8月8日,雨后,清晨6时30分,内蒙古自治区锡林郭勒草原薄雾未散,锡林浩特国家气候观象台主站内已是一片忙碌。7时15分,搭载北斗探空仪的白色气球准时升空,110分钟后抵达4万米高空,向全球传回大气垂直廓线实时数据。

锡林浩特国家气候观象台工作人员准时施放探空气球 摄影:乌恩奇

今年6月,这座位于祖国北疆草原深处的高空观测站,获得全球高空基准气候观测网(GRUAN)站点认证,成为全球第15个、亚洲第3个、中国唯一的标杆站点,标志着我国在全球气候观测领域实现历史性突破。

穹顶之眼,树立0.1℃背后的“国际标尺”

锡林浩特国家气候观象台(以下简称“观象台”)是由锡林郭勒盟国家一级牧业气象试验站和锡林浩特国家基准气候站合并组建,是我国首批试点建立的国家气候观象台。观象台一站双址,其主站位于锡林浩特市近郊。新获认证的锡林浩特全球高空基准气候观测站GRUAN站正坐落于此。

世界气象组织对GRUAN站的认证以苛刻著称,需同时满足亚秒级气象要素的极限精度(温度随机误差为0.2开尔文,气压随机误差为0.01百帕,水汽混合比随机误差对流层2%、平流层5%)和长时间序列数据的绝对稳定,远超常规气象观测的标准。

中国气象局锡林浩特草原生态气象野外科学试验基地 摄影:贾克寒

观象台以“三道硬措施”兑现承诺:每日两次施放1600克探空气球,实时捕获0至40公里温度、气压、湿度、风等全球气候观测系统规定的影响气候变化的基本气候变量;每周一次实施臭氧平流层探空,追踪臭氧层气体垂直分布变化;每周两次将维萨拉RS41型探空仪与北斗探空仪同球串联比对观测,以确保数据国际可比。

在这里,数十套尖端设备协同作战,织就一张垂直监测网,与全球14个已认证站点实时交换最高精度的高空数据,数据质量之高令许多来此考察的国外专家竖起大拇指,称其“毫无疑问可以作为该区域高空探测数据的校准标杆。”

2021年11月6日清晨,观象台工作人员在暴雪中施放探空气球,一条其重重跌倒却球不离手的短视频,在互联网上广泛传播,感动万千网友。无论狂风暴雨,每一天,这里的探空气球都会准点完成施放,从未中断,其数据稳定性也是其最终获得认证的关键因素。

那么,为何数十年如一日要在祖国北疆做好“放气球”这件事?“锡林浩特站地处我国北方草原生态脆弱区及冷空气关键路径,是研究中温带半干旱大陆性季风气候及其对人类活动响应的核心节点。这里的数据,为全球垂直观测网络提供‘中国依据’,也能为卫星遥感校验、数值模式同化、‘一带一路’气象服务提供关键支撑。”锡林郭勒盟气象局副局长刘旭东说。

俯读青绿,14000亩草场破解“碳汇密码”

从主站驱车26公里,茫茫草原上,一片1万4千亩的草场上,各类国内最先进的观测设备星罗棋布,协同构建了包含地面基准气候观测、近地层通量观测、基准辐射观测、生态系统观测、大气成分观测等九大系统,实现了对大气圈、生物圈、土壤圈、水圈(冻土、降水)全维度、长序列连续监测。这里,就是观象台的野外科学试验基地!

中国气象局锡林浩特草原生态气象野外科学试验基地各类观测设备 摄影:乌恩奇

这片面积和观测环境均为全国首屈一指的“万亩”观测试验基地,吸引了诸多气象部门内外各界,尤其是高校、科研院所、气象装备企业的关注。许多新型遥感设备在这里进行真实性检验,一些观测业务标准在这里“试水”,更有不少围绕气象观测数据的前沿科学试验在这里开展——

例如,依托这一立体网络,观象台与中国气象科学院、兰州大学等多家机构联合攻关,锁定草原“固碳密码”。2018至2021年,锡林浩特草原年均净生态系统碳交换量为-45.49克碳/平方米,为地方政府探索碳汇交易提供了“科学账本”。

观象台还自主研发了“典型草原植被生育特征数字影像监测翻译系统”,利用图像自动识别技术、三维激光点云技术,对植被高度、盖度、发育期、地上生物量等长势及生态信息进行自动化观测和“图像翻译”,其获取的数据与气象卫星的遥感数据相互验证,可以更好研究草原生态情况。

锡林浩特国家气候观象台工作人员联合中国科学院空天信息创新研究院在野外试验基地开展全自动多波段地面反射率测量仪定标和验证 摄影:赵宏毅

在一眼望不到头的草场上,那栋看似毫不起眼的业务小楼,曾吸引五湖四海的气象科研人员到此驻足,并碰撞出许多“火花”。截至目前,该野外观测基地累计承担大型观测试验33项、科学研究25项,9类观测资料纳入国家级或省级业务平台,申请授权专利35项。

以苍茫绿色为卷,他们将论文写在了这片大草原上!

切身实践,探索牧业与生态“共赢之路”

野外综合观测试验基地的工作是清苦的。每当草原托起第一缕晨光,两名轮值的科研人员便开始了他们每周与世隔绝的工作。夏日的白天,满眼青翠,景色如画;但入夜后,山上就有狼等野兽出没。冬日里,气温会达到零下40℃以下,并时常有骇人的“白毛风”。更难熬的是寂寞,为保障观测环境,这里远离城区,周边“除了草,还是草”。唯有基地里的400多只羊,能带给科研人员一些闲暇时的乐趣。

观象台工作人员在野外试验基地开展羊群药浴防疫和消毒驱虫等保健管理工作 摄影:盛泽江

野外试验基地养羊并不是为了消遣,而是为了完成一项重要的科研目标——

观象台紧密对接地方防灾减灾与绿色发展需求,依托卫星遥感反演牧草生长量,开发“草地冷季载畜量预报模型”,打造了“休牧轮牧示范场”,通过在草场放牧并进行试验,精准划分季节性休牧、划区轮牧和永久禁牧区域,这一试验成果,为当地草原监管部门优化家畜存栏、出栏管理提供了关键决策依据。

“畜牧业是命脉,天然草场是根基。”观象台高级工程师桂花阐释:“草的‘时间表’(生长周期)和‘收成单’(产量)直接关系牧民生计。传统观念似乎认为禁牧时间越长越好,但观象台的试验结果却给出不同答案,在牧业发展和草原生态修复的平衡中,有更优解!”

锡林郭勒盟生态与农业气象中心陈帆向“‘绿镜头·发现中国’中央媒体走基层看气象”主题采访报道组介绍野外科学试验基地各类观测设备 摄影:高子蕴

从2002年起,观象台基于围封禁牧试验研究基础,通过等量间隔年限对试验基地草场进行围封,定期开展生态气象观测。通过研究发现,围封3至5年草场,牧草盖度较轻度放牧区增加60%、产量增加57%;围封10年左右草场,牧草盖度较轻度放牧区增加46%、产量增加32%左右;而围封20年,草场区域牧草盖度和产量不如轻度放牧区牧场。这一研究结果,为“绿水青山就是金山银山”的草原实践,补充了一个重要科学注脚!

把对气候变化0.1℃的严谨写进云端,也把牧草枯荣的节律绘入长卷,用冻僵的手指记录下寒潮的轨迹,将霜雪的重量换算成气候变迁的注脚。草原物候的译者们,在浩瀚的数据与苍茫的天地之间,努力践行“两山”理念,为全球气候治理输送中国刻度,也为绿色发展奉献气象智慧!

来源: 中国气象报社