反復(fù)佐證南極最低溫 美科學(xué)家將“冷板凳”坐“熱”
科學(xué)精神面面觀
-98℃，這是美國(guó)和荷蘭科學(xué)家小組新通報(bào)的南極最低氣溫紀(jì)錄。此溫度為通過(guò)衛(wèi)星遙感反演的南極高原冰表面的歷史最低溫度。
“我很肯定，早些年就和學(xué)生討論過(guò)南極熱成像制圖的想法。”美國(guó)科學(xué)家ted scambos(泰德·斯卡姆波)7月4日在郵件中回復(fù)，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，南極熱成像制圖是一個(gè)受歡迎的想法，但這項(xiàng)工作真正開(kāi)始于2013年landsat 8號(hào)衛(wèi)星發(fā)射時(shí)。
衛(wèi)星遙感是一種間接測(cè)量手段，需要將衛(wèi)星信號(hào)反演，轉(zhuǎn)化為地表溫度。極端低溫的出現(xiàn)需要滿足幾個(gè)必要條件：持續(xù)晴空，否則云層像“棉被”起到了保溫作用;微風(fēng);極度干燥，因?yàn)樗麜?huì)捕捉空氣中的熱量。
在它出現(xiàn)的南極極夜，傳感器需要有高靈敏度。但modis運(yùn)行近20年，衛(wèi)星傳感器靈敏度已經(jīng)退化，這增加了反演的難度。
2013年2月，美國(guó)國(guó)家航空航天局(nasa)成功發(fā)射landsat 8號(hào)衛(wèi)星，衛(wèi)星上攜帶的一個(gè)主要載荷是tirs(熱紅外傳感器)，當(dāng)時(shí)被評(píng)價(jià)是有史以來(lái)最先進(jìn)、性能最好的tirs。
泰德·斯卡姆波回憶，當(dāng)時(shí)他們希望能用modis進(jìn)行初步制圖，然后利用landsat 8號(hào)衛(wèi)星的冬季熱數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，通過(guò)衛(wèi)星反演，2013年獲得東南極高原深處最低溫度紀(jì)錄-93.2℃。但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，landsat 8號(hào)衛(wèi)星的熱通道運(yùn)行得并不是很好，換句話說(shuō)，衛(wèi)星上搭載的tirs并不能精準(zhǔn)探測(cè)到地面溫度。
“所以我們結(jié)合modis數(shù)據(jù)分析和地面自動(dòng)氣象站觀測(cè)，做了一些表面能量平衡分析，并將landsat 8號(hào)衛(wèi)星作為額外參考，用于提供一些關(guān)于寒冷地區(qū)的定性信息。”泰德·斯卡姆波說(shuō)，這項(xiàng)工作其實(shí)在2016年初就已完成。2016年—2017年，modis數(shù)據(jù)被利用新的處理方法重新分析，他結(jié)合處理后的數(shù)據(jù)，終于在今年4月完成研究，并在近日通報(bào)，2004年至2016年間，南極東部氣溫大約出現(xiàn)100次降至-98℃的情況。
北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院院長(zhǎng)程曉教授5日告訴科技日?qǐng)?bào)記者，衛(wèi)星反演中，一項(xiàng)重要工作是識(shí)別云，并剔除云的干擾因素。地表被云層遮擋時(shí)，衛(wèi)星獲得的只是云頂溫度，真正的地表數(shù)據(jù)其實(shí)是缺失的。通過(guò)不斷改進(jìn)算法模型，對(duì)不同信息中解譯、精化，才能讓數(shù)據(jù)更可靠。
在他看來(lái)，除了-98℃，更值得思考的是100次這個(gè)數(shù)字。
“能夠連續(xù)兩次發(fā)現(xiàn)南極極低溫區(qū)域，與長(zhǎng)期的極地?cái)?shù)據(jù)積累密不可分。”程曉在研究泰德·斯卡姆波個(gè)人主頁(yè)后評(píng)價(jià)，這是一個(gè)極地冰川遙感領(lǐng)域“科學(xué)工匠”，多年如一日使用衛(wèi)星圖像制作各種冰川數(shù)據(jù)產(chǎn)品，運(yùn)營(yíng)著美國(guó)國(guó)家雪冰中心的雪冰數(shù)據(jù)庫(kù)。
“如果僅獲取一次，可能是偶然事件，能夠多次重現(xiàn)才可能反映問(wèn)題，也可以發(fā)現(xiàn)哪些情況下會(huì)出現(xiàn)極低溫。”在程曉看來(lái)，這樣的數(shù)據(jù)也許并不能直接佐證全球氣候變化的某一個(gè)現(xiàn)象，但卻是非常重要的基礎(chǔ)性研究。
這也最讓他感慨。
“該衛(wèi)星數(shù)據(jù)面向全球開(kāi)放，理論上講，我國(guó)也可以做類似跟蹤，但很難去開(kāi)展這樣一項(xiàng)具有探索性的基礎(chǔ)性研究。換作是我，如果2013年已獲得了-93.2℃的數(shù)據(jù)，再申請(qǐng)項(xiàng)目時(shí)，會(huì)被認(rèn)為是在重復(fù)同一件事沒(méi)有新意，立不了項(xiàng)。”程曉認(rèn)為，除了要求科研人員具有執(zhí)著、耐得住寂寞的工匠精神，同樣需要建立一種體制機(jī)制，特別是讓做基礎(chǔ)研究的科研人員坐得起冷板凳。
據(jù)了解，美國(guó)科學(xué)家正在研制能夠挺過(guò)這種極端溫度的測(cè)量設(shè)備以實(shí)地探測(cè)該地區(qū)的雪和氣溫，計(jì)劃接下來(lái)兩年內(nèi)布放。泰德·斯卡姆波在和程曉郵件時(shí)也表達(dá)了合作意愿。
歐美遙感衛(wèi)星對(duì)極地的監(jiān)測(cè)始于上世紀(jì)70年代，近年來(lái)更是對(duì)兩極實(shí)現(xiàn)了常規(guī)化觀測(cè)，因此能最快掌握極地發(fā)生的變化。相比起來(lái)，我國(guó)對(duì)極地幾乎沒(méi)有監(jiān)測(cè)能力，數(shù)據(jù)大多依賴歐美。
程曉同時(shí)提出，我國(guó)應(yīng)盡快改變遙感衛(wèi)星忽視兩極的局面，加大力度提高極地監(jiān)測(cè)能力，尤其是衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)能力，增強(qiáng)我國(guó)極地科學(xué)研究話語(yǔ)權(quán)。
專家 點(diǎn)評(píng)
這次報(bào)道的南極高原最低溫度紀(jì)錄，是科學(xué)家通過(guò)多年累積的衛(wèi)星遙控資料反演得到的，雖然該紀(jì)錄還需通過(guò)氣象觀測(cè)資料來(lái)驗(yàn)證，但背后的科學(xué)精神值得深思。
因?yàn)榭蒲斜旧泶嬖谝欢ǖ牟淮_定性，特別是在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，許多重要的科研成果，都是持之以恒，長(zhǎng)時(shí)間攻堅(jiān)克難所得。紀(jì)錄背后，我們看到了科研人員的堅(jiān)守、精益求精。除了鼓勵(lì)科研人員默默堅(jiān)守，我們也希望建立寬容失敗、鼓勵(lì)爭(zhēng)鳴的寬松學(xué)術(shù)氛圍，讓基礎(chǔ)科研人員愿意坐、坐得起冷板凳。
目前我國(guó)科學(xué)家已在南極昆侖站安裝了自動(dòng)氣象站，并獲得大量資料。隨著極地超低溫觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)也希望在全球氣候變化中發(fā)揮更大作用。（記者 陳 瑜）
(點(diǎn)評(píng)人：中國(guó)氣象科學(xué)研究院研究員 卞林根)

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