近地表大氣氧含量綜合剖面圖研制

吉怡萌，張穎，王靜愛

摘 要：線路綜合剖面圖是地理要素相互關(guān)系及區(qū)域差異的重要表達方法?；谇嗖馗咴ú鼐€59個采樣點近地表氧含量的測量及其影響因素的野外考察，在繪制地形剖面圖的基礎(chǔ)上，對每個樣點建立氧含量及其影響因素中的海拔、大氣壓、溫度、相對濕度、植被類型、土壤類型以及地貌單元等要素的對應關(guān)系，形成以氧含量為核心的多圖層結(jié)構(gòu)的綜合剖面圖。本文可以為建立青藏高原氧含量的時空格局提供科學依據(jù)，同時可提高公眾對青藏高原的區(qū)域認知。

關(guān)鍵詞：川藏線;近地表氧含量;影響因素;制圖;綜合剖面圖

中圖分類號：K903? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1005-5207（2022）01-0018-04

氧氣是人類和動、植物生存與發(fā)育的必要物質(zhì)。人類是對低氧環(huán)境極其敏感的生物，嚴重缺氧會導致人體新陳代謝出現(xiàn)障礙、系統(tǒng)功能紊亂，甚至引起死亡[1]。青藏高原平均海拔超過4 000m，空氣稀薄，與同緯度其他地區(qū)相比氧含量較低，特殊的地理環(huán)境使得它成為國內(nèi)外科學界與政府關(guān)注的重點區(qū)域，因此，中國第二次青藏高原綜合科學考察研究針對青藏高原氧含量進行了專題探究，在研究中得出的主要認識包含三個方面：一是在4年內(nèi)通過487個采樣點的野外實測與計算，發(fā)現(xiàn)青藏高原氧含量呈現(xiàn)明顯時空變化規(guī)律[2]，這與前人研究結(jié)果存在明顯差異;二是除海拔因素外，氣象條件與植被狀況也會較大程度地影響氧含量，此外，氧含量可能還會受到土壤異養(yǎng)呼吸等其它因素的影響[3-4];三是氣候變暖有減緩青藏高原地區(qū)人口缺氧健康風險的可能[5]。

編制考察路線氧含量綜合剖面圖是一種揭示青藏高原近地表氧含量時空變化規(guī)律的科學直觀的表達方式。線路地形剖面圖是綜合剖面圖的基礎(chǔ)，表達的內(nèi)容是沿線海拔—經(jīng)度（或緯度）的二維變化關(guān)系，能直觀地表現(xiàn)出地面的起伏、坡度和地勢的變化。在基礎(chǔ)教育階段的中學地理課程標準中[6]，就已明確要求學生掌握地形剖面圖的繪制方法。地形剖面圖還可疊加多重要素，從而形成對某條線路的綜合認知。多條線路綜合剖面圖縱橫交織成網(wǎng)狀，可進一步擴展到區(qū)域空間差異的綜合認知。若是按線路對某區(qū)域進行多時段的覆蓋性考察，從而形成此區(qū)域多條線路的綜合剖面圖，便可得到區(qū)域內(nèi)自然要素時空變化的綜合認知。二次青藏科考“缺氧環(huán)境及其健康效應”團隊的考察路線與交通線路密切相關(guān)，形成了“五縱四橫”的路網(wǎng)。本文以川藏線為例，在地形剖面的基礎(chǔ)上，建立每個采樣點的氧含量與大氣壓、溫度、濕度、植被、土壤以及土地利用等要素的對應關(guān)系，探究沿線氧含量及其影響因素的地域差異。本文由點到線，由線及面，為進一步認識青藏高原氧含量的時空差異提供科學依據(jù)，為厘清氧含量的影響因素及分析其貢獻率提供可視化信息支撐，可以為理解未來全球氣候變暖背景下的高海拔地區(qū)人口健康風險評價提供新思路，同時，還可以為科學普及氧含量地域差異提供可視化支撐。

一、綜合剖面圖的數(shù)據(jù)來源與指標構(gòu)建

川藏線通常指川藏公路和川藏鐵路，文中野外考察的路線為G318為主的川藏公路南線，從拉薩出發(fā)，途經(jīng)林芝、八宿到達芒康，再經(jīng)巴塘、理塘、康定最終到達成都，全長約2 000km，沿線海拔落差達4 400m（圖1）。野外考察測量完成于2019年7月29日～ 8月3日，共獲取了59個樣點，采集了樣點上的經(jīng)緯度、海拔、氧含量、大氣壓、溫度、濕度、植被、土壤等數(shù)據(jù)，并拍攝了樣點周圍的景觀照片。

繪制綜合剖面圖的指標數(shù)據(jù)中，核心指標為氧含量。通常來說，氧含量分為氧氣相對含量與氧氣絕對含量，前者為日常所說的氧含量，以往研究認為在低層大氣中相對氧含量約為20.946%;而后者則將其定義為空氣密度與氧氣相對含量的乘積[2]。為了在綜合剖面圖上明確表達各采樣點的氧含量與各影響因素的對應關(guān)系，本文將采樣點上對實測的氧含量進行三次重復采樣并取平均值，后對其進行歸一化處理。制圖指標與數(shù)據(jù)來源見表1。

二、綜合剖面圖的編制理念與制圖表達

1. 綜合剖面圖的編制理念

圖2給出了川藏線氧含量綜合剖面圖的編制理念與過程。針對大氣氧含量與各要素關(guān)系這一核心問題，各自然要素對氧含量的貢獻關(guān)系為綜合剖面圖編制提供了理論支撐;通過對自然要素進行指標篩選，梳理出指標體系并進行實地測量，為綜合剖面圖編制提供數(shù)據(jù)支撐;依據(jù)指標體系的層級關(guān)系進行剖面圖制圖設計，并提供技術(shù)支撐。青藏高原不同區(qū)域近地表大氣氧含量存在明顯差異，且氧含量與自然要素間關(guān)系已基本厘清，即近地表大氣氧含量受到氣候、土壤、植被、地貌等地理環(huán)境要素的綜合影響?；诖死碚?，本文構(gòu)建了以氧含量為實測核心指標，以測站點和駐點為考察定位信息，大氣壓、溫度、相對濕度、植被與土壤類型為影響因素指標的野外考察實測指標體系，同時以考察線路沿線海拔高度剖面為載體，進行了綜合剖面制圖設計，包含實景圖片、剖面結(jié)構(gòu)、要素圖例設計等。

本文在剖面線上標注了各測點，方便定位測點在考察線路中的相對位置，按照“大氣—地表—地下”的認知順序，在各測點縱向展示了該點的實景照片、氧含量、氣候要素（大氣壓、溫度、相對濕度）、植被類型以及土壤類型數(shù)據(jù)。同一路線中各測點數(shù)據(jù)采用相同范圍比例尺繪制，具備可比性，實現(xiàn)了當剖面線沿線海拔高度發(fā)生變化時，同步比較各測點氧含量、氣候、植被、土壤等要素的變化趨勢。此外，各要素數(shù)據(jù)均經(jīng)過了符號化表達，植被類型符號采用表征植被特點的象形符號，土壤類型符號則以編碼符號展示。綜合剖面圖的制圖表達，力求既要保持實地考察的原創(chuàng)性，又要細致、準確、科學地表達氧含量及其影響因素之間的關(guān)系與空間分布規(guī)律。

2.川藏線綜合剖面圖的制圖表達

基于上述編制理念與過程，編制了川藏線氧含量綜合剖面圖（圖3）。沿途氧含量的分布格局與海拔、植被等要素呈現(xiàn)出明顯的對應關(guān)系。首先是“海拔—氧含量”的關(guān)系。川藏線經(jīng)歷了八起八伏，氧含量分布格局基本上與海拔高度呈現(xiàn)相反關(guān)系，即海拔越高，氧含量越低。觀察米拉山、色季拉山、業(yè)拉山等沿途山峰，其山峰埡口位置往往是氧含量最低值。念青唐古拉山東側(cè)山谷與喜馬拉雅山北的雅魯藏布高山河谷為高程洼地，其氧含量則處于較高水平。其次是“植被—氧含量”的關(guān)系。植被長勢越好，光合作用越強，氧含量越豐沛。在海拔高度基本保持一致的情況下，植被覆蓋更低，其氧含量水平也越低，如分列于色季拉山東西兩側(cè)的11號與13號樣點，兩者海拔高度均位于4 000m左右，前者植被蓋度較后者的植被蓋度更高，相應的，前者氧含量明顯更高。

三、展望

由于青藏高原交通不便、自然環(huán)境惡劣，加之目前氣象、環(huán)保部門并未開展氧含量監(jiān)測業(yè)務，氧含量數(shù)據(jù)獲取方式與范圍有限，學術(shù)界對其也鮮有研究。若未來能夠在青藏高原地區(qū)架構(gòu)定點連續(xù)觀測網(wǎng)絡，則會使得野外考察線路綜合剖面圖的編制更精準、更連續(xù)。特別在建立定點連續(xù)觀測基礎(chǔ)上，通過多次分時段的野外測量，將實現(xiàn)考察線路的時間動態(tài)性監(jiān)測，從而精準刻畫青藏高原氧含量的時空分布格局。此外，從科學普及角度看，全面、精準、連續(xù)的氧含量時空分布格局有利于公眾認識氧含量及其影響因素的地域變化，從而進一步提高公眾對青藏高原的區(qū)域認知。

通訊作者：王靜愛

參考文獻：

[1] 吳天一. 氧與生命——2019年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的解讀和啟示[J]. 高原醫(yī)學雜志， 2019，29（4）：1-14.

[2] 史培軍， 陳彥強， 張安宇， 等. 青藏高原大氣氧含量影響因素及其貢獻率分析[J]. 科學通報， 2019，64（07）：715-724.

[3] Peijun S， Yanqiang C， Gangfeng Z， et al. Factors contributing to spatial–temporal variations of observed oxygen concentration over the Qinghai?Tibet Plateau[J]. Scientifc Reports， 2021（11）：1-8.

[4] 史培軍， 陳彥強， 馬恒， 等. 再論青藏高原近地表大氣相對氧含量影響因素的貢獻率[J]. 科學通報， 2021（66）：1-8.

[5] Yanqiang C， Gangfeng Z， Zongyan C， et al. A warming climate may reduce health risks of hypoxia on the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Science Bulletin， 2021：1-4.

[6] 中華人民共和國教育部. 普通高中地理課程標準（2017年版）[M]. 北京： 人民教育出版社，2018.