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认识珠峰系列之六：探索珠峰北坡绒布河谷的冰川风及其历险故事

珠峰北坡深切的绒布河谷与特殊的下垫面分布，是否也盛行一般山谷中的山谷风呢？如果不是，那是什么原因呢？对人类活动有什么影响呢？这是认识珠峰系列之六的主要观测研究问题。

在山区，特殊的地形条件能形成特殊的局地环流，如山谷风和冰川风。山谷风的特点和成因早已众所周知，冰川风也早为科学家认识(赫尔吉安，1938，1948)。然而，对于高海拔山区的冰川风的观测研究却很少。汤懋苍(1960)曾在甘肃祁连山区发现有冰川风的因素存在，沈志宝等(1975)曾描述珠穆朗玛峰（简称珠峰）北坡的局地环流和冰川风的特点，高登义等(1980，1985）曾观测研究珠峰北坡绒布河谷冰川风的时空变化、形成原因，及其与大气环流的相互关系。最近，已经有人开始关注珠峰北坡的冰川风在近地层物质与能量交换中的作用。

根据1960、1975和1980年春在珠峰北坡绒布河谷的高空测风及无线电探空资料，分析研究了珠峰北坡绒布河谷冰川风的时空特征及其形成原因。

观测站地理环境及观测资料

珠峰北坡的绒布河谷呈南北走向，南高北低，东南西三面为高山环绕，河谷与山脊的相对高度差异均在2000米以上（照片1）。

照片1.绒布河谷地形概况

在绒布河谷中，三个观测站自南向北分布，分别位于海拔高度5300米、5120米和4950米。绒布寺观测站(海拔高度4950米)位于绒布河畔的东岸，离绒布冰川末端的距离大约为10千米，5300米观察站位于绒布冰川末端的表碛区，而5120米观察站则位于前两站之间(图1a.b.)。从珠峰峰顶往北，被称为珠峰的北壁，海拔高度急剧下降，直到海拔高度6500米以下，在珠峰北坡的冰塔林区域，地形的坡度才逐渐变缓；在海拔高度7500～5400米范围内，下垫面几乎全为冰雪覆盖，在海拔高度5400米以下则以碎石表面为主；绒布寺观察站的东西两侧均为海拔高度6500米以上的南北走向山地，在海拔高度6000米以下几乎全为碎石表面(见图2.)。

图1a.b. 绒布寺观察站的南北向及东西向剖面示意图

a.南北向剖面     b.东西向剖面

其中，特别是在1975年5月，中国登山队气象组和中国科学院珠峰科学考察队大气物理组在绒布河谷成功施放了106次无线电探空测风气球，如此珍贵的资料不仅为登山天气预报提供了极为重要的依据，同时也为研究珠峰绒布河谷的冰川风提供了条件。

表1.给出了1975年5月珠峰北坡绒布河谷无线电探空测风资料状况。

表1. 珠峰绒布寺无线电探空测风情况(1975年5月)

观测珠峰绒布河谷冰川风历险

1975年春，为了研究珠峰北坡冰川风的成因，我们在珠峰北坡海拔6500m、6000m和5400m的山坡上建立了临时气象站，分别由我组的张江援、李玉柱和冯雪华(女)三人观测(照片2)。身材高大、体魄健壮的张江援高山适应性很好，他在6500m观测非常顺利。冯雪华在5400米观测，尽管她的高山适应能力较好，但每天深夜(当地时间00点)的观测确实非常困难。据她下山后回忆，一是怕误了时间，睡觉不踏实；二是单独一人在黑夜中观测，心里不踏实。夜里，山谷中不时有狼吼叫，更令她生畏。就这样，她一人在5400m坚持观测了15个日日夜夜。

照片2.李玉柱（左二）被营救后的第四天在大本营和高登义右二）、冯雪华（左一）、张江援合影

李玉柱同学的高山适应性不算好，但他不甘示弱，坚决要求到6000m营地去观测（照片3）。前几天，他的观测工作进展顺利，工作之余，有时抽空看看书，有时还帮助6000m营地的营长烧开水，接送过往的登山队员。消息传到大本营，我们都为李玉柱同学的敬业精神而高兴。

照片3.1975年春李玉柱在通过珠峰西南侧聂拉木县境内的雪沟中

照片4.1975年春张江援曾经观测过的6500米营地

然而，在观测工作的第14天，6000m营地的营长向大本营报告，李玉柱同学已经两天小便不通了，人已进入昏迷状态，但他不愿意离开工作岗位，营长请求科考队领导命令他下山。

据医生讲，小便不通是高山反应中很危险的征兆之一，重者危及生命，必须赶紧护送下山，才能有机会得救。

科考队领导决定命令李玉柱同学下山，登山队领导决定，由刚刚从6500m下山的登山队员护送李玉柱下山。

科考队决定，郎一环、姚建华（照片5、6）和我等几名队员立即上山去接应。一大早，我们杠上一付担架，急切地往山上赶，希望尽快接到李玉柱。我的心情更不一般，小李是我这个组的组员，他为了取得高山气象资料，不顾高山反应而坚持工作，如今处于危险时期，正如医生所说“时间就是生命”啊。

照片5.朗一环政委在珠峰冰塔林采样后留影

照片6.姚建华在珠峰大本营学习测风观测

照片7高登义在1975年珠峰考察回京后在北京市少年宫做科普报告

从大本营到5400m营地，通常需要4～5个小时，我们只用了3个小时就赶到了。

我们继续往上赶。

由于没有担架，从6000米营地起，登山队员轮流背着李玉柱下山。

在海拔5500m处，我们接到了李玉柱。此时，他仍然昏迷不醒。我们迅速将他平放到担架上，首先由我和郎一环抬他下山。

山路崎岖难行，加上海拔高，走上100多米就气喘嘘嘘了。我们被其他队员替换了。

在海拔5300m附近要下一陡坡，无法用担架，我们正在为难，一名藏族登山队员把他背上，下了陡坡，令我非常佩服。

晚饭前，我们把李玉柱护送到了大本营的医务室，医生们立即抢救。

大家都为李玉柱的安危而担忧。

经过一个不眠之夜，李玉柱醒来了，又经过一个上午，李玉柱的小便通了。医生们才对我们说“平安无事了”。

我和科考队的队友们轮流照顾李玉柱同学，大家都为他的敬业精神所感动，也为他的历险而震惊：高山反应疾病真不容忽视啊！而今，每当我回忆此事时，内心总是久久不能平静：珠峰的每一组科学资料和每一项成果都凝聚着队友们的血汗啊！

冰川风的时空分布特征

图2.为珠峰北坡绒布河谷地面至离地3500米高度内风向风速的平均日变化情况。由图2.可见，在绒布河谷中，在离地高度1000米以下，几乎昼夜恒吹偏南风(下山风)，只有在当地时间(下同)10时有微弱的偏北风(上山风，1～2米/秒)。

图2.  绒布寺站风向风速垂直分布的日变化(1975年5月平均值)

和其它山区的山谷风情况不同，在珠峰北坡的绒布河谷中，下山风的强盛时间不是在日出前，而是在当地时间正午至午夜(即12时～00时)，下山风风速的月平均值在6米/秒左右；其中，尤以18时的下山风风速为最大，在离地高度1200米以下均为下山风，月平均风速达到8～10米/秒。下山风风速最大中心(8～10米/秒)在离地高度400米附近，风速达到6米/秒的高度约在离地800米。下山风达到的最大高度为离地1600米，出现在当地时间08时和12时。

分析00时～22时沿绒布河谷每隔两小时一次的U（东西风）、V（南北风）分量垂直剖面图可见，除当地时间10时在绒布河谷中有微弱的上山风外，其余时间均盛行下山风。这与绒布寺站的日变化情况相同(见图2.)。下面仅给出08时、10时、18时的情况(见图3.a.～c.)

图3.a.～c.  沿绒布河谷U、V分量垂直剖面

(a：18时，b：08时，c：10时)

由图3.可见，春季，在珠峰北坡的绒布河谷中，在海拔高度6500米以上为盛行西风，在海拔高度6500米以下，除当地时间10时(见图3.c.)外，均盛行下山风(见图3.a.，b.)。

在18时(图3.a.)，在绒布河谷中的下山风最强，自绒布冰川末端到绒布寺站的10千米范围内均盛行6米/秒以上的下山风，且越往北下山风越强，在位于最北面的绒布寺站附近，下山风风速已达到10米/秒，且下山风出现的厚度也由在冰川末端的600米增加到在绒布寺站的1200米。

在08时(图3.b.)，在绒布河谷中仍盛行下山风，风速为2～6米/秒，下山风出现的厚度与18时(图3.a.)相近，但下山风风速的最大中心不出现在近地面，而是位于离地高度400～1200米内。从绒布冰川末端到绒布寺站，下山风风速最大中心的高度从离地高度400米上升到离地高度1200米。

在10时(图3.c.)，情况与其它时间不同，自冰川末端至绒布寺站的绒布河谷均盛行弱的上山风，风速在2米/秒以下，最大风速中心的离地高度有自北向南升高的趋势。

根据上面所述的特征，本文把珠峰北坡绒布河谷中几乎昼夜恒吹下山风的现象，称作珠峰北坡绒布河谷的“冰川风”。这种现象应该与珠峰北坡的冰川分布有关。

图4.a.～b.珠峰北坡绒布河河谷冰川风的垂直结构

图4.a., b.给出了绒布河谷冰川风的两种垂直结构特征：一种是在离地高度1200米以下均是冰川风，月平均风速在8米/秒左右，最大风速出现在离地高度400米附近 (图4.a.) ；一种是在离地高度600米以下为弱的上山风，冰川风被抬升到离地高度800～1500米，月平均风速为4～6米/秒，最大风速出现在离地高度1200米左右 (图4.b.)。前者出现机率大，占86%，后者出现机率小，占14%。

冰川风形成原因

由图4.和2.可以看出，无论冰川风出现在近地面还是被抬升到离地某一高度，无论冰川风的强度是强还是弱(甚至有时出现上山风)，在冰川风以上均为强度相近的偏西风。这说明，绒布河谷的冰川风不是高空西风动量下传的结果，这和美洲落基山脉的坡风形成原因(Brinkma，1974)是不同的。

前人研究(特维尔斯戈伊，1954)表明，山谷风的成因主要与日出日落引起山坡上的气温与同高度山谷中气温的差异有关。在绒布河谷中，冰川风的成因与珠峰北坡山坡上及山谷中大气温度场的分布有关。

表2.  500百帕以下的逆温层与冰川风的关系

表3.  500百帕至400百帕间的逆温层与冰川风关系

由表2.～3.可见，在珠峰北坡的绒布河谷中，当在500百帕以下有逆温层出现时，都对应有冰川风出现，无上山风，且93%的冰川风出现在近地层，只有7%的被抬升到离地一定的高度；当在500～400百帕之间出现逆温层时，绒布河谷中也都出现冰川风，无上山风出现，但只有50%的冰川风出现在近地面，而有50%的冰川风被抬高到离地一定的高度。

上述表明，在珠峰北坡绒布河谷中，随着大气逆温层所出现高度的增加，冰川风出现的起止高度也有抬升的趋势。其中，尤其是在日出前(00时～06时)，在7次冰川风中有5次被抬升，占71%。

综合表1.、2.和3.可见，5月，在珠峰北坡绒布河谷中，在日出前的06时，在20次无线电探空测风资料中，其低层都出现冰川风，其中有18次均与400百帕以下的逆温层对应，另外两次无逆温层出现。

由上可见，在日出前06时出现的冰川风，主要是与绒布河谷400百帕以下的逆温层有关，且此时的冰川凤随逆温层的升高而抬升，即当逆温层出现在500～400百帕时，冰川风层抬升到离地高度1000米左右。

例如，1975年5月1日06时和5月8日01时(如表4.) ，在珠峰北坡绒布河谷中的500百帕以下出现逆温层，逆温层与冰川风出现的高度完全一致。似乎，逆温层强而厚度大时，如5月1日06时，逆温层厚度达到1300米，逆温层层结也很强，大气温度随高度而增加，气温垂直变化（ΔΤ∕ΔZ）为0.31℃/100m，因而冰川风的厚度也强，达到1300米的厚度；相反，当逆温层弱而厚度小时，如5月8日，大气逆温层厚度只有400米，逆温层结强度也不如前者，大气温度垂直变化（ΔΤ∕ΔZ）仅仅为0.05℃/100m，与之相应的冰川风的厚度也小，仅有400米。

表4  500百帕以下逆温层与冰川风关系(个例)

表5.  500～400百帕逆温层与冰川风关系(个例)

当逆温层出现在500～400百帕之间时，冰川风出现的高度随大气逆温层的升高而抬升，如表5.所示。另外，在表中所列的三个个例中，5月20日06时的冰川风风速最大，达到7米/秒，与之相应，此时绒布河谷中的大气逆温层厚度最大，厚达700米，但其强度（ΔΤ∕ΔZ）却最小，仅0.13℃/100m；5月21日06时的冰川风风速最小，仅有1米/秒，与其相应的大气逆温层厚度也最小，仅300米，但其强度（ΔΤ∕ΔZ）并不最小，达0.33℃/100m。

看来，当逆温层出现在500～400百帕之间时，冰川风风速的大小与其对应的大气逆温层厚度有关，但与逆温层的强度关系不大。

表6.  400～300百帕间逆温层与冰川风关系

当绒布河谷中的逆温层出现在400百帕以上时，如表6.所示，情况就不同了。在27次个例中，有6次对应出现上山风，而在1975年5月的106次观测资料中，低层共有11次上山风出现，其余5次则对应着绒布河谷中的大气没有逆温层。

由上可见，在珠峰北坡绒布河谷中，在400百帕以下的大气温度结构与山谷中的冰川风密切相关，而在400百帕以上的大气温度结构状况则与山谷中的冰川风的存在与否就没有什么关系了。

1975年4月，张江援、李玉柱和冯雪华三人分别在海拔高度6500米、6000米和5400米进行了10天共38次的气象梯度观测，其中有18次与绒布寺站的无线电气象探空观测同步，根据上述资料，给出珠峰北坡山谷中的气温与气压场分布如图5.a.～d.。

图5.a.-d.  春季珠峰北坡山谷中温压场分布

(a：00时，b：06时，c：18时，d：11时)

由图5.a.～c.可见，在珠峰北坡绒布河河谷中，在海拔高度7000米以下，由于山坡上的气温都低于相同高度的山谷气温，按照等温线等压线网络管原理，珠峰北坡山谷中自然盛行下山风。其中，以18时的情况最为典型，在海拔高度7000米以下，山坡上的气温都比山谷中相同高度大气的气温低2℃左右，在海拔高度6000米，山坡上的气温比山谷相同高度的气温低2.9℃；与此相应，此时山谷中的冰川风也是最强的（见图4.a.）。图5.d.的情况与上述完全不同，此时，山坡上各高度的气温均高于山谷中同高度上大气的温度约2℃左右，其中，在海拔高度6000～6500米，山坡上的气温比山谷中相同高度上的气温高出2.2～2.4℃，同样，按照等温线等压线网络管原理，珠峰北坡山谷中应该出现上山风（见图3.c.）。

由上可见，春季，在珠峰北坡绒布河谷中盛行下山风的主要原因是，在北坡山谷中，山坡上的气温往往低于山谷中同高度的气温；即，主要是山地地形的热力作用。

图6.珠峰北坡海拔高度6400米冰面气温（Ⅰ）与同高度山谷气温（Ⅱ）变化

图6.给出了5月在珠峰北坡海拔高度6400米的冰面上(曲线Ⅰ)与同高度山谷中(曲线Ⅱ)平均气温日变化对比曲线。由图可见，在珠峰北坡，冰面上的气温，除了在北京时间10时～12时外，都低于山谷中同高度上的大气温度，因而在北坡山谷中，除北京时间10时～12时外，都有利于形成下山风；这种由于大面积冰川造成珠峰北坡山坡上的气温几乎昼夜都低于同高度山谷气温而形成的“几乎昼夜都吹下山风”的现象，称作珠峰北坡绒布河谷的冰川风。

1975年5月上旬，张江援在海拔高度7000米进行了10余次气温观测，其中有5次与绒布寺站的无线电气象观测同步，其结果利于表7.中。

表7.珠峰北坡山谷中海拔高度7000米上的气温（℃）对比

由表7.可见，在珠峰北坡山谷中，在海拔7000高度上，山坡上的冰面气温都比山谷中相同高度的大气气温低1～3.6℃；其中，在早晨06时，在山坡上的冰面气温比山谷中相同高度上的气温低达3.6℃。

由Л.Н.古特曼(1976)的坡风方程的常定解

可知，在(1)式中，坡风风速u与f和ξ成正比。式中，f＝T1－T2，为山坡气温与同高度山谷中气温之差，负值为下山风，正值为上山风；由表7.和图5.a.～c.表明，在珠峰北坡，在海拔高度7000米以下，由于f＝T1－T2小于零，容易形成下山风－冰川风。式中，ξ表示山坡坡度的大小，ξ∠90º，即，坡度越大，下山风越大。

由上可见，在珠峰北坡绒布河谷中，并不是像一般山谷中一样，盛行山谷风，而是昼夜几乎盛行下山风。根据这种下山风形成的原因，我们称作珠峰北坡的“冰川风”。

冰川风的大小，除了与山谷中大气温度场分布有关外，也与山坡的坡度有关。即，珠峰北坡绒布河谷的冰川风是珠峰北坡山地热力与动力作用的共同结果，但以热力作用为主。

珠峰北坡几乎昼夜都盛行的强烈的冰川风，一方面为珠峰对于大气的加热作用起到了输送的作用；另一方面，给珠峰北坡实施无线电探空气球观测带来了很大的困难（照片8），尤其是在海拔高度7000米以上，对于登山者的威胁也是很大的。

照片8.珠峰北坡盛行的冰川风给珠峰无线电探空气球观测带来困难