中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 喜馬拉雅山區(qū)分布著以珠穆朗瑪峰（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(qiáng)烈的海-陸-氣多圈層相互作用、交錯(cuò)分布的冰川、河流及積雪等因素的影響，形成了獨(dú)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(guò)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(cè)研究提供了天然實(shí)驗(yàn)室。

近年來(lái)，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(kuò)張且湖泊數(shù)量增加，積雪覆蓋面積降低且雪線(xiàn)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(guò)地-氣間的能量和水分循環(huán)過(guò)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(guò)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(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷纳拓?cái)產(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(rèn)識(shí)該地區(qū)氣候與環(huán)境的變化，我國(guó)科學(xué)家自20世紀(jì)中期開(kāi)始，克服重重困難對(duì)珠峰地區(qū)開(kāi)展了多次科學(xué)考察。然而，科學(xué)考察的方式觀測(cè)持續(xù)時(shí)間短，不能全面了解該地區(qū)不同季節(jié)和長(zhǎng)期的大氣及環(huán)境變化過(guò)程，研究目標(biāo)也存在片面性。因此，中國(guó)科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“珠峰站”）應(yīng)運(yùn)而生。在以珠峰北坡為代表的喜馬拉雅山區(qū)建立長(zhǎng)期的大氣和環(huán)境綜合觀測(cè)研究站，對(duì)于全面地認(rèn)識(shí)該地區(qū)及青藏高原在全球變化中的作用和對(duì)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(kāi)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(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，國(guó)家站名為“西藏珠穆朗瑪特殊大氣過(guò)程與環(huán)境變化國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站”。珠峰站本部海拔4 276 m，距珠峰登山大本營(yíng)約30 km，是珠峰北坡唯一的長(zhǎng)期綜合觀測(cè)研究站，也是“中國(guó)高寒區(qū)地表過(guò)程與環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)”及“第三極環(huán)境”（TPE）國(guó)際研究計(jì)劃的重要野外臺(tái)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(guò)程和環(huán)境變化為核心問(wèn)題，圍繞地表多圈層地-氣相互作用過(guò)程研究，建立并運(yùn)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)平臺(tái)，聚焦于非均勻下墊面和復(fù)雜地形對(duì)青藏高原地-氣相互作用過(guò)程和大氣邊界層過(guò)程的影響研究，立足于保護(hù)與建設(shè)高原生態(tài)安全屏障國(guó)家重大需求。目前，珠峰站已開(kāi)展了針對(duì)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(cè)，建立了涵蓋該地區(qū)典型下墊面特征的多時(shí)空、多手段、高精度、多要素一體化的綜合觀測(cè)體系，為深入認(rèn)識(shí)青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)變化及對(duì)全球能量、水分循環(huán)的影響和機(jī)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(dòng)了青藏高原生態(tài)文明建設(shè)和國(guó)家治藏方略的實(shí)施。

構(gòu)建了珠峰地區(qū)多圈層地-氣相互作用過(guò)程立體綜合觀測(cè)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(dāng)前國(guó)際熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題之一。為了深入認(rèn)識(shí)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(duì)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(cè)體系（圖1），實(shí)現(xiàn)了該地區(qū)多要素-多尺度-精細(xì)化的大氣過(guò)程和環(huán)境變化梯度監(jiān)測(cè)。建立關(guān)鍵帶觀測(cè)研究區(qū)，從站點(diǎn)-樣帶、流域、區(qū)域等尺度，開(kāi)展了包括大氣物理、大氣環(huán)境、植被生態(tài)、水文過(guò)程、地球物理等在內(nèi)的各類(lèi)觀測(cè)項(xiàng)目。其中針對(duì)大氣物理的觀測(cè)主要包括邊界層梯度觀測(cè)系統(tǒng)、渦動(dòng)協(xié)方差大氣湍流觀測(cè)系統(tǒng)、風(fēng)廓線(xiàn)觀測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)電探空觀測(cè)系統(tǒng)、土壤水熱觀測(cè)系統(tǒng)和地基多通道微波輻射計(jì)等。綜合觀測(cè)系統(tǒng)能夠以從10 Hz到30 min不等的觀測(cè)頻率對(duì)大氣湍流過(guò)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(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、相對(duì)濕度等）、地表輻射收支過(guò)程、土壤水熱傳輸過(guò)程等各項(xiàng)氣象要素進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的定位監(jiān)測(cè)。這些多要素觀測(cè)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(shí)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(jìn)而認(rèn)識(shí)珠峰及周邊地區(qū)的水汽輸送和水循環(huán)，以及降水的時(shí)空分布與中尺度天氣系統(tǒng)的影響。

在擴(kuò)大并完善珠峰地區(qū)地-氣相互作用綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，珠峰站還進(jìn)一步強(qiáng)化和規(guī)范了觀測(cè)方法和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程，加強(qiáng)與國(guó)家科技資源共享服務(wù)平臺(tái)等國(guó)家科技創(chuàng)新基地的銜接，制定野外臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)放共享工作規(guī)范，有序開(kāi)放觀測(cè)數(shù)據(jù)并提供共享服務(wù)。開(kāi)放共享了珠峰站自建站以來(lái)的地-氣相互作用過(guò)程綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)，有效推動(dòng)了科學(xué)設(shè)施、科學(xué)數(shù)據(jù)等科技資源的開(kāi)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(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)粗糙度等是影響地表與大氣之間動(dòng)量和能量交換的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于地表過(guò)程和氣候變化研究至關(guān)重要。基于站點(diǎn)地-氣相互作用長(zhǎng)期綜合觀測(cè)資料，開(kāi)展地-氣相互作用過(guò)程關(guān)鍵特征參數(shù)分析，有助于改進(jìn)數(shù)值模式中陸面過(guò)程和大氣邊界層過(guò)程的參數(shù)化方案描述，深化對(duì)復(fù)雜下墊面地-氣相互作用關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的理解和認(rèn)識(shí)。

受季風(fēng)所帶來(lái)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(shì)，表現(xiàn)為冬季感熱和潛熱通量強(qiáng)度相當(dāng)，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(fēng)強(qiáng)盛時(shí)期，潛熱可達(dá)感熱的2倍（圖3c）。感熱通量的變化主要受太陽(yáng)輻射控制，而潛熱通量的變化則受太陽(yáng)輻射和降水共同影響。由于不同站點(diǎn)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(diǎn)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(shì)，但感熱通量、潛熱通量及反射的短波輻射和發(fā)射的長(zhǎng)波輻射在不同站點(diǎn)間差異明顯，這一結(jié)果凸顯了針對(duì)復(fù)雜山區(qū)不同下墊面狀況開(kāi)展水熱通量觀測(cè)的必要性。此外，多年晴空日間輻射觀測(cè)資料顯示，短波向下輻射有不同程度的減小趨勢(shì)，而長(zhǎng)波向上輻射則有不同程度的逐年增加趨勢(shì)。

揭示了青藏高原復(fù)雜山地地形與西風(fēng)環(huán)流相互作用及影響大氣邊界層發(fā)展的機(jī)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(jī)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(wú)線(xiàn)電探空、微波輻射計(jì)、風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)組成的完備大氣邊界層綜合觀測(cè)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(fēng)速風(fēng)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(lái)說(shuō)季風(fēng)爆發(fā)期和非季風(fēng)期邊界層發(fā)展深厚，干季邊界層高度要遠(yuǎn)大于濕季，并且受冰川風(fēng)的影響，大氣邊界層高度日變化顯著。珠峰地區(qū)下午風(fēng)速?gòu)?qiáng)勁，一般而言非季風(fēng)期盛行西南風(fēng)而季風(fēng)期則東南風(fēng)占主導(dǎo)。非季風(fēng)期珠峰地區(qū)下午近地層出現(xiàn)的西南強(qiáng)風(fēng)是因?yàn)楦呖瘴黠L(fēng)急流向下的動(dòng)量傳輸引起；在季風(fēng)期，由于西風(fēng)帶北移，珠峰地區(qū)不再受到西風(fēng)急流控制，地形和南亞季風(fēng)的作用使得珠峰站在下午出現(xiàn)東南強(qiáng)風(fēng)。中尺度天氣預(yù)報(bào)模式（WRF）模式模擬結(jié)果也顯示，在非季風(fēng)期，珠峰站周?chē)貙映霈F(xiàn)的強(qiáng)烈西南風(fēng)是受高空西風(fēng)的影響，而季風(fēng)期的東南風(fēng)來(lái)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(dú)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(dāng)絨布河谷山脊高度以上的大尺度西風(fēng)風(fēng)向與山谷軸線(xiàn)方向平行時(shí)，西風(fēng)動(dòng)量更容易向下傳輸?shù)缴焦戎校沟玫乇盹L(fēng)速增大，感熱通量增強(qiáng)，同時(shí)在山谷中會(huì)形成一個(gè)異常的局地?zé)崃︱?qū)動(dòng)風(fēng)（圖4）。此外，珠峰地區(qū)周?chē)鷱?fù)雜山地地形引發(fā)的山谷風(fēng)和冰川風(fēng)對(duì)該地區(qū)獨(dú)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(fēng)的影響在15:00以后占主導(dǎo)地位，冰川風(fēng)最大風(fēng)速可達(dá)10 m/s，此時(shí)谷風(fēng)消失，還造成局地的降溫增濕。與此同時(shí)，山地地形與西風(fēng)大尺度環(huán)流系統(tǒng)的相互作用對(duì)喜馬拉雅山中段北側(cè)大氣邊界層的增長(zhǎng)也起著關(guān)鍵作用，通過(guò)利用探空數(shù)據(jù)和地面站點(diǎn)觀測(cè)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(jī)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(diǎn)-面結(jié)合”理論

離散式“點(diǎn)”的觀測(cè)資料僅能代表觀測(cè)點(diǎn)或者某種特定地表特征下的地表能量過(guò)程，難以反應(yīng)區(qū)域“面”的地-氣間能量交換的實(shí)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(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果擴(kuò)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(shí)測(cè)的結(jié)果來(lái)加以評(píng)估和驗(yàn)證。因此，基于高寒山區(qū)完善的地面觀測(cè)資料，檢驗(yàn)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(diǎn)-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(guó)家重大活動(dòng)開(kāi)展、科學(xué)前沿探索及國(guó)家重大科技任務(wù)順利實(shí)施提供了重要保障

珠峰站自建站以來(lái)始終堅(jiān)持“觀測(cè)、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(guó)家重大活動(dòng)開(kāi)展（如保障2008年北京奧運(yùn)火炬成功登頂珠峰）、科學(xué)前沿探索、國(guó)家重大科技任務(wù)實(shí)施提供科研儀器、觀測(cè)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(tái)支撐獲批并實(shí)施了多項(xiàng)科研項(xiàng)目，如國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃、重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)際（地區(qū)）合作與交流項(xiàng)目，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項(xiàng)目，中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)），以及科學(xué)技術(shù)部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)等，很好地支撐了本區(qū)域科研活動(dòng)的開(kāi)展并推動(dòng)了科學(xué)前沿的探索，有效提升了我國(guó)青藏高原研究的國(guó)際影響力。自2018年以來(lái)，隨著中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)）“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(dòng)和實(shí)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(guò)無(wú)線(xiàn)電探空、地基微波輻射計(jì)和激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)等手段開(kāi)展大氣垂直探測(cè)，實(shí)時(shí)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(kāi)展加密探空觀測(cè)試驗(yàn)，最大程度掌握珠峰實(shí)時(shí)天氣條件變化，匯集各類(lèi)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，配合做好極端天氣過(guò)程的觀測(cè)和預(yù)報(bào)，參與珠峰科考?xì)庀蟊Ｕ蠄F(tuán)隊(duì)天氣會(huì)商，為科考隊(duì)員安全、順利登頂提供氣象保障。總而言之，珠峰站通過(guò)持續(xù)觀測(cè)和科技支撐，在不斷推動(dòng)區(qū)域科技發(fā)展和服務(wù)重大國(guó)家戰(zhàn)略中展現(xiàn)更大擔(dān)當(dāng)、貢獻(xiàn)更多力量。

近20年來(lái)，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(guò)布局該區(qū)域基于大氣環(huán)境變化的多學(xué)科交叉的國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，構(gòu)建了珠峰地區(qū)多時(shí)空、多手段、高精度、多要素一體化的地-氣相互作用過(guò)程綜合觀測(cè)體系，從觀測(cè)試驗(yàn)、衛(wèi)星遙感、數(shù)值模擬3個(gè)角度，有效推動(dòng)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(jī)理的研究。

未來(lái)，珠峰站將借助國(guó)家站建設(shè)契機(jī)，圍繞國(guó)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(jiān)定“立足極地創(chuàng)新，成為創(chuàng)新高地”的思想，繼續(xù)堅(jiān)持將大氣和環(huán)境過(guò)程長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、科學(xué)試驗(yàn)、衛(wèi)星遙感和數(shù)值模擬等多手段結(jié)合的方式，開(kāi)展從“點(diǎn)”到“面”、從“單位”到“系統(tǒng)”的技術(shù)集成與示范研究，加強(qiáng)硬件和軟件建設(shè)，提升臺(tái)站綜合觀測(cè)能力、基礎(chǔ)研究水平及支撐科考活動(dòng)的能力，使之成為支撐國(guó)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(shí)普及與傳播的科普教育基地，實(shí)現(xiàn)“觀測(cè)、研究、支撐、服務(wù)”的主要目標(biāo)，打造成為有國(guó)際影響的青藏高原綜合野外科學(xué)觀測(cè)研究站。

（作者：馬偉強(qiáng)、馬耀明、謝志鵬、陳學(xué)龍、王賓賓、韓存博，中國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站；李茂善，中國(guó)科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站、成都信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院；仲雷，中國(guó)科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站、中國(guó)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(guó)科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站、中國(guó)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(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院珠穆朗瑪大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站；《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）