第三極立體觀測布下「天羅地網」

「監測第三極水循環，除了跟蹤氣溫、濕度、氣壓，降水、風速等傳統氣象要素外，還需要通過測量大氣水汽中氫和氧穩定同位素比率來獲得更多關於水循環的信息。」第二次青藏科考首席科學家姚檀棟院士前幾天剛從西藏林芝科考現場回來，他告訴科技日報記者，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定同位素。

青藏高原作為世界第三極，是僅次於南極、北極的冰雪儲地。亞洲十多條大江大河發源於此，供養了世界上五分之一的人口。姚檀棟說，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」。「我們必須搞清楚該區域雪、冰、水的變化，監測水循環，以應對各種災害、風險。」

推進三維繫統觀測

「過去沒有條件，靠腳步丈量冰川，只能獲取平面二維數據。現在有了無人機、浮空艇這些裝備，我們開始以三維視角研究水循環。」中科院青藏高原研究所研究員鄔光劍告訴科技日報記者。依託「第三極環境計劃」（Third Pole Environment）和中科院絲路環境專項，從2014年開始，科考隊已經在第三極地區設置了11個水汽穩定同位素觀測站，包括地表觀測和浮空艇高空觀測站。今後，浮空艇還將到珠峰地區觀測，抵達高度將超過海拔10000米，即超過珠峰的高度。

「我們通過監測水中的穩定同位素，來了解大氣水汽如何通過西風和季風輸入第三極。」中科院青藏高原研究所副研究員高晶說，這些數據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麼樣的變化過程。

但還有很多問題待解。高晶說，例如不同過程在區域水循環中所發揮的作用，還缺乏定量的理解；水在固、液、氣三相間轉化對該區域水循環有什麼影響；氣溶膠和冰磧物對冰川的積累和融化有什麼影響等。而這片區域複雜多變的地形使得這些問題更難解答。

要深入理解這些問題，必須從三維角度追蹤水循環，即監測地面和空中的液態水、冰和水汽的變化；必須建成系統的「星—空—地」水循環觀測網，這對於廣袤、高海拔的第三極地區來說，難度可想而知。同時，新型地球系統科學模型也需要根據區域具體情況構建，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第三極的複雜氣候，這就需要使用新的模型和數據來優化。」瑞典皇家科學院院士、中科院外籍院士陳德亮近幾年經常往來於中瑞之間。26日，他又來到中科院青藏所組織的「第三極冰凍圈和水循環觀測—模擬集成研究國際研討會」，與來自美國、法國、瑞士等十多個國家的科學家一同討論氣候模擬方面的問題。

在陳德亮看來，模擬第三極氣候，先要把解析度提上去，然後選擇某一個或幾個關鍵區，讓國際上不同模型都參與進來探索研究。「不同模型有不同的優勢和弱點。通過比較，我們可以找到改進這些模型的方法。」

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

「這些數據可以為發展第三極地球系統科學模型、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現。

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