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反复佐证南极最低温 美科学家将“冷板凳”坐“热”

2018-07-09 09:19 来源:科技日报

  -98℃,这是美国和荷兰科学家小组新通报的南极最低气温纪录。此温度为通过卫星遥感反演的南极高原冰表面的历史最低温度。

  “我很肯定,早些年就和学生讨论过南极热成像制图的想法。”美国科学家Ted Scambos(泰德·斯卡姆波)7月4日在邮件中回复,在很长一段时间里,南极热成像制图是一个受欢迎的想法,但这项工作真正开始于2013年Landsat 8号卫星发射时。

  卫星遥感是一种间接测量手段,需要将卫星信号反演,转化为地表温度。极端低温的出现需要满足几个必要条件:持续晴空,否则云层像“棉被”起到了保温作用;微风;极度干燥,因为水汽会捕捉空气中的热量。

  在它出现的南极极夜,传感器需要有高灵敏度。但MODIS运行近20年,卫星传感器灵敏度已经退化,这增加了反演的难度。

  2013年2月,美国国家航空航天局(NASA)成功发射Landsat 8号卫星,卫星上携带的一个主要载荷是TIRS(热红外传感器),当时被评价是有史以来最先进、性能最好的TIRS。

  泰德·斯卡姆波回忆,当时他们希望能用MODIS进行初步制图,然后利用Landsat 8号卫星的冬季热数据进行修正,通过卫星反演,2013年获得东南极高原深处最低温度纪录-93.2℃。但后来发现,Landsat 8号卫星的热通道运行得并不是很好,换句话说,卫星上搭载的TIRS并不能精准探测到地面温度。

  “所以我们结合MODIS数据分析和地面自动气象站观测,做了一些表面能量平衡分析,并将Landsat 8号卫星作为额外参考,用于提供一些关于寒冷地区的定性信息。”泰德·斯卡姆波说,这项工作其实在2016年初就已完成。2016年—2017年,MODIS数据被利用新的处理方法重新分析,他结合处理后的数据,终于在今年4月完成研究,并在近日通报,2004年至2016年间,南极东部气温大约出现100次降至-98℃的情况。

  北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院院长程晓教授5日告诉科技日报记者,卫星反演中,一项重要工作是识别云,并剔除云的干扰因素。地表被云层遮挡时,卫星获得的只是云顶温度,真正的地表数据其实是缺失的。通过不断改进算法模型,对不同信息中解译、精化,才能让数据更可靠。

  在他看来,除了-98℃,更值得思考的是100次这个数字。

  “能够连续两次发现南极极低温区域,与长期的极地数据积累密不可分。”程晓在研究泰德·斯卡姆波个人主页后评价,这是一个极地冰川遥感领域“科学工匠”,多年如一日使用卫星图像制作各种冰川数据产品,运营着美国国家雪冰中心的雪冰数据库。

  “如果仅获取一次,可能是偶然事件,能够多次重现才可能反映问题,也可以发现哪些情况下会出现极低温。”在程晓看来,这样的数据也许并不能直接佐证全球气候变化的某一个现象,但却是非常重要的基础性研究。

  这也最让他感慨。

  “该卫星数据面向全球开放,理论上讲,我国也可以做类似跟踪,但很难去开展这样一项具有探索性的基础性研究。换作是我,如果2013年已获得了-93.2℃的数据,再申请项目时,会被认为是在重复同一件事没有新意,立不了项。”程晓认为,除了要求科研人员具有执着、耐得住寂寞的工匠精神,同样需要建立一种体制机制,特别是让做基础研究的科研人员坐得起冷板凳。

  据了解,美国科学家正在研制能够挺过这种极端温度的测量设备以实地探测该地区的雪和气温,计划接下来两年内布放。泰德·斯卡姆波在和程晓邮件时也表达了合作意愿。

  欧美遥感卫星对极地的监测始于上世纪70年代,近年来更是对两极实现了常规化观测,因此能最快掌握极地发生的变化。相比起来,我国对极地几乎没有监测能力,数据大多依赖欧美。

  程晓同时提出,我国应尽快改变遥感卫星忽视两极的局面,加大力度提高极地监测能力,尤其是卫星遥感监测能力,增强我国极地科学研究话语权。

  专家 点评

  这次报道的南极高原最低温度纪录,是科学家通过多年累积的卫星遥控资料反演得到的,虽然该纪录还需通过气象观测资料来验证,但背后的科学精神值得深思。

  因为科研本身存在一定的不确定性,特别是在基础研究领域,许多重要的科研成果,都是持之以恒,长时间攻坚克难所得。纪录背后,我们看到了科研人员的坚守、精益求精。除了鼓励科研人员默默坚守,我们也希望建立宽容失败、鼓励争鸣的宽松学术氛围,让基础科研人员愿意坐、坐得起冷板凳。

  目前我国科学家已在南极昆仑站安装了自动气象站,并获得大量资料。随着极地超低温观测技术的发展,我国也希望在全球气候变化中发挥更大作用。

  (点评人:中国气象科学研究院研究员 卞林根)

(责任编辑:王蔚)

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