觀測研究珠峰北坡背風波動中的苦與樂

1、2015-2-28   觀測研究珠峰北坡背風波動中的苦與樂引子1975年春，中國科學院與國家體委合作，在珠峰北坡進行科學考察，我是中科院科學察隊大氣物理組組長，帶領(lǐng)三名南京氣象學院畢業(yè)班學生張江援、馮雪華、李玉柱三人進行科學考察工作，同時，應邀作為登山隊氣象組副組長，制作登山天氣預報。我與登山隊氣象組合作，每天釋放68個無線電探空氣球，觀測發(fā)現(xiàn)了珠峰北坡的中小尺度系統(tǒng)，系統(tǒng)的時間尺度約為26小時，空間尺度約為36千米，中小尺度高壓對應大風（30米/秒左右），中小尺度低壓對應小風（510米/秒）。據(jù)此，我提出，中小尺度系統(tǒng)可能與背風波動有關(guān)，申請去珠峰北坡觀測研究。大氣物理所批準了我的

2、課題申請，于1980年春在珠峰北坡進行背風波動觀測研究。觀測方案是：在珠峰北坡大本營釋放系帶無線電探空儀的等高平飄氣球，在大本營西側(cè)山脊附近（盛行風的上游），選擇適合的觀測點觀測等高平飄氣球移動軌跡，并監(jiān)測移動軌跡上的探空儀信號，求得軌跡上的溫度、氣壓、濕度、風向風速資料，以研究珠峰北坡的背風波動。觀測研究單位：中國科學院大氣物理所、中國人民解放軍總參氣象局。 野外觀測實施1980年4月2229日，我和嚴江征、崔成和、王津生、郭明禮和張明貴等6人在珠峰北坡大本營西側(cè)海拔5700m觀測珠峰的背風波動；在大本營，鄭小英、劉增基、馬德禮等負責每天5次釋放三個不同高度的等高平飄氣球。每天從北

3、京時間08時開始，每隔3小時觀測接收一次等高平飄氣球發(fā)射的氣象資料信號，分別在北京時間08時、11時、14時、17時和20時。每次施放3個不同發(fā)射頻率的無線電探空氣球，飛行高度分別定在6000m、8000m、10000m左右。每次觀測的時間約2小時，最長的觀測時間達到2.8小時。艱難地選擇觀測點  按課題觀測設(shè)計要求，我們要在絨布河谷中同時施放三個不同高度的等高無線電探空氣球，即分別在10000m、8000m和6000m左右。春季，在珠峰地區(qū)上空盛行西風，因此，在觀測站的東側(cè)不宜有比觀測站高的山脈，才能取得較長時間的觀測資料。為了選擇符合上述條件的觀測站，我?guī)е緳C小楊、小夏用了四天

4、的時間先后在大本營東西兩側(cè)山脊選點(照片1)，分別到達過53005800m的高度，最后選定在大本營西側(cè)山脊5700m左右的正西方處。這個站正好位于絨布河谷東西最寬的剖面上，且在其對面東側(cè)山脊處的海拔高度相對較低，視線開闊，易于取得較長時間的觀測資料；此外，該站四周比較開闊，易于設(shè)立三個觀測點。照片1.高登義在珠穆朗瑪峰海拔5800米處選擇觀測點 怒喊隊員必須跟上   4月21日上午9時，全隊分成兩組，我?guī)ьI(lǐng)5名隊員到西側(cè)山脊5700m處建站觀測。甄小英等在大本營準備施放等高無線電探空氣球。我們6人背上三臺用于測風的經(jīng)緯儀、三臺用于接收無線電探空儀信號的接收機，劉增基等四名隊

5、員幫助我們搬運器材到5700m營地，幾位藏族民工幫我們背帳篷、炊具和食品等。大本營位于絨布河谷的東岸，我們離開大本營，向西前進，首先必須下坡近100m到絨布河谷底，淌水過河。然后再在西岸向上攀登。我們背負10多公斤重的儀器，小心地攀登。3個多小時后，我們登上了5600m左右的高度，大家實在爬不動了，只好就地休息。有人開始吃干糧。這個地方比較開闊，但向東的視線不算好，我沒有選作觀測站。休息35分鐘后，我站起來，準備帶領(lǐng)大家繼續(xù)前進。劉增基走到我身邊，悄悄地對我說：“高登，有兩位隊員頭痛，怕是走不動了，你看，就在這兒建站行嗎？”“不行”我本想批評他，但看劉增基為難的樣子，看看大家的“無耐”勁兒，我

6、轉(zhuǎn)而說：“大家再休息一下，我先前面探路?！蔽冶成献约罕车臇|西，帶上冰鎬，向更高的地方攀登。在當時，我的高山適應性的確比其他隊員好些，但我比大家年長10多歲，我也累啊。促使我選擇更高處的原因那是我明白觀測背風波動的要求。我只好身體力行了。我仔細地找尋攀登的最佳路線，符合安全、易攀，保證隊員們平安地登山。半個多小時后，我找到了上次選擇的觀測站。我放下登山背包，呼喊隊員們跟上來。不知是他們沒有聽見還是什么原因，隊員們只是抬頭望著我，仍在原地不動。我再仔細審視這個觀測場地，向東的視野比下面的開闊多了，場地也比下面的場地面積大多了，南面可望見珠峰，多好的觀測場??！兩相比較，從科研工作出發(fā)，必須叫他們上來

7、。我直呼“馬書記”和“劉增基”的名字，命令他們趕快上來。也許隊員們真的太累了，仍在原地不動。我真急了，罵了一句臟話，還點名“馬書記”、“劉增基”、“嚴江征”三位共產(chǎn)黨員，并高喊：“我比你們歲數(shù)大，我能爬山，你們?yōu)槭裁床荒芘溃俊薄岸冀o我上來！”隊員們上來了，艱難地沿著我走過的路上來了。背風波動觀測完畢后，嚴江征悄悄對我說：“老高，那天，從來沒有見你發(fā)過那么大的火。不過，你這一發(fā)火，我們覺得問題嚴重，不上不可了?！眲⒃龌\懇地對我說：“那天我的確有點不行了，頭脹得難受。現(xiàn)在看來，要是不上到這個站點，不知要損失多少觀測資料啊。在非常時期，就得采取非常的辦法。登山就像軍隊作戰(zhàn)一樣，必須令行禁止?！标爢T

8、們理解了觀測要求，理解了我，我心里反不安了。是啊，隊員們第一次到珠峰考察，負重登上5700m的陡坡，確實很難；加上對科研工作的意義和觀測要求不太理解，的確難免此舉。當時，我也是沒有辦法了，三言兩語也說不清觀測背風波動的意義和觀測要求，只好出此“下策”了。1999年元旦前夕，馬德林同志從天津打來電話祝賀我們徒步穿越雅魯藏布大峽谷成功時說：“老高，當你們正艱辛地在大峽谷中穿越時，我從心里相信你們會成功。我們一起在珠峰爬山的情景對我印象太深了?！?#160; 難忘的八個日日夜夜 在我們6個人中，來自軍隊的3個無線電探空信號接收人員王津生、郭明禮和張明貴負責接收探空儀發(fā)回的氣溫、氣壓和濕度的信號(照片

9、2)，我和小嚴、小崔3人負責觀測并計算每隔1分鐘的風向風速資料(照片3)。照片2.三位無線電探空信號接收員各自為戰(zhàn)地忙碌在5700米觀測場照片3：三個測風觀察者各人使用一個測風經(jīng)緯儀在5700米觀測場觀測 延伸閱讀：等高平飄氣球與背風波動觀測所謂等高平飄氣球（照片4）即能夠在相同高度上飄飛的氣球。氣球能夠在相同高度上飄飛的原理是，根據(jù)需要氣球飄飛的相同高度來確定氣球的體積，即，VW/()。公式中，W為氣球及其負載的重量，V為氣球的體積，為高度H處的大氣密度，為氣球內(nèi)氣體的密度。照片4等高平飄氣球的下部有細長的管子從照片4可見，等高平飄氣球下部有一可與外部相通的細長管，這是在氣球上升到

10、需要高度飄飛時用來調(diào)整氣球內(nèi)部與外部氣壓平衡，達到等高飄飛的目的。在20世紀70年代，由于我國高空大氣觀測任務(wù)之必須，我國有了自己生產(chǎn)的高空等高平飄氣球，中國科學院大氣物理研究所與高能物理研究所合作，在河北香河境內(nèi)釋放了許多在幾十千米上空飛行的等高平飄氣球。這為我們觀測研究珠峰地區(qū)的背風波動提供了有效的條件。1980年，在中國科學院高能物理研究所的幫助下，我們不僅得到了適合珠峰地區(qū)觀測的小型（3立方米）等高平飄氣球，而且學會了如何釋放不同高度平飄氣球的原理和方法，保障了我們觀測研究珠峰地區(qū)的背風波動。在觀測時間內(nèi)，我們6人各施其職，誰也不能出問題，誰也幫不了誰。每天07時起“床”，從08時一直

11、工作到23時左右，長達15個小時。中午飯從未定時吃過，得空便吃點干糧或罐頭(照片5)。8天工作完后，人人都大大“減肥”，最多的減少體重8公斤，我減了4公斤體重。照片5.我們得空便在5700米觀測場抓緊吃點罐頭食品回想這8個日日夜夜，確實難忘。甄小英的巧設(shè)計  在同一時間，珠峰上空有三個無線電探空儀在發(fā)射三個不同高度的氣溫、氣壓和濕度信號，三位無線電探空信號接收人員分別用耳機收聽并點繪成大氣溫度、氣壓和相對濕度隨高度變化曲線。然而，由于工廠出品的無線電探空儀發(fā)射頻率都相同，接收人員很難判別三個探空儀飛行的高度，無法取得準確資料。這個問題不解決，背風波動的觀測將不能實現(xiàn)預定計劃。經(jīng)過兩天

12、反覆試驗，甄小英以他靈巧的手改變其中兩個探空儀的頻率，使得三個探空儀的發(fā)射頻率相差較大（照片6），只要三位觀測員在同時接收信號時在接收機上鎖定各自的探空儀的發(fā)射頻率，三個不同高度的大氣溫度、氣壓和濕度信號就都能接收到了。照片6.甄小英以他靈巧的手改變探空儀的發(fā)射頻率山上山下必須同步  劉增基、甄小英等在山下大本營施放等高無線電探空氣球，每次施放三個，難度很大。難度之一，要在較短時間內(nèi)完成施放三個等高無線電探空氣球；難度之二，要讓山上5700m營地的觀測者準確知道每個氣球施放的時間，以便即時、準確地跟蹤自己應該跟蹤的氣球。因為，在5700m營地的6人中，3位探空信號接收者要根據(jù)三種不同

13、發(fā)射頻率來尋找自己應該跟蹤接收的探空儀，3位觀測風向風速者要根據(jù)大本營的信號提示來跟蹤自己應該跟蹤的氣球。對于信號接收者而言比較容易辨別，我們事先固定三個飛行高度氣球上的探空儀的發(fā)射頻率，一旦氣球升起，探空儀開始發(fā)射信號，接收信號者即可根據(jù)其發(fā)射頻率來判別。然而，對于觀測風向風速者就難了，他必須在氣球施放前知道自己跟蹤的是哪一個氣球。經(jīng)過討論，山上山下商定以鳴槍次數(shù)不同為區(qū)別信號，一聲槍響表示是10000m高度飛行的氣球，兩聲槍響表示8000m高度飛行的氣球，三聲槍響表示6000m高度飛行的氣球。我們之所以采用此方法，是因為我們有兩支沖鋒槍和充足的子彈。隊員們戲說這種觀測方式至少“在中國是首創(chuàng)

14、”，在珠峰地區(qū)應該是“世界首創(chuàng)”。山上山下密切配合，及時總結(jié)經(jīng)驗教訓，經(jīng)過兩次失敗后終于山上山下同步成功了。延伸閱讀：如何用測風經(jīng)緯儀觀測等高氣球飄飛在珠峰絨布河谷，在南北走向深切峽谷的東西兩側(cè)都有海拔7千米以上的山脊，當時測風的儀器只可用測風經(jīng)緯儀。4月，珠峰上空盛行偏西風，測風觀測點必須在西側(cè)山坡上盡可能高的地方，才能夠取得更長時間的資料。綜合上述條件，觀測點選在大本營西坡海拔5700米處。艱難地連續(xù)施放氣球  春季，在珠峰北坡，強勁的冰川風幾乎晝夜盛行，當?shù)貢r間午后到午夜前更強，平均風速常常達到810米/秒，陣風可達7、8級。在這種大風條件下，充氣和施放體積達3立方米的大氣球都

15、十分困難。充氣，這是第一關(guān)。由于風大，氣球大，充氣時，必須有人牢牢地握緊氣球嘴，另外幾人用手臂抱住氣球，防止大風吹斷球嘴，氣球飛去（照片7）。有時，如果風再大，就由一位有經(jīng)驗的隊員躺在地上，緊握球嘴，球的四周由更多的人保護。照片7.第一難關(guān)是充氣，為避免球被大風破壞，須有人緊緊握住球嘴，有人在球的四周保護在大風中施放大氣球先后采用過“奔跑放球法”和“雙人放球法”?！氨寂芊徘蚍ā北仨氂缮眢w好、奔跑快的人施放氣球，雙手緊握懸于氣球下的探空儀，順風奔跑，當感覺有明顯的浮力時，立即脫手，氣球安全升空(照片8)?！半p人放球法”方便有效：在大風中，一人手持探空儀，位于下風方向，一人手握氣球嘴，位于上風方向

16、；施放時，先放氣球，待氣球飛到手持探空儀者的頭頂時，才順勢釋放探空儀。然而，要在短時間內(nèi)(35分鐘)放出三個氣球，第一種方法在珠峰很難找到如此條件的三個人，第二種方法需要6個人。照片8.大風中一人手握探空儀順風奔跑當手感到有上升浮力時立刻釋放在大本營人力極其緊張的條件下，甄小英和劉增基他們創(chuàng)造了“逐漸釋放法”。釋放前，先將10米長的探空儀發(fā)射天線繞在一條長約20公分的細小的硬紙筒（它是填寫探空信號紙的軸）上，天線的一端系在氣球嘴上。釋放者只需手握氣球嘴，在風中脫手后氣球會安全起飛，氣球在上升過程中因氣球的浮力和探空儀的重力共同作用，天線被逐漸拉直，氣球施放成功。這種方法無需奔跑，節(jié)省人力，施放

17、安全、可靠。第三女神情深深  那年，考察隊帶了一個煤氣灶和20罐煤氣到珠峰，作為做飯用。觀測開始后，煤氣灶留在大本營，我們只能夠帶汽車的噴燈和高壓鍋上山做飯。第二天中午，在抽空燒開水時，噴燈的火苗太旺，溫度太高，而且直接沖著高壓鍋的鍋蓋附近，不慎把密封高壓鍋的橡皮圈烤壞了。高壓鍋成了“普通鍋”，“開水”的溫度只有攝氏70度左右，米飯成了“夾生飯”。由于沒有備用的橡皮圈，我們只有吃干糧，喝罐頭飲料和冰雪融水。這種生活一直伴隨我們整整8個日日夜夜。難怪每個人下山時都減少了體重，最多的減少體重8公斤，最少的減少4公斤。在這8天中，每天至少要施放15個氣球(若山上山下配合失誤，還必須再施放氣

18、球)，每人每天工作時間1215小時，真是“起早貪黑”。我們每天休息的時間只有在夜里。大約在23點以后，一天的觀測終止，5700m營地的隊員才有機會休息，才有機會稍為認真地吃點東西。在我們觀測期間，我曾經(jīng)先后兩次接到所領(lǐng)導和所長葉篤正先生的電令，讓我盡快返回北京參加5月8日15日的“北京國際青藏高原科學討論會”，因為我不僅是與會代表，而且是大氣物理學組的學術(shù)秘書，葉篤正組長的助手。我本應該盡快返京工作，然而，由于我們是第一次在珠峰觀測背風波動，不時遇到新問題急需當時處理，我只有“將在外軍令有所不受”了。好不容易堅持到4月28日完成野外觀測任務(wù)，明天早晨我就要離開珠峰大本營回京了。4月28日晚上，

19、已經(jīng)23點半了，我們山上的6位隊友都難以入睡，大家索性從帳篷中鉆出來，席地圍坐在月光下。也許是隊友們知道我要提前下山，也許是隊友們知道我后天一大早就要離開大本營，就要與大家分別吧！一開始，大家都只靜靜地眺望月光下的第三女神珠穆朗瑪峰幾天的連續(xù)緊張工作，幾天的吃干糧，加上不同程度的高山反應，大家都瘦了，長長的胡子，黑黑的臉，個個小伙子都快成為“老頭兒”了。望著我的隊友，我作為隊長、長者，我心疼了。我就要離開隊友們（照片9）回北京參加國際科學討論會，我也好像有話對隊友們說，但不知從何說起。比我小12歲的嚴江征（照片10）靠著我天真地說：“要是現(xiàn)在有餡餅吃該多好??！”他這一開口可把小伙子們的“饞蟲”

20、引出來了。來自唐山的小崔接著說：“要有一碗熱湯面就好了?！薄盁釡婢陀惋災遣排跄兀　蓖踅蛏钱愊胩扉_。你一言，我一語，我們在月光下，在“第三女神”面前，慚愧地進行了“精神會餐”照片9.1980年珠峰科學考察的隊友們照片10.比我小12歲的嚴江征（圖右）是打野兔的優(yōu)秀射擊手我情不自禁地偷偷擦掉了快要掉下的熱淚，打起精神，把我身邊的兩位隊友緊緊摟住，學著列寧在十月電影里的腔調(diào)說：“面包會有的，牛奶也會有的”。逗得大家都笑了。我們仰望明月，月亮上的“山”和“兔影”清晰可見，我們南望“第三女神”，第三女神慈祥的笑容親切動人。人在笑，山在笑，月在笑似乎在為我們?nèi)〉玫氖澜绲谝桓叻宓牡谝皇仲Y料而歡笑，為我

21、們的小伙子們8個日以繼夜地在5700米高度觀測背風波動的精神而歡笑。          一分耕耘一分收獲分析1980年4月的觀測資料，得到了珠峰北坡的背風波動（圖1）。大部分背風波動在低層最強，振幅最大，背風波動隨著高度增加而迅速減弱。如圖1，在1980年4月27日09時，背風波動在海拔50007000米高度范圍內(nèi)最強，波動振幅接近2000米，在海拔8000米高度附近，波動振幅已減小到500米左右，在海拔9300米高度，背風波動振幅僅約有100米。圖1.1980年4月27日09時背風波動的垂直分布 A.背風波動與高空風在珠峰北坡觀測背風波動，由于山地影響，采用測風經(jīng)緯儀測風很難得到較長時間的風的資料。在1980年4月的觀測中，只有在400百帕以上才獲得6次較長時間的測風資料。這里給出兩次背風波動與風向風速的關(guān)系（圖2）。圖2.  背風波動與高空風分布 由圖2.可見，在1980年4月29日15時，在300百帕附近有明顯的背風波動，在波谷與波峰處的高空風速幾乎完全相同，都是8米/秒左右。這種情況占2/6。在1980年4月27日15時，在350400百帕之間的背風波動也很明顯，但在波谷與波峰處的高空風速卻差異很大，在波谷處的高空風速達到30米/