在地球最高處勾畫的大氣圖景，究竟長什麼樣？

在過去幾年無數個星河壯美的夜裡，有一群氣象工作者埋頭於數據分析。在他們心裡，獲取珍貴的青藏高原大氣數據亦如「摘取星辰」——那光芒現在或許微小，未來卻可能照亮大氣科學領域遠方。

今年夏天，第三次青藏高原大氣科學試驗-邊界層與對流層觀測項目通過驗收。

回顧數年「摘星之路」，為我們勾畫了一幅怎樣的青藏高原大氣圖景？

第三次向「高地」出發

緣起

在氣象乃至地球科學領域，青藏高原不僅意味著海拔數據之高，更如同待攀登的科學「高地」，極其重要卻又迷霧重重。

一方面，青藏高原複雜地形和加熱作用對中國乃至全球天氣氣候產生重要影響。這個佔中國陸地面積約四分之一的巍峨之地，就像一個巨大的「引擎」，總輻射量驚人，並由此形成了一個「嵌入」對流層中部大氣的巨大熱源，對全球與區域大氣環流系統變化的動力「驅動」產生了難以估計的影響。

另一方面，囿於高原上常規觀測站網稀疏、衛星產品不確定性較大等因素，相關高原氣象學研究的諸多關鍵科學技術問題仍有待解決。

傳承

氣象工作者對青藏高原的探索已持續多年。

我國於1979年、1998年先後開展了第一、二次青藏高原氣象科學試驗，並取得了許多具有重要價值的研究成果。

到21世紀，面對這個依然至關重要的「科學議題」，氣象部門醞釀「三上」高原。中國氣象局黨組專門向科學技術部等建議，國家自然科學基金委員會專程到中國氣象局調研；十多位院士、二百多位國內外專家多次研討，跨部門協調會及全國研討會就召開4次以上。

2013年5月，中國氣象局、國家自然科學基金委員會、中國科學院共同推動第三次青藏高原大氣科學試驗立項。

第三次青藏高原大氣科學試驗第一期行業專項重大項目「第三次青藏高原科學試驗—邊界層與對流層觀測」啟動

作為此次科學試驗第一期行業專項重大項目

「邊界層與對流層觀測」的主要任務：

• 青藏高原陸面水熱平衡觀測
• 邊界層過程觀測
• 雲降水物理過程觀測
• 青藏高原大氣水循環綜合觀測
• 青藏高原與下遊災害天氣發生區綜合觀測
• 青藏高原衛星遙感產品校驗的綜合觀測

與前兩次青藏高原大氣科學試驗相比，此次試驗更為宏大。

在第一階段，邊界層與對流層觀測項目歷時數年，除了氣科院牽頭承擔以外，參與試驗的單位近50家，實際參加人員280餘人；同時，觀測也由過去的陸面和邊界層延伸到了對流層。

——項目負責人、中國氣象科學研究院研究員趙平

最終的想法是，通過科學試驗真正提出現代化的青藏高原觀測系統究竟是怎麼樣的，其次是將資料和成果應用到數值模式預報中，提高預報水平。

——科學試驗專家指導組組長、中國科學院院士周秀驥

在高原上布網「捕獲」珍貴數據

2014年7月3日，一架「空中國王」飛機從格爾木機場飛往西藏那曲，對積雲對流泡、積雲、層雲、層積雲宏觀微觀物理特徵等多項內容進行探測。與此同時，那曲的雷達觀測組所有雷達設備24小時不停機運轉，那曲氣象局同步加密探空觀測。

這是我國首次開展青藏高原中部雲降水物理特徵飛機和地基雷達綜合觀測。

實際上，項目組對外場綜合觀測的創新設計就是立體的。從地面延伸到高空，項目組創新開展高原陸面-邊界層-對流層多尺度過程觀測，開發雲微物理特徵綜合觀測技術，一些觀測站網的準業務運行，填補了青藏高原中西部缺少土壤溼度和對流層常規氣象要素探空業務觀測資料的空白，實現青藏高原陸面-邊界層-對流層的天-地-空一體化綜合觀測技術的重要突破。

每個初夏時節，科研人員穿上衝鋒衣，一路向雪域高原進發。科研人員忍受著高原缺氧、日曬強烈等艱苦條件，克服暴雨、雷擊等對儀器設備運行及探空觀測的幹擾，每天準時開展觀測。

艱辛的高原工作有了回報：

• 構建了高原陸面-邊界層觀測、雲降水物理過程和大氣水循環觀測、臭氧和氣溶膠觀測、高原目標區與下遊災害天氣過程協同觀測等觀測系統；
• 發展了高原觀測資料質量控制和數據融合技術；
• 圓滿完成高原陸面-邊界層物理過程、雲降水物理過程與大氣水循環過程、對流層-平流層大氣成分特徵、高原對天氣氣候影響等研究任務。

該項目在構建青藏高原綜合系統、發展關鍵水循環變量遙感反演算法和模型參數化方案、揭示重要觀測事實和物理過程等方面取得多項重要創新性成果。

——驗收專家組組長、中國工程院院士宋君強

項目獲取的珍貴數據很快發揮了作用

• 獅泉河、改則和申扎新建全自動探空觀測系統的資料，已經進入全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）業務系統和中國氣象數據網，進入業務平臺和數值預報系統。
• 西南低渦源地加密探空觀測資料在成都區域氣象中心被應用，提升了區域天氣預報業務能力。
• 西藏中西部46個土壤溼度觀測點在西藏氣象局實現業務試運行。

此外，項目組還建立起青藏高原科學考察基本資料服務專題網站，將試驗觀測數據慷慨共享，造福更多中國科研工作者。

氣象工作者在地球第三極亮起更多光束

更多的試驗、更翔實的數據，讓項目組在描摹青藏高原大氣圖景時取得大量原創性成果。

新發現

過去，科學家對於高原陸面及地-氣交換時空變化特徵有不同的推測，而該項目發現，過去可能高估了高原感熱強度，高原西部與中部的差異大於中部區域網內不同站之間的差異。據悉，更深入的研究將在高原試驗第二階段繼續推進。

新理論 新模型

項目組提出了高原雲降水微物理形成理論及維持高原水分循環物理模型，揭開青藏高原獨特的雲降水物理的神秘面紗，解釋了青藏高原對流活動「獨立性」特徵，建立起追蹤高原信號影響下遊暴雨過程的理論方法等，刷新人們對青藏高原大氣運動機理的認知。

氣象科研人員踐行把「科技成果應用在實現現代化的偉大事業中」，積極回應「科研推動業務發展」的期待。

FGOALS-f 模式預測系統已經納入國家海洋局海洋環境預報中心的「集合氣候預測系統」和中國氣象局國家氣候中心的「中國多模式集合預測系統」。

11項試驗成果實現業務化、22項業務得以應用和準業務化，尤其在核心成果使用方面亮點頻出，建立了高原中西部地面土壤觀測網和西部自動探空準業務化系統，新研發高原探空、天氣雷達、風廓線雷達資料和GPS水汽產品質量控制技術，實現風雲衛星可降水量和土壤溼度反演以及三源降水融合的國家級業務化，顯著提升風雲二號F星和GPS國家級可降水業務產品在青藏高原地區的質量。

對研究者來說

了解青藏高原越多

越能感受其

遼闊、雄偉景色背後的美麗

每個數據的改進

每個公式的優化

都如同射出的光束

引領著我們去探索

那條由星光勾勒出來的路徑