近日，中国科学院空天信息创新研究院科研团队开展的“青藏高原珠峰地区高寒环境复杂地表地气相互作用天—空—地立体协同观测试验”正式启动。这是在珠峰地区首次利用航空平台获取水热碳通量观测，填补青藏高原珠峰地区面尺度地气相互作用观测的空白，标志着我国在青藏高原地气相互作用及气候环境观测研究领域的又一重要突破。什么是天—空—地立体协同观测试验？填补了面尺度的观测空白将如何助力我们进一步了解青藏高原？
青藏高原是世界海拔最高的高原，对大气具有强烈的加热效应，进而影响北半球的中纬度大气环流，其地表物质和能量交换不仅影响青藏高原及周边气候，还可通过复杂的气候反馈机制和大气环流影响全球气候，是全球变化背景下地球系统地气相互作用过程及生态系统格局演变研究的重要区域。
中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室贾立研究员团队在位于西藏日喀则定日县境内珠穆朗玛峰北侧，平均海拔约4200米的地方设置试验区。为什么选在这个地方？
贾立：因为每年一到季风来的时候，带来的印度洋或者是太平洋水汽，带来降水，有丰沛的水汽。但是亚洲季风受到喜马拉雅山的阻挡，有很多地区的话，它在高原沿线这一带它是过不来，只有几个有限的水汽通道。那么珠峰北坡这个地方，想要看一看真正珠穆朗玛峰最高峰这个位置上，它的阻挡作用。这个地方海拔比较高，太阳辐射又比较强烈，地表的话具有非常强的加热效应，可能比其他地区要更加显著。所以地气相互作用，也就是地表跟大气之间的这种相互作用，会更加强烈。
搭载水热碳通量观测系统的无人机正在进行通量数据获取
研究团队在这一试验区利用无人机航空平台开展观测试验，结合地面站点和卫星遥感观测形成多时空尺度、天—空—地立体综合观测。贾立介绍，航空平台观测可为地面点观测和卫星大区域观测之间架起一座桥梁。
贾立：我们这次采用的是一种大型的固定翼无人机作为航空平台。一般来说地面观测就是架设一个仪器在一个点上，它观测的范围非常有限，大概几百平方米这样的一个范围的信息。用卫星遥感观测它可以覆盖更大面上的，那么遥感观测的话，它其实是需要在地面上的观测进行校验，模型结果需要去进行验证。还有一种手段就是说无人机平台或者叫航空平台，它正好处在这种地面点上跟这种卫星大尺度上这两个尺度之间的这么样的一个尺度，我们叫面尺度，它又是一个真实的观测的，所以它可以构建地面点观测和卫星大区域观测之间这样的一座桥梁。
地基通量观测站
据了解，本次试验是继甘肃敦煌、云南大理和青海格尔木等地之后，团队第四次在青藏高原及周边地区采用无人机航空平台开展水热碳通量观测试验。贾立说，珠峰试验区海拔更高、天气变化更剧烈、观测难度更大、挑战更多。
贾立：对于我们无人机来说，第一个难处就是这个地方海拔高，空气稀薄，对飞机它的动力性能要求比较高，它必须有足够的动力性能才能满足咱们这么大的一个飞机，它翅膀展开之后将近4米。它电池的续航能力，要调整到能够飞行的时候达到最大效率，这些方面都是进行了一些改装。天气变化特别剧烈也是另外一个要克服的，因为无人机它观测的话，尤其我们的水热碳通量观测，它是要求飞机飞行的时候一定要平稳，不能够随意地抖动，这样的话会对这个信号造成干扰，最后获取的信号里面其实有很多噪音，这不是真实信号。
开展大气探空观测和无人机热红外影像获取
团队经过反复试验，设计出最佳飞行航线，以及最大限度地提高飞行效率，最终首次在珠峰地区复杂地表条件下开展航空机载观测，获取区域“面”尺度地表与大气之间的水分通量、潜热通量、感热通量、碳通量和辐射通量的空间分布数据。
贾立：这是在这个地区是第一次利用航空平台来获取区域就是面尺度上的水分通量、热通量、碳通量、辐射通量的这样的数据。
搭载水热碳通量观测系统的无人机正经过地基通量观测站上空
团队还运用地基和空基通量观测试验相结合，获取兼顾时间变化和空间变化的水热碳通量观测数据，为在珠峰地区复杂地表开展区域尺度地气相互作用研究、地面观测与卫星观测之间尺度转换研究提供关键数据。贾立表示，最终目标是揭示青藏高原地气相互作用、环境变化及其气候反馈的关键机制。
贾立：有了这些数据之后的话，所有的综合到一起就可以去分析高原地区水热碳变化过程的特征和机理。我们最终的目标是研究这个地方的地气相互作用有多强烈，它是如何影响整个大气的环流的。
珠峰地区首次水热碳通量航空观测试验人员
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