反復佐證南極最低溫 美科學家將“冷板凳”坐“熱”
科學精神面面觀
-98℃，這是美國和荷蘭科學家小組新通報的南極最低氣溫紀錄。此溫度為通過衛星遙感反演的南極高原冰表面的歷史最低溫度。
“我很肯定，早些年就和學生討論過南極熱成像制圖的想法。”美國科學家ted scambos(泰德·斯卡姆波)7月4日在郵件中回復，在很長一段時間里，南極熱成像制圖是一個受歡迎的想法，但這項工作真正開始于2013年landsat 8號衛星發射時。
衛星遙感是一種間接測量手段，需要將衛星信號反演，轉化為地表溫度。極端低溫的出現需要滿足幾個必要條件：持續晴空，否則云層像“棉被”起到了保溫作用;微風;極度干燥，因為水汽會捕捉空氣中的熱量。
在它出現的南極極夜，傳感器需要有高靈敏度。但modis運行近20年，衛星傳感器靈敏度已經退化，這增加了反演的難度。
2013年2月，美國國家航空航天局(nasa)成功發射landsat 8號衛星，衛星上攜帶的一個主要載荷是tirs(熱紅外傳感器)，當時被評價是有史以來最先進、性能最好的tirs。
泰德·斯卡姆波回憶，當時他們希望能用modis進行初步制圖，然后利用landsat 8號衛星的冬季熱數據進行修正，通過衛星反演，2013年獲得東南極高原深處最低溫度紀錄-93.2℃。但后來發現，landsat 8號衛星的熱通道運行得并不是很好，換句話說，衛星上搭載的tirs并不能精準探測到地面溫度。
“所以我們結合modis數據分析和地面自動氣象站觀測，做了一些表面能量平衡分析，并將landsat 8號衛星作為額外參考，用于提供一些關于寒冷地區的定性信息。”泰德·斯卡姆波說，這項工作其實在2016年初就已完成。2016年—2017年，modis數據被利用新的處理方法重新分析，他結合處理后的數據，終于在今年4月完成研究，并在近日通報，2004年至2016年間，南極東部氣溫大約出現100次降至-98℃的情況。
北京師范大學全球變化與地球系統科學研究院院長程曉教授5日告訴科技日報記者，衛星反演中，一項重要工作是識別云，并剔除云的干擾因素。地表被云層遮擋時，衛星獲得的只是云頂溫度，真正的地表數據其實是缺失的。通過不斷改進算法模型，對不同信息中解譯、精化，才能讓數據更可靠。
在他看來，除了-98℃，更值得思考的是100次這個數字。
“能夠連續兩次發現南極極低溫區域，與長期的極地數據積累密不可分。”程曉在研究泰德·斯卡姆波個人主頁后評價，這是一個極地冰川遙感領域“科學工匠”，多年如一日使用衛星圖像制作各種冰川數據產品，運營著美國國家雪冰中心的雪冰數據庫。
“如果僅獲取一次，可能是偶然事件，能夠多次重現才可能反映問題，也可以發現哪些情況下會出現極低溫。”在程曉看來，這樣的數據也許并不能直接佐證全球氣候變化的某一個現象，但卻是非常重要的基礎性研究。
這也最讓他感慨。
“該衛星數據面向全球開放，理論上講，我國也可以做類似跟蹤，但很難去開展這樣一項具有探索性的基礎性研究。換作是我，如果2013年已獲得了-93.2℃的數據，再申請項目時，會被認為是在重復同一件事沒有新意，立不了項。”程曉認為，除了要求科研人員具有執著、耐得住寂寞的工匠精神，同樣需要建立一種體制機制，特別是讓做基礎研究的科研人員坐得起冷板凳。
據了解，美國科學家正在研制能夠挺過這種極端溫度的測量設備以實地探測該地區的雪和氣溫，計劃接下來兩年內布放。泰德·斯卡姆波在和程曉郵件時也表達了合作意愿。
歐美遙感衛星對極地的監測始于上世紀70年代，近年來更是對兩極實現了常規化觀測，因此能最快掌握極地發生的變化。相比起來，我國對極地幾乎沒有監測能力，數據大多依賴歐美。
程曉同時提出，我國應盡快改變遙感衛星忽視兩極的局面，加大力度提高極地監測能力，尤其是衛星遙感監測能力，增強我國極地科學研究話語權。
專家 點評
這次報道的南極高原最低溫度紀錄，是科學家通過多年累積的衛星遙控資料反演得到的，雖然該紀錄還需通過氣象觀測資料來驗證，但背后的科學精神值得深思。
因為科研本身存在一定的不確定性，特別是在基礎研究領域，許多重要的科研成果，都是持之以恒，長時間攻堅克難所得。紀錄背后，我們看到了科研人員的堅守、精益求精。除了鼓勵科研人員默默堅守，我們也希望建立寬容失敗、鼓勵爭鳴的寬松學術氛圍，讓基礎科研人員愿意坐、坐得起冷板凳。
目前我國科學家已在南極昆侖站安裝了自動氣象站，并獲得大量資料。隨著極地超低溫觀測技術的發展，我國也希望在全球氣候變化中發揮更大作用。（記者 陳 瑜）
(點評人：中國氣象科學研究院研究員 卞林根)

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