原標(biāo)題：青藏高原像引擎 “驅(qū)動(dòng)”大氣云團(tuán)運(yùn)行

科考隊(duì)在帕里高原收集雨量站數(shù)據(jù) 王鐵錚攝

在無(wú)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(wèn)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(guò)羌塘無(wú)人區(qū)，南至海拔2900米的中印邊境亞?wèn)|縣，在這塊面積相當(dāng)于近12個(gè)浙江省、平均海拔高于4600米的高原區(qū)域，清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所聯(lián)合課題組部署了多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，以采集第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

“有的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回北京，有的記錄在儀器里，只能現(xiàn)場(chǎng)采，還有的需要進(jìn)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(duì)在喜馬拉雅山區(qū)、羌塘高原和川西高原等地完成半個(gè)月的科考工作。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授陽(yáng)坤表示，青藏高原是中國(guó)觀測(cè)數(shù)據(jù)最為稀缺的區(qū)域，團(tuán)隊(duì)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(jī)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(lái)青藏高原的天氣/氣候模擬和衛(wèi)星監(jiān)測(cè)能力，最終服務(wù)于災(zāi)害預(yù)警。

位置險(xiǎn)要 影響天氣的能量堪比“發(fā)動(dòng)機(jī)”

陽(yáng)坤經(jīng)常被問(wèn)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(gè)在外人看似遙不可及、難以理解的關(guān)聯(lián)，陽(yáng)坤卻能給出最易懂的例證。“從氣象云圖看，中國(guó)東部的云團(tuán)，很多時(shí)候是從青藏高原飄出來(lái)的。”陽(yáng)坤說(shuō)，例如根據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院徐祥德院士等的研究，1998年發(fā)生在長(zhǎng)江流域的特大洪水，從一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的云團(tuán)分析后發(fā)現(xiàn)，青藏高原產(chǎn)生的影響加強(qiáng)了降水。

事實(shí)上，不只中國(guó)，東亞各國(guó)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(cè)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(bào)體系。“就如同內(nèi)蒙古降溫可以預(yù)測(cè)北京的寒潮一樣，沒有大陸的數(shù)據(jù)，島國(guó)上冬天的寒潮、夏天的梅雨都沒有辦法預(yù)報(bào)。只是青藏高原對(duì)東亞天氣的影響更加復(fù)雜一些。”陽(yáng)坤說(shuō)。

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(wàn)平方公里，東西長(zhǎng)3000公里，跨越15個(gè)緯度，南北寬1500公里，約占我國(guó)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(duì)流層厚度的1/3以上。

如此龐然大物，橫亙?cè)跂|半球的險(xiǎn)要位置，就算是“靜靜地”不動(dòng)，也勢(shì)必會(huì)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(guó)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(dòng)?xùn)|亞的季風(fēng)系統(tǒng)。”陽(yáng)坤說(shuō)，他證明青藏高原像個(gè)引擎，可以改變大氣的運(yùn)行。

當(dāng)時(shí)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(qiáng)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(gè)巨大熱源，冬季是冷源。

“有了他的研究工作，國(guó)際上才接受了大地形熱力作用的概念。”陽(yáng)坤解釋，之前研究氣象會(huì)忽略地氣之間的相互作用，而其實(shí)大地接受太陽(yáng)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(wú)法完全解釋或模擬

在青藏高原上，人們很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，前一個(gè)山坡陽(yáng)光明媚，轉(zhuǎn)個(gè)山梁就大雨瓢潑，又或者在明媚的陽(yáng)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(gè)局地模型，這些反常天氣甚至可能預(yù)報(bào)。更“怪”的是一些經(jīng)典的氣候模型怎么調(diào)整也無(wú)法貼近現(xiàn)實(shí)。

第一“怪”，青藏高原地面的太陽(yáng)輻射比大氣層頂?shù)倪€強(qiáng)。“人類在青藏高原頻繁地觀測(cè)到超太陽(yáng)常數(shù)的現(xiàn)象。”陽(yáng)坤說(shuō)。有科學(xué)家1979年對(duì)青藏高原觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在高原地區(qū)特別是海拔相對(duì)較高的地區(qū)，會(huì)出現(xiàn)太陽(yáng)總輻射大于太陽(yáng)常數(shù)的反常現(xiàn)象。

第二“怪”，青藏高原的積雪量會(huì)被大大高估。“模型預(yù)測(cè)積雪厚度高達(dá)100毫米，但實(shí)際可能只有20毫米。”陽(yáng)坤說(shuō)，實(shí)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(guó)際領(lǐng)先的歐洲天氣模型對(duì)于青藏高原地區(qū)降雪量和積雪厚度的預(yù)測(cè)，始終無(wú)法反映現(xiàn)實(shí)情況，有多個(gè)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(wú)法完全解釋或模擬的“怪”，恰恰說(shuō)明人們對(duì)青藏高原的了解太少了。

了解少的第一個(gè)原因是獲取資料少。陽(yáng)坤介紹，這里的氣象觀測(cè)站密度非常稀疏，不及平原國(guó)家級(jí)觀測(cè)站平均數(shù)的1/4，更別提其他地區(qū)還會(huì)有省、市、縣級(jí)觀測(cè)站的加密。

“羌塘高原數(shù)據(jù)稀缺最為突出。”陽(yáng)坤說(shuō)，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(guó)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(duì)高原生態(tài)環(huán)境的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)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(wú)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(shuō)，當(dāng)時(shí)科考隊(duì)員分析了1976年4個(gè)月的羌塘高原科考觀測(cè)的降水?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6—8月的累積降水量超過(guò)100毫米，進(jìn)而推斷羌塘高原的年降水量為150毫米左右。

“由于當(dāng)時(shí)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(bǔ)空白、從無(wú)到有的問(wèn)題。”陳瑩瑩說(shuō)，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(jìn)的技術(shù)手段，繼續(xù)探索未知。

擴(kuò)展站點(diǎn) 獲取靠得住的第一手資料

“我們擔(dān)負(fù)了TPE（即由中國(guó)科學(xué)院發(fā)起和主導(dǎo)的‘第三極環(huán)境’國(guó)際計(jì)劃）中的工作，首先計(jì)劃在青藏高原獲得一套合理的降水量資料。”陽(yáng)坤介紹，目前課題組設(shè)立了超過(guò)71個(gè)土壤溫濕度站、55個(gè)雨量站、5個(gè)GPS水汽觀測(cè)站和4個(gè)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(gè)GPS站和3個(gè)氣象站。“未來(lái)我們會(huì)不斷地?cái)U(kuò)展數(shù)據(jù)獲取站點(diǎn)。”

無(wú)論是數(shù)據(jù)采集的周期還是站點(diǎn)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(jìn)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(shuō)，在站點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)匹配了衛(wèi)星像元尺度和模型網(wǎng)格尺度，為的是驗(yàn)證和改進(jìn)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(shuō)，團(tuán)隊(duì)在那曲部署的土壤溫濕度觀測(cè)網(wǎng)覆蓋了10000平方公里的面積，覆蓋了多個(gè)衛(wèi)星像元。

“明年將在翻越岡底斯山脈進(jìn)入羌塘高原的地區(qū)加強(qiáng)觀測(cè)，服務(wù)于第三極高時(shí)空分辨率氣候再分析資料的建立。”陽(yáng)坤說(shuō)，這次的考察中，他發(fā)現(xiàn)這塊區(qū)域雖然海拔高達(dá)5000米，但地勢(shì)平坦，很適合建立降水驗(yàn)證網(wǎng)。

雖然有很多模型在日常預(yù)報(bào)中非常準(zhǔn)確，但是在青藏高原這塊獨(dú)一無(wú)二的地區(qū)經(jīng)常失靈。“要做到真的解析，必須走進(jìn)實(shí)地，用腳丈量，才能提出令學(xué)界信服的修正意見。”陽(yáng)坤說(shuō)，此次研究有不少發(fā)現(xiàn)，如在岡底斯山脈的一個(gè)埡口處，測(cè)得6—9月降水量高達(dá)440毫米，本次補(bǔ)充的降水觀測(cè)顯示當(dāng)前的降水分布圖并不可靠。當(dāng)前先進(jìn)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品估計(jì)的夏季降水量與羌塘高原的地面觀測(cè)值之間相關(guān)性甚低，也就是說(shuō)很難利用這些觀測(cè)站數(shù)據(jù)校正衛(wèi)星降水產(chǎn)品，這意味著無(wú)人區(qū)水文氣象研究面臨著更大的挑戰(zhàn)。（張佳星）