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原标题:第叁回获得了青藏高原海拔7000米高空的恢

浏览次数:173 时间:2020-04-05

在“天之圣湖”科考是一种怎样的体验?
——记中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站

飞到青藏高原7千米高空 浮空器将大气成分“尽收眼底”

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第二次青藏科考水汽传输科考分队在纳木错多圈层综合观测站的观测营地。 新华社记者 田金文 摄

纳木错站本部

“极目一号”浮空器

新华社拉萨5月30日电第二次青藏科考水汽传输科考分队正在纳木错多圈层综合观测站开展区域水循环观测研究。来自中科院青藏高原研究所、中科院空天信息研究院和长光所的50多名科研人员利用2300立方米浮空艇开展了地表至海拔7000米高空的大气水汽稳定同位素、大气黑碳和大气甲烷含量等大气组分的综合观测,首次获得了青藏高原海拔7000米高空的大气组分变化科学数据,为揭示“亚洲水塔”水的来源提供了关键科学数据和新理论基础。

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近日,由中科院空天信息研究院研制的系留浮空器——“极目一号”浮空器在西藏纳木错地区成功挑战海拔7003米的高度。这也是世界范围内已知的同类型同量级浮空器驻空高度的世界纪录。

纳木错是青藏高原第二大湖泊,是我国第二大咸水湖,位于藏北羌塘高原东南部,湖面海拔4718米。纳木错流域地处青藏高原的腹心地带,是第二次青藏科考包括长江、怒江、色林错、纳木错在内的“两江两湖”区域重要的观测地。

加拿大pc28,纳木错站监测设施

执行此次科考任务的是第二次青藏科考水汽传输科考分队。科研人员在纳木错多圈层综合观测站开展区域水循环观测研究,利用“极目一号”浮空器综合观测地表至海拔7000米高空的大气水汽稳定同位素、大气黑碳和大气甲烷含量等大气组分,首次获得了青藏高原海拔7000米高空的大气组分变化科学数据。

本次科考任务将国际前沿的亚洲水塔水汽传输研究与我国自主研制的大型浮空艇观测平台技术相结合,搭载各种科学观测仪器,以三维的视角对亚洲水塔的水汽来源和大气组分垂直变化过程进行了研究。

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揭示“亚洲水塔”水的来源

此次科考任务自2019年5月9日开始,已成功完成6次高空科学观测,其中,23日凌晨的升空科学观测高度达到海拔7003米,创造了同类科学观测的世界纪录。

青藏高原首个大型浮标式湖泊监测平台在纳木错投放运行

“浮空器上到海拔7000米以上测大气中的水汽稳定同位素,在世界上是第一次,在青藏高原上更有它的特殊意义。”中科院院士、第二次青藏科考首席科学家姚檀栋介绍,青藏地区是西风和季风相互作用的地区,而纳木错地区又是西风季风相互作用的转换地区,“对于整个亚洲水塔的水汽来源,西风和季风分别起多大作用,这是个新问题。”

第二次青藏科考水汽传输观测分队介绍,自2017年11月至2019年4月,科考队已在藏东南鲁朗地区、珠峰地区利用同类大型浮空艇开展了5次水汽稳定同位素、大气黑碳和甲烷浓度等科学参数的垂直剖面观测,升空最高高度达海拔6300米。这些都为本次纳木错科考任务的完成提供了宝贵经验。

 

纳木错是青藏高原第二大湖泊,位于藏北羌塘高原东南部,湖面海拔4718米。纳木错流域地处青藏高原腹心地带,是第二次青藏科考包括长江、怒江、色林错、纳木错在内的“两江两湖”区域重要的观测地。“江湖源头的水,从大气的水,到冰川、冻土、湖泊、地下水的转换过程,我们要搞清楚。”姚檀栋说,这次通过浮空器现场观测,发现了从东南方向来的水汽输送,这超出了过去对印度季风输送高度的传统认识。

中科院青藏高原研究所高晶研究员表示,亚洲水塔动态变化与影响是第二次青藏科考的十大任务之一,通过对纳木错流域水汽传输的“地-空”三维传输过程研究,可为亚洲水塔水量变化提供关键数据,为全球变暖背景下青藏高原水-生态-人类活动链式变化应对策略的提出提供重要科学理论依据。

通往西藏纳木错的道路并不容易,这需要翻越海拔5190米那根拉山口,吸足满满3瓶近1升的罐装氧气,肠胃还需历经4个半小时的“翻江倒海”。

青藏高原作为世界第三极,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,供养了世界上五分之一的人口。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。”姚檀栋说。

这条路的终点是海拔4730米的中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站(以下简称纳木错站)。它位于“天之圣湖”纳木错之畔、背靠念青唐古拉山脉雪峰,被视为世界上海拔最高的综合观测站之一。

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。“极目一号”浮空器带回的相关数据,告诉我们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,为揭示“亚洲水塔”水的来源提供了关键科学数据和新理论基础,也为全球变暖背景下青藏高原水—生态—人类活动链式变化应对策略的提出提供重要科学理论依据。

这条路,中国科学院青藏高原研究所(以下简称青藏高原所)研究员王君波走了15年,他称其为科研“朝圣”之路。

可进行垂直剖面和驻空观测

今年,再次前往“朝圣”的王君波有了新身份——纳木错站站长。“对青藏高原、对纳木错没有感情,是不可能坚持下去的。”望着不远处若隐若现的纳木错,王君波十分感慨。

执行此次任务的“极目一号”浮空器是高原体验版,体积2300立方米,是我国同量级流线型浮空器在青藏高原的首次成功应用,可携带科学探测仪器进行垂直剖面和驻空观测。

15年,造就世界最高观测站

高原体验版的“极目一号”和普通浮空器有什么区别?中科院空天信息研究院系留浮空器执行队长张泰华告诉科技日报记者,“极目一号”更适应高原复杂的风况,环境适应性和抗太阳辐照能力更强,平台的电磁兼容性能作了特殊设计。“操作系统也尽可能半自动化,减少人的体力操作。也研制了无线监视系统,可以实时监视平台运转情况和地面气象情况。”张泰华说。

1973年,第一次青藏科考中老一辈科学家在极为艰苦的考察条件下对纳木错开展了首次综合科学考察。随后,几代青藏科考人承袭衣钵,在这条“朝圣之路”上走了40多年。

为更好服务第二次青藏科考,中科院空天信息研究院将自主研发“极目一号”“极目二号”和“极目三号”浮空器。这3款浮空器体积从小到大,驻空高度由低到高,系统复杂和技术难度也逐渐递增。

高寒、缺氧,孤独、清苦,要在纳木错建设固定观测研究站并常年维持正常运转,难度相当大,需要科研人员克服身体和心理的双重“煎熬”。

张泰华介绍,“极目二号”是科考定制版,将为第二次青藏科考量身打造,设计驻空高度为海拔7000米,将在藏东南鲁朗站,藏中部珠峰站、纳木错站,藏西部慕士塔格站等多站点通用。“这些不同区域的海拔、湿度、高空风场、太阳辐照情况相差很大,需要从多方面综合考量,拿出最优化的方案。”张泰华说,“极目二号”将于2020年底研制完成。

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