“監(jiān)測第三極水循環(huán)，除了跟蹤氣溫、濕度、氣壓，降水、風(fēng)速等傳統(tǒng)氣象要素外，還需要通過測量大氣水汽中氫和氧穩(wěn)定同位素比率來獲得更多關(guān)于水循環(huán)的信息。”第二次青藏科考首席科學(xué)家姚檀棟院士表示，科考隊(duì)這次用“極目一號浮空艇”垂直上升3000米左右，抵達(dá)海拔6204米的高空，這是世界上首次利用浮空艇在如此高海拔測量高空水汽穩(wěn)定同位素。

　　作為世界第三極，青藏高原是僅次于南極、北極的冰雪儲地。亞洲十多條大江大河發(fā)源于此，供養(yǎng)了世界上1/5的人口。姚檀棟表示，當(dāng)前第三極大部分冰川正在退縮，湖泊正在擴(kuò)張，氣候變化加速改變著這座“亞洲水塔”。“我們必須搞清楚該區(qū)域雪、冰、水的變化，監(jiān)測水循環(huán)，以應(yīng)對各種災(zāi)害、風(fēng)險。”

　　推進(jìn)三維系統(tǒng)觀測

　　“過去沒有條件，靠腳步丈量冰川，只能獲取平面二維數(shù)據(jù)。現(xiàn)在有了測繪無人機(jī)、浮空艇這些裝備，我們開始以三維視角研究水循環(huán)。”中科院青藏高原研究所研究員鄔光劍說。依托“第三極環(huán)境計(jì)劃”(Third Pole Environment)和中科院絲路環(huán)境專項(xiàng)，從2014年開始，科考隊(duì)已經(jīng)在第三極地區(qū)設(shè)置了11個水汽穩(wěn)定同位素觀測站，包括地表觀測和浮空艇高空觀測站。今后，浮空艇還將到珠穆拉瑪峰地區(qū)觀測，抵達(dá)高度將超過海拔10000米，即超過珠穆拉瑪峰的高度。

　　“我們通過監(jiān)測水中的穩(wěn)定同位素來了解大氣水汽如何通過西風(fēng)和季風(fēng)輸入第三極。”中科院青藏高原研究所副研究員高晶說，“這些數(shù)據(jù)揭示了空氣中的水分是如何遠(yuǎn)距離輸送，又在大氣邊界層經(jīng)歷了什么樣的變化過程。”

　　但是不容忽視的是，依然有很多問題待解。高晶說：“例如不同過程在區(qū)域水循環(huán)中所發(fā)揮的作用還缺乏定量的理解，水在固、液、氣三相間轉(zhuǎn)化對該區(qū)域水循環(huán)有什么影響，以及氣溶膠和冰磧物對冰川的積累和融化有什么影響等。而這片區(qū)域復(fù)雜多變的地形使得這些問題更難解答。”

　　要深入理解這些問題，必須從三維角度追蹤水循環(huán)，即監(jiān)測地面和空中的液態(tài)水、冰和水汽的變化;必須建成系統(tǒng)的“星-空-地”水循環(huán)觀測網(wǎng)，這對于廣袤、高海拔的第三極地區(qū)來說，難度可想而知。

　　同時，新型地球系統(tǒng)科學(xué)模型也需要根據(jù)區(qū)域具體情況構(gòu)建，才能做出準(zhǔn)確的預(yù)測。

　　集成國際研究力量

　　“當(dāng)前的氣候模型難以復(fù)現(xiàn)第三極的復(fù)雜氣候，這就需要使用新的模型和數(shù)據(jù)來優(yōu)化。”瑞典皇家科學(xué)院院士、中科院外籍院士陳德亮近幾年經(jīng)常往來于中瑞之間。

　　在陳德亮看來，模擬第三極氣候，先要把分辨率提上去，然后選擇某一個或幾個關(guān)鍵區(qū)，讓國際上不同模型都參與進(jìn)來進(jìn)行探索研究。“不同模型有不同的優(yōu)勢和弱點(diǎn)，通過比較，我們可以找到改進(jìn)這些模型的方法。”

　　為了驗(yàn)證這些模型并確定它們在何時或哪些方面模擬更準(zhǔn)確，觀測數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。最重要的還是觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，這就涉及到了觀測站的科學(xué)布點(diǎn)。但目前，只有很少量的冰川和湖泊設(shè)有觀測站，海拔高于5000米的地區(qū)連常規(guī)的氣象站都很少，更不用說其他數(shù)據(jù)的觀測站了。陳德亮表示，要為模型提供理想的觀測數(shù)據(jù)，下一步需要在關(guān)鍵區(qū)域增設(shè)觀測站點(diǎn)，要覆蓋不同海拔高度、不同氣候類型地區(qū)、不同植被區(qū)域等。當(dāng)然，這些觀測站的建設(shè)和維護(hù)成本也非常高。

　　“這些數(shù)據(jù)可以為發(fā)展第三極地球系統(tǒng)科學(xué)模型、增加我們對相關(guān)過程的理解及預(yù)測未來服務(wù)。”陳德亮還期待觀測與模擬的有機(jī)結(jié)合將帶來更多科學(xué)發(fā)現(xiàn)。