观测研究珠峰北坡背风波动中的苦与乐.docx

1、观测研究珠峰北坡背风波动中的苦与乐2015-2-28 观测研究珠峰北坡背风波动中的苦与乐引子1975年春，中国科学院与国家体委合作，在珠峰北坡进行科学考察，我是中科院科学察队大气物理组组长，带领三名南京气象学院毕业班学生张江援、冯雪华、李玉柱三人进行科学考察工作，同时，应邀作为登山队气象组副组长，制作登山天气预报。我与登山队气象组合作，每天释放68个无线电探空气球，观测发现了珠峰北坡的中小尺度系统，系统的时间尺度约为26小时，空间尺度约为36千米，中小尺度高压对应大风（30米/秒左右），中小尺度低压对应小风（510米/秒）。据此，我提出，中小尺度系统可能与背风波动有关，申请去珠峰北坡观测研究。

2、大气物理所批准了我的课题申请，于1980年春在珠峰北坡进行背风波动观测研究。观测方案是：在珠峰北坡大本营释放系带无线电探空仪的等高平飘气球，在大本营西侧山脊附近（盛行风的上游），选择适合的观测点观测等高平飘气球移动轨迹，并监测移动轨迹上的探空仪信号，求得轨迹上的温度、气压、湿度、风向风速资料，以研究珠峰北坡的背风波动。观测研究单位：中国科学院大气物理所、中国人民解放军总参气象局。野外观测实施1980年4月2229日，我和严江征、崔成和、王津生、郭明礼和张明贵等6人在珠峰北坡大本营西侧海拔5700m观测珠峰的背风波动；在大本营，郑小英、刘增基、马德礼等负责每天5次释放三个不同高度的等高平飘气球。

3、每天从北京时间08时开始，每隔3小时观测接收一次等高平飘气球发射的气象资料信号，分别在北京时间08时、11时、14时、17时和20时。每次施放3个不同发射频率的无线电探空气球，飞行高度分别定在6000m、8000m、10000m左右。每次观测的时间约2小时，最长的观测时间达到2.8小时。艰难地选择观测点 按课题观测设计要求，我们要在绒布河谷中同时施放三个不同高度的等高无线电探空气球，即分别在10000m、8000m和6000m左右。春季，在珠峰地区上空盛行西风，因此，在观测站的东侧不宜有比观测站高的山脉，才能取得较长时间的观测资料。为了选择符合上述条件的观测站，我带着司机小杨、小夏用了四天的时

4、间先后在大本营东西两侧山脊选点(照片1)，分别到达过53005800m的高度，最后选定在大本营西侧山脊5700m左右的正西方处。这个站正好位于绒布河谷东西最宽的剖面上，且在其对面东侧山脊处的海拔高度相对较低，视线开阔，易于取得较长时间的观测资料；此外，该站四周比较开阔，易于设立三个观测点。照片1.高登义在珠穆朗玛峰海拔5800米处选择观测点怒喊队员必须跟上 4月21日上午9时，全队分成两组，我带领5名队员到西侧山脊5700m处建站观测。甄小英等在大本营准备施放等高无线电探空气球。我们6人背上三台用于测风的经纬仪、三台用于接收无线电探空仪信号的接收机，刘增基等四名队员帮助我们搬运器材到5700m

5、营地，几位藏族民工帮我们背帐篷、炊具和食品等。大本营位于绒布河谷的东岸，我们离开大本营，向西前进，首先必须下坡近100m到绒布河谷底，淌水过河。然后再在西岸向上攀登。我们背负10多公斤重的仪器，小心地攀登。3个多小时后，我们登上了5600m左右的高度，大家实在爬不动了，只好就地休息。有人开始吃干粮。这个地方比较开阔，但向东的视线不算好，我没有选作观测站。休息35分钟后，我站起来，准备带领大家继续前进。刘增基走到我身边，悄悄地对我说：“高登，有两位队员头痛，怕是走不动了，你看，就在这儿建站行吗？”“不行”我本想批评他，但看刘增基为难的样子，看看大家的“无耐”劲儿，我转而说：“大家再休息一下，我先

6、前面探路。”我背上自己背的东西，带上冰镐，向更高的地方攀登。在当时，我的高山适应性的确比其他队员好些，但我比大家年长10多岁，我也累啊。促使我选择更高处的原因那是我明白观测背风波动的要求。我只好身体力行了。我仔细地找寻攀登的最佳路线，符合安全、易攀，保证队员们平安地登山。半个多小时后，我找到了上次选择的观测站。我放下登山背包，呼喊队员们跟上来。不知是他们没有听见还是什么原因，队员们只是抬头望着我，仍在原地不动。我再仔细审视这个观测场地，向东的视野比下面的开阔多了，场地也比下面的场地面积大多了，南面可望见珠峰，多好的观测场啊！两相比较，从科研工作出发，必须叫他们上来。我直呼“马书记”和“刘增基”

7、的名字，命令他们赶快上来。也许队员们真的太累了，仍在原地不动。我真急了，骂了一句脏话，还点名“马书记”、“刘增基”、“严江征”三位共产党员，并高喊：“我比你们岁数大，我能爬山，你们为什么不能爬？”“都给我上来！”队员们上来了，艰难地沿着我走过的路上来了。背风波动观测完毕后，严江征悄悄对我说：“老高，那天，从来没有见你发过那么大的火。不过，你这一发火，我们觉得问题严重，不上不可了。”刘增基诚恳地对我说：“那天我的确有点不行了，头胀得难受。现在看来，要是不上到这个站点，不知要损失多少观测资料啊。在非常时期，就得采取非常的办法。登山就像军队作战一样，必须令行禁止。”队员们理解了观测要求，理解了我，我

8、心里反不安了。是啊，队员们第一次到珠峰考察，负重登上5700m的陡坡，确实很难；加上对科研工作的意义和观测要求不太理解，的确难免此举。当时，我也是没有办法了，三言两语也说不清观测背风波动的意义和观测要求，只好出此“下策”了。1999年元旦前夕，马德林同志从天津打来电话祝贺我们徒步穿越雅鲁藏布大峡谷成功时说：“老高，当你们正艰辛地在大峡谷中穿越时，我从心里相信你们会成功。我们一起在珠峰爬山的情景对我印象太深了。” 难忘的八个日日夜夜 在我们6个人中，来自军队的3个无线电探空信号接收人员王津生、郭明礼和张明贵负责接收探空仪发回的气温、气压和湿度的信号(照片2)，我和小严、小崔3人负责观测并计算每隔

9、1分钟的风向风速资料(照片3)。照片2.三位无线电探空信号接收员各自为战地忙碌在5700米观测场照片3：三个测风观察者各人使用一个测风经纬仪在5700米观测场观测延伸阅读：等高平飘气球与背风波动观测所谓等高平飘气球（照片4）即能够在相同高度上飘飞的气球。气球能够在相同高度上飘飞的原理是，根据需要气球飘飞的相同高度来确定气球的体积，即，VW/()。公式中，W为气球及其负载的重量，V为气球的体积，为高度H处的大气密度，为气球内气体的密度。照片4等高平飘气球的下部有细长的管子从照片4可见，等高平飘气球下部有一可与外部相通的细长管，这是在气球上升到需要高度飘飞时用来调整气球内部与外部气压平衡，达到等高

10、飘飞的目的。在20世纪70年代，由于我国高空大气观测任务之必须，我国有了自己生产的高空等高平飘气球，中国科学院大气物理研究所与高能物理研究所合作，在河北香河境内释放了许多在几十千米上空飞行的等高平飘气球。这为我们观测研究珠峰地区的背风波动提供了有效的条件。1980年，在中国科学院高能物理研究所的帮助下，我们不仅得到了适合珠峰地区观测的小型（3立方米）等高平飘气球，而且学会了如何释放不同高度平飘气球的原理和方法，保障了我们观测研究珠峰地区的背风波动。在观测时间内，我们6人各施其职，谁也不能出问题，谁也帮不了谁。每天07时起“床”，从08时一直工作到23时左右，长达15个小时。中午饭从未定时吃过，

11、得空便吃点干粮或罐头(照片5)。8天工作完后，人人都大大“减肥”，最多的减少体重8公斤，我减了4公斤体重。照片5.我们得空便在5700米观测场抓紧吃点罐头食品回想这8个日日夜夜，确实难忘。甄小英的巧设计 在同一时间，珠峰上空有三个无线电探空仪在发射三个不同高度的气温、气压和湿度信号，三位无线电探空信号接收人员分别用耳机收听并点绘成大气温度、气压和相对湿度随高度变化曲线。然而，由于工厂出品的无线电探空仪发射频率都相同，接收人员很难判别三个探空仪飞行的高度，无法取得准确资料。这个问题不解决，背风波动的观测将不能实现预定计划。经过两天反覆试验，甄小英以他灵巧的手改变其中两个探空仪的频率，使得三个探空

12、仪的发射频率相差较大（照片6），只要三位观测员在同时接收信号时在接收机上锁定各自的探空仪的发射频率，三个不同高度的大气温度、气压和湿度信号就都能接收到了。照片6.甄小英以他灵巧的手改变探空仪的发射频率山上山下必须同步 刘增基、甄小英等在山下大本营施放等高无线电探空气球，每次施放三个，难度很大。难度之一，要在较短时间内完成施放三个等高无线电探空气球；难度之二，要让山上5700m营地的观测者准确知道每个气球施放的时间，以便即时、准确地跟踪自己应该跟踪的气球。因为，在5700m营地的6人中，3位探空信号接收者要根据三种不同发射频率来寻找自己应该跟踪接收的探空仪，3位观测风向风速者要根据大本营的信号提

13、示来跟踪自己应该跟踪的气球。对于信号接收者而言比较容易辨别，我们事先固定三个飞行高度气球上的探空仪的发射频率，一旦气球升起，探空仪开始发射信号，接收信号者即可根据其发射频率来判别。然而，对于观测风向风速者就难了，他必须在气球施放前知道自己跟踪的是哪一个气球。经过讨论，山上山下商定以鸣枪次数不同为区别信号，一声枪响表示是10000m高度飞行的气球，两声枪响表示8000m高度飞行的气球，三声枪响表示6000m高度飞行的气球。我们之所以采用此方法，是因为我们有两支冲锋枪和充足的子弹。队员们戏说这种观测方式至少“在中国是首创”，在珠峰地区应该是“世界首创”。山上山下密切配合，及时总结经验教训，经过两次

14、失败后终于山上山下同步成功了。延伸阅读：如何用测风经纬仪观测等高气球飘飞在珠峰绒布河谷，在南北走向深切峡谷的东西两侧都有海拔7千米以上的山脊，当时测风的仪器只可用测风经纬仪。4月，珠峰上空盛行偏西风，测风观测点必须在西侧山坡上尽可能高的地方，才能够取得更长时间的资料。综合上述条件，观测点选在大本营西坡海拔5700米处。艰难地连续施放气球 春季，在珠峰北坡，强劲的冰川风几乎昼夜盛行，当地时间午后到午夜前更强，平均风速常常达到810米/秒，阵风可达7、8级。在这种大风条件下，充气和施放体积达3立方米的大气球都十分困难。充气，这是第一关。由于风大，气球大，充气时，必须有人牢牢地握紧气球嘴，另外几人用

15、手臂抱住气球，防止大风吹断球嘴，气球飞去（照片7）。有时，如果风再大，就由一位有经验的队员躺在地上，紧握球嘴，球的四周由更多的人保护。照片7.第一难关是充气，为避免球被大风破坏，须有人紧紧握住球嘴，有人在球的四周保护在大风中施放大气球先后采用过“奔跑放球法”和“双人放球法”。“奔跑放球法”必须由身体好、奔跑快的人施放气球，双手紧握悬于气球下的探空仪，顺风奔跑，当感觉有明显的浮力时，立即脱手，气球安全升空(照片8)。“双人放球法”方便有效：在大风中，一人手持探空仪，位于下风方向，一人手握气球嘴，位于上风方向；施放时，先放气球，待气球飞到手持探空仪者的头顶时，才顺势释放探空仪。然而，要在短时间内(

16、35分钟)放出三个气球，第一种方法在珠峰很难找到如此条件的三个人，第二种方法需要6个人。照片8.大风中一人手握探空仪顺风奔跑当手感到有上升浮力时立刻释放在大本营人力极其紧张的条件下，甄小英和刘增基他们创造了“逐渐释放法”。释放前，先将10米长的探空仪发射天线绕在一条长约20公分的细小的硬纸筒（它是填写探空信号纸的轴）上，天线的一端系在气球嘴上。释放者只需手握气球嘴，在风中脱手后气球会安全起飞，气球在上升过程中因气球的浮力和探空仪的重力共同作用，天线被逐渐拉直，气球施放成功。这种方法无需奔跑，节省人力，施放安全、可靠。第三女神情深深 那年，考察队带了一个煤气灶和20罐煤气到珠峰，作为做饭用。观测

17、开始后，煤气灶留在大本营，我们只能够带汽车的喷灯和高压锅上山做饭。第二天中午，在抽空烧开水时，喷灯的火苗太旺，温度太高，而且直接冲着高压锅的锅盖附近，不慎把密封高压锅的橡皮圈烤坏了。高压锅成了“普通锅”，“开水”的温度只有摄氏70度左右，米饭成了“夹生饭”。由于没有备用的橡皮圈，我们只有吃干粮，喝罐头饮料和冰雪融水。这种生活一直伴随我们整整8个日日夜夜。难怪每个人下山时都减少了体重，最多的减少体重8公斤，最少的减少4公斤。在这8天中，每天至少要施放15个气球(若山上山下配合失误，还必须再施放气球)，每人每天工作时间1215小时，真是“起早贪黑”。我们每天休息的时间只有在夜里。大约在23点以后，

18、一天的观测终止，5700m营地的队员才有机会休息，才有机会稍为认真地吃点东西。在我们观测期间，我曾经先后两次接到所领导和所长叶笃正先生的电令，让我尽快返回北京参加5月8日15日的“北京国际青藏高原科学讨论会”，因为我不仅是与会代表，而且是大气物理学组的学术秘书，叶笃正组长的助手。我本应该尽快返京工作，然而，由于我们是第一次在珠峰观测背风波动，不时遇到新问题急需当时处理，我只有“将在外军令有所不受”了。好不容易坚持到4月28日完成野外观测任务，明天早晨我就要离开珠峰大本营回京了。4月28日晚上，已经23点半了，我们山上的6位队友都难以入睡，大家索性从帐篷中钻出来，席地围坐在月光下。也许是队友们知

19、道我要提前下山，也许是队友们知道我后天一大早就要离开大本营，就要与大家分别吧！一开始，大家都只静静地眺望月光下的第三女神珠穆朗玛峰几天的连续紧张工作，几天的吃干粮，加上不同程度的高山反应，大家都瘦了，长长的胡子，黑黑的脸，个个小伙子都快成为“老头儿”了。望着我的队友，我作为队长、长者，我心疼了。我就要离开队友们（照片9）回北京参加国际科学讨论会，我也好像有话对队友们说，但不知从何说起。比我小12岁的严江征（照片10）靠着我天真地说：“要是现在有馅饼吃该多好啊！”他这一开口可把小伙子们的“馋虫”引出来了。来自唐山的小崔接着说：“要有一碗热汤面就好了。”“热汤面就油饼那才捧呢！”王津生更是异想天开

20、。你一言，我一语，我们在月光下，在“第三女神”面前，惭愧地进行了“精神会餐”照片9.1980年珠峰科学考察的队友们照片10.比我小12岁的严江征（图右）是打野兔的优秀射击手我情不自禁地偷偷擦掉了快要掉下的热泪，打起精神，把我身边的两位队友紧紧搂住，学着列宁在十月电影里的腔调说：“面包会有的，牛奶也会有的”。逗得大家都笑了。我们仰望明月，月亮上的“山”和“兔影”清晰可见，我们南望“第三女神”，第三女神慈祥的笑容亲切动人。人在笑，山在笑，月在笑似乎在为我们取得的世界第一高峰的第一手资料而欢笑，为我们的小伙子们8个日以继夜地在5700米高度观测背风波动的精神而欢笑。 一分耕耘一分收获分析1980年4

21、月的观测资料，得到了珠峰北坡的背风波动（图1）。大部分背风波动在低层最强，振幅最大，背风波动随着高度增加而迅速减弱。如图1，在1980年4月27日09时，背风波动在海拔50007000米高度范围内最强，波动振幅接近2000米，在海拔8000米高度附近，波动振幅已减小到500米左右，在海拔9300米高度，背风波动振幅仅约有100米。图1.1980年4月27日09时背风波动的垂直分布A.背风波动与高空风在珠峰北坡观测背风波动，由于山地影响，采用测风经纬仪测风很难得到较长时间的风的资料。在1980年4月的观测中，只有在400百帕以上才获得6次较长时间的测风资料。这里给出两次背风波动与风向风速的关系（

22、图2）。图2. 背风波动与高空风分布由图2.可见，在1980年4月29日15时，在300百帕附近有明显的背风波动，在波谷与波峰处的高空风速几乎完全相同，都是8米/秒左右。这种情况占2/6。在1980年4月27日15时，在350400百帕之间的背风波动也很明显，但在波谷与波峰处的高空风速却差异很大，在波谷处的高空风速达到30米/秒以上，而在波峰处的风速却只有1012米/秒。这种情况占4/6。B.中小尺度系统与背风波动图3.是大气稳定度T/Z和垂直波数l的垂直剖面图。在图中，l又称为Scolar指数，当它随高度递减时，有利于产生背风波动。计算表明，在1980年4月27日06时、09时和15时的垂直

23、波数l随高度迅速递减，在珠峰北侧观测到了强的背风波动(如图1.)；在1980年4月29日15时，垂直波数l随高度增加，在珠峰北侧没有观测到背风波动。由上可见，在中小尺度系统与背风波动之间存在有密切的联系：在珠峰北坡，当大气层结稳定，风速垂直切变大，垂直波数l随高度迅速递减时，背风波动产生；在背风波的下降区，风速大，与中小尺度高压伴随，在背风波的上升区，风速小，与中小尺度低压伴随。图3.给出了背风波动与中小尺度关系的示意图。图3. 中小尺度系统与背风波动关系示意图显而易见，春季，在珠峰北侧，常有显著的背风波动，最强的背风波动出现在60008000m高度内。在4月2229日期间，观测到背风波动的最大振幅达到2000m；背风波动是形成珠峰北坡的中小尺度低压和高压的原因。在1981年美国第二届山地气象会议上，我宣读了“珠穆朗玛峰背风波动观测研究”论文，受到了好评，并收录刊登在美国气象学会第二次山地气象学会议文集中。延伸阅读：发现珠峰背风波动与高空风风速突变关系根据我们1980年春在珠峰观测的背风波动资料，分析研究表明，在珠峰背风波动的波谷区域会出现大风、高气压，而在背风波动的上升区域会出现小风、低气压，两者之间仅仅相隔36小时，而风速差异可达20米/秒左右，这是一个新的发现，它对于登山者、热气球和飞机飞行都有很大影响。