探秘世界最高火爐對(duì)大氣和大氣環(huán)流的加熱作用

/探秘世界最高火爐對(duì)大氣和大氣環(huán)流的加熱作用２０15-3－9世界最高峰—珠穆朗瑪峰以接近九千米的海拔高度兀立于地球之巔，它是地球上最接近太陽(yáng)的地方。中國(guó)科學(xué)院冰川凍土沙漠研究所寇有觀等曾經(jīng)在珠穆朗瑪峰北坡海拔6３00米處觀測(cè)到了太陽(yáng)直接輻射強(qiáng)度達(dá)到每平方厘米１.８2卡.如果是在珠穆朗瑪峰頂峰觀測(cè),我想，它所接收的太陽(yáng)輻射應(yīng)該是地球表明最大的地方。那么,珠峰大火爐到底能夠給大氣多少熱量呢？根據(jù)我們?cè)谥榉宓貐^(qū)的觀測(cè)資料，按照地面與空氣交換熱量的公式,計(jì)算結(jié)果表明，在珠峰地區(qū)大約5千平方千米的范圍內(nèi),4～７月向大氣輸送的總熱量可達(dá)１．5億至２。0億千瓦，接近我國(guó)長(zhǎng)江三峽水電站每月的總發(fā)電量。珠穆朗瑪峰地區(qū)如此巨大的加熱量對(duì)于大氣和大氣環(huán)流有什么影響呢？

一、對(duì)下游的加熱作用

在野外寒夜中燒火取暖，有經(jīng)驗(yàn)的人們往往喜歡位于篝火的下風(fēng)方向。這是人們熟知的普通生活常識(shí)。珠峰以其特有的高度，經(jīng)常把它從太陽(yáng)輻射吸收的熱量再傳播四方，溫暖著人類賴以生存的空氣。春夏秋三季，珠峰吸收太陽(yáng)光熱量，再將大量熱量向四周傳送，溫暖四方。受益最大者是位于珠峰下風(fēng)方向的空氣；這與前面提到的位于篝火下風(fēng)方向受熱最大的道理是相同的。根據(jù)這種思路,我想,如果選擇珠穆朗瑪峰上游和下游一定距離內(nèi)的高空氣象觀測(cè)站，比較高空不同風(fēng)向時(shí)的大氣溫度，會(huì)發(fā)現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象。最后,選擇位于珠峰東西兩側(cè)６00千米處、相同緯度的兩個(gè)高空氣象觀測(cè)站，分析它們197１~1９75年４~7月的5年月平均資料，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象(圖１、2a、ｂ）。圖１．珠峰東西兩側(cè)600千米處4～7月平均氣溫差隨高度分布（單位：℃）圖2a珠峰西側(cè)６00千米處４~7月平均風(fēng)隨高度變化（單位:米/秒)圖2b珠峰東側(cè)6０0千米處4～7月平均風(fēng)隨高度變化(單位：米/秒）

由圖１、２可見(jiàn),春季（4~5月），珠峰地區(qū)上空盛行強(qiáng)勁的西風(fēng),在位于其東側(cè)60０千米處,在海拔6~１0千米高度內(nèi)的平均空氣溫度要比位于其西側(cè)600千米處、相同高度上的空氣溫度高出攝氏2～3攝氏度。夏季（7月）,珠峰地區(qū)上空轉(zhuǎn)為盛行偏東風(fēng)，情況完全變了.位于其西側(cè)６00千米處海拔６~10千米高度內(nèi)的空氣溫度反比位于其東側(cè)6０0千米處、相同高度的空氣溫度高出攝氏1度左右。這就說(shuō)明,在春夏季，凡是處于珠峰下風(fēng)方向的空氣溫度都要比其上風(fēng)方向、同高度的氣溫要高，尤其是春季，由于西風(fēng)風(fēng)速大，下游600千米處不同高度的氣溫更比上游各相同高度上的氣溫高。后來(lái),我們同樣發(fā)現(xiàn),在春、夏季節(jié)，青藏高原對(duì)于下游大氣仍然有類似的加熱作用，只不過(guò)加熱作用比珠穆朗瑪峰的小.對(duì)南支西風(fēng)急流中心高度的影響問(wèn)題的由來(lái)

1966～1９６8年,我和隊(duì)友沈志寶、沈如金、呂位秀先后在珠穆朗瑪峰北坡及其西南側(cè)地區(qū)科學(xué)考察，發(fā)表了八篇論文。其中一篇由我主筆的論文“青藏高原對(duì)大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)影響的初步探討”中，用1962～１966年五年平均的氣象資料，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有意義的現(xiàn)象(圖3、4）。由圖3可見(jiàn),沿著東經(jīng)85度的南北向剖面上,南支西風(fēng)急流最大風(fēng)速中心的高度在珠穆朗瑪峰北側(cè)6０千米處的定日氣象站上空最低,為海拔高度11千米,而在定日站南北兩側(cè)的西風(fēng)急流最大風(fēng)速中心高度要比定日站上空高出１。5千米許。由圖４還可以看出，沿著青藏高原南緣、喜馬拉雅山脈北側(cè),南支西風(fēng)急流最大風(fēng)速中心的海拔高度僅僅為1１。2~１１．4千米,而在這一帶的南北，即,青藏高原以南和唐古拉山南側(cè)的西風(fēng)急流最大風(fēng)速中心的海拔高度都在1２千米以上。圖３.沿東經(jīng)85經(jīng)度的南支西風(fēng)急流中心平均海拔高度（千米）曲線圖4。青藏高原南緣及其南北兩側(cè)西風(fēng)急流最大風(fēng)速中心海拔高度分布（千米)

知識(shí)鏈:所謂南支西風(fēng)急流也叫副熱帶西風(fēng)急流，它是位于北緯20～30度西風(fēng)風(fēng)速最大的區(qū)域,一般在海拔高度9～1２千米范圍。葉篤正先生考慮到青藏高原對(duì)于副熱帶西風(fēng)急流的分支左右，被分支到青藏高原南側(cè)的副熱帶西風(fēng)急流又叫南支西風(fēng)急流.

上述這種現(xiàn)象是什么原因呢？1972年9月的一天上午，由葉篤正老師主持，中國(guó)科學(xué)院大氣物理所在三樓禮堂召開(kāi)了“文化大革命”以來(lái)我所的第一次學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì),北京地區(qū)的高等院校和軍隊(duì)氣象系統(tǒng)都來(lái)人參加，可以容納5０0人的大禮堂擠得滿滿的。我被安排第一個(gè)報(bào)告,題目是“青藏高原對(duì)大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)影響的初步探討"，其中,給出了前面的兩個(gè)圖，提出青藏高原會(huì)影響南支西風(fēng)急流中心高度，但不知道是什么原因。當(dāng)天下午,葉篤正老師讓我去他的３0６辦公室,討論這種現(xiàn)象形成的原因。陶詩(shī)言老師和葉老師同一個(gè)辦公室，一起參加了討論。討論進(jìn)行了一個(gè)多小時(shí)。葉篤正老師先后提出了三種情況來(lái)討論,并在我的筆記本上留下了一幅討論圖（圖5)。圖５.葉篤正老師提出南支西風(fēng)急流中心高度在珠穆朗瑪峰北側(cè)降低的可能原因(圖中的臺(tái)地表示青藏高原,圖左下腳是我的手跡）

在討論的前一段時(shí)間，我沒(méi)有明白老師的意思，只是認(rèn)真聽(tīng)取葉、陶兩位老師的討論。葉老師在我的筆記本上繪了三幅圖，反復(fù)說(shuō)明,北面(青藏高原）冷,南面（青藏高原南側(cè)）熱,兩者之間的溫度梯度大，從而產(chǎn)生熱成風(fēng)；當(dāng)這種南北向的溫度梯度越大時(shí)，熱成風(fēng)隨高度的變化也越大……我慢慢有些明白了。我也大膽地在葉老師畫(huà)圖的左下角寫(xiě)了“",并認(rèn)真地問(wèn)：“很可能是南北向的大的溫度梯度引起的熱成風(fēng)隨高度變化嗎？”兩位老師都認(rèn)為“很有可能".設(shè)計(jì)觀測(cè)方案

１９75年春，經(jīng)主持國(guó)務(wù)院工作的鄧小平副總理批準(zhǔn)，國(guó)家體育運(yùn)動(dòng)委員會(huì)與中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合組織珠穆朗瑪峰登山科學(xué)考察,我作為大氣物理組組長(zhǎng)和國(guó)家登山隊(duì)氣象組副組長(zhǎng)同時(shí)參加了珠穆朗瑪峰北坡的氣象科學(xué)考察和攀登珠穆朗瑪峰的氣象預(yù)報(bào)工作.根據(jù)攀登珠穆朗瑪峰氣象預(yù)報(bào)的實(shí)際需要，利用工作的方便,我向中國(guó)登山隊(duì)政委王富洲同志提出，“為了保障登山氣象預(yù)報(bào)，建議在攀登頂峰的期間加密無(wú)線電探空的觀測(cè)次數(shù)"。一貫支持科學(xué)考察研究的王政委欣然同意了.我是登山隊(duì)氣象組副組長(zhǎng)，主要負(fù)責(zé)高空風(fēng)預(yù)報(bào)。因此,每天的高空風(fēng)觀測(cè)次數(shù)就由我來(lái)確定了。我與登山隊(duì)氣象組的隊(duì)友們密切合作,在4月25日～5月27日期間，每天釋放無(wú)線電探空氣球6～８次，獲取了珠穆朗瑪峰北坡有史以來(lái)最有意義的高空氣象觀測(cè)資料。觀測(cè)中的風(fēng)風(fēng)雨雨

當(dāng)然，觀測(cè)的艱辛也令人難忘。197５年春，在珠穆朗瑪峰北坡絨布寺(大本營(yíng)），3０多頂班帳篷整整齊齊地排列在大本營(yíng)的東西兩側(cè)，我們稱為“珠穆朗瑪峰大街”.在大街的最南端，高高聳立著一根1０米高的旗桿，每天早晨和傍晚都有升降國(guó)旗的儀式.登山隊(duì)員必須做早操(照片1)。在晴空萬(wàn)里的時(shí)候,鮮艷的五星紅旗飄揚(yáng)在珠穆朗瑪峰大街的最南端，顯得雄偉壯麗(照片2）。照片1。清晨，登山隊(duì)員在“珠穆朗瑪峰大街”做早操照片２.鮮艷的五星紅旗飄揚(yáng)在珠穆朗瑪峰北坡大本營(yíng)

當(dāng)時(shí)，中國(guó)登山隊(duì)氣象組負(fù)責(zé)高空氣象觀測(cè)的有陳順才、李余糧、汪文清、陳建軍（后來(lái)調(diào)到登山隊(duì)登山去了）四人（照片３）。由于每天觀測(cè)６～８次,工作量太大,我不得不兼任了測(cè)風(fēng)觀察員(照片４)。照片3.登山隊(duì)氣象組的隊(duì)友們:李余糧（圖后排中)、陳順才（圖二排左一）、汪文清（前排右一）和高登義（二排右一)

照片4.高登義在珠峰大本營(yíng)測(cè)風(fēng)觀測(cè)

有時(shí),我們同時(shí)釋放無(wú)線電探空氣球和測(cè)風(fēng)小氣球，以觀測(cè)珠穆朗瑪峰北坡的大氣垂直運(yùn)動(dòng)（照片5）。

照片５。有時(shí),我們同時(shí)釋放無(wú)線電探空氣球和測(cè)風(fēng)小氣球,觀測(cè)大氣垂直運(yùn)動(dòng)

我們的這種觀測(cè)工作強(qiáng)度,至少在我國(guó)是絕無(wú)僅有的。在當(dāng)時(shí)，全國(guó)高空氣象觀測(cè)最多的是北京氣象站，每天四次無(wú)線電探空觀測(cè),觀測(cè)員8人,兩班輪流.我們一天觀測(cè)6～8次，卻只有四個(gè)觀測(cè)員（加上我）。氣象組帶了三個(gè)制氫氣缸，每個(gè)氫氣缸制的氫氣一般能夠充滿一個(gè)無(wú)線電探空氣球。有時(shí)，釋放氣球失敗,必須立刻重放，往往不得不使用剛剛制好的氫氣。此時(shí)，氫氣缸內(nèi)氣溫很高，充氣時(shí)要特別小心。5月的一天夜里，登山隊(duì)員今天要向8600米營(yíng)地攀登，王富洲政委來(lái)到氣象組,顯然事關(guān)重要。此時(shí),地面風(fēng)速達(dá)到7～8級(jí)，在我們沖氣球時(shí)，一不小心就被突然一陣大風(fēng)把氣球吹跑了。我們不得不重新給氣球沖氣。大風(fēng)仍然和我們搗亂，充氣困難,大本營(yíng)的登山隊(duì)員們立刻趕來(lái)，手拉手圍成大圓圈，保護(hù)氣球。我與李余糧商量，他負(fù)責(zé)掌握氫氣缸閥門(mén)，控制好放氣速度；我躺在地上,緊握氣球嘴,防止氣球被大風(fēng)吹跑。一切順利地進(jìn)行中.眼看氣球就要充好了。突然，氣球嘴邊冒起紅火，我驚訝,不知該怎么辦。放手,氣球立刻飛去;不放手，氣球燃燒爆炸，后果不堪設(shè)想。此時(shí),很有經(jīng)驗(yàn)的李余糧迅速關(guān)閉閥門(mén)，氣球嘴的火立刻消失……小李幫助我扎緊氣球嘴，按觀測(cè)規(guī)范順利釋放了探空氣球。這次探空氣球觀測(cè)完后，小李仔細(xì)看我的手和臉沒(méi)有燒傷，深情地對(duì)我說(shuō)：“老高,對(duì)不起，差一點(diǎn)……"“要不是你機(jī)靈地迅速關(guān)閉閥門(mén),我就慘了.我還得謝謝你呢!”我誠(chéng)懇地說(shuō)?？啾M甜來(lái)

登山氣象組的隊(duì)友們認(rèn)真按照觀測(cè)規(guī)范幫助我把這些高空氣象觀測(cè)資料整理好，所有觀測(cè)資料的原件都交給了我?guī)Щ乇本?。?jīng)過(guò)認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn),珠穆朗瑪峰對(duì)于大氣的強(qiáng)烈加熱,使得珠峰北坡絨布寺大本營(yíng)上空的氣溫比其北側(cè)的定日站氣溫高得多，南北向的氣溫差達(dá)到3～6℃/每緯度(圖６）。這是非常大的南北向溫度差距.一般說(shuō)來(lái),氣溫隨緯度的變化平均為０．8℃／每緯度.圖6.沿東經(jīng)85度△T/△Y剖面（單位:℃/每緯度）(1975年５月平均)

由圖6可見(jiàn),在沿東經(jīng)85度的剖面上，在珠穆朗瑪峰北側(cè)的絨布寺與定日之間，在地面到海拔高度1２０00米之間，△T/△Ｙ值到達(dá)３~6℃/每緯度，其中，在珠峰頂峰附近（海拔高度9～10千米）的南北向溫度差異最大,約5～6℃/每緯度；其次,在離地１00０～20００米，有次大中心，南北向溫度差異為4～５℃／每緯度。上述珠峰南北向氣溫差異分布與其東西風(fēng)分量（u)的南北向差異相對(duì)應(yīng)（圖７）。圖７.沿東經(jīng)８５度△U/△Z剖面(單位：米/秒/10０米)(19７5年５月平均）

由圖７可見(jiàn),沿東經(jīng)85度的剖面上，東西風(fēng)分量（U)隨高度的變化（△U／△Z）的最大值也對(duì)應(yīng)出現(xiàn)在海拔9～１０千米和離地２０0００米附近.從圖6、7可見(jiàn),由于珠穆朗瑪峰對(duì)于大氣的強(qiáng)烈加熱作用，使得珠峰北坡絨布寺上空的氣溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在北側(cè)60千米處的定日站，形成超常的南北向溫度差異,這就給熱成風(fēng)形成了非常有利的條件,因而,熱成風(fēng)風(fēng)速隨高度遞增很快,它與本來(lái)的西風(fēng)疊加，表現(xiàn)為南支