8月1日，青藏高原珠峰地區(qū)高寒環(huán)境復(fù)雜地表地氣相互作用天—空—地立體協(xié)同觀測試驗(yàn)正式啟動。這是青藏高原珠峰地區(qū)首次利用航空平臺開展水熱碳通量觀測試驗(yàn)，將填補(bǔ)青藏高原珠峰地區(qū)面尺度地氣相互作用觀測的空白。

為什么要在珠峰地區(qū)開展水熱碳通量觀測試驗(yàn)？本次試驗(yàn)將用到哪些科技手段？對此，科技日報(bào)記者采訪了本次試驗(yàn)牽頭人——中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院遙感與數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員賈立。

搭載水熱碳通量觀測系統(tǒng)的無人機(jī)正在獲取通量數(shù)據(jù)。

中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院供圖

采用地基和空基協(xié)同觀測

青藏高原被譽(yù)為“世界屋脊”“亞洲水塔”，是我國重要的生態(tài)安全屏障。同時(shí)，青藏高原對大氣具有強(qiáng)烈的加熱效應(yīng)，會影響北半球中緯度地區(qū)的大氣環(huán)流，其地表物質(zhì)和能量交換不僅影響當(dāng)?shù)丶爸苓厷夂颍€可通過復(fù)雜的氣候反饋機(jī)制和大氣環(huán)流影響全球氣候。

“處于青藏高原核心區(qū)域的珠峰地區(qū)地形復(fù)雜，多高山、深谷、冰川和冰磧地貌，太陽輻射強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境脆弱、敏感，是全球變暖背景下地球系統(tǒng)地氣相互作用過程及生態(tài)系統(tǒng)格局演變研究的重要區(qū)域。”賈立說。

因此，科研人員將試驗(yàn)區(qū)選在了珠穆朗瑪峰北側(cè)，該區(qū)域平均海拔約4200米。賈立介紹，此次試驗(yàn)利用無人機(jī)航空平臺開展觀測試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合地面站點(diǎn)和衛(wèi)星遙感觀測形成多時(shí)空尺度、天—空—地立體綜合觀測，以深入探究處于亞洲季風(fēng)影響區(qū)的青藏高原珠峰北坡地區(qū)高寒環(huán)境和復(fù)雜地表?xiàng)l件下的水分循環(huán)、物質(zhì)和能量交換過程機(jī)理。

試驗(yàn)采用地基和空基協(xié)同觀測方式，從不同時(shí)空尺度開展珠峰地區(qū)典型地表地氣相互作用的觀測和分析研究。“在地基試驗(yàn)部分，團(tuán)隊(duì)在核心試驗(yàn)區(qū)荒漠地表和高寒農(nóng)田地表分別建設(shè)兩處地表水熱碳通量觀測站，并持續(xù)運(yùn)行。”賈立說，這兩處新增地基通量觀測站將和已有中國科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測研究站，一起提供核心研究區(qū)域的典型地表點(diǎn)尺度局地微氣象環(huán)境和水熱碳通量觀測，并為核心區(qū)典型地表地氣相互作用特征及機(jī)理研究提供基礎(chǔ)時(shí)序觀測數(shù)據(jù)。

在空基試驗(yàn)部分，研究團(tuán)隊(duì)首次在珠峰地區(qū)復(fù)雜地表?xiàng)l件下開展航空機(jī)載觀測，獲取區(qū)域面尺度地表與大氣之間的水分通量、潛熱通量、感熱通量、碳通量和輻射通量的空間分布數(shù)據(jù)。

“地基和空基通量觀測試驗(yàn)相結(jié)合，能夠獲取兼顧時(shí)間變化和空間變化的水熱碳通量觀測數(shù)據(jù)，為在珠峰地區(qū)復(fù)雜地表開展區(qū)域尺度地氣相互作用研究、地面觀測與衛(wèi)星觀測之間尺度轉(zhuǎn)換研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。”賈立說。

第二次青藏科考的重要部分

研究人員還將同步開展機(jī)載熱紅外觀測、大氣邊界層風(fēng)溫濕廓線探空觀測等試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)對影響地氣相互作用的關(guān)鍵地表特征和大氣邊界層結(jié)構(gòu)的立體協(xié)同觀測。

賈立說：“衛(wèi)星觀測范圍大，是大區(qū)域尺度；地面觀測站覆蓋范圍較小，相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)的觀測，是點(diǎn)尺度；無人機(jī)觀測范圍介于兩者之間，是面尺度。”

談到本次試驗(yàn)和第二次青藏高原綜合科學(xué)考察的關(guān)系，賈立介紹，此次試驗(yàn)屬于第二次青藏高原綜合科學(xué)考察“西風(fēng)—季風(fēng)作用區(qū)非均勻下墊面地氣相互作用機(jī)載通量觀測試驗(yàn)研究”子專題的主要內(nèi)容之一，是第二次青藏科考“西風(fēng)—季風(fēng)協(xié)同作用及其影響”專題中西風(fēng)—季風(fēng)協(xié)同作用區(qū)非均勻下墊面地氣相互作用綜合立體觀測試驗(yàn)的重要組成部分。

同時(shí)，本次試驗(yàn)還是繼甘肅敦煌、云南大理和青海格爾木等地之后，賈立團(tuán)隊(duì)第四次在青藏高原及周邊地區(qū)采用無人機(jī)航空平臺開展水熱碳通量觀測試驗(yàn)。

“下一步，我們將整合青藏高原地區(qū)地面已有站點(diǎn)、航空平臺、衛(wèi)星遙感等的觀測資料，綜合分析高原地區(qū)水熱碳通量變化過程特征和機(jī)理，結(jié)合多尺度觀測和模擬兩大手段，探究青藏高原復(fù)雜地表地氣相互作用特征，揭示青藏高原環(huán)境變化及其氣候反饋的關(guān)鍵機(jī)制。”賈立說。

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