揭开青藏高原地气相互作用的“面纱”

8月1日，青藏高原珠峰地区高寒环境复杂地表地气相互作用天—空—地立体协同观测试验正式启动。这是青藏高原珠峰地区首次利用航空平台开展水热碳通量观测试验，将填补青藏高原珠峰地区面尺度地气相互作用观测的空白。

为什么要在珠峰地区开展水热碳通量观测试验？本次试验将用到哪些科技手段？对此，科技日报记者采访了本次试验牵头人——中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室研究员贾立。

采用地基和空基协同观测

青藏高原被誉为“世界屋脊”“亚洲水塔”，是我国重要的生态安全屏障。同时，青藏高原对大气具有强烈的加热效应，会影响北半球中纬度地区的大气环流，其地表物质和能量交换不仅影响当地及周边气候，还可通过复杂的气候反馈机制和大气环流影响全球气候。

“处于青藏高原核心区域的珠峰地区地形复杂，多高山、深谷、冰川和冰碛地貌，太阳辐射强烈，生态环境脆弱、敏感，是全球变暖背景下地球系统地气相互作用过程及生态系统格局演变研究的重要区域。”贾立说。

因此，科研人员将试验区选在了珠穆朗玛峰北侧，该区域平均海拔约4200米。贾立介绍，此次试验利用无人机航空平台开展观测试验，同时结合地面站点和卫星遥感观测形成多时空尺度、天—空—地立体综合观测，以深入探究处于亚洲季风影响区的青藏高原珠峰北坡地区高寒环境和复杂地表条件下的水分循环、物质和能量交换过程机理。

试验采用地基和空基协同观测方式，从不同时空尺度开展珠峰地区典型地表地气相互作用的观测和分析研究。“在地基试验部分，团队在核心试验区荒漠地表和高寒农田地表分别建设两处地表水热碳通量观测站，并持续运行。”贾立说，这两处新增地基通量观测站将和已有中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站，一起提供核心研究区域的典型地表点尺度局地微气象环境和水热碳通量观测，并为核心区典型地表地气相互作用特征及机理研究提供基础时序观测数据。

在空基试验部分，研究团队首次在珠峰地区复杂地表条件下开展航空机载观测，获取区域面尺度地表与大气之间的水分通量、潜热通量、感热通量、碳通量和辐射通量的空间分布数据。

“地基和空基通量观测试验相结合，能够获取兼顾时间变化和空间变化的水热碳通量观测数据，为在珠峰地区复杂地表开展区域尺度地气相互作用研究、地面观测与卫星观测之间尺度转换研究提供关键数据。”贾立说。

第二次青藏科考的重要部分

研究人员还将同步开展机载热红外观测、大气边界层风温湿廓线探空观测等试验，以实现对影响地气相互作用的关键地表特征和大气边界层结构的立体协同观测。

贾立说：“卫星观测范围大，是大区域尺度；地面观测站覆盖范围较小，相当于一个点的观测，是点尺度；无人机观测范围介于两者之间，是面尺度。”

谈到本次试验和第二次青藏高原综合科学考察的关系，贾立介绍，此次试验属于第二次青藏高原综合科学考察“西风—季风作用区非均匀下垫面地气相互作用机载通量观测试验研究”子专题的主要内容之一，是第二次青藏科考“西风—季风协同作用及其影响”专题中西风—季风协同作用区非均匀下垫面地气相互作用综合立体观测试验的重要组成部分。

同时，本次试验还是继甘肃敦煌、云南大理和青海格尔木等地之后，贾立团队第四次在青藏高原及周边地区采用无人机航空平台开展水热碳通量观测试验。

“下一步，我们将整合青藏高原地区地面已有站点、航空平台、卫星遥感等的观测资料，综合分析高原地区水热碳通量变化过程特征和机理，结合多尺度观测和模拟两大手段，探究青藏高原复杂地表地气相互作用特征，揭示青藏高原环境变化及其气候反馈的关键机制。”贾立说。