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第三极立体观测布下“天罗地网”

2019-02-13 热度:912 ℃

  “监测第三极水循环,除了跟踪气温、湿度、气压,降水、风速等传统气象要素外,还需要通过测量大气水汽中氢和氧稳定同位素比率来获得更多关于水循环的信息。”第二次青藏科考首席科学家姚檀栋院士表示,科考队这次用“极目一号浮空艇”垂直上升3000米左右,抵达海拔6204米的高空,这是世界上首次利用浮空艇在如此高海拔测量高空水汽稳定同位素。

  作为世界第三极,青藏高原是仅次于南极、北极的冰雪储地。亚洲十多条大江大河发源于此,供养了世界上1/5的人口。姚檀栋表示,当前第三极大部分冰川正在退缩,湖泊正在扩张,气候变化加速改变着这座“亚洲水塔”。“我们必须搞清楚该区域雪、冰、水的变化,监测水循环,以应对各种灾害、风险。”

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  推进三维系统观测

  “过去没有条件,靠脚步丈量冰川,只能获取平面二维数据。现在有了测绘无人机、浮空艇这些装备,我们开始以三维视角研究水循环。”中科院青藏高原研究所研究员邬光剑说。依托“第三极环境计划”(Third Pole Environment)和中科院丝路环境专项,从2014年开始,科考队已经在第三极地区设置了11个水汽稳定同位素观测站,包括地表观测和浮空艇高空观测站。今后,浮空艇还将到珠穆拉玛峰地区观测,抵达高度将超过海拔10000米,即超过珠穆拉玛峰的高度。

  “我们通过监测水中的稳定同位素来了解大气水汽如何通过西风和季风输入第三极。”中科院青藏高原研究所副研究员高晶说,“这些数据揭示了空气中的水分是如何远距离输送,又在大气边界层经历了什么样的变化过程。”

  但是不容忽视的是,依然有很多问题待解。高晶说:“例如不同过程在区域水循环中所发挥的作用还缺乏定量的理解,水在固、液、气三相间转化对该区域水循环有什么影响,以及气溶胶和冰碛物对冰川的积累和融化有什么影响等。而这片区域复杂多变的地形使得这些问题更难解答。”

  要深入理解这些问题,必须从三维角度追踪水循环,即监测地面和空中的液态水、冰和水汽的变化;必须建成系统的“星-空-地”水循环观测网,这对于广袤、高海拔的第三极地区来说,难度可想而知。

  同时,新型地球系统科学模型也需要根据区域具体情况构建,才能做出准确的预测。

  集成国际研究力量

  “当前的气候模型难以复现第三极的复杂气候,这就需要使用新的模型和数据来优化。”瑞典皇家科学院院士、中科院外籍院士陈德亮近几年经常往来于中瑞之间。

  在陈德亮看来,模拟第三极气候,先要把分辨率提上去,然后选择某一个或几个关键区,让国际上不同模型都参与进来进行探索研究。“不同模型有不同的优势和弱点,通过比较,我们可以找到改进这些模型的方法。”

  为了验证这些模型并确定它们在何时或哪些方面模拟更准确,观测数据是关键。最重要的还是观测数据的质量,这就涉及到了观测站的科学布点。但目前,只有很少量的冰川和湖泊设有观测站,海拔高于5000米的地区连常规的气象站都很少,更不用说其他数据的观测站了。陈德亮表示,要为模型提供理想的观测数据,下一步需要在关键区域增设观测站点,要覆盖不同海拔高度、不同气候类型地区、不同植被区域等。当然,这些观测站的建设和维护成本也非常高。

  “这些数据可以为发展第三极地球系统科学模型、增加我们对相关过程的理解及预测未来服务。”陈德亮还期待观测与模拟的有机结合将带来更多科学发现。


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