青藏高原像引擎 “驱动”大气云团运行

2018-11-09 08:01

青藏高原像引擎 “驱动”大气云团运行

青藏高原像引擎 “驱动”大气云团运行

青藏高原像引擎 “驱动”大气云团运行

青藏高原像引擎 “驱动”大气云团运行

在无涯的荒野里,没有早一步,也没有晚一步,刚巧赶上雾、雨、风,轻轻地问候一声:噢,你一直在这里。将张爱玲名篇《爱》里的这段话,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设备。

东起西藏自治区那曲市那曲镇,西至西藏阿里地区的狮泉河,北起海拔5000多米的双湖县,经过羌塘无人区,南至海拔2900米的中印边境亚东县,在这块面积相当于近12个浙江省、平均海拔高于4600米的高原区域,清华大学、中国科学院青藏高原研究所联合课题组部署了多个观测点,以采集第一手数据。

“有的数据实时传回北京,有的记录在仪器里,只能现场采,还有的需要进行后期复杂处理。”

近日,清华大学、中科院青藏所、中科院遥感所、四川大学联合科考队在喜马拉雅山区、羌塘高原和川西高原等地完成半个月的科考工作。项目负责人、清华大学地球系统科学系教授阳坤表示,青藏高原是中国观测数据最为稀缺的区域,团队此次获取了不可多得的连续、多地形宝贵数据,将用于开展基础研究,揭示高原特殊气候形成的机制,发现现有气象模型和卫星遥感的不足,提升未来青藏高原的天气/气候模拟和卫星监测能力,最终服务于灾害预警。

位置险要 影响天气的能量堪比“发动机”

阳坤经常被问到,偏居西南的青藏高原究竟和现在人们的生活有什么关系。

这个在外人看似遥不可及、难以理解的关联,阳坤却能给出最易懂的例证。“从气象云图看,中国东部的云团,很多时候是从青藏高原飘出来的。”阳坤说,例如根据中国气象科学研究院徐祥德院士等的研究,1998年发生在长江流域的特大洪水,从一个时间段内的云团分析后发现,青藏高原产生的影响加强了降水。

事实上,不只中国,东亚各国都受到青藏高原的气候影响。几十年前,日本便发现想准确预测日本本土的天气,需要将青藏高原的天气情况纳入到预报体系。“就如同内蒙古降温可以预测北京的寒潮一样,没有大陆的数据,岛国上冬天的寒潮、夏天的梅雨都没有办法预报。只是青藏高原对东亚天气的影响更加复杂一些。”阳坤说。

要了解青藏高原如何影响东亚的气候,需要先了解它的体量。相关资料显示,青藏高原面积250多万平方公里,东西长3000公里,跨越15个纬度,南北宽1500公里,约占我国陆地面积的1/4,雄踞亚洲中部,它的海拔高度使得它几乎占对流层厚度的1/3以上。

如此庞然大物,横亘在东半球的险要位置,就算是“静静地”不动,也势必会散发出巨大的影响威力,也难怪青藏高原被称为与南极地区、北极地区并列的“第三极地区”。

“上世纪50年代,著名气象学家、中国科学院院士叶笃正先生就首先提出青藏高原能够驱动东亚的季风系统。”阳坤说,他证明青藏高原像个引擎,可以改变大气的运行。

当时叶笃正先生和同事首先发现围绕青藏高原的南支急流、北支急流及它们汇合而成的北半球最强大急流,严重地影响着东亚天气和气候。他还指出,青藏高原在夏季是大气的一个巨大热源,冬季是冷源。

“有了他的研究工作,国际上才接受了大地形热力作用的概念。”阳坤解释,之前研究气象会忽略地气之间的相互作用,而其实大地接受太阳的辐射后,产生的巨大热量能影响气象的变化。

几大“怪”象 现有气象科学无法完全解释或模拟

在青藏高原上,人们很可能会发现,前一个山坡阳光明媚,转个山梁就大雨瓢泼,又或者在明媚的阳光下接住雪花,根本不知道哪片云是雪的源头。

但这些都不是最“怪”的,小范围地建个局地模型,这些反常天气甚至可能预报。更“怪”的是一些经典的气候模型怎么调整也无法贴近现实。

第一“怪”,青藏高原地面的太阳辐射比大气层顶的还强。“人类在青藏高原频繁地观测到超太阳常数的现象。”阳坤说。有科学家1979年对青藏高原观测发现,在高原地区特别是海拔相对较高的地区,会出现太阳总辐射大于太阳常数的反常现象。

第二“怪”,青藏高原的积雪量会被大大高估。“模型预测积雪厚度高达100毫米,但实际可能只有20毫米。”阳坤说,实际上在青藏高原经常看到下雪,但是大多只是在地表形成薄薄一层。目前国际领先的欧洲天气模型对于青藏高原地区降雪量和积雪厚度的预测,始终无法反映现实情况,有多个参数化方案曾试图矫正积雪模拟,但仍未获成功。

第三“怪”,色林措等高原中部的内陆湖面积逐年增加,而羊卓雍措等高原南部的内陆湖面积却出现减少现象,是什么造成不同的水量变化呢?降水量、地下水量还是冰川融化的水量?

这些现有气象科学无法完全解释或模拟的“怪”,恰恰说明人们对青藏高原的了解太少了。

了解少的第一个原因是获取资料少。阳坤介绍,这里的气象观测站密度非常稀疏,不及平原国家级观测站平均数的1/4,更别提其他地区还会有省、市、县级观测站的加密。

“羌塘高原数据稀缺最为突出。”阳坤说,羌塘高原南接冈底斯山脉,北靠昆仑山脉,东临唐古拉山,是青藏高原的主体部分,大部分地区海拔均在4600米以上,堪称“高原中的高原”,是中国气候环境最为恶劣的地方。数据缺乏严重限制了对高原生态环境的卫星监测和灾害预警的能力建设。

“例如,很早以前,只知道羌塘无人区是‘干极’,但并不知道具体数据,直到上世纪70年代开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员陈莹莹说,当时科考队员分析了1976年4个月的羌塘高原科考观测的降水数据,发现6—8月的累积降水量超过100毫米,进而推断羌塘高原的年降水量为150毫米左右。

“由于当时技术手段、支持力度等的限制,第一次科考从现在的角度看做得还不够透彻,解决的是填补空白、从无到有的问题。”陈莹莹说,因此此次开始的第二次青藏高原综合科学考察研究将依托现有更加先进的技术手段,继续探索未知。

扩展站点 获取靠得住的第一手资料

“我们担负了TPE(即由中国科学院发起和主导的‘第三极环境’国际计划)中的工作,首先计划在青藏高原获得一套合理的降水量资料。”阳坤介绍,目前课题组设立了超过71个土壤温湿度站、55个雨量站、5个GPS水汽观测站和4个气象站,此次科考行程中下载了全部数据,并协助同事在海拔4600—5100米的高原腹地建立了3个GPS站和3个气象站。“未来我们会不断地扩展数据获取站点。”

无论是数据采集的周期还是站点部署都颇有讲究。“为了保证获得完整季风季的数据,我们一年进行两次数据采集,一次是季风前的5月底,一次是在季风后的9月底到10月初。”陈莹莹说,在站点部署上,雨量筒要考虑高原地区地形复杂,山前山后、不同海拔、不同风貌都需要兼顾到。例如选点要包含山坡、河谷,还有涵盖不同类型的地表状况,如树林、草地、荒漠等。

作者:江北之窗 来源:江北之窗

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