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分享《高登义科学探险手记》丛书(6册)之“登极取义”5:理实交融的科学考察研究道路

已有 3706 次阅读 2018-11-16 21:00 |个人分类:心得交流|系统分类:图片百科


登极取义5:

理实交融的科学考察研究道路

  在中国科学技术大学校歌的歌词中有“理实交融”四字。从我的科学考察研究道路中让我理解了它的内涵是,“理论源于实践、实践检验理论,并再提高理论,而其中的精髓在于交融,在于相互作用。”

自1966年以来,在青藏高原山地环境气象科学考察研究中,我所从事的科学考察研究工作属于应用科学范畴,它必须从观测实践积累第一手科学资料,通过分析研究,提出科学结论,再从科学实践中去检验初步的科学结论,去伪存真,再完善新的科学认识。正如毛泽东在《实践论》中指出,“实践、认识、再实践、再认识,这种形式,循环往复以至无穷,而实践和认识之每一循环的内容,都比较地进到了高一级的程度。这就是辩证唯物论的全部认识论,这就是辩证唯物论的知行统一观。”

   这里,我列举几个我在科学考察研究过程中的例子来说明上述观点。

例一,       研究珠峰加热作用对于南支西风带急流中心高度的影响

  在1966年春的珠峰科学考察中,登山队气象组组长彭光汉邀请我参加中国登山队的登山气象预报工作,经过一次天气预报的沉痛教训,通过认真学习中国科学院党组1966年关于“赶超世界先进科学水平”的号召,我全身心地投入了珠峰登山气象预报之中,想登山队员之所想,急登山队员之所急,决心把我国登山天气预报水平不断提高。幸运的是,在登山天气预报实践中,提出了一个又一个科学研究问题,发现了一个又一个与攀登珠峰有关的天气变化规律,以及这些变化规律对于人类活动的影响,从而为我撰写《中国山地环境气象学》专著和开创“山地环境气象学”研究领域奠定了基础。

登山实践提出科学研究问题  在攀登珠峰的登山天气预报过程中,根据登山队员反映,发现一个重要现象,即,春季在珠峰登山,特别是在海拔7000米以上活动时,高空风速往往很大,严重影响登山活动。

回到北京后,我翻阅了一些文献,觉得很有可能与位于青藏高原南缘的南支西风急流中心高度变化有关。为此,我分析研究了春季青藏高原上空西风急流中心高度的分布(图1),发现在紧邻喜马拉雅山脉北侧上空,西风急流中心高度比其南北都要低1千米左右。我推测,也许这个现象在珠峰附近更显著。据此,我又制作了沿东经85度的南北向剖面上南支西风急流中心高度分布图(图2),它更明显看出,在珠峰北侧的定日上空,西风急流中心高度比其南北低1~2千米。上述现象提示,在珠峰北坡登山往往会遇到大风的原因,很可能与南支西风急流中心的高度变化有关系。

 

图1.青藏高原南缘及其南北西风急流中心高度分布图

 

图2.沿东经85度南支西风急流中心高度分布图

 

   面对这种新的现象,叶笃正、陶诗言老师都感到新奇。

   记得是1972年夏天的一个上午,中国科学院大气物理研究所举行学术报告会。这是文化大革命以来我所的第一次学术报告会。报告会在中关村大气物理所三楼大礼堂举行,可以容纳近300人的大礼堂座无虚席,除了我所研究人员外,中国气象局、北京大学、空军研究所等单位气象学家也出席了。

   学术报告会由叶笃正研究员主持,我被安排第一个报告。我的报告题目是“青藏高原对大气环流和天气系统影响的初步探讨”。报告中,我给出了上述两幅图,引起与会者的兴趣和讨论。报告完毕,当天下午,叶笃正、陶诗言两位老师约我到他们的307号办公室讨论。

   讨论持续了近两个小时,后来,叶笃正老师在我的科学研究笔记本上画了两幅草图,提出这个现象的原因很可能是青藏高原不同地区加热作用的差异而形成的(图3、4)。陶诗言老师有同感。我在听取了两位老师长时间的讨论后,也大胆地在叶笃正老师所绘的草图上写上了“△T/△Y正比于△U/△Z”(图4),意思是“气温南北分布差异与西风随高度变化成正比”。叶笃正老师点头说,“很有可能”。

   在讨论过程中,两位老师那种认真、严肃而不轻易下结论的治学态度令我受益不浅。

             图3.叶笃正老师手绘青藏高原西风急流中心高度分布图成因探讨(1)

 

图4.叶笃正老师手绘青藏高原西风急流中心高度分布图成因探讨(2)

 

   初步认识需要实践检验  1975年春季,中国科学院组织近20人的珠峰登山科学考察队来珠峰科学考察,考察队包括高山生理、大气物理和地质等三个专业。我是大气物理组组长,带领南京气象学院的三位工农兵学员李玉柱、冯雪华、张江援(照片85)进行“珠峰山地作用对于大气环流和天气系统影响的考察研究”。同1966年春一样,我除了要完成中国科学院的科学考察任务外,还兼任中国登山队气象组的副组长,轮流当班做登山天气预报。

   当年,科学考察工作和登山天气预报任务的双重压力给了我许多锻炼自己的机遇,也给我的身体带来很大影响,这是后话。

   先说科学考察任务。

 

照片85.我和三位学生在珠峰大本营(左起,冯学华、李玉柱、高登义、张江援)

 

   我在1966年珠峰科学考察时,可以说仅仅是一次科学考察实习,真的还不知道如何进行珠峰大气物理科学考察。我和沈志宝二人的科学考察题目“珠峰天气气候特征考察研究”是我们的室领导提出的,原来是“青藏高原及珠峰附近的天气及天气系统的考察”(照片86),后来,临离开北京前做了改动。我和沈的科学考察工作是中国科学院科学考察队安排的,我被留在珠峰大本营与登山队气象组一起做登山天气预报,沈志宝到海拔6300米与进行太阳辐射考察的童庆禧、寇有观、曾群柱等一起,进行气象要素观测。可以说,我们二人完全是分头行动,“各自听命”。

 照片86从大气物理所资料室看到的1966年地球物理所参加珠峰科学考察项目

 

   1975年春季的科学考察情况就完全不一样了,我要承受科学考察和登山天气预报的双重压力。其一,考察队明确我是“大气物理组组长”,考察题目是由我提出的“珠峰山地对于大气环流和天气系统影响考察研究”,考察队要求我辅导这三位大学生完成他们的大学毕业论文。其二,登山天气预报任务压力更大。1975年1月,我的一篇“攀登珠穆朗玛峰气象条件”论文的清样稿出来了,登山队队长史占春(照片87)向我要了我的这篇论文的清样稿。在一次登山队全体会上,史队长说:“我这里有一篇小高的论文,专门讲珠峰登山天气预报的,写得不错。”话锋一转,他严肃地说,“文章是不错,但今年登山天气预报要做不好,我拿你小高是问!”天啦,哪有这样“霸道”的领导啊!我是中国科学院的科学考察队员,我是客串帮助中国登山队做天气预报,完全是义务援助;再说,要做7~10天的登山天气预报的准确率还很不确定啊!

 照片87登山队队长史占春(持报话机者)带领大家高呼“毛主席万岁”庆祝登顶成功

 

   如何把压力转化为动力,这是此次科学考察研究的关键问题。

   当时,中国登山队的政委是王富洲,他毕业于北京地质学院,比较重视科学考察,他分工负责领导登山队气象组并负责与中国科学院科学考察队之间的协调工作。中国科学院科学考察队政委郎一环(照片88)利用我帮助登山队做登山天气预报的关系,知人善任地任命我为科学考察队“学术秘书”,负责与中国登山队的协调工作。

 照片88郎一环(报话员右侧者)和大家焦急等待顶峰登山队员消息

 

   就这样,我“名正言顺”地经常与王富洲政委联系,逐渐成为好朋友。

   记得是4月初的一天,我和王富洲一起吃饭时,我对他说:“4月、5月是宜于攀登珠峰的季节,为了更好地做好登山天气预报,我建议,根据登山活动进展,适时地把现在一天两次高空气象观测增加为4~6次。”他赞同,并立即把登山气象组组长刘长秀(照片89)找来布置工作,最后大家决定,每天高空风观测次数多少,由我定。

 照片89.中国登山队气象预报组1975年留影于珠峰大本营(后排右2刘长秀、后排右1高登义)

 

   1975年4月下旬到5月底,我们取得了珠峰大本营每天4~6次的高空风和高空气压、温度和湿度资料。这是迄今为止珠峰北坡最宝贵的高空气象资料,通过这些资料分析研究,进一步确认了南支西风急流中心高度在珠峰北侧绒布寺上空最低的现象。

利用1975年5月在珠峰北坡观测的高空风资料,求得5月东西风分量的平均值,沿东经85度剖面,选取珠峰及其南北侧诸站地面~14000米的的东西风分量值,制作剖面图(图5)。由图5可见,1975年5月,在沿东经85度的东西风分量剖面图上,西风急流中心高度在珠峰上空最低,为10.5千米。由珠峰向北,西风急流中心高度逐渐升高,在珠峰北面约80千米的定日,其上空西风急流中心的高度为11.5千米,再往北,在拉萨上空,西风急流中心的高度已上升为12.5千米。由珠峰往南,西风急流中心高度也逐渐升高,在与拉萨几乎位置对称的印度境内的Lucknow站上空,西风急流中心的高度已达12千米左右。

 

图5沿85oE的东西风分量剖面(1975年5月平均值)

 

西风急流中心高度为什么在珠峰上空比在珠峰南北两侧都低呢?

采用与上图同时期相同站的高空气象资料,制作沿东经85度的南北向温度变率剖面图(如图6)。这里所谓的“温度变率”,即,“每隔一纬度”(纬距)的“温度变化”(△T/△Y)。

由图6可见,在珠峰北侧的绒布寺与定日站之间,在海拔高度5800米以上,南北向温度变率值最大,月平均值达-3.1~-6.0℃/纬距,其中,在海拔高度9000~10000米之间的南北向温度变率值最大,达-5~-6℃/纬距。然而,在定日与拉萨、绒布寺与Lucknow之间,在与上面相应的高度上,南北向温度变率值都很小,月平均值在-1℃/纬距以下。

 

图6沿东经85度的△T/△Y(℃/纬距)剖面(1975年5月平均值)

 

对比图5和6可以看出,在珠峰北侧绒布寺站与定日站之间,在南北温度变率值最大中心(海拔高度9700米)之上约1千米高度处,即为珠峰上空西风急流中心的所在位置。

图7为与上面同时期相同剖面上的西风风速垂直变化(△U/△Z)图。由图7可见,西风风速垂直变化最大值(每100米增加0.8米/秒)出现在绒布寺站上空海拔9000~10000米高度,与南北向温度变率最大值(-5~-6℃/纬距)中心(见图6)基本重合。

 

图7沿东经85度的△U/△Z(m/s/100m)剖面图(1975年5月平均值)

 

由热成风公式可知,当大气比较稳定,即气温垂直递减率(△T/△Z)不大时,西风风速垂直变化(△U/△Z)值与南北向温度变率(△T/△Y)值成正比。可见,在珠峰北侧上空,其西风风速随高度的迅速增加,主要是由于在其北侧绒布寺站与定日站之间极大的南北向温度变率引起的。在绒布寺站与定日站之间,由于温度向北递减甚剧,南北向温度变率(△T/△Y)值很大,因而该两站之间上空的西风风速随高度增加很快,使得西风风速很快达到最大值,即出现西风急流中心的海拔高度低;与此相反,在珠峰的南北两侧,由于南北向温度变率(△T/△Y)值很小,因而西风风速随高度增加缓慢,使得出现西风急流中心的海拔高度偏高。

上述现象的综合结果就是,在珠峰上空,西风急流中心的海拔高度比其南北两侧低1~2千米。

那么,在春季,形成珠峰南北两侧温度差异巨大的原因是什么呢?

为此,作者利用珠峰北坡大本营的地面气象与太阳辐射观测资料,计算了珠峰北坡大本营地面对大气的总加热通量(如表1),发现了珠峰的加热作用是珠峰北侧南北向温度变率加大的原因。

由表1.可见,在4~5月,珠峰对大气的总加热通量达到205~245(W/m2),如此强的加热,足以使其上空大气升温率每日达3℃左右,形成珠峰大本营地面到海拔14000米之间的温度远远高于其北侧定日的温度,即,很大的南北向温度变率,带来西风风速随高度迅速递增(图7)。

根据热成风原理,得出结论:珠峰对于大气的强大的加热作用,在珠峰北侧上空带来西风急流中心高度降低。

 

表1.珠峰北坡逐月感热通量和总加热通量(Fga)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

SH (W/m2)

27

59

88

115

150

148

120

104

91

74

32

17

Fga(W/m2)

108

141

178

205

245

239

210

196

171

154

112

98

 

   上述结果让叶笃正、陶诗言老师都非常满意,在发表“春夏珠穆朗玛峰加热作用对于大气环流影响研究”论文署名时,叶笃正老师欣然同意署名第一作者。因为,这篇论文的思想是叶笃正老师首先提出,由我实践证明了的。

   显然,在1966年的珠峰科学考察总结中,发现了喜马拉雅山脉北侧的西风急流中心高度低于其南北两侧现象,而这种现象在珠峰南北两侧更显著。经过初步分析研究,认为很可能与青藏高原上南北向气温分布的异常有关。1975年,为了进一步确认上述现象,并尽可能探索其原因,我们在珠峰登山天气预报过程中,有意识地增加每天高空气象观测次数,并利用地面气象观测资料,不仅仅进一步证实西风急流高度在青藏高原上剧烈变化的事实,而且发现了它的形成原因,那就是春季珠峰对于大气的强烈加热作用形成了南北向气温变率的极大值。

例二,珠峰北坡下沉气流和上升气流的观测研究

  在珠峰科学考察期间,为了尽可能地保障登山天气预报的准确性,我一直与高空气象观察员一起,参加观测和资料整理工作(照片90)。

 

照片90.作者在珠峰大本营测量风向风速随高度的变化

 

观测实践提出研究问题  1975年3月与4月,在两次无线电探空仪取得的气压、温度湿度随高度变化原始记录中,观察员把原始记录做了修改,这可是科学研究中的大忌!我询问观察员,他们理直气壮地说,“根据观测规范要求,在高空气象观测中,凡出现气球在上升过程中突然上升速度明显减小甚至下降的话,应该把这段原始记录纸上下折叠起来,不作报表,以保持气压随高度降低的正常状况,同时也可以备上级部门审查参考。”

   根据观察员的解释,我恍然大悟。原来,在没有山地环境的地区,一般应该不出现强烈的下沉气流,我国气象观测规范可以适用。然而,在青藏高原,特别是在世界最高峰山区,出现强烈的下沉气流在所难免。我决定,为了科学研究,完全按照观测的结果,读取高空气象资料,但在报告上级气象部门的报表中,可以仍然按照“观测规范”操作。

   为了确证珠峰地区的上升或下沉气流,我向王富洲政委建议,进行无线电探空气球与测风气球对比观测。这是因为,测风气球是假定气球匀速上升,而无线电探空气球的上升速度是由实测的气压和温度来确定的,一般不是匀速上升,这两者之间在同时的高度差异,可以表示大气的垂直运动,上升或下沉。他欣然同意。

   为此,我们于1975年5月4~5日、5月25~27日,在珠峰北坡大本营进行了16次对比观测(照片91)。发现了珠峰北坡的下沉气流、上升气流等局地环流。

 

照片91.在珠峰北坡大本营同时无线电探空气球和测风小气球,以测得上升或下沉气流

 

  这种对比观测确认上升和下沉气流的原理如下。

   测风气球观测风的原理是,假定气球上升速度是恒定的;而无线电探空气球不同,它在每一分钟的高度值是由P=公式计算,不是等速度变化。根据无线电探空气球上升速度与测风气球上升速度之差求得局地上升或下沉气流速度。

根据这16次对比观测结果发现,在珠峰北坡山谷中,的确存在上升和下沉气流,上升气流出现在离地400~1300米,即在海拔5400~6300米,平均上升速度约1~2米/秒;下沉气流出现在离地2300米~3300米,即在海拔7300~8300米,平均下沉速度约2~3米/秒。

  然而,这16次对比观测的结果只能够确证有上升气流和下沉气流,但远远不能够代表珠峰北坡上升、下沉气流的全部面貌。

   例如,在1975年5月23日16时的高空气象观测原始记录中,测得一次非常强烈的下沉气流,下沉速度约为10米/秒(图8)。如此强的下沉运动,直升飞机是不能够抗拒的。

记得1994年某月某日,一架黑鹰直升飞机不幸在珠峰的西南侧,即,聂拉木附近遇难,据我后来查阅天气系统资料,正是一次强背风波的下沉气流带来的灾难。

 

图8.珠峰北坡观测到的强烈下沉气流(1975年5月23日16时)

 

例三,    珠峰中小尺度与背风波观测研究

关于山地的背风波动现象,过去在国外已经有了观测研究工作。然而,在世

界最高峰珠峰地区,背风波动现象如何呢?是否存在中小尺度系统呢?

登山实践提出中小尺度系统观测研究课题  19665月初,中国登山队有

两组登山队员先后在珠峰北坡海拔70008000米高度活动。报话机里不时传来在高山地区活动的登山队员对天气状况的反映:“大本营,现在风很大,至少超过八、九级,无法行动。”过了三四个小时,高山上又传来消息:“现在风突然减小了,只有三、四级,可以行动。”在短短的14个小时内,先后传来了四次迥然不同的高山风速报告,时大时小,变化很大。

  对此,我和我的同行们都很好奇:上述时间尺度只有几小时的风速突变现象是否是珠峰北坡存在中小尺度系统呢?

  翻阅过去有关文献,得知观测研究中小尺度系统的方法有二,一是加密空间尺度的观测网,即,在一定水平范围内,三个或三个以上的观测点分布在几十千米量级的距离内,每天观测23次,可以测得到中小尺度系统;二是单点观测,在该观测点上,每天观测68次无线电探空气球,得到离地1万米以下的气象要素资料。在珠峰特殊地形条件下,后者比较可行。为此,在1975年攀登珠峰气象预报中,我向登山队领导提出每天观测68次高空气象资料,其目的之一,就是为了观测研究珠峰北坡的中小尺度系统。

一分耕耘,一分收获。果然,利用上述加密时间尺度的高空气象观测资料,制作了197552228日气压24小时变化(△P)与气温(T)、风向风速时间剖面图(图9)以及558日气压24小时变化(△P)与气温(T)、风向风速时间剖面图(图略),发现了珠峰北坡的确存在中小尺度系统。

 

图9.珠峰北坡绒布寺气象站地面至海拔10000米内的△P、T和风向风速时间剖面图(1975年5月18日02时到22日23时)

 

从图9.可见,在海拔7500~9500米高度内,常有高压和低压系统中心。

这些低压和高压中心之间相隔仅有2~10小时。这些低压中心和高压中心几乎都分布在海拔8~9千米高度内,高压中心高度平均为海拔8629米,低压中心平均高度为海拔8420米,两者相差不大。

为了更清楚了解这些中小尺度高亚和低压中心与风速关系,根据上述图中数据列出表2如下。

 

表2.珠峰北坡7~10千米内高压低压中心与风速关系一览表(1975年5月)

 

 

 

时间

5,14

7,01

7,15

18,08

18,20

21,08

21,16

平均

高度km

8-9

8-9

8-9.5

7.7-9.5

8.7-9.7

8-9.3

8.6-9.3

8.1-9.3

中心高度m

8300

8600

8500

8500

9100

8700

8700

8629

中心ΔP

10hp

7hp

26hp

8hp

15hp

10hp

17hp

13.3hp

风速m/s

27

30

35

24

33

28

35

29.8

 

 

 

 

时间

5,23

6,23

7,05

18,15

21,20



平均

高度km

8.7-9.1

7.5-8.3

7.8-

9.4

7.8-

8.8

8.6-

9.2



8.1-

9.0

中心高度m

8900

7700

8500

8100

8900



8420

中心ΔP

-5hp

-2hp

-13hp

-14hp

-5hp



-7.8hp

风速m/s

8

4

16

5

20



10.6

 

  由表2显而易见,高压中小几乎都对应大风,平均风速29.8/秒,低压中小几乎都对应小风,平均风速10.6/秒。中小尺度高压中心平均风速几乎为低压中心平均风速的三倍;低压中心的风速宜于攀登珠峰,但高压中心风速不宜于攀登珠峰。从而验证了登山队员在珠峰北坡7千米以上攀登实践中“风速时大时小”感受的客观存在,并进而发现这是由中小尺度系统带来的。

提出背风波动与中小尺度关系的观测研究问题   前面观测研究说明,在珠峰北坡存在中小尺度系统。那么,珠峰北坡是否存在背风波动呢?如果存在背风波动,这两者之间有什么关系呢?

     198045月,我获得了中国科学院大气物理研究所的经费支持,组织科学考察队,来到珠峰北坡观测研究背风波动。这是我一生中第一次得到本所经费支持去珠峰考察,而从前的珠峰考察都是中国科学院的经费支持。

   要测量珠峰山地背风波动,比较切实可行的方法是,在珠峰北坡大本营释法“等压平飘”气球,气球下悬挂无线电探空仪。所谓等压平飘气球(照片92),其下部有一根气管,作为连接自由大气与气球的通道,当气球上升时,四周大气压减小,气球内的气压相对增高,气球释法气体,以保持与四周大气压力相同;反之,当气球下沉时,四周大气压高,四周大气通过气管进入气球,以保持等压。如果在“等压平飘气球下悬挂无线电探空仪,我们就能够定时测量等压平飘气球在不同位置的温度、气压、湿度和风向风速资料,从而准确给出珠峰北坡的背风波动情况。

 

照片92.带有近一米长气管的等压平飘气球

 

  据此,我们在珠峰北坡大本营的绒布河谷每次施放三个不同高度的“等压平飘”无线电探空气球,每天施放五次;在绒布河谷的西侧山坡(上游方向)海拔高度5700处,在接收三个不同高度的无线电探空仪发射信号的同时,用三架测风经纬仪测量三个不同高度的“等压平飘”气球随时间变化的数据,以同时获得三个不同高度上的气压、温度、湿度和风向风速资料(照片93)。用以获取背风波动资料。

 

照片93.1980年5月,中国科学院大气物理所在珠峰北坡海拔5700米用三架测风经纬仪同时观测在三个不同高度上等压平飘气球移动的资料

 

  观测资料分析结果表明,在一定的大气环流条件下,在珠峰北坡有很强的背风波动,波动振幅可以达到2千米左右(图10),在气流下降区域(即波峰到波谷区)有大风,风速最大达32/秒,在气流上升区有小风,最小风速仅仅8/秒(图11)。

 

图10.观测得到的珠峰北坡的背风波动

 

图11.观测得到的背风波动与风速变化关系

 

综合上述情况,制作了珠峰北坡背风波动与中小尺度系统之间的关系示意图

(图12)。它表明,当西风气流经过珠峰上空时,在适当的大气状况下,会产生强烈了背风波动,在波谷中存在中小尺度高压,伴以不宜于攀登珠峰的大风,在波峰中存在中小尺度低压,伴以宜于攀登珠峰的小风。

 

    图12.珠峰北坡背风波动与中小尺度系统关系示意图

 

   科学结论必须实践检验   1994年秋,在庆祝西藏自治区成立四十周年过程中,安排了一项活动。成都军区和西藏军区派遣三架黑鹰直升飞机从拉萨到樟木口岸视察边境。当直升飞机飞达珠峰附近时,突然遇到强烈下沉气流,其中一架直升飞机遇难。后来,因为工作关系,我与西藏军区某部门查询了事故发生时的气象资料,认为是珠峰背风波动中的下沉气流带来的灾难。

   1990年春,中国科学探险协会与日本热气球协会合作的热气球飘飞珠峰探险活动,更充分证明了珠峰背风波动中的下沉气流是此次热气球在珠峰附近坠毁的直接原因。

    19905月初,中国科学探险协会和日本热气球协会在希夏邦马峰东南侧10余千米处山谷中准备施放热气球(照片94),目的是要载人飞越珠峰上空,测量飞行路线上的环境状况和拍摄自然景观,向人类展示世界最高峰地区的壮丽景色,宣传“热爱地球,保护地球”刻不容缓。我作为中方队长,负责这次活动的气象保障和后勤工作。

 

照片94. 中日热气球飘越珠峰活动,热气球已做好释放准备

 

   这次活动的计划是:热气球从喜马拉雅山脉北侧中国境内起飞,在高空盛行偏西北风的条件下,飞越珠峰,最后在喜马拉雅山脉南侧的尼泊尔境内降落。

   按计划要求,起飞点应设在珠峰的西北侧,利用高空(海拔高度600010000)刮西北风时的天气条件,才能达到预期目的。根据我们在珠峰北坡观测研究背凤波动的结果,我向日方队长建议,起飞点的西北方向1020千米内不宜有海拔高度8000左右的高山,否则会遭到该山背风一侧下沉气流的威胁,不利于热气球起飞。然而,日方队长不相信背风波动的作用,过分强调起飞点的施放条件和生活条件需要,坚持要把起飞点设在希夏邦马峰(海拔高度8012)东南侧12千米处一个较宽广的山谷中;因为这儿的山谷比较开阔,位于公路旁边,交通方便,并离水源近。当我再三劝阻时,日方队长拿出双方的协议文本,有根有据地说:“根据中日双方协议,施放和选址由日方负责,气象和后勤保障由中方负责。”既有协议为据,我只好作罢了。

     199056日凌晨3时,根据我方观测的高空风资料,中日双方均认为今天符合起飞条件,热气球安全升起 。然而,由于背风波下沉气流的严重影响,热气球坠毁在在大本营东南侧10多千米处。

中日联合举行的载人热气球飘越珠峰的科学探险活动因山地背风波下沉气流而失败了。事实证明了珠峰北坡背风波动的确存在,而且珠峰北坡的背风波动会严重影响人类攀登珠峰和热气球的飘飞活动。

例4,登山规则“早出发早宿营”的理实交融

在1966年春季制作珠峰登山天气预报过程中,我常常接触中国登山队队员, 在相互交流中,登山队员往往会提到,在海拔7千米以上活动时,下午的风速比上午的风速大得多,有时,行走都非常困难。

登山队员为什么在海拔7千米以上才感觉到下午的风速远远比上午的风速大呢?其实,在珠峰北坡大本营,我们也经常感觉到“下午比上午风速大”啊!

回到北京后,我尝试研究青藏高原上不同海拔高度的风速日变化情况。

选择青藏高原上海拔1000米到珠峰大本营海拔5000米之间地面风速的日变化情况。结果很有趣,如图13,在青藏高原上,在海拔高度3000米到5000米之间,在春季,地面风速的日较差(即当地时间18时与06时地面风速之差)变化很大,即随着海拔高度升高,地面风速日较差迅速增大。例如,在海拔高度3600米处,地面风速日较差月平均值仅为1.2米/秒,在海拔高度4300米的月平均值为4.6米/秒,在海拔高度5000米的月平均值已达5.8米/秒了。即,海拔高度每升高1000米,地面风速日较差的月平均值会增大3.3米/秒。若照此推论,则在珠峰海拔高度8000米以上,地面风速日较差的月平均值可达14.5米/秒左右。这与登山队员的实践非常一致。

 


图13.在青藏高原上地面风速日变化随高度的变异

 

1966年下半年,作者在上述统计分析结果的基础上,进一步发现,尤其在宜于攀登珠峰的好天气时段,这种现象更为显著,即,在宜于攀登珠峰的好天气时段中,每升高1000米带来的风速日较差可增加3~4米/秒。由此推论,在海拔高度8000米附近,地面风速日较差可达15~18米/秒。攀登珠峰的实践表明,宜于登顶的好天气时段当然要用在海拔高度8000米以上!

根据上面分析资料的结果,我在1966年底和1975年1月,曾两次书面向国家登山队建议:“……在登山季节(4月中旬至6月上旬),在珠峰北坡高山地区从事登山和考察活动时,一定要遵循近地面风速日变化特点,把《早出发,早宿营》的登山战术作为登山规则。尤其在宜于登顶的好天气时段,在海拔高度8000米以上活动时,更应严格执行《早出发,早宿营》的登山规则,以凌晨4时至下午4时为宜。”

中国登山队采纳了作者的建议,规定攀登海拔高度7000米以上高峰必须在早晨04点以前出发,16点以前宿营。在2003年中国登山队攀登珠峰的活动中,一些国家的登山队已经采用早晨01点从8300米营地出发,在12点以前登上顶峰。

 




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