最近国内首个以登山为题材的电影《攀登者》上映，影片回顾了1960年、1975年中国登山队两次从北坡登顶珠峰的历史故事，硬汉吴京、张译倾情出演，章子怡首次挑战“气象学家”角色，剧中场面宏大，感情戏细（duo）腻（yu）。饶是如此，也难以全面展现在这两次登顶中队员们的坚韧不屈、无畏向上与崇高的信仰和使命。珠峰作为世界海拔最高的山峰，威武雄壮昂首天外，地形极端险峻，环境非常复杂，登顶挑战人类极限，是人追求更高的本性。在新中国成立之初，登山不仅仅是登山运动本身，更是宣示主权、边界谈判的重要依据。
登顶珠峰一波三折
珠峰作为世界海拔最高的山峰，威武雄壮昂首天外，地形极端险峻，环境非常复杂，登顶挑战人类极限，是人追求更高的本性。在新中国成立之初，登山不仅仅是登山运动本身，更是宣示主权、边界谈判的重要依据，尤其是喜马拉雅山脉南侧还有虎视眈眈的印度，因此按照周总理和贺龙元帅的命令，“不惜一切代价，哪怕剩下一个人也要登上去”。1960年，中国登山队员经过三次突击，最后一次突击时，3名突击队员在经历了一整天食物断绝、氧气耗尽和缺水，眼看第二天就要风雪来临的情况下，以“不惜一切代价”的决心，创造了在这一海拔高度连续14小时不携带氧气的记录，在5月25日半夜继续攀登，终于在凌晨4点20分登顶，留下了随身携带的国旗和主席像，在暴风雪中返回营地。而当时在珠峰南侧的印度登山队，没有抓住机会，第二天遇到风雪冲顶失败。然而我国这次登顶时间在凌晨4点，没能拍下照片，按照国际登山界惯例，确定登顶需要在峰顶保留具有标志性的纪念品（“到此一游”），另外需要在峰顶拍摄环视360度的照片。没有这些记录，成为1960年登顶珠峰难以弥补的遗憾。1966年，我国决定再次进行从北坡攀登珠峰的科学考察，科考队100多人，队长是著名地质学家刘东生先生，刚刚毕业的气象学家高登义先生首次加入队伍，担任气象预报组副组长，1966年先将给养物资运送到8100米营地，准备在1967年雨季前登顶，然而由于国内各种运动，1967年的活动并未进行。1975年，登顶珠峰活动重新启动，中国科学院再次派出珠穆朗玛峰登山科学考察队，与中国登山队攀登珠峰相配合，并进行大气科学、地质学和高山生理学综合科学考察，高登义先生再一次担任气象预报组副组长，同时兼任科考队学术秘书和大气科学组组长。这次科考依然困难重重，气象组的预报与上级领导给的登顶日期完全不同，5月2日在攀登途中队长邬宗岳遇难，3日队伍在离顶峰200米处遭遇大风受阻，10日，队伍在登顶路线不明+食品断绝的情况下，被迫后撤。气象条件恶劣，大本营储粮所剩无几，大本营陷入绝望，这时候中央军委叶剑英元帅，派出两架军用飞机，从北京运来最好的蔬菜、食品，通过日喀则军用机场运到大本营，极大地鼓舞了士气，也坚定了必胜的信心和决心。气象组预测在5月25日前后，有另外一次好天气，终于在5月27日下午2时30分，中国登山队一举成功登顶，不仅展示国旗拍照，留下高度3.5米的红色金属测量觇标，并且在珠峰顶做了科学实验，还在8500米高度峭壁上留下梯子，为后来的世界各国登山队留下便捷。利用留在山顶的红色觇标，中国测绘专家对珠峰进行反复精准测算，1975年7月23日，中国政府宣布，珠穆朗玛峰的海拔高度为8848.13米，很快成为世界地图和教材书上的权威数据。而留在山顶的红色觇标，也成为一段时间各国登山队的拍照打卡地和登山“铁证”。在电影《攀登者》中，章子怡饰演的气象学家戏份不少，为登山顺利进行做出了突出贡献。在现实的登山过程中，气象学家确实有着非常重要的地位。珠峰地区及其附近高峰气候复杂多变，即使在一天之内也往往变化莫测。要想在攀登珠峰的过程中做好天气预报过程，就必须认识山地环境气象的特点。作为气象学家，必须深入山地进行科学考察研究。电影《攀登者》并未透露章子怡所扮演的气象学家的原型是谁，但是从1966年开始，参与了1966年、1975年、1990年等多次攀登珠峰气象保障的中国科学探险协会主席、中科院大气所研究员高登义先生绝对是其中的最佳原型。以高登义先生为代表的科学家们，不但努力做好攀登珠峰的气象保障，还开拓了山地环境气象学这样的新学科，研究地球三极地区与全球气候环境变化的相互关系。珠峰地区的气象科学考察任务有两种，一是对珠峰地区的基础气象要素进行观测收集。例如，1975年登山队中的气象小组在两个月的时间内，对珠峰地区不同方向进行了气象对比观测。在北坡海拔5000、5400、6500、7007米和聂拉木地区海拔2300、3000、3800米同时进行了降水、温度和风的对比观测；科考队取得了海拔5000-8000米的冰雪样品，海拔5700米-7007米的冰雪、土壤、河水、降水、动植物等样品，以及同一高度冰剖面的冰样；还采集了不同方向降水的水样，系统地拍摄了珠峰地区云的照片，为登山天气预报获得了极为丰富的第一手资料。
气象学家们第二个任务就是解决登山实践中遇到的问题。在登山过程中，大风带来的低温是最大的困难之一。根据登山队员反映，有一个重要现象：春季在珠峰登山，特别是在海拔7000米以上活动时，高空风速往往很大，严重影响登山活动。气象学家们需要准确地预报合适的登山时间窗区，使得登山队在登顶过程避免暴风雪、大风、低能见度和低温天气。在海拔8000米的高度，大气压强降低到约370百帕，温度低于零下20度，这个高度是中纬度西风带的统治地带，在珠穆朗玛峰所在纬度，有全球著名的西风急流——副热带急流。在冬半年，正常西风速度可以达到40m/s（12级以上），这个风速已经超了台风的风速，即使在高原雨季开始之前的4月份，这个纬度的正常风速依然有25-30m/s，大约为10级大风。大风是登山的最大威胁，尤其是从北坡攀登珠峰，没有任何一个登山队敢在狂风里挑战珠峰。
▲图为2019年1月1日，250hPa的风速分布。
冬半年里，珠峰所在纬度上空为全球著名的副热带急流，风速可达40米/秒以上。
随着北半球春季的来临，西风带逐渐减弱并往北移动，而热带的东风带逐渐向北扩展，珠峰所在区域西风开始降低，在4月之后出现第一个攀登的时间窗口。这个窗口期持续到高原季风开始之前，青藏高原夏季风平均开始的平均时间为5月22日，结束的平均时间为10月4日，南部的印度次大陆夏季风建立的时间平均为6月5日，季风开始，意味着雨季来临，来自南亚的暖湿空气沿着喜马拉雅山南麓上升，凝结成云形成风雪，因此夏季并不是登山的合适季节。到了秋季，随着高原雨季结束，南亚季风后撤，在雨季结束后，西风急流建立前，又出现一年之中的第二个攀登珠峰的时间窗口。一般而言，在春季，宜于攀登珠峰的好天气时段一般不超过5天；在秋季，宜于攀登珠峰的好天气时段一般不超过7天。4月中下旬副热带急流减弱北移，珠峰上空风速减弱，迎来一年中难得的攀登窗期。2019年5月21日-23日，珠峰南侧“大堵车”，5月份的攀登季，14人死亡，另有3人失踪。
中国科学探险协会主席、中科院大气所研究员高登义先生从1966年开始，先后于1966、1975、1980和1984年为国家登山队攀登珠峰和南迦巴瓦峰主持天气预报工作，并为1990年中日热气球飞越珠峰提供气象预报，他带队徙步穿越雅鲁藏布大峡谷，勇闯南北两极，是我国第一个完成地球三极（南极、北极和青藏高原）科学考察的人。对于珠峰附近复杂多变的气象条件，高登义先生在1979著《珠穆朗玛峰及其邻近地区的天气和天气系统》中进行了深入的讨论。他指出这一区域的温度、风、湿度、气压和风速等参数存在复杂的日变化，坡面和河谷中温度变化不同。例如，珠峰北坡在7000米以下温度变化为单峰单谷结构，14时是峰值，06-10时是谷值，而7500-9000米则为双峰双谷型。地面附近的最低温出现在清晨06时，而6500-9100高度的最低温出现在上午10时，9400米以上出现在18时。风场变化更为复杂，随着温度的日变化，在珠峰附近坡地（主要为冰雪覆盖）与谷地（主要为碎石覆盖）之间出现热力差异控制的山风和谷风，一般而言，山风的频次高于谷风，山风风速大于谷风风速，山风是一种冰川风，从寒冷的冰雪面上向下，具有明显的日变化，从中午开始增强，到下午18时前后达到最大，这种下午比上午风大的变化情况，会随着海拔高度的增加越来越明显。结合登山实践，高登义先生提出了一个行军规律，就是“早出发，早宿营”，队员登山早晨4点出发，下午4点必须停下来。在攀登顶峰时，要早于凌晨2点出发，早于中午两点结束。这个规律现在被登山界采纳了。要成功登顶，必须的气象条件是，8000-9000米高度风速降低到至少20米/秒（8级）以下。在登山的5月份，珠峰地区上空依然盛行西风。高空西风急流最大值可达30米/秒（11级），高度在10500米附近，高登义等的分析发现在紧邻喜马拉雅山脉北侧上空，西风急流中心高度比其南北都要低1千米左右。因此在珠峰北坡登山难度更大，特别是在海拔7000米以上活动时，更容易遇到大风，严重影响登山活动。由于高大珠峰的绕流作用，加之山地峡谷的狭管效应，在珠峰7500米左右有个大风口。每当有西风或西北风时，这里的风速要比相同高度的其他地方快1倍至2倍。所谓“狭管效应“是指流体在运动过程中，因通道突然变窄而产生加速流动现象，因此登山者往往在此出现意外，被冻伤或者坠入谷底。对于风向和风速的判断和预测，就成为成功登顶的必须条件。
▲1975年5月珠峰附近沿85°E剖面上的西风风速，图片来自于《青藏高原气象学》由于青藏高原上空观测站点稀疏，对于珠峰附近高层气象条件的判断，除了依赖于各种气象观测以外，目测的经验也非常重要，尤其是要学会识别珠峰峰顶附近的云：涡旋云和地形云，涡旋云常产生在障碍物下游左侧的“死水区”，呈顺时针旋转；而地形云一般包括背风波动的山头云、飘挂在顶峰迎风招展的旗云、峰顶山头上的山头云、以及其他靠近峰顶的荚状云和带状云。根据经验, 当珠峰峰顶附近没有一丝云彩时, 很难判断珠峰高空风的大小。一般来说，当珠峰峰顶有山头云，稳定少动，背风一侧无波状云出现时，峰顶高度附近的风速会低于20米/秒，宜于攀登珠峰，而当峰顶旗云顺风疾驰，旗云顶部波动不明显，甚至云尾渐下沉时，9公里高度附近的风速在25米/秒以上，不适宜攀登。春季，当峰顶出现偏东北风旗云时，珠峰上空为西风带高压脊天气形势，是攀登珠峰的好时机。
▲珠峰顶为山头云，峰顶东侧为卷轴状云，图片来自于《青藏高原气象学》青藏高原是影响东亚及全球气候的“大Boss”
珠峰所在的青藏高原是除了南极北极以外的地球“第三极”，由于青藏高原的影响，形成具有区域和全球性影响的东亚大槽、南亚高压、南亚季风和东亚季风。如果没有青藏高原，或者青藏高原的高度和规模没有如今这么大，高原周围的气候和现在即完全不同，地质学和气候模式的数值模拟都证实了这一点。高耸入云的青藏高原对从这里汹涌流过的西风带有强烈的的阻挡作用，西风带要么绕流，要么爬山而过。冬季，大气低层西风带经过西藏高原分成南北两支，北支在高原西北部形成西南气流，给高原北侧和新疆中部的天山等地带来一定的水汽，当这支气流绕过新疆北部后转为西北气流，与极地大陆气团汇合，从而使得我国东部地区冬季西北风势力大增，并向南伸展到更远的区域。而南支气流在高原的西南部形成绕流的西北气流，使得南亚西北部干燥的气候更加干燥，形成热带沙漠气候。这支气流绕过高原南侧后，转为西南气流，给我国云贵高原和东南沿海地区带来暖湿气流，有利于这些区域形成冬季降水系统。而青藏高原东侧的四川盆地、汉中一带，在两支气流之间，风力微弱，空气稳定，成为“死水区”，盆地空气潮湿，多云雾天气，所谓“蜀犬吠日”，说的就是这样的天气。因此如果没有青藏高原的阻挡，我国的气候将会是另一番景象。青藏高原的热力结构与周围的大气热力状况明显不同，这种热力作用直接加之于对流层中层，它的作用更为显著。尤其在夏季，高原相对于周围大气，是一个耸立在对流层中部的巨大“热岛”，在其影响下，低层形成巨大的热低压，高层形成巨大的热高压，这个巨大高压的影响可达南半球。当喜马拉雅山南麓和青藏高原上存在强大的感热通量时，一方面可以加强南亚季风，在喜马拉雅山南麓形成世界最强的降雨中心（喜马拉雅山南麓的印度梅加拉亚邦的玛坞西卢和乞拉朋齐年均降水量超过11000毫米，其中乞拉朋齐曾创下最多年降水量26000多毫米的世界纪录，26米！），另一方面加强东亚季风，从而增强我国东部降雨量和雨季所能到达的范围。感热越强，其东侧的西南季风越强，我国东部的水汽通量也越强，雨量也随之增加。因此，如果没有青藏高原的加强作用，我国东部鱼米之乡的状况可能会发生根本的变化。
▲青藏高原动力和热力作用的存在，一方面加强了南亚季风，有助于形成喜马拉雅山南麓世界上最强的降雨中心，也加强了东亚季风环流，增强我国东部的水汽通量，图片来自于吴国雄院士，参考Wu et al. (2007)。青藏高原具有独特的环流和天气气候特征，它是我国一些天气系统产生的上游地区，是下游主要灾害性天气的策源地。例如我国的暴雨、冰雹等天气有不少就源于高原，西南低涡的涡源就在高原上或它的边侧；尤其是春、夏季，高原上的对流云泡，在合适的条件下，能汇集成云团，形成对流天气系统，东移而影响我国东部地区降水。高原上复杂的地形也在边界层内引起冬夏不同的准定常的浅薄系统，遇有合适的高空条件，他们也会发展移出高原。东移的中尺度涡旋往往会形成极端暴雨，例如1981年7月9日深夜，四川盆地西南部的暴雨就是西南涡引起，暴雨造成泥石流，冲塌成昆铁路线尼日至乌斯河间的利子依达铁路大桥，正在通过的442次列车2台机车、1辆行李车和1辆客车坠入大渡河内，造成超过240人死亡和失踪，成为中国铁路历史上旅客伤亡最为惨重的事故。而导致我国1998年长江流域特大洪涝灾害的降水，主要来自于三次持续性大范围强降水过程，这三次过程中都有西南涡沿长江移动，持续在洪峰区域产生大暴雨，让洪峰更为严重。
中国科学家对于青藏高原的研究已经有了近90年的历史，1960年，由杨鉴初、陶诗言、叶笃正、顾震潮主编的《西藏高原气象学》出版，这是我国首次对青藏高原研究的系统性总结。
▲1960年，由杨鉴初、陶诗言、叶笃正、顾震潮主编的《西藏高原气象学》出版，这是我国首次对青藏高原研究的系统性总结。1979年，由叶笃正、高由禧等主编的《青藏高原气象学》，至今依然是研究青藏高原气象学的权威著作。
1971年，周恩来总理主持召开全国科学技术工作会议，提出“要重视基础理论研究”，中国科学院随即制订了《中国科学院青藏高原1973-1980年综合科学考察规划》，组建了包含各个学科的2000名科研人员，开展了第一次青藏高原综合科学考察。在此考察基础上，1979年，由叶笃正、高由禧等主编的《青藏高原气象学》，至今依然是研究青藏高原气象学的权威著作。1979年5-8月第一次青藏高原气象科学试验开展，1998年5-8月第二次青藏高原气象科学试验顺利进行。2014年第三次青藏高原气象科学试验开始展开。2017年8月，由中科院牵头的第二次青藏高原综合科学考察开始，9月18日习近平总书记给中国科学院青藏高原综合科学考察研究队发来贺信。（中国科学院大气物理研究所高登义研究员、邹捍研究员对本文进行了审阅并提修改意见，周春江博士整理相关材料并做文本修订。）
编辑：金婉霞
责任编辑：许琦敏
来源：微信公众号“科学有温度”
