青藏高原平均海拔超過(guò)4000米，是亞洲主要河流發(fā)源地。其獨(dú)特的地理位置和復(fù)雜的多圈層相互作用，不僅塑造了亞洲季風(fēng)系統(tǒng)，更對(duì)全球能量循環(huán)、水分輸送和極端天氣產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
2014年，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)啟動(dòng)國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)變化及其全球氣候效應(yīng)”（以下簡(jiǎn)稱重大研究計(jì)劃）。在重大研究計(jì)劃實(shí)施的10年時(shí)間里，研究人員首次系統(tǒng)揭示了青藏高原如何通過(guò)地-氣耦合過(guò)程調(diào)控全球氣候，為我國(guó)在全球氣候變化研究領(lǐng)域贏得國(guó)際話語(yǔ)權(quán)提供了關(guān)鍵支撐。
重大研究計(jì)劃指導(dǎo)專家組組長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研究員吳國(guó)雄告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“重大研究計(jì)劃將我國(guó)青藏高原綜合觀測(cè)、科學(xué)理論和數(shù)值模式研究提升到新的高度，這不僅是中國(guó)科學(xué)家對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)的重要貢獻(xiàn)，更彰顯了多學(xué)科協(xié)作攻關(guān)、服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的科研范式。”
近期，重大研究計(jì)劃順利完成評(píng)估。
項(xiàng)目組在海拔5200m的珠峰大本營(yíng)進(jìn)行探空試驗(yàn)。受訪者供圖
破解“對(duì)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(guò)程與大氣相互作用的復(fù)雜性是國(guó)際大氣科學(xué)研究領(lǐng)域長(zhǎng)期的難點(diǎn)。
從20世紀(jì)中期開始，我國(guó)科研工作者針對(duì)青藏高原地-氣相互作用、大氣邊界層過(guò)程、能量水分循環(huán)過(guò)程相繼開展了數(shù)次大規(guī)模的綜合性大氣科學(xué)試驗(yàn)。
“隨著研究逐漸增多，我們發(fā)現(xiàn)青藏高原上的觀測(cè)數(shù)據(jù)資料實(shí)在是太少了。”吳國(guó)雄表示，其中一個(gè)重要原因是青藏高原地區(qū)氣象站點(diǎn)少、有效觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)段短，特別是高原西部和中部地區(qū)觀測(cè)數(shù)據(jù)缺乏。海拔高、地形陡峭、下墊面過(guò)程復(fù)雜、交通和基礎(chǔ)設(shè)施條件相對(duì)落后制約了大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。
與此同時(shí)，受全球氣候變化影響，我國(guó)暴雨、洪澇、干旱等極端氣候事件頻發(fā)，嚴(yán)重威脅糧食與水的安全，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。因此，開展青藏高原對(duì)中國(guó)災(zāi)害性天氣氣候變化影響的研究，將提升我國(guó)災(zāi)害性天氣氣候預(yù)報(bào)能力。
最新的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，在全球變暖趨勢(shì)下，青藏高原的增暖趨勢(shì)僅次于北極地區(qū)，居全球第二。由于青藏高原海拔較高、生態(tài)環(huán)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(qū)域出現(xiàn)暖濕化，但高原南部和藏東南出現(xiàn)暖干化，快速改變了冰凍圈和陸氣相互作用，高原上的生態(tài)環(huán)境和水資源也發(fā)生巨大變化，并對(duì)區(qū)域乃至全球環(huán)境造成了一系列影響。
因此，對(duì)于青藏高原地-氣耦合過(guò)程的科學(xué)研究關(guān)系到我國(guó)以至全世界的可持續(xù)發(fā)展。從2010年開始，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)氣象局和相關(guān)高校的科學(xué)家開始思考，如何破解青藏高原與全球氣候的“對(duì)話密碼”？
經(jīng)過(guò)一系列籌備，2014年，重大研究計(jì)劃啟動(dòng)，圍繞3個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題展開——青藏高原大地形如何調(diào)控全球大氣環(huán)流、高原能量與水分循環(huán)如何影響全球氣候、高原多圈層耦合過(guò)程如何誘發(fā)區(qū)域?yàn)?zāi)害性天氣。
“重大研究計(jì)劃通過(guò)構(gòu)建綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、發(fā)展數(shù)值模式和整合多學(xué)科數(shù)據(jù)，揭示了高原對(duì)全球氣候的作用機(jī)制，提升了我國(guó)在氣候預(yù)測(cè)和災(zāi)害防御中的科技能力。”吳國(guó)雄說(shuō)。
“撬動(dòng)”全球氣候
據(jù)了解，在以往對(duì)于青藏高原的研究中，很多聚焦其對(duì)區(qū)域天氣的影響，而對(duì)它在全球氣候系統(tǒng)中扮演的角色則存在諸多爭(zhēng)議。重大研究計(jì)劃的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)家在科學(xué)視角的獨(dú)特性、技術(shù)方法的原創(chuàng)性和國(guó)際學(xué)術(shù)影響力等方面的突破。
首先，重大研究計(jì)劃明確了青藏高原在全球氣候系統(tǒng)中的核心作用，特別是對(duì)全球能量水分循環(huán)的影響，以及對(duì)北半球氣候的突出貢獻(xiàn)，如地面氣溫升高和大氣濕度增加。
其次，重大研究計(jì)劃增進(jìn)了對(duì)區(qū)域氣候影響的深入理解。“研究揭示了青藏高原對(duì)周邊以及遠(yuǎn)處地區(qū)氣候的深遠(yuǎn)影響，包括通過(guò)激發(fā)羅斯貝波響應(yīng)和熱力驅(qū)動(dòng)引起的異常緯向直接環(huán)流，對(duì)上游地區(qū)降水和氣溫的變異產(chǎn)生了影響。”吳國(guó)雄說(shuō)。
此外，重大研究計(jì)劃在實(shí)施過(guò)程中，提出了青藏高原對(duì)北半球宜居氣候以及全球海洋熱鹽環(huán)流建立的關(guān)鍵作用等原創(chuàng)性認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)了地球氣候形成在理論上的重大突破，發(fā)展了地球氣候演化理論。
“在重大研究計(jì)劃實(shí)施之前，國(guó)外有些研究聲稱青藏高原沒(méi)有美國(guó)落基山脈對(duì)全球氣候的影響大，我們的研究成果反駁了上述觀點(diǎn)。同時(shí)，重大研究計(jì)劃的實(shí)施極大增強(qiáng)了我們數(shù)據(jù)觀測(cè)分析的能力。”中國(guó)科學(xué)院院士、蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授黃建平說(shuō)。
針對(duì)青藏高原觀測(cè)數(shù)據(jù)少的情況，重大研究計(jì)劃建立了綜合觀測(cè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)服務(wù)共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了青藏高原多層次大氣物理耦合過(guò)程的綜合觀測(cè)，為后續(xù)研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)資源。
“我們還開發(fā)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(tǒng)，顯著提升了對(duì)高原極端降水、熱帶氣旋等現(xiàn)象的預(yù)測(cè)能力。”中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研究員包慶表示。
吳國(guó)雄指出，在重大研究計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中，一些新的、重大的科學(xué)問(wèn)題被發(fā)現(xiàn)與提出，誘發(fā)并推動(dòng)了相關(guān)重大科學(xué)問(wèn)題的探索，催生了新的學(xué)科前沿與生長(zhǎng)點(diǎn)，從而將青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)研究提升到新高度，確立了我國(guó)在青藏高原觀測(cè)、理論和模式研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，并產(chǎn)生了重大國(guó)際影響。
突破傳統(tǒng)學(xué)科界限
在重大研究計(jì)劃的實(shí)施過(guò)程中，所有的參與人員都有一個(gè)共同感受——多學(xué)科交叉與融合是解決重大科學(xué)問(wèn)題的必要途徑。青藏高原已經(jīng)成為多學(xué)科交叉融合研究的“天然實(shí)驗(yàn)室”。
“這項(xiàng)研究涉及對(duì)復(fù)雜的多圈層相互作用過(guò)程的探索，單一學(xué)科和短期研究很難在這一領(lǐng)域取得重大突破。因此，多學(xué)科交叉協(xié)同研究是在地球科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)出創(chuàng)新性成果和實(shí)現(xiàn)理論突破的關(guān)鍵。”吳國(guó)雄指出。
在頂層設(shè)計(jì)與布局中，重大研究計(jì)劃十分注重實(shí)質(zhì)性的學(xué)科交叉，集中了我國(guó)在地球科學(xué)、大氣科學(xué)、數(shù)理科學(xué)等領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)研究力量，突破傳統(tǒng)學(xué)科界限的束縛，進(jìn)行不同學(xué)科間有效的交叉融合。
在項(xiàng)目布局上，重大研究計(jì)劃安排了學(xué)科交叉型的研究項(xiàng)目，其中地-氣耦合過(guò)程的天氣效應(yīng)類研究項(xiàng)目26項(xiàng)，云降水和平流層-對(duì)流層耦合類研究項(xiàng)目19項(xiàng)，地-氣耦合與海洋協(xié)同效應(yīng)類研究項(xiàng)目18項(xiàng)，信息融合-資料同化-數(shù)值模式類研究項(xiàng)目24項(xiàng)。這些研究項(xiàng)目由多學(xué)科科學(xué)家共同承擔(dān)，依靠多學(xué)科之間的綜合研究與聯(lián)合攻關(guān)解決核心科學(xué)問(wèn)題。
在重大研究計(jì)劃年度學(xué)術(shù)會(huì)和專題研討會(huì)上，項(xiàng)目交流不進(jìn)行學(xué)科劃分，不同學(xué)科的項(xiàng)目參與人員相互交流信息與進(jìn)展、相互開展研討，取得了較好的效果。
值得一提的是，項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，科研人員的研究視角不再局限于氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、生態(tài)學(xué)等單一學(xué)科，培養(yǎng)了一批學(xué)科交叉型研究人才，造就了一批具有國(guó)際影響力的杰出科學(xué)家和進(jìn)入國(guó)際科學(xué)前沿的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。
“在重大研究計(jì)劃的帶動(dòng)下，我國(guó)大氣科學(xué)的多個(gè)綜合研究團(tuán)隊(duì)正在形成，有能力攻關(guān)重大的、國(guó)際前沿的科學(xué)問(wèn)題。多學(xué)科交叉、大團(tuán)隊(duì)協(xié)作的工作方式，對(duì)改變我國(guó)目前‘化整為零’易、‘化零為整’難的科研局面正產(chǎn)生積極影響，將有力推動(dòng)我國(guó)大氣科學(xué)研究的快速發(fā)展。”吳國(guó)雄表示。
重大研究計(jì)劃倡導(dǎo)的多學(xué)科、大團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)的模式正對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)研究產(chǎn)生積極影響。
從跟跑變成領(lǐng)跑
重大研究計(jì)劃在實(shí)施的10年間，鼓勵(lì)項(xiàng)目成果在國(guó)際高水平期刊上發(fā)表。一批具有國(guó)內(nèi)外重要影響力的成果涌現(xiàn)，使青藏高原地-氣耦合過(guò)程及其天氣氣候效應(yīng)研究成為大氣科學(xué)研究的國(guó)際熱點(diǎn)。
在地學(xué)、大氣科學(xué)、水文、遙感等領(lǐng)域有影響的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議中，參與重大研究計(jì)劃的專家學(xué)者頻繁亮相，并在重要的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上設(shè)置分會(huì)場(chǎng)，大幅提升了青藏高原研究在國(guó)際學(xué)術(shù)界的地位和影響力。
10年間，科學(xué)家不畏艱難、持續(xù)“接棒”青藏高原研究。吳國(guó)雄以耄耋高齡入藏，頭發(fā)都白了許多。更多年輕科研人員則在老一輩科學(xué)家的帶領(lǐng)下，投身于對(duì)青藏高原的研究。
中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所研究員馬耀明負(fù)責(zé)建立珠峰地區(qū)多圈層地-氣相互作用綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。當(dāng)時(shí)3、4月份海拔5200米的珠峰大本營(yíng)夜晚氣溫達(dá)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(lái)是高原的風(fēng)速實(shí)在太大了，帳篷頂被直接刮飛了。”回憶起在青藏高原進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的日子，馬耀明感慨萬(wàn)分。
觀測(cè)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(jié)一節(jié)拼接起來(lái)，工作量巨大。“當(dāng)時(shí)連司機(jī)和工程師都因?yàn)楦咴磻?yīng)撐不住了，但我們的女博士依然咬牙堅(jiān)持，硬是把20米高的塔一節(jié)一節(jié)地搭建起來(lái)。在這樣極端的環(huán)境下，每一步都充滿挑戰(zhàn)，而正是這種堅(jiān)持，才讓我們能夠獲取寶貴的數(shù)據(jù)，推動(dòng)科學(xué)研究進(jìn)步。”馬耀明說(shuō)。
“無(wú)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(guó)在青藏高原研究領(lǐng)域從過(guò)去的跟跑變成了領(lǐng)跑狀態(tài)。”黃建平表示。
在重大研究計(jì)劃結(jié)束后，吳國(guó)雄依然為青藏高原氣候研究規(guī)劃新方向。研究人員將加強(qiáng)青藏高原對(duì)全球氣候影響的研究，深化青藏高原對(duì)全球氣候影響的科學(xué)認(rèn)識(shí)，全面探索全球氣候系統(tǒng)形成與演變的新機(jī)制，尋找以穩(wěn)定全球氣候系統(tǒng)為主要目標(biāo)的人類保護(hù)措施與途徑。
“此外，近年來(lái)基于大數(shù)據(jù)分析的人工智能等新技術(shù)、新方法在各個(gè)研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但這些技術(shù)不能完全替代物理模型。因此，未來(lái)人工智能技術(shù)和物理機(jī)制的研究須并重，豐富研究手段，提升天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)的能力。”吳國(guó)雄說(shuō)。
未來(lái)，中國(guó)科學(xué)家將繼續(xù)對(duì)話“世界屋脊”，解讀青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)的科學(xué)密碼，譜寫全球氣候變化研究的新篇章。
本文鏈接：對(duì)話“世界屋脊”http://www.lensthegame.com/show-11-17816-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營(yíng)利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會(huì)到餡餅，請(qǐng)大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。