遨游云端之上，探索平流层的奥秘

卫婷婷

当前，气候变化和极端天气事件已引起全世界的广泛关注，成为人类社会亟待解决的重大科学问题，也是我国合理利用能源、规范人民生产活动、实现可持续发展的关键依据。但由于人类活动空间主要是对流层，在过去的很长一段时间里人们对气候变化、灾害性天气过程等问题的研究也主要着眼于对流层。平流层及平流层以上的大气层次由于不是人类活动的主要区域，较少受到公众的关注。

然而，大气层是一个整体。从地面到大气层顶，每一个大气层次中发生的动力、物理、化学过程都有着紧密而复杂的联系。因此，要想应对气候变化和气候变化引发的极端天气事件，必须加强对大气各层系统相互作用的理解。作为大气物理学领域的一名青年科研工作者，关于平流层-对流层间物质交换和动力耦合过程、大气波动过程等关键问题的探索与研究，对吴雪而言是兴趣和理想，也是责任与担当。

探索之心，蜕变之旅

十几年前，优秀大学生夏令营中的一场讲座至今仍深深印刻在吴雪的脑海中。

那是一场关于平流层大气过程的对流层影响的学术讲座。“当时是大三的暑假，我正在参加我的母校——中国海洋大学举办的夏令营学术讲座。本科时期，大气科学专业课的内容基本都是对流层内的，很少涉及平流层大气过程。所以那是我第一次了解到平流层与对流层的相互影响，尤其是平流层大气活动对对流层内气候的作用，我觉得很新奇，引发了我浓厚的兴趣。”基于这股“新鲜劲儿”和好奇，夏令营结束后，吴雪一直积极寻找探索平流层奥秘的机会。

大四上学期，由于本科四年综合成绩优异，吴雪获得了保送研究生的机会。带着母校的推荐信，吴雪向中国科学院大气物理研究所的吕达仁院士自荐，表达了期望跟随他学习中高层大气领域知识的意愿。秉持着“兼容并包”科研精神的吕达仁院士欣然接纳了这名一腔热血的学生，并给予她充分自由探索的空间。时至今日，老先生依旧会骄傲地向新一届的学生们提起这个“因为听了一场讲座，就在好奇心驱使下前来‘投奔”的优秀学生，以此勉励他们保持好奇心与求知欲。

得益于恩师的教导，吴雪在大气物理学方面打下了坚实的基础，也培养出了浓厚的科研兴趣和科研热情。2009年，吴雪参与了吕达仁院士作为首席科学家的“平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用”项目，对平流层动力学和平流层大气过程有了更加系统的认识和了解。2012年，由于研究生阶段成绩优异，她被遴选到英国剑桥大学的应用数学与理论物理系进行博士联合培养，跟随著名大气海洋动力学家彼得·海恩斯（Peter.Haynes）教授学习，针对平流层-对流层物质交换展开了一系列研究。第一次孤身前往异国求学、第一次进入来自不同国家的学者组成的团队、第一次在国际学术大会上作报告、第一次在《科学引文索引》（SCI）发表文章、第一次获得国家级表彰……在许多第一次中，吴雪逐渐完成了从一名稚嫩学生向独当一面的科研工作者的蜕变。

丰硕之果，奉献之志

如果说访学英国期间，吴雪还是主要以学生的身份进行专业知识与技能的学习和积累，那么从2016年开始，在德国进行博士后研究的3年里，她是作为独立的科研人员进行综合工作能力的历练和提升。其间，她紧跟世界科技前沿开展研究工作，积极参与各类学术会议，抓紧一切可以与国内外优秀同行交流的机会。在德国博士后合作导师拉尔斯·霍夫曼（Lars Hoffmann）的帮助下，她相继与德国于利希研究中心、英国剑桥大学、美国国家大气研究中心、韩国延世大学等众多杰出科研团队建立了实质性、延续性的合作关系，树立了中国科学家认真严谨、勤奋好学、视野高远的良好形象，并且取得了多项创新性科研成果。

更重要的是，在博士后工作期间，吴雪的研究方向进一步明晰和细化。“经过一段时间的学习和探索，我决定近阶段的主要研究工作围绕两个方面来开展。一方面是揭示火山喷发对全球范围内平流层气溶胶的贡献和气候影响，另一方面是对流层内深厚的对流系统（比如台风）激发的平流層重力波的相关研究。这两项工作可以在我们关心的气候变化问题，以及预估台风等深对流系统引起的灾害等方面提供科学支撑。”在吴雪看来，从科学问题出发，面向国家的战略需求和民众的防灾减灾需求，是当前大气领域科研工作者背负的使命。

火山喷发对平流层内气溶胶的贡献远超过人为活动的贡献。强烈的火山喷发能够将二氧化硫和硫酸气溶胶注入平流层，平流层内的强风会将硫酸气溶胶扩散至整个半球乃至全球。在平流层中，高温层置上、低温层置下，平流层大气较为稳定。正因如此，气溶胶一旦进入平流层，就会长时间存在于这一大气层中。平流层里的硫酸气溶胶会遮挡太阳辐射，造成对流层降温，还会吸收红外辐射，造成平流层的升温，对大气辐射、气温和大气环流有着深远的影响。

火山喷发对全球气候的影响通常随着火山的地理位置和喷发季节的变化而变化。在以往的研究中，热带火山喷发因其对平流层气溶胶和全球气候影响的重大贡献而被广泛关注，但中高纬度火山喷发对平流层气溶胶层的影响及气溶胶从高纬度输送到热带平流层的途径尚不清楚。吴雪及其合作者首先要做的，就是将近20年来火山喷发的二氧化硫进行反演并制成清单。在早期研究中，团队重点关注了2009年6月喷发的中纬度火山萨里切夫（Sarychev），以及亚洲夏季季风环流对火山烟羽从中纬度向热带平流层扩散的影响。在北半球夏季，亚洲夏季季风系统可以帮助中纬度火山喷发产生的气溶胶传输到热带的低平流层。热带低平流层的气溶胶是可以随平流层的大气环流扩散至全球的，从而极大地扩展影响范围;但是在冬季，中纬度火山喷发产生的气溶胶向热带的传输会受到副热带急流的阻碍，在这种情况下，中纬度火山喷发产生的气溶胶无法进入热带平流层，也就无法产生全球性的影响。“这是基于我们反演的近20年火山喷发的二氧化硫排放清单做的一些初步应用研究，之后我们会开展更广泛的应用，进一步探索各个纬度、各种强度的火山喷发对气候的影响和规律。”吴雪说。

吴雪和她的课题组在平流层重力波领域也取得了引人注目的成果。“在一些前期研究中，我们发现台风的强度和台风触发的平流层重力波的强度有很强的相关性，但是这个相关性产生的原因并不明确。”吴雪说。为了验证这个相关性，并且进一步论证因果关系，研究团队收集了海量的卫星观测数据做分析，又采用了高分辨率的数值模式做计算模拟，最终搞清楚了台风的强度变化和平流层重力波的强度和特征的联系机理。“通过气象卫星从上而下地观测平流层重力波不会受到对流层内的云雨的干扰，所以如果能利用对平流层重力波的卫星观测来提升我国对台风强度的监测和预报能力，就可以进一步减少人民的生命和财产损失，这是我们下一步要谨慎论证的应用方向。”吴雪有些兴奋地说道。

踏实勤勉，不忘初心

“合抱之木，生于毫末;九层之台，起于累土。”在吴雪看来，能够取得现在的成绩一方面得益于对科研的浓厚兴趣，另一方面也离不开刻苦的努力。细数吴雪求学和工作的经历，没有“一蹴而就”，只有研究态度和研究方法日复一日的培养和锻炼，以及研究成果一点一滴的累积。她始终以一位有责任心、有使命感的科学家的标准来要求自己，致力于为国家和社会的发展奉献自己的力量。2022年，吴雪入选中国空间科学学会“最美科技工作者”，这对她来说既是一种认可，也是一种激励。“作为入选者中资历最浅的一位，我现在除了要一如既往地将科研做好，另外也要在坚持奋斗在科研一线的同时，慢慢从自己独自研究向带领队伍的方向上转变，为发展壮大我们的科研有生力量尽自己的绵薄之力。很多时候，我不敢称自己为‘科学家，我只是把分内工作做严谨、做卓越，让我们的每一项成果都能在学科发展的过程中发挥一定作用，为后来者铺垫通向远方的道路，这就是我们想要达到的目标。”

（责编：袁园）