地球頂端的氣象

2021-01-21 中國氣象局

  南極和北極位於地球的兩端,對大多數人來說,它們是遙遠而不可知的地方,所了解的也只限於知道它是很冷的地方,到處被冰雪覆蓋,幾乎沒有人煙,企鵝和北極熊是那裡的象徵。所以,長期以來,南極和北極總像是蒙著一層神秘的面紗,讓很多人感覺它很神秘。

  很久以來,極地就對探險家、科學家有著巨大的吸引力,因為極地科學考察和研究不僅對氣象學、冰川學、海洋學、地質學、生物學、地球物理學及環境學等研究有著重要的科學意義,而且有著巨大的潛在的經濟意義。極地的特殊地理位置和特有的自然環境,決定極地氣象研究在全球氣候研究中有著重要地位和作用,所以各國在極地建立的科學考察站中幾乎無一例外地都設有氣象站。尤其是隨著地球大氣被嚴重汙染、溫室效應、全球氣候變暖、春季南極上空出現臭氧洞等問題一一被科學家們提出,厄爾尼諾、拉尼娜等異常氣候現象的出現,人們對極地表現出了越來越大的興趣,因為極地作為受人類活動的環境汙染最少的地區,對全球氣候變化較為敏感,這又使得極地成為科學家們最好的天然實驗室,成為取得第一手資料的最佳選擇地。

  正是極地所具有的這種獨特的地理位置和重要作用,決定了進行極地考察與研究的重要意義。

  我國位於北半球,人們對來自北極地區的冷空氣活動的影響感受比較明顯,而事實上,來自南半球的冷空氣活動對北半球的大氣環流和天氣氣候也有較大影響。極地是全球大氣的主要冷源,對全球大氣環流和天氣氣候的形成,南北半球熱量、動量和水汽等物理量的交換起重要作用。隨著電子計算機和衛星遙感等技術的發展,氣象科學研究和天氣預報正在向客觀、定量和數值化方向發展。在中長期天氣預報模式、全球氣候動力診斷和模擬模式中,都要了解極地的各種熱力和動力參數,這就又必須進行實地的極地氣象考察研究。

  海洋是驅動大氣能量的主要供應者和調節器,在全球能量平衡中起著重要作用。南極大陸被南大洋包圍,而北極則是被陸地包圍的北冰洋,這兩個洋面都被海冰所覆蓋,極地冷水通過沉降從海底向低緯度地區輸送,由於兩者所處緯度和海陸環境不同,對海水總循環的作用也不同。這對世界各大洋的熱通量和氣體交換有重要意義,對全球大氣環流和天氣氣候也會發生影響。

  極地冰蓋和大洋沉積物就像樹木的年輪,詳細地記錄著地球大氣地質時期和歷史時期氣候變化。目前在南極大陸冰蓋和北極格陵蘭冰蓋上都已獲得了深度超過2000米的深孔冰巖芯。利用對冰巖芯和大洋沉積物的同位素分析,可以了解數十萬年來大氣環境溫度的變化情況,而對冰芯氣泡氣體成分和冰內微量物質的研究,能了解當時大氣成分和微量物質的變化情況。用此方法,前蘇聯和法國、美國合作的南極東方站冰巖芯研究,得到了近43萬年以來的氣候記錄,不但了解了2萬年以前和1萬年以前大氣中CO2的平均濃度,而且給出了南極地區自18世紀以來CO2濃度從280ppm急劇上升到目前的340ppm的變化情況。

  目前,因人類活動引起的大氣中CO2和氟裡昂等氣體濃度的增加引起了人們的憂慮,前者能通過「溫室效應」使全球氣候增暖,而後者則通過平流層中的光化學反應破壞臭氧層,其影響在極地反映最為明顯。因此,對極地二氧化碳和大氣臭氧監測更有意義。對極地溫度和極冰範圍的監測及對冰原穩定性的研究能為判斷「溫室效應」的影響程度提供依據。而對大氣臭氧變化規律和氟裡昂等氣體向兩極輸送過程的研究,可以為揭示「南極臭氧洞」的產生機理以及人類活動對臭氧層破壞的影響程度提供線索。

  對於極地研究的重要意義,人類早就意識到了,所以早在100餘年前就開始了對極地的考察和研究,而在南極建立科學考察站則大多是在1958年國際物理年以後開始的。

  我國對極地的氣象考察與研究起步比較晚。在80年代以前,我國沒有在極地進行過實地考察。在極地氣象研究方面,僅對北極冷空氣活動及其對我國天氣氣候的影響有較多的研究,對極地海冰與氣候關係略有認識,但對南極對全球大氣環流及天氣氣候影響的研究工作則不多。

  在80年代,我國的極地氣象考察和研究有了較大的進展。從1981年起,國家南極考察委員會、中國氣象局和中國科學院等單位開始選派氣象工作者赴外國的南極考察站,開始了我國最早的極地實地考察與研究工作。氣科院的卞林根是最早赴極地考察的氣象人員,迄今他已參加了7次南極考察和1次北極考察。從1984年起,我國每年組建南極考察隊赴南極考察,至今已進行了16次南極考察,中國氣象局先後有50人次參加了這些考察。1985年,我國在西南極喬治王島上建成了我們自己的第一個南極考察站——中國南極科學考察站;1989年2月,又在東南極拉斯曼丘陵建成中國中山科學考察站。這兩個站上都設有氣象站,這兩個站一建成就得到了世界氣象組織的承認,納入了世界天氣監測網。1991年和1993年,我國氣象學家應國外科學家邀請,在北極進行了海-冰-氣相互作用的考察。作為國家行為,1999年7月至9月,我國組織了第一次北極考察,開創了我國北極氣象考察和研究的新篇章。

  這些年來,在對南極的多次考察中,我國的兩個南極考察站進行了一系列的氣象科學研究,其中包括:近地面輻射的微氣象觀測;建立高分辨衛星資料接收系統;南極臭氧及有關觀測;長城站地區的大氣凝結核特徵觀測等。在「八五」和「九五」期間,我國氣象工作者圍繞「南極與全球氣候環境的相互作用和影響」及「南極大氣和空間物理過程對全球變化的響應」等課題開展了研究工作。這些科學考察和研究項目都取得了一定的成果,為氣象科研事業的進一步發展作出了貢獻。 (來源於2000年6月5日《中國氣象報》作者:郭志武)

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