(yù)測，始終無法反映現(xiàn)實情況，有多個參數(shù)化方案曾試圖矯正積雪模擬，但仍未獲成功。
第三“怪”，色林措等高原中部的內(nèi)陸湖面積逐年增加，而羊卓雍措等高原南部的內(nèi)陸湖面積卻出現(xiàn)減少現(xiàn)象，是什么造成不同的水量變化呢？降水量、地下水量還是冰川融化的水量？
這些現(xiàn)有氣象科學(xué)無法完全解釋或模擬的“怪”，恰恰說明人們對青藏高原的了解太少了。
了解少的第一個原因是獲取資料少。陽坤介紹，這里的氣象觀測站密度非常稀疏，不及平原國家級觀測站平均數(shù)的1/4，更別提其他地區(qū)還會有省、市、縣級觀測站的加密。
“羌塘高原數(shù)據(jù)稀缺最為突出。”陽坤說，羌塘高原南接岡底斯山脈，北靠昆侖山脈，東臨唐古拉山，是青藏高原的主體部分，大部分地區(qū)海拔均在4600米以上，堪稱“高原中的高原”，是中國氣候環(huán)境最為惡劣的地方。數(shù)據(jù)缺乏嚴(yán)重限制了對高原生態(tài)環(huán)境的衛(wèi)星監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警的能力建設(shè)。
“例如，很早以前，只知道羌塘無人區(qū)是‘干極’，但并不知道具體數(shù)據(jù)，直到上世紀(jì)70年代開始的第一次青藏高原科考才知道降水少到什么程度。”中科院青藏所副研究員陳瑩瑩說，當(dāng)時科考隊員分析了1976年4個月的羌塘高原科考觀測的降水?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6—8月的累積降水量超過100毫米，進而推斷羌塘高原的年降水量為150毫米左右。
“由于當(dāng)時技術(shù)手段、支持力度等的限制，第一次科考從現(xiàn)在的角度看做得還不夠透徹，解決的是填補空白、從無到有的問題。”陳瑩瑩說，因此此次開始的第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究將依托現(xiàn)有更加先進的技術(shù)手段，繼續(xù)探索未知。
擴展站點 獲取靠得住的第一手資料
“我們擔(dān)負(fù)了TPE（即由中國科學(xué)院發(fā)起和主導(dǎo)的‘第三極環(huán)境’國際計劃）中的工作，首先計劃在青藏高原獲得一套合理的降水量資料。”陽坤介紹，目前課題組設(shè)立了超過71個土壤溫濕度站、55個雨量站、5個GPS水汽觀測站和4個氣象站，此次科考行程中下載了全部數(shù)據(jù)，并協(xié)助同事在海拔4600—5100米的高原腹地建立了3個GPS站和3個氣象站。“未來我們會不斷地擴展數(shù)據(jù)獲取站點。”
無論是數(shù)據(jù)采集的周期還是站點部署都頗有講究。“為了保證獲得完整季風(fēng)季的數(shù)據(jù)，我們一年進行兩次數(shù)據(jù)采集，一次是季風(fēng)前的5月底，一次是在季風(fēng)后的9月底到10月初。”陳瑩瑩說，在站點部署上，雨量筒要考慮高原地區(qū)地形復(fù)雜，山前山后、不同海拔、不同風(fēng)貌都需要兼顧到。例如選點要包含山坡、河谷，還有涵蓋不同類型的地表狀況，如樹林、草地、荒漠等。
“土壤溫濕度站則要埋在地下，選點匹配了衛(wèi)星像元尺度和模型網(wǎng)格尺度，為的是驗證和改進已有衛(wèi)星遙感產(chǎn)品和模型模擬的精度，使其能夠更大范圍適用。”陳瑩瑩說，團隊在那曲部署的土壤溫濕度觀測網(wǎng)覆蓋了10000平方公里的面積，覆蓋了多個衛(wèi)星像元。
“明年將在翻越岡底斯山脈進入羌塘高原的地區(qū)加強觀測，服務(wù)于第三極高時空分辨率氣候再分析資料的建立。”陽坤說，這次的考察中，他發(fā)現(xiàn)這塊區(qū)域雖然海拔高達5000米，但地勢平坦，很適合建立降水驗證網(wǎng)。
雖然有很多模型在日常預(yù)報中非常準(zhǔn)確，但是在青藏高原這塊獨一無二的地區(qū)經(jīng)常失靈。“要做到真的解析，必須走進實地，用腳丈量，才能提出令學(xué)界信服的修正意見。”陽坤說，此次研究有不少發(fā)現(xiàn)，如在岡底斯山脈的一個埡口處，測得6—9月降水量高達440毫米，本次補充的降水觀測顯示當(dāng)前的降水分布圖并不可靠。當(dāng)前先進的衛(wèi)星降水產(chǎn)品估計的夏季降水量與羌塘高原的地面觀測值之間相關(guān)性甚低，也就是說很難利用這些觀測站數(shù)據(jù)校正衛(wèi)星降水產(chǎn)品，這意味著無人區(qū)水文氣象研究面臨著更大的挑戰(zhàn)。
將張愛玲名篇《愛》里的這段話，稍作修改，很能恰切地描述此刻仍孑立或深埋于青藏高原上的科考設(shè)備。
東起西藏自治區(qū)那曲市那曲鎮(zhèn)，西至西藏阿里地區(qū)的獅泉河，北起海拔5000多米的雙湖縣，經(jīng)過羌塘無人區(qū)，南至海拔2900米的中印邊境亞東縣，在這塊面積相當(dāng)于近12個浙江省、平均海拔高于4600米的高原區(qū)域，清華大學(xué)、中國科學(xué)院青藏高原研究所聯(lián)合課題組部署了多個觀測點，以采集第一手?jǐn)?shù)據(jù)。
“有的數(shù)據(jù)實時傳回北京，有的記錄在儀器里，只能現(xiàn)場采，還有的需要進行后期復(fù)雜處理。”
近日，清華大學(xué)、中科院青藏所、中科院遙感所、四川大學(xué)聯(lián)合科考隊在喜馬拉雅山區(qū)、羌塘高原和川西高原等地完成半個月的科考工作。項目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授陽坤表示，青藏高原是中國觀測數(shù)據(jù)最為稀缺的區(qū)域，團隊此次獲取了不可多得的連續(xù)、多地形寶貴數(shù)據(jù)，將用于開展基礎(chǔ)研究，揭示高原特殊氣候形成的機制，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有氣象模型和衛(wèi)星遙感的不足，提升未來青藏高原的天氣/氣候模擬和衛(wèi)星監(jiān)測能力，最終服務(wù)于災(zāi)害預(yù)警。
位置險要 影響天氣的能量堪比“發(fā)動機”
陽坤經(jīng)常被問到，偏居西南的青藏高原究竟和現(xiàn)在人們的生活有什么關(guān)系。
這個在外人看似遙不可及、難以理解的關(guān)聯(lián)，陽坤卻能給出最易懂的例證。“從氣象云圖看，中國東部的云團，很多時候是從青藏高原飄出來的。”陽坤說，例如根據(jù)中國氣象科學(xué)研究院徐祥德院士等的研究，1998年發(fā)生在長江流域的特大洪水，從一個時間段內(nèi)的云團分析后發(fā)現(xiàn)，青藏高原產(chǎn)生的影響加強了降水。
事實上，不只中國，東亞各國都受到青藏高原的氣候影響。幾十年前，日本便發(fā)現(xiàn)想準(zhǔn)確預(yù)測日本本土的天氣，需要將青藏高原的天氣情況納入到預(yù)報體系。“就如同內(nèi)蒙古降溫可以預(yù)測北京的寒潮一樣，沒有大陸的數(shù)據(jù)，島國上冬天的寒潮、夏天的梅雨都沒有辦法預(yù)報。只是青藏高原對東亞天氣的影響更加復(fù)雜一些。”陽坤說。
要了解青藏高原如何影響東亞的氣候，需要先了解它的體量。相關(guān)資料顯示，青藏高原面積250多萬平方公里，東西長3000公里，跨越15個緯度，南北寬1500公里，約占我國陸地面積的1/4，雄踞亞洲中部，它的海拔高度使得它幾乎占對流層厚度的1/3以上。
如此龐然大物，橫亙在東半球的險要位置，就算是“靜靜地”不動，也勢必會散發(fā)出巨大的影響威力，也難怪青藏高原被稱為與南極地區(qū)、北極地區(qū)并列的“第三極地區(qū)”。
“上世紀(jì)50年代，著名氣象學(xué)家、中國科學(xué)院院士葉篤正先生就首先提出青藏高原能夠驅(qū)動?xùn)|亞的季風(fēng)系統(tǒng)。”陽坤說，他證明青藏高原像個引擎，可以改變大氣的運行。
當(dāng)時葉篤正先生和同事首先發(fā)現(xiàn)圍繞青藏高原的南支急流、北支急流及它們匯合而成的北半球最強大急流，嚴(yán)重地影響著東亞天氣和氣候。他還指出，青藏高原在夏季是大氣的一個巨大熱源，冬季是冷源。
“有了他的研究工作，國際上才接受了大地形熱力作用的概念。”陽坤解釋，之前研究氣象會忽略地氣之間的相互作用，而其實大地接受太陽的輻射后，產(chǎn)生的巨大熱量能影響氣象的變化。
幾大“怪”象 現(xiàn)有氣象科學(xué)無法完全解釋或模擬
在青藏高原上，人們很可能會發(fā)現(xiàn)，前一個山坡陽光明媚，轉(zhuǎn)個山梁就大雨瓢潑，又或者在明媚的陽光下接住雪花，根本不知道哪片云是雪的源頭。
但這些都不是最“怪”的，小范圍地建個局地模型，這些反常天氣甚至可能預(yù)報。更“怪”的是一些經(jīng)典的氣候模型怎么調(diào)整也無法貼近現(xiàn)實。
第一“怪”，青藏高原地面的太陽輻射比大氣層頂?shù)倪€強。“人類在青藏高原頻繁地觀測到超太陽常數(shù)的現(xiàn)象。”陽坤說。有科學(xué)家1979年對青藏高原觀測發(fā)現(xiàn)，在高原地區(qū)特別是海拔相對較高的地區(qū)，會出現(xiàn)太陽總輻射大于太陽常數(shù)的反常現(xiàn)象。
第二“怪”，青藏高原的積雪量會被大大高估。“模型預(yù)測積雪厚度高達100毫米，但實際可能只有20毫米。”陽坤說，實際上在青藏高原經(jīng)常看到下雪，但是大多只是在地表形成薄薄一層。目前國際領(lǐng)先的歐洲天氣模型對于青藏高原地區(qū)降雪量和積雪厚度的預(yù)測，始終無法反映現(xiàn)實情況，有多個參數(shù)化方案曾試圖矯正積雪模擬，但仍未獲成功。
第三“怪”，色林措等高原中部的內(nèi)陸湖面積逐年增加，而羊卓雍措等高原南部的內(nèi)陸湖面積卻出現(xiàn)減少現(xiàn)象，是什么造成不同的水量變化呢？降水量、地下水量還是冰川融化的水量？
這些現(xiàn)有氣象科學(xué)無法完全解釋或模擬的“怪”，恰恰說明人們對青藏高原的了解太少了。
了解少的第一個原因是獲取資料少。陽坤介紹，這里的氣象觀測站密度非常稀疏，不及平原國家級觀測站平均數(shù)的1/4，更別提其他地區(qū)還會有省、市、縣級觀測站的加密。
“羌塘高原數(shù)據(jù)稀缺最為突出。”陽坤說，羌塘高原南接岡底斯山脈，北靠昆侖山脈，東臨唐古拉山，是青藏高原的主體部分，大部分地區(qū)海拔均在4600米以上，堪稱“高原中的高原”，是中國氣候環(huán)境最為惡劣的地方。數(shù)據(jù)缺乏嚴(yán)重限制了對高原生態(tài)環(huán)境的衛(wèi)星監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警的能力建設(shè)。
“例如，很早以前，只知道羌塘無人區(qū)是‘干極’，但并不知道具體數(shù)據(jù)，直到上世紀(jì)70年代開始的第一次青藏高原科考才知道降水少到什么程度。”中科院青藏所副研究員陳瑩瑩說，當(dāng)時科考隊員分析了1976年4個月的羌塘高原科考觀測的降水?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6—8月的累積降水量超過100毫米，進而推斷羌塘高原的年降水量為150毫米左右。
“由于當(dāng)時技術(shù)手段、支持力度等的限制，第一次科考從現(xiàn)在的角度看做得還不夠透徹，解決的是填補空白、從無到有的問題。”陳瑩瑩說，因此此次開始的第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究將依托現(xiàn)有更加先進的技術(shù)手段，繼續(xù)探索未知。
擴展站點 獲取靠得住的第一手資料
“我們擔(dān)負(fù)了TPE（即由中國科學(xué)院發(fā)起和主導(dǎo)的‘第三極環(huán)境’國際計劃）中的工作，首先計劃在青藏高原獲得一套合理的降水量資料。”陽坤介紹，目前課題組設(shè)立了超過71個土壤溫濕度站、55個雨量站、5個GPS水汽觀測站和4個氣象站，此次科考行程中下載了全部數(shù)據(jù)，并協(xié)助同事在海拔4600—5100米的高原腹地建立了3個GPS站和3個氣象站。“未來我們會不斷地擴展數(shù)據(jù)獲取站點。”
無論是數(shù)據(jù)采集的周期還是站點部署都頗有講究。“為了保證獲得完整季風(fēng)季的數(shù)據(jù)，我們一年進行兩次數(shù)據(jù)采集，一次是季風(fēng)前的5月底，一次是在季風(fēng)后的9月底到10月初。”陳瑩瑩說，在站點部署上，雨量筒要考慮高原地區(qū)地形復(fù)雜，山前山后、不同海拔、不同風(fēng)貌都需要兼顧到。例如選點要包含山坡、河谷，還有涵蓋不同類型的地表狀況，如樹林、草地、荒漠等。
“土壤溫濕度站則要埋在地下，選點匹配了衛(wèi)星像元尺度和模型網(wǎng)格尺度，為的是驗證和改進已有衛(wèi)星遙感產(chǎn)品和模型模擬的精度，使其能夠更大范圍適用。”陳瑩瑩說，團隊在那曲部署的土壤溫濕度觀測網(wǎng)覆蓋了10000平方公里的面積，覆蓋了多個衛(wèi)星像元。
“明年將在翻越岡底斯山脈進入羌塘高原的地區(qū)加強觀測，服務(wù)于第三極高時空分辨率氣候再分析資料的建立。”陽坤說，這次的考察中，他發(fā)現(xiàn)這塊區(qū)域雖然海拔高達5000米，但地勢平坦，很適合建立降水驗證網(wǎng)。
雖然有很多模型在日常預(yù)報中非常準(zhǔn)確，但是在青藏高原這塊獨一無二的地區(qū)經(jīng)常失靈。“要做到真的解析，必須走進實地，用腳丈量，才能提出令學(xué)界信服的修正意見。”陽坤說，此次研究有不少發(fā)現(xiàn)，如在岡底斯山脈的一個埡口處，測得6—9月降水量高達440毫米，本次補充的降水觀測顯示當(dāng)前的降水分布圖并不可靠。當(dāng)前先進的衛(wèi)星降水產(chǎn)品估計的夏季降水量與羌塘高原的地面觀測值之間相關(guān)性甚低，也就是說很難利用這些觀測站數(shù)據(jù)校正衛(wèi)星降水產(chǎn)品，這意味著無人區(qū)水文氣象研究面臨著更大的挑戰(zhàn)。
