寻找地球顶部高原大气过程的“最优解”

日前，在“青藏高原地气水热交换三维综合观测研究平台”启动仪式上，中国科学院青藏高原研究所研究员马描绘了数十年科研探索的艰难之路，也描绘了地球最高大气相互作用过程的“最优解”图景。

“世界屋脊”，改变全球天气和气候

青藏高原被称为“世界屋脊”和“世界屋脊”，平均高度可达对流层中层。其独特而复杂的地形特征使其强大的动力和热力效应影响着东亚的气候格局、亚洲季风过程和北半球的大气环流。它是影响中国天气和气候事件的关键区域，也是全球气候变化最敏感的区域之一。

为什么要研究高原与大气的相互作用过程？“当大气通过青藏高原的巨大地形时，会产生动力和热效应。地表与大气之间的水热交换会将水加热蒸发，改变大气对流情况，形成云和降水。”马解释说，高原对周围气候的影响是从寒冷的高原表面到近地面层，再到大气边界层，逐渐到自由大气，因此研究高原表面和近地面层与大气边界层之间的水热交换过程和规律非常重要。

如何正确认识青藏高原复杂地表区域的水热交换规律？马解释说，研究需要四种方法。首先，针对不同下垫面上的地气相互作用建立综合观测站，对观测实验获得的数据进行分析，得出不同下垫面和不同地形条件下的水热交换规律，然后采用类似瓦片拼贴的方法得到整个高原地区的水热交换规律；其次，结合实验数据和卫星遥感数据，通过参数化方案或模型得到整个高原地区的水热交换规律；第三，将实验数据与数值模型系统相结合，模拟整个高原地区的水热交换规律；第四，利用陆面资料同化系统对上述数据进行分析，得出整个高原地区的水热交换规律。

建造车站和铺设渔网，探索世界高地

“科学观察实验是关键。”马反复强调。

针对青藏高原缺乏综合观测研究站的现状，自1989年以来，中国科学院青藏高原地气与气候效应研究所团队在高寒草甸、高寒荒漠戈壁、高寒荒漠草原等高原典型下垫面上设立覆盖天气气候关键敏感区的观测站，对大气边界层进行长期观测研究， 青藏高原不同下垫面土壤水热变化及地-气能量和水分交换规律。

在此基础上，马等研究人员发布了青藏高原第一个由长期气象梯度观测、四分量辐射观测、土壤水热特征观测和大气湍流特征观测组成的高时间分辨率综合观测数据集。

经过30多年的艰苦努力，团队建立和完善了青藏高原水热交换综合立体观测研究网络系统，基本建成了世界屋脊地气相互作用过程多圈数据库。“在第二个青藏科研项目的大力支持下，青藏高原主体共建成大气边界层廓线塔式站观测系统11个、微波辐射计网络观测系统9个、风吹雪网络观测系统10个。”马说，结合现有的大气边界层廓线塔和站网观测系统，

通过地面风雷达、微波辐射计等设备，地面500米低空无人机，地面1000米系留艇，地面10000米无线电探空仪，地面10000米遥感飞机，地面300公里专业卫星.据介绍，新建立的青藏高原地-气水热交换三维综合观测平台涵盖了青藏高原的多种地貌。可实现青藏高原近地面层和对流层的多要素、全天候综合观测，为区域及周边地区的天气监测预报、灾害性天气预警和气候环境预报提供综合观测数据和决策依据。

7月15日，第二次青藏科学研究“地气相互作用及其气候效应”专项团队从兰州出发，青藏高原地气水热交换三维综合观测平台正式启动。特战队聚焦青藏高原各种地形地貌条件下的水热交换规律，先后在国内外8个台站完成了3次地气相互作用及其气候效应的三维综合观测实验。

“这次考察将是首次利用地-空水热交换、无人机多光谱图像、机载涡动通量观测平台和卫星遥感相结合的综合立体观测。”马说，生成的真实场景三维模型可以帮助研究人员准确掌握各种复杂地貌特征下的综合信息。