中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 喜馬拉雅山區(qū)分布著以珠穆朗瑪峰（以下簡稱“珠峰”）為代表的世界極高山群，是全球冰川積雪最密集的地區(qū)之一。該地區(qū)受復(fù)雜的地形、強烈的海-陸-氣多圈層相互作用、交錯分布的冰川、河流及積雪等因素的影響，形成了獨特的大氣環(huán)流系統(tǒng)及氣候和環(huán)境特征，是青藏高原特殊大氣過程集中表現(xiàn)的典型區(qū)域，為高原山地復(fù)雜地形條件下的氣象學(xué)和生態(tài)環(huán)境科學(xué)觀測研究提供了天然實驗室。

近年來，全球變暖導(dǎo)致珠峰地區(qū)的氣候和環(huán)境發(fā)生了顯著變化，氣溫快速升高正在深刻影響珠峰地區(qū)的自然地理環(huán)境，具體表現(xiàn)為珠峰地區(qū)冰川整體萎縮，冰湖面積急劇擴張且湖泊數(shù)量增加，積雪覆蓋面積降低且雪線高度攀升，植被持續(xù)變綠，生態(tài)系統(tǒng)總體向好等一系列環(huán)境要素的變化。這些變化通過地-氣間的能量和水分循環(huán)過程，影響區(qū)域和全球的氣候變化，以及局地大氣和水文循環(huán)過程，造成極端天氣氣候事件頻發(fā)，引發(fā)山體滑坡、泥石流、冰湖潰決等自然災(zāi)害，對當?shù)厝罕姷纳拓敭a(chǎn)安全，以及青藏高原水資源與生態(tài)環(huán)境均構(gòu)成威脅。為了科學(xué)地認識該地區(qū)氣候與環(huán)境的變化，我國科學(xué)家自20世紀中期開始，克服重重困難對珠峰地區(qū)開展了多次科學(xué)考察。然而，科學(xué)考察的方式觀測持續(xù)時間短，不能全面了解該地區(qū)不同季節(jié)和長期的大氣及環(huán)境變化過程，研究目標也存在片面性。因此，中國科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測研究站（以下簡稱“珠峰站”）應(yīng)運而生。在以珠峰北坡為代表的喜馬拉雅山區(qū)建立長期的大氣和環(huán)境綜合觀測研究站，對于全面地認識該地區(qū)及青藏高原在全球變化中的作用和對響應(yīng)都有非常重要的科學(xué)意義。

珠峰站于第四次珠峰地區(qū)綜合科學(xué)考察期間（2005年3—5月）開始建設(shè)，同年8月底竣工，并于2021年10月獲批成為科學(xué)技術(shù)部國家野外科學(xué)觀測研究站，國家站名為“西藏珠穆朗瑪特殊大氣過程與環(huán)境變化國家野外科學(xué)觀測研究站”。珠峰站本部海拔4 276 m，距珠峰登山大本營約30 km，是珠峰北坡唯一的長期綜合觀測研究站，也是“中國高寒區(qū)地表過程與環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡(luò)”及“第三極環(huán)境”（TPE）國際研究計劃的重要野外臺站。珠峰站以珠峰北坡地區(qū)高寒山地復(fù)雜地形下的大氣過程和環(huán)境變化為核心問題，圍繞地表多圈層地-氣相互作用過程研究，建立并運行大氣物理、大氣環(huán)境、冰川、河流水文、植被生態(tài)要素等長期監(jiān)測平臺，聚焦于非均勻下墊面和復(fù)雜地形對青藏高原地-氣相互作用過程和大氣邊界層過程的影響研究，立足于保護與建設(shè)高原生態(tài)安全屏障國家重大需求。目前，珠峰站已開展了針對珠峰北坡大氣、水文、冰川、生態(tài)及地球物理等多圈層近20年的綜合連續(xù)觀測，建立了涵蓋該地區(qū)典型下墊面特征的多時空、多手段、高精度、多要素一體化的綜合觀測體系，為深入認識青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)變化及對全球能量、水分循環(huán)的影響和機制提供了第一手科學(xué)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，服務(wù)于青藏高原地球系統(tǒng)科學(xué)模擬研究和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，推動了青藏高原生態(tài)文明建設(shè)和國家治藏方略的實施。

構(gòu)建了珠峰地區(qū)多圈層地-氣相互作用過程立體綜合觀測網(wǎng)絡(luò)

復(fù)雜下墊面地-氣相互作用及其天氣氣候效應(yīng)研究是當前國際熱點科學(xué)問題之一。為了深入認識高原復(fù)雜地形和地表特征下的地-氣間能量水分交換特征和大氣邊界層結(jié)構(gòu)特征，針對珠峰地區(qū)不同下墊面地表水熱狀況差異，沿絨布河谷建立了不同海拔梯度帶涵蓋冰川、高寒礫石、高寒灌叢、高寒濕地、高寒荒漠草原等主要地理生態(tài)單元的氣象梯度觀測體系（圖1），實現(xiàn)了該地區(qū)多要素-多尺度-精細化的大氣過程和環(huán)境變化梯度監(jiān)測。建立關(guān)鍵帶觀測研究區(qū)，從站點-樣帶、流域、區(qū)域等尺度，開展了包括大氣物理、大氣環(huán)境、植被生態(tài)、水文過程、地球物理等在內(nèi)的各類觀測項目。其中針對大氣物理的觀測主要包括邊界層梯度觀測系統(tǒng)、渦動協(xié)方差大氣湍流觀測系統(tǒng)、風廓線觀測系統(tǒng)、無線電探空觀測系統(tǒng)、土壤水熱觀測系統(tǒng)和地基多通道微波輻射計等。綜合觀測系統(tǒng)能夠以從10 Hz到30 min不等的觀測頻率對大氣湍流過程、近地面（0—40 m）和低層大氣（80—5 000 m）的邊界層結(jié)構(gòu)變化（風速、風向、氣溫、相對濕度等）、地表輻射收支過程、土壤水熱傳輸過程等各項氣象要素進行實時連續(xù)的定位監(jiān)測。這些多要素觀測用于研究該區(qū)域邊界層湍流特征、邊界層水汽、二氧化碳、感熱、潛熱通量的湍流輸送、邊界層垂直結(jié)構(gòu)特征及隨時間的變化規(guī)律、地表輻射和能量平衡特征、土壤水熱特性等，進而認識珠峰及周邊地區(qū)的水汽輸送和水循環(huán)，以及降水的時空分布與中尺度天氣系統(tǒng)的影響。

在擴大并完善珠峰地區(qū)地-氣相互作用綜合觀測網(wǎng)絡(luò)的同時，珠峰站還進一步強化和規(guī)范了觀測方法和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程，加強與國家科技資源共享服務(wù)平臺等國家科技創(chuàng)新基地的銜接，制定野外臺站觀測數(shù)據(jù)開放共享工作規(guī)范，有序開放觀測數(shù)據(jù)并提供共享服務(wù)。開放共享了珠峰站自建站以來的地-氣相互作用過程綜合觀測數(shù)據(jù)，有效推動了科學(xué)設(shè)施、科學(xué)數(shù)據(jù)等科技資源的開放共享。

分析珠峰地區(qū)湍流關(guān)鍵特征參數(shù)，揭示了該地區(qū)地-氣間能量交換特征

空氣動力學(xué)和熱力學(xué)粗糙度等是影響地表與大氣之間動量和能量交換的關(guān)鍵參數(shù)，對于地表過程和氣候變化研究至關(guān)重要。基于站點地-氣相互作用長期綜合觀測資料，開展地-氣相互作用過程關(guān)鍵特征參數(shù)分析，有助于改進數(shù)值模式中陸面過程和大氣邊界層過程的參數(shù)化方案描述，深化對復(fù)雜下墊面地-氣相互作用關(guān)鍵科學(xué)問題的理解和認識。

受季風所帶來的降水影響，珠峰地區(qū)地表感熱通量和潛熱通量隨季節(jié)呈交替變化趨勢，表現(xiàn)為冬季感熱和潛熱通量強度相當，春季地表能量傳輸以感熱為主而夏季則以潛熱為主，并且季風強盛時期，潛熱可達感熱的2倍（圖3c）。感熱通量的變化主要受太陽輻射控制，而潛熱通量的變化則受太陽輻射和降水共同影響。由于不同站點間下墊面地表狀況和土壤物理性質(zhì)（如土壤質(zhì)地和土壤孔隙度）的差異，各站點地表能量平衡各分量雖然在季節(jié)上表現(xiàn)出一致的變化趨勢，但感熱通量、潛熱通量及反射的短波輻射和發(fā)射的長波輻射在不同站點間差異明顯，這一結(jié)果凸顯了針對復(fù)雜山區(qū)不同下墊面狀況開展水熱通量觀測的必要性。此外，多年晴空日間輻射觀測資料顯示，短波向下輻射有不同程度的減小趨勢，而長波向上輻射則有不同程度的逐年增加趨勢。

揭示了青藏高原復(fù)雜山地地形與西風環(huán)流相互作用及影響大氣邊界層發(fā)展的機制

大氣邊界層是地表和大氣之間能量及物質(zhì)交換的主要發(fā)生地，揭示珠峰地區(qū)大氣邊界層結(jié)構(gòu)及其發(fā)展機制，可為深入理解該地區(qū)熱量和水分收支狀況、高原及其周邊地區(qū)的天氣和氣候變化提供重要參考。

珠峰站目前配備有由大氣邊界層塔、無線電探空、微波輻射計、風廓線雷達組成的完備大氣邊界層綜合觀測系統(tǒng)，具備獲取、處理和分析地面至中低空大氣壓力、溫度、濕度、風速風向垂直結(jié)構(gòu)的能力。大氣邊界層結(jié)構(gòu)及大氣環(huán)流特征分析結(jié)果顯示，珠峰地區(qū)大氣邊界層高度存在明顯的季節(jié)差異，一般來說季風爆發(fā)期和非季風期邊界層發(fā)展深厚，干季邊界層高度要遠大于濕季，并且受冰川風的影響，大氣邊界層高度日變化顯著。珠峰地區(qū)下午風速強勁，一般而言非季風期盛行西南風而季風期則東南風占主導(dǎo)。非季風期珠峰地區(qū)下午近地層出現(xiàn)的西南強風是因為高空西風急流向下的動量傳輸引起；在季風期，由于西風帶北移，珠峰地區(qū)不再受到西風急流控制，地形和南亞季風的作用使得珠峰站在下午出現(xiàn)東南強風。中尺度天氣預(yù)報模式（WRF）模式模擬結(jié)果也顯示，在非季風期，珠峰站周圍近地層出現(xiàn)的強烈西南風是受高空西風的影響，而季風期的東南風來自于珠峰東部穿越喜馬拉雅山脈南北的河谷。

珠峰地區(qū)獨特的局地環(huán)流特征受大尺度環(huán)流系統(tǒng)的影響。例如，Lai等的研究表明，當絨布河谷山脊高度以上的大尺度西風風向與山谷軸線方向平行時，西風動量更容易向下傳輸?shù)缴焦戎校沟玫乇盹L速增大，感熱通量增強，同時在山谷中會形成一個異常的局地熱力驅(qū)動風（圖4）。此外，珠峰地區(qū)周圍復(fù)雜山地地形引發(fā)的山谷風和冰川風對該地區(qū)獨特的局地環(huán)流特征的形成同樣起著重要影響。例如，冰川風的影響在15:00以后占主導(dǎo)地位，冰川風最大風速可達10 m/s，此時谷風消失，還造成局地的降溫增濕。與此同時，山地地形與西風大尺度環(huán)流系統(tǒng)的相互作用對喜馬拉雅山中段北側(cè)大氣邊界層的增長也起著關(guān)鍵作用，通過利用探空數(shù)據(jù)和地面站點觀測數(shù)據(jù)、ERA5再分析資料及邊界層模擬結(jié)果，闡明了喜馬拉雅山中段深厚大氣邊界層的形成和發(fā)展機制。

發(fā)展了復(fù)雜山區(qū)地表水熱通量遙感反演算法和數(shù)值模式參數(shù)化方案，建立了衛(wèi)星遙感反演地表水熱通量的“點-面結(jié)合”理論

離散式“點”的觀測資料僅能代表觀測點或者某種特定地表特征下的地表能量過程，難以反應(yīng)區(qū)域“面”的地-氣間能量交換的實質(zhì)，需要衛(wèi)星遙感或者數(shù)值模式的結(jié)合才能將站點的觀測結(jié)果擴展到區(qū)域。此外，復(fù)雜山區(qū)地表水熱通量遙感反演和數(shù)值模式模擬結(jié)果的精度和不確定性，又需要地面實測的結(jié)果來加以評估和驗證。因此，基于高寒山區(qū)完善的地面觀測資料，檢驗遙感反演和數(shù)值模式模擬的水熱通量結(jié)果的可靠性和適用性，建立有效的估算地表水熱通量的“點-面結(jié)合”方法，是揭示復(fù)雜山區(qū)區(qū)域尺度地表水熱通量交換特征的重要手段。

為國家重大活動開展、科學(xué)前沿探索及國家重大科技任務(wù)順利實施提供了重要保障

珠峰站自建站以來始終堅持“觀測、研究、支撐、服務(wù)”的主要功能和定位，作為珠峰地區(qū)重要的科考基地，珠峰站為該區(qū)域國家重大活動開展（如保障2008年北京奧運火炬成功登頂珠峰）、科學(xué)前沿探索、國家重大科技任務(wù)實施提供科研儀器、觀測數(shù)據(jù)和支撐保障。隨著基礎(chǔ)設(shè)施條件的不斷完善，珠峰站已成為支撐重大科技任務(wù)的科研基地，依托珠峰站平臺支撐獲批并實施了多項科研項目，如國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃、重點項目、國際（地區(qū)）合作與交流項目，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項目，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類），以及科學(xué)技術(shù)部國家重點研發(fā)計劃重點專項等，很好地支撐了本區(qū)域科研活動的開展并推動了科學(xué)前沿的探索，有效提升了我國青藏高原研究的國際影響力。自2018年以來，隨著中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）“泛第三極環(huán)境變化與綠色絲綢之路建設(shè)”和第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究的啟動和實施，珠峰站成為更加重要的科學(xué)考察和研究基地。“巔峰使命2022”珠峰聯(lián)合科考期間，珠峰站通過無線電探空、地基微波輻射計和激光測風雷達等手段開展大氣垂直探測，實時獲取了珠峰地區(qū)的三維大氣結(jié)構(gòu)特征；在沖頂和浮空艇布放作業(yè)期間，開展加密探空觀測試驗，最大程度掌握珠峰實時天氣條件變化，匯集各類氣象觀測數(shù)據(jù)，配合做好極端天氣過程的觀測和預(yù)報，參與珠峰科考氣象保障團隊天氣會商，為科考隊員安全、順利登頂提供氣象保障。總而言之，珠峰站通過持續(xù)觀測和科技支撐，在不斷推動區(qū)域科技發(fā)展和服務(wù)重大國家戰(zhàn)略中展現(xiàn)更大擔當、貢獻更多力量。

近20年來，珠峰站圍繞珠峰這一重要特殊環(huán)境和高寒高海拔區(qū)域大氣和環(huán)境變化，通過布局該區(qū)域基于大氣環(huán)境變化的多學(xué)科交叉的國家野外科學(xué)觀測研究站，構(gòu)建了珠峰地區(qū)多時空、多手段、高精度、多要素一體化的地-氣相互作用過程綜合觀測體系，從觀測試驗、衛(wèi)星遙感、數(shù)值模擬3個角度，有效推動了復(fù)雜地表能量和水分循環(huán)規(guī)律及其天氣氣候影響機理的研究。

未來，珠峰站將借助國家站建設(shè)契機，圍繞國家和西藏地方可持續(xù)發(fā)展需求，結(jié)合自身科學(xué)研究與學(xué)科發(fā)展特色，堅定“立足極地創(chuàng)新，成為創(chuàng)新高地”的思想，繼續(xù)堅持將大氣和環(huán)境過程長期監(jiān)測、科學(xué)試驗、衛(wèi)星遙感和數(shù)值模擬等多手段結(jié)合的方式，開展從“點”到“面”、從“單位”到“系統(tǒng)”的技術(shù)集成與示范研究，加強硬件和軟件建設(shè)，提升臺站綜合觀測能力、基礎(chǔ)研究水平及支撐科考活動的能力，使之成為支撐國家重大科研任務(wù)的高水平科技創(chuàng)新基地、支撐重大科考任務(wù)的野外科考基地、服務(wù)區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的示范基地、科學(xué)知識普及與傳播的科普教育基地，實現(xiàn)“觀測、研究、支撐、服務(wù)”的主要目標，打造成為有國際影響的青藏高原綜合野外科學(xué)觀測研究站。

（作者：馬偉強、馬耀明、謝志鵬、陳學(xué)龍、王賓賓、韓存博，中國科學(xué)院青藏高原研究所  青藏高原地球系統(tǒng)與資源環(huán)境重點實驗室、中國科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測研究站；李茂善，中國科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測研究站、成都信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院；仲雷，中國科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測研究站、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院；孫方林，中國科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測研究站、中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院；王忠彥、席振華、劉蓮、馬彬、胡偉，中國科學(xué)院青藏高原研究所  青藏高原地球系統(tǒng)與資源環(huán)境重點實驗室、中國科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測研究站；《中國科學(xué)院院刊》供稿）