南极、北极、青藏高原 遥不可及却密切相关【彩
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文献计量分析发现,我国北极、南极研究的发文量和整体学术影响力已达到发文量前15位国家的中等位置,“第三极”科学研究领域已处于世界领先的主导地位。

在“三极计划”提出前,已有多个国际计划从不同角度关注“三极”地区的环境与气候变化研究。但多数国际计划由国际组织发起或引导,其中的主导力量多为西方发达国家,我国在其中主要是参与和落实有关计划的具体工作。与欧美国家相比,在制定全球重大科学方向、制定科学计划与实施方案、引领国际前沿等方面,我国科学家还有很大差距。

为此,李新武提出,需要开展“三极”整体性、系统性、关联性的研究。

追踪南极半岛拉森C冰架上一条冰裂缝长达十几年的科学家,2017年终于借助经过该冰架上空的两颗美国卫星,发现一座巨大冰山与拉森C冰架脱离。

事实上,基于大数据的地球“三极”环境变化遥感对比研究,已经成为全球变化研究的新模式和新范式。科学家们关心“三极”在全球变化的作用、反馈的同步性和异步性机制,对物质与能量平衡、全球温度和碳循环的协同影响等。

“这些已知的影响或联系存在于多大的时间和空间尺度,因果关系如何,影响程度又如何,如果不把‘三极’协同起来研究是无法深刻理解的。”北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院院长、“三极计划”牵头人之一程晓说。

值得注意的是,“三极”对全球变化的响应和反馈存在差异,但其科学机理关联性理解尚不清晰,并且现有研究多为关注“单极”。

程晓说,倡议这个国际协同作战计划,是希望能够将存在密切联系但尚未被认知的“三极”,作为全球环境与气候变化的一个整体,开展系统的多学科交叉研究和综合科学评估,为国际全球变化研究贡献中国智慧。

李新武表示,空间对地观测是唯一可以实现对“三极”大范围、多尺度、长期空间无缝和时间连续观测的技术,是“三极”协同与对比研究的重要手段。

近日于瑞士达沃斯举办的极地开放科学大会上,中科院院士、中科院青藏高原研究所研究员姚檀栋向全世界科学家介绍的“三极计划”构想引起广泛关注。

“三极”是全球变化的敏感区,是全球变化指示器,全球变化的效应在“三极”表现得尤为明显,已产生巨大的全球性影响,如海平面上升、极端天气事件等。

在程晓看来,这个由我国科学家占主导优势的第三极地区研究计划,打开了我国“三极”环境研究走向国际舞台中心的突破口,为建立以我为主的国际大科学计划奠定了坚实的科学基础与合作平台。

根据文献统计,近十年,国际上对“三极”科学研究的关注整体呈增加趋势,其中北极和“第三极”科学研究发展更加迅速。

但程晓说,在地面观测方面,除了青藏高原我国有主导权和雄厚基础外,南北两极均不占优,尤其对北极陆地和南大洋的观测最为稀缺;在卫星观测方面,虽然我国有许多遥感卫星,但对“三极”的观测几乎为零,因此我国科学家高度依赖欧美卫星资料从事研究。

青藏高原是全球的“高极”,与南极、北极并称为地球“三极”。作为全球生态环境的重要屏障和关键纽带,以及全球气候变化的敏感区和脆弱区,“三极”研究日益成为全球科研的前沿和热点。

此外,北极变暖影响候鸟的迁徙路线和范围,可能导致新型病毒传播;北极增暖释放的大量土壤汞,又破坏了北半球环境和人类健康等。因为与人类更加密切相关,这使得“三极”研究不仅仅是个科学问题。

“我国极地科研整体水平与欧美极地强国之间仍存在较大差距。”北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院院长程晓坦言。

如何吸引更多国际研究力量参与到“三极计划”中来,也考验我国科学家智慧。在现行法律环境下,如何制定合理可行的外国科学家进入青藏高原地区开展科考的规则以促进国际合作,也是迫切需要解决的问题。

“我国的‘三极’科学研究在相对于欧美科技发达国家起步较晚的情况下,近10~15年发展增速显著。”中科院西北生态环境资源研究院文献情报中心助理研究员刘燕飞说。

南极、北极、青藏高原 遥不可及却密切相关

当“青椒”遇上“三极” 期待更多“中国声音”

维加奖设立于1881年,每三年在全世界范围内对杰出的地理学科学家进行海选后,评选出一名获奖者,由瑞典国王颁奖,有“地理学诺贝尔奖”之称。姚檀栋成为该奖项设立136年来首位获奖的中国科学家,也是获此荣誉的首位亚洲科学家。

目前,国际上的“三极”研究主要涉及地球科学、气象学与大气科学、生态学、环境科学等学科。其中,在南极、北极研究中,我国气象学与大气科学学科所占比例突出,生态学、海洋与淡水生物学、生物多样性学科分类所占比例低于全球。

我国是北极域外国家,距离南极也非常遥远,不少组织和个人对我国的两极活动表示不能理解甚至提防,开展“三极”系统研究,有助于在国际上树立我国负责任科技大国的形象,促进相关领域的国际合作。

他指出,我国科学家在极地许多领域的国际交流不活跃,“中国声音”微弱;我国极地科学研究学科零散,缺乏顶层设计和系统组织,“有队伍无组织,力量发散”。

从第三极青藏高原走向“三极”(南极、北极、青藏高原),我国科学家倡议的这一国际极地科学研究协同作战计划,背景是什么?将带来什么变化?在推进中将面临什么困难?科技日报记者就此进行了深入采访。

在研究合作网络中,我国“第三极”科学研究领域处于核心地位,但在北极和南极研究合作网络中,则处于相对独立的位置,未来仍有进一步发展的空间。

国际协同开展多学科交叉研究

青年学者作为“三极”研究的主力军和创新的动力源泉,他们都在关注哪些前沿问题?9月28日,中科院青藏高原研究所与中科院青年创新促进会共同举办“高极-三极”青年创新论坛,共话“三极”研究的前沿动态和发展趋势。

自主卫星观测成关键突破口

“全球变化既是科学问题,又是政治问题,需要提出国家科学应对措施。与此同时,‘三极’地区目前正面临或即将面临新一轮地缘利益争夺。”中科院遥感与数字地球研究所研究员李新武说。

姚檀栋介绍,青藏高原环境对全球变化较为“敏感”。随着全球变暖的加剧,包括珠峰地区在内的青藏高原的冰川正全面加速退化。

姚檀栋在接受记者采访时说,这个奖虽然是颁给他个人的,但它代表着国际地理学界对我国青藏高原整体研究水平的认可。中国科学家对青藏高原的研究论文数量和引用率近年来稳居世界第一,中国科学家在青藏高原环境变化的研究处于国际上第一方阵。

冰冻圈,是指地球表层连续分布并具有一定厚度的负温圈层,包括冰川、冻土、海冰和积雪。作为地球系统的重要组成部分,它是地球上最脆弱和最敏感的区域。

这座冰山之所以令人瞩目,不仅因为面积达5800平方公里,接近上海土地面积,还因为它的脱离,永久改变了南极版图。拉森C冰架本来是南极第四大冰架,由于这次冰山崩解让它损失了12%的面积,排名下落到了第五。

让科研人员困惑的是,在全球变暖大背景下,南北极冰冻圈呈现出迥异的变化趋势:北极海冰持续消退,南极海冰总体则明显增多;格陵兰和西南极冰盖快速消融导致海平面上升,东南极冰盖反而在增厚。此外,北极海冰消退,北极寒流更容易影响青藏高原地区,以青藏高原为核心的高亚洲冰川融化导致输入北冰洋的河流径流增加,也对北冰洋沿岸生态和海洋环境造成影响。

但他同时表示,青藏高原冰冻圈仅占全球一小部分,南北极的巨大冰盖和季节性海冰动态变化在全球能量平衡中的驱动和反馈效应,是当前全球变化研究的薄弱环节。由于“三极”研究非常耗时费力,之前从事青藏高原研究的很少关注两极,从事两极研究的也几乎不关注青藏高原,造成研究力量分散,我国“三极”的总体研究实力不强。

“三极”环境与气候变化计划,顾名思义,环境与气候变化的观测是最重要的基础工作。

“我们希望能从第三极环境的区域尺度开始,实现向‘三极’环境的全球尺度拓展,进而建立以中国科学家为主导的全球性国际大科学计划,扩大我国的科技影响力,提升我国应对区域与全球气候变化和环境外交的话语权。”程晓说。

在程晓看来,“三极计划”首先将提升我国科学研究思路,增强我国科学界对地球系统整体观的把握。此外也有利于整合国内方方面面的研究力量,促进相关领域的国际合作。

本报记者 陈 瑜

实现从第三极向“三极”的拓展

“如果我国不能在‘三极’卫星观测系统方面形成关键突破,形成自主的极地遥感观测能力并将极地观测资料对国际同行开放,一方面很难吸引国际研究力量参加进来,另一方面即使国际参与了,也无法形成并确立我国在计划中的领导地位。”程晓表示,如果一切顺利,我国首颗专门面向极地观测的小卫星——BNU-1遥感卫星计划于今年12月发射,有望实现我国极地观测能力在一定程度上的提升。

2017年,瑞典人类学和地理学会宣布,将2017年维加奖授予姚檀栋。

按照设想,2020年将在国际上正式推出“三极计划”。

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