史飞飞:秉承冰冻圈科学家精神,攻关积雪监测评估预警技术
史飞飞在阿尼玛卿雪山开展试验。
冰冻圈是受气候变化影响最严重的一个圈层,在全球气候变暖背景下,青藏高原生态安全事件频发,冰冻圈生态安全面临前所未有的挑战,深入了解高原气候变化及其冰冻圈关键要素(积雪、冰川、冻土)的时空变化对于保障生态安全、水安全、高原可持续发展具有重要意义。
本人前期主要从事积雪遥感监测、评估和预测预警工作。今天向大家进行题目为“秉承冰冻圈科学家精神,攻关积雪监测评估预警技术”的汇报。国内在冰冻圈方面的研究从早期的起步阶段,到目前进入国际研究前沿,得益于无数冰川圈工作者前赴后继,无私忘我的奉献,今天汇报将从两个方面展开,首先重温冰川圈科学家先进事迹;其次,介绍省气象科研所在积雪监测评估预警技术取的创新成果。分享的第一位科学家事迹是中国孤独的冰川守护者——施雅风先生事迹,施雅风先生是我国著名地理学家、冰川学家,是中国冰川学的奠基人、中国冻土学和泥石流研究的开创者,被誉为“中国现代冰川之父”,他一生行走冰川雪域40多年,踏遍祖国的六七十条冰川,主持建立我国第一支高山冰雪考察队,主持撰写中国冰川学第一部区域性专著,第一次摸清我国冰川“家底”系统地发展了中国冰川学理论,把中国冰川学研究推向世界前沿。分享的第二位科学家事迹是冰冻圈科学的先行者,忧患气候变化的科学家——秦大河院士,作为我国首位也是目前唯一徒步横穿南极大陆的人,世界上唯一全部拥有南极地表一米以下冰雪标本的科学家,他先后多次踏上南极冰盖,期间曾数次遭遇暴风雪、脸庞被冻伤,10颗牙齿因科考早早拔掉,横穿结束后,体重减了三十多斤。2022秦院士又完成了适合北京冬奥赛事“冰状雪”的制作,实现了滑雪场地的“用雪自由”,近期,秦院士获得国际地理联合会最高荣誉奖和“世界因你而美丽——2021-2022影响世界华人盛典”终身成就大奖,表彰其在冰冻圈科学、气候变化和可持续发展等领域的杰出贡献。分享的第三位科学家事迹是“地理学诺贝尔奖”获得者姚檀栋,姚院士秉承导师施雅风先生“冰川事业是一项豪迈的事业,是勇敢者的事业。”教诲,将冰川作为一生的命运,他作为我国冰芯研究的主要开拓者,从喀喇昆仑山、念青唐古拉山到喜马拉雅山,从未接受过专业登山训练的他,却几乎走遍了青藏高原上的主要冰川,带领团队在冰芯与全球气候变化等领域,取得了一系列国际一流的科研成果,目前姚院士也是青藏高原第二次科学考察队队长,近5年来,姚院士带领7000多名科研人员,爬冰卧雪,探寻冰层下封锁着千万年来气候环境变化的蛛丝马迹。分享的第四位科学家事迹是何梁何利科学与技术进步奖获得者——气象学家徐祥德院士,徐院士是我国知名的气象、气候学家,长期从事天气气候动力学、非线性理论及大气环境研究,是多项国家重大科学实验首席科学家或执行人。在第二次青藏高原科学考察和观测试验过程,先后赴雅鲁藏布江东段大峡谷区、三江源区、阿尼玛卿冰川等海拔4700米以上的高原山地开展科考,同时克服天气多变、缺氧、严寒等恶劣条件,开展青藏高原气象与环境移动观测试验,弥补了青藏高原关键区观测资料不足乃至空白的情况。2023年5月,徐院士第二次来到青海阿尼玛卿冰川,并尝试开展人工增雪补冰实验,省气象科研所有幸为此次科考工作提供保障,也有幸和徐院士近距离接触,80岁的徐院士在克服严重高反的情况下,仍坚持和科考队一起徒步前往冰川近距离观测冰川的变化情况,让所有科考队员肃然起敬。
汇报第二部分,介绍省气象科研所近年在积雪监测评估预测预警技术方面取得的成果,首先在青藏高原积雪特性调查方面,依托科技部科技基础资源调查专项“中国典型积雪区积雪特性地面调查”项目支持,于2017-2021年先后多次赴青南牧区开展积雪特征调查,积雪科考队成员主要由省气象科研所与国内积雪科研人员组成,科考队员长期在冰天雪地寒冷严酷的工作环境下工作,大家相互鼓励,秉承科学家精神,吃苦耐劳,默默付出,采集了大量高标准的积雪观测样方数据,所获取的初步成果也被中国气象报、中国新闻网和青海气象网报道,通过科学考察初步摸清三江源地区积雪分布状况和积雪特性,为积雪模型的研发提供宝贵的验证数据,并将为冰冻圈气候变化研究、水资源评估、积雪灾害监测和预警提供基础观测数据。在积雪遥感监测方面,针对积雪遥感监测服务中遇到的数据源单一、时效性差以及受云影响严重等问题,研发基于MODIS、FY3 B/3C/3D等多种极轨气象卫星的积雪覆盖范围和积雪深度遥感监测模型,同时为满足雪灾服务中高频次的积雪监测,研发基于静止星(葵花8、9号和风云4号)的积雪覆盖范围、积雪深度监测模型以及多频次的产品融方法,使积雪遥感监测能力达到了每10-15分钟/次。在积雪遥感评估方面,先后发展基于极轨卫星数据的青海省积雪覆盖日数遥感监测方法和基于MOD10A1 V06的青海省逐日积雪覆盖提取方法,构建了一套青海省逐日积雪覆盖范围数据集,该数据集在青南牧区雪灾评估和生态公报制作中均得到广泛应用。
在气候变化背景下,青藏高原牧区雪灾频繁发生,对牧民群众生命财产安全、畜牧业可持续发展造成严重影响,通过机器学习研制青藏高原逐月的积雪密度估算模型,构建了逐月的青藏高原积雪密度格点数据集,利用多源遥感数据融合生产了青藏高原5km空间分辨率的逐日积雪深度数据集和雪水当量数据集,能够为青藏高原牧区雪灾风险评估和区划、雪水储量调查等研究工作提供数据支撑。在雪灾监测与预警方法,综合利用精细化气象要素格点客观预报技术、静止气象卫星积雪遥感监测技术和3S技术实现高频次实况雪深遥感监测和对未来七天内全省积雪深度的格点化精细预报。同时,也尝试发展利用分布式水文模型SnowModel和EnkF同化算法的雪深数据重建与预测方法。(史飞飞,青海省气象科学研究所工程师)