南極氣象觀測(cè)知多少

位于地球最南端的南極是地球上唯一沒有人員定居的大陸，也是風(fēng)暴最頻繁、風(fēng)力最大的大陸，風(fēng)速每小時(shí)100千米以上的大風(fēng)在南極十分常見，因此南極又被稱為“風(fēng)極”。

低溫和強(qiáng)風(fēng)給各項(xiàng)科學(xué)考察活動(dòng)帶來極大的限制。因此，開展南極氣象觀測(cè)并摸清當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，是人們?cè)谀蠘O開展各項(xiàng)科考活動(dòng)的先決條件。長(zhǎng)期連續(xù)的氣象觀測(cè)，可以有效增強(qiáng)南極天氣氣候監(jiān)測(cè)能力，可以提高南極天氣預(yù)報(bào)和氣候變化評(píng)估準(zhǔn)確度，從而保障科學(xué)考察的安全性。

中國(guó)的南極科學(xué)考察隊(duì)主要依托4個(gè)科學(xué)考察站開展南極科學(xué)考察工作。這4個(gè)考察站按建立的先后順序，分別是長(zhǎng)城站、中山站、昆侖站和泰山站。

除了這4個(gè)考察站以外，位于羅斯海西岸的中國(guó)第5個(gè)南極考察站新站即將開工建設(shè)。未來，中國(guó)南極考察隊(duì)還將在南極其他地區(qū)建立更多的考察站。

目前，南極氣象觀測(cè)主要通過地面氣象觀測(cè)場(chǎng)、無人自動(dòng)氣象站、大氣探空氣球等方式開展。未來根據(jù)需要，研究人員將使用更為先進(jìn)的觀測(cè)儀器獲取更多的氣象信息，例如對(duì)云、天氣現(xiàn)象、高空的風(fēng)等開展自動(dòng)觀測(cè)。

全球有大量氣象站時(shí)時(shí)刻刻在收集氣溫、濕度、風(fēng)力、降雨等氣象信息，并且連成了一張全球氣象觀測(cè)網(wǎng)。大氣是全球連通的，氣象學(xué)家需要連續(xù)穩(wěn)定、像大氣一樣永不中斷地觀測(cè)，才能更好地了解和預(yù)測(cè)天氣變化。而現(xiàn)在，中國(guó)不僅將氣象觀測(cè)網(wǎng)覆蓋到高山、高原、沙漠和荒原，也將自動(dòng)氣象站安裝到了遠(yuǎn)在地球最南端的南極大陸！

在南極建立自動(dòng)氣象站主要面臨儀器和人員兩方面的困難。首先，南極的極端環(huán)境和國(guó)內(nèi)差異巨大，零下幾十?dāng)z氏度的低溫對(duì)于氣象儀器來說是巨大的挑戰(zhàn)。另一方面，南極的儀器缺少人員定期維護(hù)，要保證它能夠長(zhǎng)期自動(dòng)運(yùn)行，這對(duì)能源設(shè)計(jì)提出很高的要求。

具體來講，在冬季極夜期間沒有太陽能，要充分計(jì)算氣象站消耗的能量，計(jì)算電池能否在極夜期間保障傳感器正常運(yùn)行;夏天雖然有極晝，但南極太陽高度角較低，要考慮太陽能不能充分給電池供能的情況，還要考慮太陽能板的體積等一系列問題。

?中國(guó)現(xiàn)有的南極科學(xué)考察站位置示意圖。黑色十字代表南極點(diǎn)，地圖的不同顏色代表不同高度，紅色高度最高，藍(lán)色高度最低（繪圖/ 孫啟振）?

截至目前，中山站至昆侖站沿線建有13套自動(dòng)氣象站，大約每隔100千米就有一套自動(dòng)氣象站。中國(guó)在南極沿岸的不同地區(qū)還建立了7套自動(dòng)氣象站。這些自動(dòng)氣象站是由中國(guó)多個(gè)單位和部門合作完成的。其中，中國(guó)氣象科學(xué)研究院研發(fā)出新一代超低溫自動(dòng)氣象站，中國(guó)因此成為繼澳大利亞、美國(guó)之后，第3個(gè)有能力在南極超低溫地區(qū)開展連續(xù)自動(dòng)氣象觀測(cè)的國(guó)家。

2021年年底，南極昆侖站和泰山站的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)成功接入中國(guó)的國(guó)家氣象信息中心，這意味著此處的自動(dòng)氣象站具備了穩(wěn)定可靠的自動(dòng)運(yùn)行能力，可以給我們提供寶貴的南極地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。這樣一來，中國(guó)已經(jīng)初步形成了南極氣象觀測(cè)網(wǎng)布局。這也說明中國(guó)的南極氣象觀測(cè)技術(shù)水平已經(jīng)位于世界前列。

這兩處的自動(dòng)氣象站是經(jīng)過了數(shù)年的“實(shí)習(xí)期”才“轉(zhuǎn)正”的?！皩?shí)習(xí)期”內(nèi)，兩站數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定，數(shù)據(jù)到報(bào)率分別超過99.58%和99.73%。這一指標(biāo)超過國(guó)家基本氣象站業(yè)務(wù)運(yùn)行要求。漫長(zhǎng)的“實(shí)習(xí)期”也說明，在南極惡劣的氣候條件下獲取氣象數(shù)據(jù)難度巨大。

?南極冰蓋和沿岸自動(dòng)氣象站安裝過程?

中國(guó)第35次南極昆侖站考察隊(duì)

?攝影/丁卓銘

南極長(zhǎng)城站和中山站還開展著常規(guī)地面氣象觀測(cè)，這些地面氣象觀測(cè)場(chǎng)在30多年前建立考察站的時(shí)候就開始運(yùn)行了，觀測(cè)數(shù)據(jù)每天4次按時(shí)發(fā)送到世界氣象組織全球通信系統(tǒng)，參與全球氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。

下一步，中國(guó)科學(xué)家將會(huì)繼續(xù)建設(shè)長(zhǎng)期持續(xù)的南極大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，建設(shè)地面和高空大氣立體綜合觀測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警體系，并建立南極氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收處理系統(tǒng)，幫助研究人員獲取南極大氣和冰蓋長(zhǎng)期演變信息，掌握南極大氣環(huán)境狀況與變化趨勢(shì)。

長(zhǎng)期以來，南極地區(qū)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)少，自動(dòng)氣象站和地面氣象觀測(cè)場(chǎng)只能觀測(cè)到地面上的氣象信息，對(duì)于高空大氣就無能為力了。南極的高空大氣數(shù)據(jù)對(duì)于南極天氣、氣候研究和預(yù)報(bào)具有重要作用。目前，氣象學(xué)家觀測(cè)高空大氣最常用的設(shè)備就是大氣探空氣球。

近年來，經(jīng)過世界氣象組織“極地預(yù)報(bào)計(jì)劃”項(xiàng)目的組織協(xié)調(diào)，世界多國(guó)在南極地區(qū)釋放了2000多個(gè)探空氣球。其中，由國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心和中國(guó)氣象科學(xué)研究院派出的南極考察隊(duì)員，陸續(xù)在南極昆侖站和中山站進(jìn)行了近百次大氣探空觀測(cè)，獲取了地面以上3萬米高度以內(nèi)的大氣探空數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)也通過中國(guó)氣象局的相關(guān)部門實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅耸澜鐨庀蠼M織，實(shí)現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)的全球?qū)崟r(shí)共享。

經(jīng)受住長(zhǎng)期低溫考驗(yàn)的氣象站終于順利“轉(zhuǎn)正”，各種各樣的氣象觀測(cè)方式也在穩(wěn)步升級(jí)，這使得極地氣象數(shù)據(jù)能更好地服務(wù)于全球氣象預(yù)報(bào)工作。“早預(yù)警、早行動(dòng)”，相信在不久的將來，更多的極地氣象數(shù)據(jù)，將為預(yù)防災(zāi)害性天氣氣候事件，提供來自遠(yuǎn)方的助力！

?南極科考隊(duì)員在中山站利用氣球開展大氣探空觀測(cè)工作（攝影/孟上）

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