新甘肃·每日甘肃网记者王占东 通讯员倪永强
中国气象局兰州干旱气象研究所在玛曲安装的边界层梯度观测系统。
甘南是黄河上游重要水源涵养区,九曲黄河在第一曲玛曲县流经433公里,玛曲为黄河源区补充的水量占到黄河总水量的45%。近年来,为提升黄河在玛曲的水源涵养能力,甘肃气象部门深入玛曲展开一系列天地观测与科研、试验。在多项技术支撑下,研究人员通过人工影响天气试验发现,利用飞机或地面对玛曲空中水资源进行科学合理的开发利用,能使玛曲地区的年降水量增加10%以上,对恢复与提高玛曲草地植被和黄河水源补给能力,起到一定的促进作用。
一
深秋时节,在中国气象局兰州干旱气象研究所里,大气边界层研究专家岳平正坐在电脑前一边看着数据,一边拿起笔对重要数据进行记录分析。他指着一组数据说:“这些数据都来自甘南玛曲国家基本气象站。”
岳平介绍,玛曲国家基本气象站位于玛曲县西南部,海拔3471米,是甘肃省海拔最高的国家一类艰苦气象台站。保护甘南黄河上游水源涵养区生态,探索空中云水资源开发,源于中国气象局兰州干旱气象研究所等单位,依托玛曲国家基本气象站观测资料展开的一系列研究和试验。
岳平介绍有关研究情况
甘南是黄河重要的水源涵养补给区和长江最长支流白龙江的发源地,这里拥有天然草场232.6万公顷,湿地53.4万公顷,林地156.6万公顷,白龙江、黄河、洮河、大夏河及其众多支流纵横全州,黄河干流在玛曲境内流经433公里,补给了45%的水量,具有得天独厚的“造血”和“输血”功能。
同时,作为黄河重要的水源涵养补给区,被誉为“地球之肾”“天然蓄水池”的黄河首曲所在地——玛曲,又是典型的气候变化敏感区和生态环境脆弱区。如何逐步洞悉这一区域的气候特征及其变化规律,科学合理地利用和开发气候资源,保护其生态,是学界关注的问题之一。
为了揭示该区域生态系统对气候变化的响应,2010年,中国气象局兰州干旱气象研究所和玛曲县气象局,在玛曲国家基本气象站联合设立大气环境与湿地生态观测与试验站,布设了微波辐射计、风廓线雷达、蒸渗计等观测设备。
气象微波辐射计
“这些设备都不寻常,其中,微波辐射计是甘肃唯一一台,它能根据电磁波在空气中的传播观测大气温度、相对湿度、水汽以及液态水含量等变化。”岳平介绍,这个设备可观测地面以上至9000米高空大气水汽变化,进而推算可降水的潜力有多大、概率有多大,不仅能进一步提高高原、山区等复杂地区短期临时强降水预报的准确率、提前量,促进防灾减灾,还有利于判断人工增雨作业的可行性。
此外,微波辐射计能观测到大气边界层的变化,大气边界层指的是地面往上到2000米高度的这一大气层。在玛曲,因自身海拔近4000米,其大气边界层会更高。所以用微波辐射计能观测到高于边界层、同时小于对流层区域的大气水汽变化。这一大气层是大气主要物质和能量聚集和交换的边层,获得了这一边层的大气变化情况,就能分析和推演出降水趋势,为预报和开发利用空中云水资源提供技术支撑。
“蒸渗计设备不仅可以观测降水量与蒸发量的变化,还能对降露水、地表吸附水、雾水等非降水性水分进行测量。”岳平指着图片上的一个圆形石圈告诉记者,这些观测资料对研究玛曲植被生长、保护有重要价值。
二
为了更深入研究气候变化对高寒湿地生态系统的影响,2017年,中国气象局兰州干旱气象研究所在玛曲县再选新址安装了边界层梯度观测系统,并利用无人机开展了草地生态系统遥感观测。
中国气象局兰州干旱气象研究所观测室主任全程参与了该基地的建设。回忆起建站过程,孙旭映说:“基地建成后,包括空中水汽资源观测系统、大气三维风场观测系统,地面陆—气相互作用观测系统、空中无人机草地生态系统观测的综合观测体系基本完善了,这对研究玛曲空中水资源的开发利用和玛曲草地植被以及黄河水源的补给能力非常重要。”
玛曲国家基本气象站高级工程师李维红(左二)介绍观测到的风云数据
在这些基站和观测系统的支撑下,中国气象局兰州干旱气象研究所等气象单位的研究人员发现了玛曲地区水汽来源及通道,基于此,研究团队探明了玛曲地区不同等级降水多时间尺度的气候特征,以及层云、对流云的天气背景,给出了适合人工增雨的云况特征以及天气形势,为人工增雨作业催化部位与时机选择提供了重要参考。
经认真研究玛曲地形、地貌、地表状况等特征,中国气象局兰州干旱气象研究所优化选择曼日玛、阿孜、玛曲县城为示范点,建成了布局合理的“空中云水资源调控、指挥、人工增雨作业”观测与试验示范基地,形成了地面以火箭弹、燃烧炉结合,空中用飞机催化的立体式人工增雨作业技术体系。同时,建立了玛曲人工增雨作业效果评估体系。
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