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APSOS团队:涅槃之地羊八井
来源:大气所 【字号:  

  7月下旬的拉萨,早上出门还是要穿上一件外套的。司机宣越健,吃过早饭,便驾驶着皮卡上路了。车上没有载货,今天只载人。后排座位上的是来自河北先河环保公司的两位工程师。他们公司研发的空气质量连续监测设备前天就已经从河北石家庄运抵拉萨,二人昨天又联系了拉萨当地的大型运输车辆,今天要把设备再转运至羊八井。当确认公司的设备已经随车起运后,二人便坐上了宣越健的皮卡,驶向了羊八井。

  出拉萨向西北方向到羊八井,路途并不算很远,也就大约90公里。宣越健已记不得自己在这条路上来回跑了多少趟了。他剃了一个光头,使你很难判断他头发的稀疏,高原辐照在他的面庞留下了印记。他那一身结实的肌肉,矫健的身手,使人很难相信他已经是位58岁临近退休的人了。更让人难以置信的是,他不是专职司机,而是中国科学院大气物理研究所的正研究员级高工。

  就像数不清从拉萨到羊八井开车跑过多少趟一样,宣越健也记不得自己多少次从北京来到雪域高原了。这两年他到羊八井的次数急剧增加,因为中科院大气所在此建了一个观测站——全大气层观象台。皮卡后座上的两位技术员就是到羊八井站上安装新添置的环境观测设备的。

  在羊八井,一个研究员级别的人物经常干着一个车夫的活,这的确有些颠覆人们的观念。

  装卸工

  拉萨海拔3600多米,从拉萨到羊八井,宣越健习惯性地说是“上去”,因为羊八井的海拔又比拉萨高出700多米。上去的路也就是109国道(青藏公路)还比较好走。一眼望去,在蓝天下,堆龙河水自上游倾流而下,路旁的油菜花金灿灿地刺人眼目,毗邻的青藏铁路格(尔木)拉(萨)段总是伴随在国道的两侧。宣越健一边驾车,一边开始了他的“导游”生涯。他像个老“西藏”,介绍着这里的山山水水,花草树木,公路铁路,民族风情……他用这些转移着初上高原的人的注意力,不想让他们产生太多的高原反应的精神压力。

  快到羊八井站的时候,宣越健给站长王一楠打了一个电话:“我们快到站上了,你看看谁已经起床了,或者谁昨天晚上没有值夜班,让这些同志一会儿都来帮助卸车。”

  羊八井站上的大气观测设备中有5台激光雷达。它们在夜间观测才能达到最佳效果。这里的科研人员,从内地来到站上后,不但要克服高原反应带来的不适,而且还得值夜班。按照惯常做法,设备、货物到站上,头天晚上没有值班的,或值了夜班已经起了床的,都会自动来卸货。

  在人们的印象中,科学家、科研人员似乎多是穿着白大褂,戴着胶皮手套,在实验室里工作。然而在羊八井站上,这些科研人员还是编内的搬运工。车到羊八井站,站长王一楠博士和同事早已等在了库房的门外。这次从石家庄运来的空气质量连续监测设备,大大小小约有十多件,还有需要几个人抬的大家伙。在皮卡车上是轻松欢乐的氛围,一到羊八井站上就变成了一番紧张的劳动场景。

  天很蓝,温度也不高,只不过阳光照得人脸发烫。站上的人和石家庄公司的员工喘着粗气在搬运货物。在将一箱货物从货车里侧向外侧挪动的过程中,站长王一楠的手被挤了一下,鲜血直流。在略做处理后,他就像什么都没发生一样,继续卸载货物。

  在羊八井站,王一楠是最高“行政长官”,也是琐碎事务官。他的主要任务就是为团队提供周到的服务,能让羊八井的大气观测工作获得最佳的效果。当然,他的业务还包括把控观测数据的质量,并汇总做最后的集成反演。

  梦想

  在羊八井建站,观测、解析青藏高原上的大气物理运动变化过程,这是中科院大气物理研究所研究员、中科院院士吕达仁的一个梦想。7月初,得知记者要上羊八井站采访,吕达仁院士特别在中科院大气所向记者详细介绍了观测解析青藏高原大气物理运动变化过程的重要性。

  这位即将进入“80后”的老院士向记者娓娓道来:了解天气气候的变化如果只是测量地面的或几公里至10几公里高的对流层的大气远远不够。“因为控制全球气候和灾害天气的真正原因是一个全球性的问题,它牵涉到从赤道到南极、赤道到北极、南极到北极的过程,其中的几个区域极为重要,这就包括青藏高原。在北半球,青藏高原以及西边的伊朗高原、阿尔卑斯山脉对天气气候起着极其重要的作用。我们想具体了解在全球气候变化过程中,青藏高原起着哪些关键作用?青藏高原对东亚的天气包括灾害性天气、气候过程起着什么样的作用?能不能对其做出预报、预测或者是趋势性的预估,这不仅是重大的应用问题,也是全球性的重大科学问题。”

  在今天,灾害性天气频发,温室气体急剧增加,气候环境变化和人类活动对生态环境的影响已成为制约人类社会可持续发展的全球性问题。这道待解的难题还有许多需要科学家深入了解的内容。已有卫星观测资料及数值模拟结果表明,夏季青藏高原是地面水汽和污染物通向全球平流层大气的主要通道。吕达仁院士说,南亚和东南亚人类活动产生的大气污染物通过大气环流、对流(或地形)爬升到青藏高原,并进入上层大气,从而在更大范围内对气候产生重要影响。

  正是基于此,20121月,吕达仁院士领衔承担了国家自然科学基金委首批资助的国家重大科研仪器设备研制专项之一“多波段多大气成分主被动综合探测系统”(Atmospheric Profiling Synthetic Observation System,简称APSOS),并担任首席科学家。他带领着来自全国各地的科研人员开始了研制APSOS设备。

  集成创新

  科学家对有关科技的东西描述往往是很严谨的。吕达仁院士是这样介绍他的研究对象的:“APSOS系统是我国自主研制的全球首套全(中性)大气层(覆盖从近地面、对流层、平流层、中间层、一直到低热层)多成分、多要素的大型地基综合探测系统,能够对大气层实施长期持续的、全大气层的、高分辨率的观测。在此之前世界上还没有这样的设备。”当介绍到此时,吕达仁院士的脸上显现出的是一种创新后的自豪感。

  定语多,说明APSOS系统带有严格的界定。我们知道,围绕地球的有一层很厚的大气层。按照高度大气层可以分为对流层(距地约10-20公里)、平流层(距地约20-50公里)、中间层(距地约50-85公里)、热层(距地约100-800公里)和逃逸层。处在热层的大气因为受到太阳的辐射,温度较高,气体分子或原子大量电离,能导电,因而又称为电离层。科学界习惯性地把热层以下不带电的大气层称为中性大气层,APSOS系统就是围绕中性大气层来进行探测的。

  王一楠站长是这样解释APSOS系统的:APSOS系统具备从近地面开始向上至110公里左右的全大气层探测能力,可对观测点的各个高度进行持续观测;一般的观测设备是对大气层中的某一种至多是某几种成分的观测,比如臭氧、水汽、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、气溶胶等温室气体或污染气体中的一种或几种,而APSOS则是对多种大气成分垂直分布的综合观测;以前对大气成分的观测多是对甲地的AC种成分、对乙地的BD种成分或对丙地的AD种成分的观测,而APSOS则是对一个地方的多种成分进行同时监测;以往对大气成分的观测还可能存在着A种成分是前天观测、B种成分是昨天观测、C种成分是今天观测的情况,而APSOS是同一时间对各种成分统一观测。

  “对一个位置的各个高度的多种成分进行同一时间的持续观测,这对客观全面了解全大气层各种成分相互作用的动力-物理-化学变化过程极有帮助。”王一楠说。

  晨昏颠倒

  46岁的潘蔚琳是APSOS系统研制中少有的女性专家,中科院大气所正研究员级高工。2009年,在美国斯坦福研究所工作的潘蔚琳,来到中科院大气所从事研究工作。回来不久,她就参与了吕达仁院士领导的APSOS系统的研制。在潘蔚琳的眼中,APSOS系统的各个设备在其所在领域都是国际一流的,“我们的项目就是研制出这些一流的设备,并且把它们有机地集成起来,实现对全大气层在垂直方向上的定点观测。”

  潘蔚琳在美国的导师Chester Gardner是国际中高层大气物理研究的知名专家。他与业内其他科学家们在30多年前就开始酝酿类似的观测计划。但由于种种原因,这一设想在美国始终没有实现。

  回到中国后,潘蔚琳得知吕达仁院士也在推动这项工作,于是欣然加入了吕院士的项目。在APSOS中,潘蔚琳负责其中的气溶胶--水汽探测激光雷达的研制。2017年夏,APSOS在安徽淮南完成系统的集成、联调、联试,并且于20179月被运到了羊八井站安装。在设备安装阶段,潘蔚琳也到了羊八井。“在3000米以上的地区,我就有高原反应,常常会伴有头疼、恶心,严重时可能会吐胆汁。过一段时间才能适应。”至今,她已经10次从内地来到海拔4300多米的羊八井工作。

  在羊八井,潘蔚琳曾创下了一项个人“纪录”:201710月安装调试设备期间,为了避免高原反应,她曾连续5周没有洗澡,“我常常因此为别人诟病。”说到此时,潘蔚琳以爽朗的笑声掩盖了曾经的尴尬。

  羊八井站还是有淋浴设施的。但是洗澡要度过寒冷这一关。记者是在中国大部分地区最热的7月下旬来到羊八井站的,晚上睡觉都得开电暖气。除了中午那一会儿,站上的人员穿得都比较多,有的穿着冲锋衣,有的从早到晚穿着棉背心。

  羊八井的氧气含量仅为北京的2/3左右,冬季的最低气温大约零下30℃,相对湿度极低,最大风力达到8级。高原反应和低温、干燥、白毛风(大风吹起积雪)等气候环境,对来自内地的科研人员身体、心理和安全都形成巨大的考验。更考验人的是,站上设备的观测只能在晚上进行,科研人员还要在这一高海拔的地区晨昏颠倒值夜班。因为激光雷达在夜间观测效果最好,并且需要各台设备同步观测。对于羊八井站的科研人员来说,这里就是一个意志磨练场,也是涅槃之地。

  坚守

  在羊八井站的会议室兼活动室兼饭厅,一天到晚总穿着棉背心的站长王一楠坐在了我的对面。作为吕达仁院士的博士生,他在读博期间就跟着导师一起参与了APSOS系统的研究工作,博士毕业就留在了APSOS项目组。

  201741日,大气所的羊八井观测站成立,吕达仁院士是名誉站长,31岁的王一楠成了首任执行站长。这一职务要求他把更多的个人精力放在管理服务上。“其实,我也很喜欢做科研工作。因为做研究的过程中,会学到很多东西,可以满足好奇心。”他读博期间研究的是碳通量同化问题,就是利用观测数据和模式研究全球碳源汇时空分布变化,现在他的工作之一就是把APSOS系统数据综合集成反演。

  但是,现在,这个对科研充满好奇心的青年科学工作者,在一定程度上牺牲了自己的爱好,在条件艰苦的雪域高原奉献青春。2018年,APSOS系统共进行了5期观测,分别是4月、6月、8月、9月、11月,总时长约70天左右。获取了大量的宝贵观测资料。2019年,APSOS系统又进行了春夏两季的联合观测。在这些观测期,王一楠多数都在站上,仅今年春夏他在站上的时间就超过了3个月。

  他没有和我过多地谈论自己的家庭。但是我知道他的小孩刚刚11个月大。可以推算出,当他的妻子怀孕期间,当他的孩子最需要人照顾时,他不在家的那段时间,他的内心肯定是为歉疚所充盈。难怪他和我说,参加工作这几年,他感受最深的就是各种困难,这一切都培养了他的坚守精神。他说得有些轻描淡写,没有一句高大上的豪言。在这个各种诱惑袭人、吃货享乐流行的年代,青藏高原的坚守本身就是一篇无声的宣言。

  服务

  在羊八井站,晚上记者随着宣越健检查APSOS系统各个设备的观测情况,包括5台激光雷达、1台毫米波测云雷达、1台太赫兹超导辐射波谱仪和1台组合望远镜。每一台设备在它原有的观测研究领域都有一定的创新,而把这些设备集合观测,又实现了APSOS系统的更大的创新。

  参与APSOS研发的单位有7家,中科院大气所承担了综合集成与反演验证平台及组合望远镜系统和气溶胶--水汽探测激光雷达,中科院武汉物数所承担了大气温度风场探测激光雷达,中国科学技术大学承担了臭氧探测激光雷达,中科院合肥物质科学院承担了污染气体探测激光雷达,武汉大学承担了二氧化碳探测激光雷达,中科院紫金山天文台承担了太赫兹超导辐射波谱仪,安徽四创电子公司承担了W波段测云雷达。所有的设备研制完成后都在安徽淮南进行了总体联调联试,后来被运到羊八井分别安装、调试,直至用于观测。

  不同单位的科研人员分别调试、操作各自的设备,完成整个APSOS系统的观测。仪器设备都有环境要求,每次观测都需要精密地调试。大气所是这个项目的牵头单位,因而各单位人员的后勤服务工作就都由大气所的人完成了。近花甲之年的正研级高工宣越健就负责后勤保障工作。这次记者去羊八井,正巧是与石家庄公司的两位工程师同行。这二人都是第一次到西藏。为了安全,宣越健安排他们先在拉萨休整,住了两个晚上,等适应了3600多米的海拔高度后,再上4300多米的羊八井站。

  石家庄公司的设备先被卸载到羊八井站的仓库里(防雨),然后宣越健与两位工程师一起来到几百米外的两个集装箱改建成的观测室,一起讨论设备怎样安装,具体安在什么位置,高度多少……下午,宣越健开着皮卡,一趟一趟地把设备从仓库拉到观测室,帮助公司的两名员工一起安装。

  当初,羊八井站的选址、施工、盖房,APSOS设备的布局、从淮南到羊八井的转场、安装,与地方政府及各个机构的协调,都是宣越健主要负责。对于建设羊八井站的繁重任务和繁琐事务,宣越健仿佛都是乐此不疲。

  如今,APSOS系统能在世界屋脊担负着观测任务,这是多家单位合力攻关的结果。而大气所王一楠、宣越健等人在高原上默默地做好支撑工作,也是功不可没。APSOS系统在羊八井大显神威,我们可以为APSOS骄傲,也可以为中国科研人员骄傲,更可以为大气所骄傲。

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