青藏高原平均海拔超過4000米，是亞洲主要河流發源地。其獨特的地理位置和復雜的多圈層相互作用，不僅塑造了亞洲季風系統，更對全球能量循環、水分輸送和極端天氣產生了深遠影響。
2014年，國家自然科學基金委員會啟動國家自然科學基金重大研究計劃“青藏高原地-氣耦合系統變化及其全球氣候效應”（以下簡稱重大研究計劃）。在重大研究計劃實施的10年時間里，研究人員首次系統揭示了青藏高原如何通過地-氣耦合過程調控全球氣候，為我國在全球氣候變化研究領域贏得國際話語權提供了關鍵支撐。
重大研究計劃指導專家組組長、中國科學院院士、中國科學院大氣物理研究所研究員吳國雄告訴《中國科學報》：“重大研究計劃將我國青藏高原綜合觀測、科學理論和數值模式研究提升到新的高度，這不僅是中國科學家對地球系統科學的重要貢獻，更彰顯了多學科協作攻關、服務國家重大戰略需求的科研范式。”
近期，重大研究計劃順利完成評估。
項目組在海拔5200m的珠峰大本營進行探空試驗。受訪者供圖
破解“對話密碼”
青藏高原作為地球上最年輕、海拔最高的巨型地貌單元，地表過程與大氣相互作用的復雜性是國際大氣科學研究領域長期的難點。
從20世紀中期開始，我國科研工作者針對青藏高原地-氣相互作用、大氣邊界層過程、能量水分循環過程相繼開展了數次大規模的綜合性大氣科學試驗。
“隨著研究逐漸增多，我們發現青藏高原上的觀測數據資料實在是太少了。”吳國雄表示，其中一個重要原因是青藏高原地區氣象站點少、有效觀測數據時段短，特別是高原西部和中部地區觀測數據缺乏。海拔高、地形陡峭、下墊面過程復雜、交通和基礎設施條件相對落后制約了大規模現場觀測。
與此同時，受全球氣候變化影響，我國暴雨、洪澇、干旱等極端氣候事件頻發，嚴重威脅糧食與水的安全，影響社會經濟可持續發展。因此，開展青藏高原對中國災害性天氣氣候變化影響的研究，將提升我國災害性天氣氣候預報能力。
最新的觀測數據分析表明，在全球變暖趨勢下，青藏高原的增暖趨勢僅次于北極地區，居全球第二。由于青藏高原海拔較高、生態環境較為脆弱，在地表氣溫快速升高的氣候背景下，高原大部分區域出現暖濕化，但高原南部和藏東南出現暖干化，快速改變了冰凍圈和陸氣相互作用，高原上的生態環境和水資源也發生巨大變化，并對區域乃至全球環境造成了一系列影響。
因此，對于青藏高原地-氣耦合過程的科學研究關系到我國以至全世界的可持續發展。從2010年開始，來自中國科學院、中國氣象局和相關高校的科學家開始思考，如何破解青藏高原與全球氣候的“對話密碼”？
經過一系列籌備，2014年，重大研究計劃啟動，圍繞3個核心科學問題展開——青藏高原大地形如何調控全球大氣環流、高原能量與水分循環如何影響全球氣候、高原多圈層耦合過程如何誘發區域災害性天氣。
“重大研究計劃通過構建綜合觀測網絡、發展數值模式和整合多學科數據，揭示了高原對全球氣候的作用機制，提升了我國在氣候預測和災害防御中的科技能力。”吳國雄說。
“撬動”全球氣候
據了解，在以往對于青藏高原的研究中，很多聚焦其對區域天氣的影響，而對它在全球氣候系統中扮演的角色則存在諸多爭議。重大研究計劃的實施實現了中國科學家在科學視角的獨特性、技術方法的原創性和國際學術影響力等方面的突破。
首先，重大研究計劃明確了青藏高原在全球氣候系統中的核心作用，特別是對全球能量水分循環的影響，以及對北半球氣候的突出貢獻，如地面氣溫升高和大氣濕度增加。
其次，重大研究計劃增進了對區域氣候影響的深入理解。“研究揭示了青藏高原對周邊以及遠處地區氣候的深遠影響，包括通過激發羅斯貝波響應和熱力驅動引起的異常緯向直接環流，對上游地區降水和氣溫的變異產生了影響。”吳國雄說。
此外，重大研究計劃在實施過程中，提出了青藏高原對北半球宜居氣候以及全球海洋熱鹽環流建立的關鍵作用等原創性認識，實現了地球氣候形成在理論上的重大突破，發展了地球氣候演化理論。
“在重大研究計劃實施之前，國外有些研究聲稱青藏高原沒有美國落基山脈對全球氣候的影響大，我們的研究成果反駁了上述觀點。同時，重大研究計劃的實施極大增強了我們數據觀測分析的能力。”中國科學院院士、蘭州大學大氣科學學院教授黃建平說。
針對青藏高原觀測數據少的情況，重大研究計劃建立了綜合觀測平臺和數據服務共享平臺，實現了青藏高原多層次大氣物理耦合過程的綜合觀測，為后續研究提供了寶貴的數據資源。
“我們還開發了具有青藏高原特色的高分辨率全球氣候模式和同化分析系統，顯著提升了對高原極端降水、熱帶氣旋等現象的預測能力。”中國科學院大氣物理研究所研究員包慶表示。
吳國雄指出，在重大研究計劃實施過程中，一些新的、重大的科學問題被發現與提出，誘發并推動了相關重大科學問題的探索，催生了新的學科前沿與生長點，從而將青藏高原地-氣耦合系統研究提升到新高度，確立了我國在青藏高原觀測、理論和模式研究領域的領先地位，并產生了重大國際影響。
突破傳統學科界限
在重大研究計劃的實施過程中，所有的參與人員都有一個共同感受——多學科交叉與融合是解決重大科學問題的必要途徑。青藏高原已經成為多學科交叉融合研究的“天然實驗室”。
“這項研究涉及對復雜的多圈層相互作用過程的探索，單一學科和短期研究很難在這一領域取得重大突破。因此，多學科交叉協同研究是在地球科學領域產出創新性成果和實現理論突破的關鍵。”吳國雄指出。
在頂層設計與布局中，重大研究計劃十分注重實質性的學科交叉，集中了我國在地球科學、大氣科學、數理科學等領域的優勢研究力量，突破傳統學科界限的束縛，進行不同學科間有效的交叉融合。
在項目布局上，重大研究計劃安排了學科交叉型的研究項目，其中地-氣耦合過程的天氣效應類研究項目26項，云降水和平流層-對流層耦合類研究項目19項，地-氣耦合與海洋協同效應類研究項目18項，信息融合-資料同化-數值模式類研究項目24項。這些研究項目由多學科科學家共同承擔，依靠多學科之間的綜合研究與聯合攻關解決核心科學問題。
在重大研究計劃年度學術會和專題研討會上，項目交流不進行學科劃分，不同學科的項目參與人員相互交流信息與進展、相互開展研討，取得了較好的效果。
值得一提的是，項目在實施過程中，科研人員的研究視角不再局限于氣象學、地質學、地球物理學、生態學等單一學科，培養了一批學科交叉型研究人才，造就了一批具有國際影響力的杰出科學家和進入國際科學前沿的創新團隊。
“在重大研究計劃的帶動下，我國大氣科學的多個綜合研究團隊正在形成，有能力攻關重大的、國際前沿的科學問題。多學科交叉、大團隊協作的工作方式，對改變我國目前‘化整為零’易、‘化零為整’難的科研局面正產生積極影響，將有力推動我國大氣科學研究的快速發展。”吳國雄表示。
重大研究計劃倡導的多學科、大團隊聯合攻關的模式正對地球系統科學研究產生積極影響。
從跟跑變成領跑
重大研究計劃在實施的10年間，鼓勵項目成果在國際高水平期刊上發表。一批具有國內外重要影響力的成果涌現，使青藏高原地-氣耦合過程及其天氣氣候效應研究成為大氣科學研究的國際熱點。
在地學、大氣科學、水文、遙感等領域有影響的國際學術會議中，參與重大研究計劃的專家學者頻繁亮相，并在重要的國際學術會議上設置分會場，大幅提升了青藏高原研究在國際學術界的地位和影響力。
10年間，科學家不畏艱難、持續“接棒”青藏高原研究。吳國雄以耄耋高齡入藏，頭發都白了許多。更多年輕科研人員則在老一輩科學家的帶領下，投身于對青藏高原的研究。
中國科學院青藏高原研究所研究員馬耀明負責建立珠峰地區多圈層地-氣相互作用綜合觀測網絡平臺。當時3、4月份海拔5200米的珠峰大本營夜晚氣溫達到零下20攝氏度以下。“我睡在帳篷里，一睜眼看到了滿天繁星，原來是高原的風速實在太大了，帳篷頂被直接刮飛了。”回憶起在青藏高原進行實驗的日子，馬耀明感慨萬分。
觀測站要在海拔4700米的尼瑪縣搭建大氣邊界層塔，需要用鋁合金一節一節拼接起來，工作量巨大。“當時連司機和工程師都因為高原反應撐不住了，但我們的女博士依然咬牙堅持，硬是把20米高的塔一節一節地搭建起來。在這樣極端的環境下，每一步都充滿挑戰，而正是這種堅持，才讓我們能夠獲取寶貴的數據，推動科學研究進步。”馬耀明說。
“無論是科研能力還是品格意志，年輕人都得到了非常好的鍛煉，一系列成果使得我國在青藏高原研究領域從過去的跟跑變成了領跑狀態。”黃建平表示。
在重大研究計劃結束后，吳國雄依然為青藏高原氣候研究規劃新方向。研究人員將加強青藏高原對全球氣候影響的研究，深化青藏高原對全球氣候影響的科學認識，全面探索全球氣候系統形成與演變的新機制，尋找以穩定全球氣候系統為主要目標的人類保護措施與途徑。
“此外，近年來基于大數據分析的人工智能等新技術、新方法在各個研究領域得到了廣泛應用，但這些技術不能完全替代物理模型。因此，未來人工智能技術和物理機制的研究須并重，豐富研究手段，提升天氣預報和氣候預測的能力。”吳國雄說。
未來，中國科學家將繼續對話“世界屋脊”，解讀青藏高原地-氣耦合系統的科學密碼，譜寫全球氣候變化研究的新篇章。
本文鏈接：對話“世界屋脊”http://www.lensthegame.com/show-11-17816-0.html
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