南极气象观测知多少

2022-03-22孙启振

知识就是力量 2022年3期

位于地球最南端的南极是地球上唯一没有人员定居的大陆，也是风暴最频繁、风力最大的大陆，风速每小时100千米以上的大风在南极十分常见，因此南极又被称为“风极”。

低温和强风给各项科学考察活动带来极大的限制。因此，开展南极气象观测并摸清当地气候特点，是人们在南极开展各项科考活动的先决条件。长期连续的气象观测，可以有效增强南极天气气候监测能力，可以提高南极天气预报和气候变化评估准确度，从而保障科学考察的安全性。

中国的南极科学考察队主要依托4个科学考察站开展南极科学考察工作。这4个考察站按建立的先后顺序，分别是长城站、中山站、昆仑站和泰山站。

除了这4个考察站以外，位于罗斯海西岸的中国第5个南极考察站新站即将开工建设。未来，中国南极考察队还将在南极其他地区建立更多的考察站。

目前，南极气象观测主要通过地面气象观测场、无人自动气象站、大气探空气球等方式开展。未来根据需要，研究人员将使用更为先进的观测仪器获取更多的气象信息，例如对云、天气现象、高空的风等开展自动观测。

全球有大量气象站时时刻刻在收集气温、湿度、风力、降雨等气象信息，并且连成了一张全球气象观测网。大气是全球连通的，气象学家需要连续稳定、像大气一样永不中断地观测，才能更好地了解和预测天气变化。而现在，中国不仅将气象观测网覆盖到高山、高原、沙漠和荒原，也将自动气象站安装到了远在地球最南端的南极大陆！

在南极建立自动气象站主要面临仪器和人员两方面的困难。首先，南极的极端环境和国内差异巨大，零下几十摄氏度的低温对于气象仪器来说是巨大的挑战。另一方面，南极的仪器缺少人员定期维护，要保证它能够长期自动运行，这对能源设计提出很高的要求。

具体来讲，在冬季极夜期间没有太阳能，要充分计算气象站消耗的能量，计算电池能否在极夜期间保障传感器正常运行;夏天虽然有极昼，但南极太阳高度角较低，要考虑太阳能不能充分给电池供能的情况，还要考虑太阳能板的体积等一系列问题。

中国现有的南极科学考察站位置示意图。黑色十字代表南极点，地图的不同颜色代表不同高度，红色高度最高，蓝色高度最低（绘图/ 孙启振）

截至目前，中山站至昆仑站沿线建有13套自动气象站，大约每隔100千米就有一套自动气象站。中国在南极沿岸的不同地区还建立了7套自动气象站。这些自动气象站是由中国多个单位和部门合作完成的。其中，中国气象科学研究院研发出新一代超低温自动气象站，中国因此成为继澳大利亚、美国之后，第3个有能力在南极超低温地区开展连续自动气象观测的国家。

2021年年底，南极昆仑站和泰山站的气象观测数据成功接入中国的国家气象信息中心，这意味着此处的自动气象站具备了稳定可靠的自动运行能力，可以给我们提供宝贵的南极地面气象观测数据。这样一来，中国已经初步形成了南极气象观测网布局。这也说明中国的南极气象观测技术水平已经位于世界前列。

这两处的自动气象站是经过了数年的“实习期”才“转正”的。“实习期”内，两站数据质量稳定，数据到报率分别超过99.58%和99.73%。这一指标超过国家基本气象站业务运行要求。漫长的“实习期”也说明，在南极恶劣的气候条件下获取气象数据难度巨大。

南极冰盖和沿岸自动气象站安装过程

中国第35次南极昆仑站考察队

摄影/丁卓铭

南极长城站和中山站还开展着常规地面气象观测，这些地面气象观测场在30多年前建立考察站的时候就开始运行了，观测数据每天4次按时发送到世界气象组织全球通信系统，参与全球气象数据实时交换。

下一步，中國科学家将会继续建设长期持续的南极大气环境监测网，建设地面和高空大气立体综合观测和预报预警体系，并建立南极气象观测数据实时接收处理系统，帮助研究人员获取南极大气和冰盖长期演变信息，掌握南极大气环境状况与变化趋势。

长期以来，南极地区气象观测数据少，自动气象站和地面气象观测场只能观测到地面上的气象信息，对于高空大气就无能为力了。南极的高空大气数据对于南极天气、气候研究和预报具有重要作用。目前，气象学家观测高空大气最常用的设备就是大气探空气球。

近年来，经过世界气象组织“极地预报计划”项目的组织协调，世界多国在南极地区释放了2000多个探空气球。其中，由国家海洋环境预报中心和中国气象科学研究院派出的南极考察队员，陆续在南极昆仑站和中山站进行了近百次大气探空观测，获取了地面以上3万米高度以内的大气探空数据。这些数据也通过中国气象局的相关部门实时传输到了世界气象组织，实现了气象数据的全球实时共享。

经受住长期低温考验的气象站终于顺利“转正”，各种各样的气象观测方式也在稳步升级，这使得极地气象数据能更好地服务于全球气象预报工作。“早预警、早行动”，相信在不久的将来，更多的极地气象数据，将为预防灾害性天气气候事件，提供来自远方的助力！