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第三極立體觀測布下“天羅地網”

2019-02-13 熱度:2978 ℃

  “監(jiān)測第三極水循環(huán),除了跟蹤氣溫、濕度、氣壓,降水、風速等傳統(tǒng)氣象要素外,還需要通過測量大氣水汽中氫和氧穩(wěn)定同位素比率來獲得更多關于水循環(huán)的信息?!钡诙吻嗖乜瓶际紫茖W家姚檀棟院士表示,科考隊這次用“極目一號浮空艇”垂直上升3000米左右,抵達海拔6204米的高空,這是世界上首次利用浮空艇在如此高海拔測量高空水汽穩(wěn)定同位素。

  作為世界第三極,青藏高原是僅次于南極、北極的冰雪儲地。亞洲十多條大江大河發(fā)源于此,供養(yǎng)了世界上1/5的人口。姚檀棟表示,當前第三極大部分冰川正在退縮,湖泊正在擴張,氣候變化加速改變著這座“亞洲水塔”?!拔覀儽仨毟闱宄搮^(qū)域雪、冰、水的變化,監(jiān)測水循環(huán),以應對各種災害、風險。”

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  推進三維系統(tǒng)觀測

  “過去沒有條件,靠腳步丈量冰川,只能獲取平面二維數(shù)據(jù)。現(xiàn)在有了測繪無人機、浮空艇這些裝備,我們開始以三維視角研究水循環(huán)?!敝锌圃呵嗖馗咴芯克芯繂T鄔光劍說。依托“第三極環(huán)境計劃”(Third Pole Environment)和中科院絲路環(huán)境專項,從2014年開始,科考隊已經在第三極地區(qū)設置了11個水汽穩(wěn)定同位素觀測站,包括地表觀測和浮空艇高空觀測站。今后,浮空艇還將到珠穆拉瑪峰地區(qū)觀測,抵達高度將超過海拔10000米,即超過珠穆拉瑪峰的高度。

  “我們通過監(jiān)測水中的穩(wěn)定同位素來了解大氣水汽如何通過西風和季風輸入第三極?!敝锌圃呵嗖馗咴芯克毖芯繂T高晶說,“這些數(shù)據(jù)揭示了空氣中的水分是如何遠距離輸送,又在大氣邊界層經歷了什么樣的變化過程?!?/span>

  但是不容忽視的是,依然有很多問題待解。高晶說:“例如不同過程在區(qū)域水循環(huán)中所發(fā)揮的作用還缺乏定量的理解,水在固、液、氣三相間轉化對該區(qū)域水循環(huán)有什么影響,以及氣溶膠和冰磧物對冰川的積累和融化有什么影響等。而這片區(qū)域復雜多變的地形使得這些問題更難解答?!?/span>

  要深入理解這些問題,必須從三維角度追蹤水循環(huán),即監(jiān)測地面和空中的液態(tài)水、冰和水汽的變化;必須建成系統(tǒng)的“星-空-地”水循環(huán)觀測網,這對于廣袤、高海拔的第三極地區(qū)來說,難度可想而知。

  同時,新型地球系統(tǒng)科學模型也需要根據(jù)區(qū)域具體情況構建,才能做出準確的預測。

  集成國際研究力量

  “當前的氣候模型難以復現(xiàn)第三極的復雜氣候,這就需要使用新的模型和數(shù)據(jù)來優(yōu)化?!比鸬浠始铱茖W院院士、中科院外籍院士陳德亮近幾年經常往來于中瑞之間。

  在陳德亮看來,模擬第三極氣候,先要把分辨率提上去,然后選擇某一個或幾個關鍵區(qū),讓國際上不同模型都參與進來進行探索研究?!安煌P陀胁煌膬?yōu)勢和弱點,通過比較,我們可以找到改進這些模型的方法?!?/span>

  為了驗證這些模型并確定它們在何時或哪些方面模擬更準確,觀測數(shù)據(jù)是關鍵。最重要的還是觀測數(shù)據(jù)的質量,這就涉及到了觀測站的科學布點。但目前,只有很少量的冰川和湖泊設有觀測站,海拔高于5000米的地區(qū)連常規(guī)的氣象站都很少,更不用說其他數(shù)據(jù)的觀測站了。陳德亮表示,要為模型提供理想的觀測數(shù)據(jù),下一步需要在關鍵區(qū)域增設觀測站點,要覆蓋不同海拔高度、不同氣候類型地區(qū)、不同植被區(qū)域等。當然,這些觀測站的建設和維護成本也非常高。

  “這些數(shù)據(jù)可以為發(fā)展第三極地球系統(tǒng)科學模型、增加我們對相關過程的理解及預測未來服務。”陳德亮還期待觀測與模擬的有機結合將帶來更多科學發(fā)現(xiàn)。


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