遨游云端之上，探索平流層的奧秘

衛(wèi)婷婷

當(dāng)前，氣候變化和極端天氣事件已引起全世界的廣泛關(guān)注，成為人類社會(huì)亟待解決的重大科學(xué)問(wèn)題，也是我國(guó)合理利用能源、規(guī)范人民生產(chǎn)活動(dòng)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵依據(jù)。但由于人類活動(dòng)空間主要是對(duì)流層，在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里人們對(duì)氣候變化、災(zāi)害性天氣過(guò)程等問(wèn)題的研究也主要著眼于對(duì)流層。平流層及平流層以上的大氣層次由于不是人類活動(dòng)的主要區(qū)域，較少受到公眾的關(guān)注。

然而，大氣層是一個(gè)整體。從地面到大氣層頂，每一個(gè)大氣層次中發(fā)生的動(dòng)力、物理、化學(xué)過(guò)程都有著緊密而復(fù)雜的聯(lián)系。因此，要想應(yīng)對(duì)氣候變化和氣候變化引發(fā)的極端天氣事件，必須加強(qiáng)對(duì)大氣各層系統(tǒng)相互作用的理解。作為大氣物理學(xué)領(lǐng)域的一名青年科研工作者，關(guān)于平流層-對(duì)流層間物質(zhì)交換和動(dòng)力耦合過(guò)程、大氣波動(dòng)過(guò)程等關(guān)鍵問(wèn)題的探索與研究，對(duì)吳雪而言是興趣和理想，也是責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

探索之心，蛻變之旅

十幾年前，優(yōu)秀大學(xué)生夏令營(yíng)中的一場(chǎng)講座至今仍深深印刻在吳雪的腦海中。

那是一場(chǎng)關(guān)于平流層大氣過(guò)程的對(duì)流層影響的學(xué)術(shù)講座?！爱?dāng)時(shí)是大三的暑假，我正在參加我的母?！袊?guó)海洋大學(xué)舉辦的夏令營(yíng)學(xué)術(shù)講座。本科時(shí)期，大氣科學(xué)專業(yè)課的內(nèi)容基本都是對(duì)流層內(nèi)的，很少涉及平流層大氣過(guò)程。所以那是我第一次了解到平流層與對(duì)流層的相互影響，尤其是平流層大氣活動(dòng)對(duì)對(duì)流層內(nèi)氣候的作用，我覺(jué)得很新奇，引發(fā)了我濃厚的興趣。”基于這股“新鮮勁兒”和好奇，夏令營(yíng)結(jié)束后，吳雪一直積極尋找探索平流層奧秘的機(jī)會(huì)。

大四上學(xué)期，由于本科四年綜合成績(jī)優(yōu)異，吳雪獲得了保送研究生的機(jī)會(huì)。帶著母校的推薦信，吳雪向中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的呂達(dá)仁院士自薦，表達(dá)了期望跟隨他學(xué)習(xí)中高層大氣領(lǐng)域知識(shí)的意愿。秉持著“兼容并包”科研精神的呂達(dá)仁院士欣然接納了這名一腔熱血的學(xué)生，并給予她充分自由探索的空間。時(shí)至今日，老先生依舊會(huì)驕傲地向新一屆的學(xué)生們提起這個(gè)“因?yàn)槁?tīng)了一場(chǎng)講座，就在好奇心驅(qū)使下前來(lái)‘投奔”的優(yōu)秀學(xué)生，以此勉勵(lì)他們保持好奇心與求知欲。

得益于恩師的教導(dǎo)，吳雪在大氣物理學(xué)方面打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也培養(yǎng)出了濃厚的科研興趣和科研熱情。2009年，吳雪參與了呂達(dá)仁院士作為首席科學(xué)家的“平流層大氣基本過(guò)程及其在東亞氣候與天氣變化中的作用”項(xiàng)目，對(duì)平流層動(dòng)力學(xué)和平流層大氣過(guò)程有了更加系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解。2012年，由于研究生階段成績(jī)優(yōu)異，她被遴選到英國(guó)劍橋大學(xué)的應(yīng)用數(shù)學(xué)與理論物理系進(jìn)行博士聯(lián)合培養(yǎng)，跟隨著名大氣海洋動(dòng)力學(xué)家彼得·海恩斯（Peter.Haynes）教授學(xué)習(xí)，針對(duì)平流層-對(duì)流層物質(zhì)交換展開(kāi)了一系列研究。第一次孤身前往異國(guó)求學(xué)、第一次進(jìn)入來(lái)自不同國(guó)家的學(xué)者組成的團(tuán)隊(duì)、第一次在國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)上作報(bào)告、第一次在《科學(xué)引文索引》（SCI）發(fā)表文章、第一次獲得國(guó)家級(jí)表彰……在許多第一次中，吳雪逐漸完成了從一名稚嫩學(xué)生向獨(dú)當(dāng)一面的科研工作者的蛻變。

豐碩之果，奉獻(xiàn)之志

如果說(shuō)訪學(xué)英國(guó)期間，吳雪還是主要以學(xué)生的身份進(jìn)行專業(yè)知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)和積累，那么從2016年開(kāi)始，在德國(guó)進(jìn)行博士后研究的3年里，她是作為獨(dú)立的科研人員進(jìn)行綜合工作能力的歷練和提升。其間，她緊跟世界科技前沿開(kāi)展研究工作，積極參與各類學(xué)術(shù)會(huì)議，抓緊一切可以與國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀同行交流的機(jī)會(huì)。在德國(guó)博士后合作導(dǎo)師拉爾斯·霍夫曼（Lars?Hoffmann）的幫助下，她相繼與德國(guó)于利希研究中心、英國(guó)劍橋大學(xué)、美國(guó)國(guó)家大氣研究中心、韓國(guó)延世大學(xué)等眾多杰出科研團(tuán)隊(duì)建立了實(shí)質(zhì)性、延續(xù)性的合作關(guān)系，樹(shù)立了中國(guó)科學(xué)家認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、勤奮好學(xué)、視野高遠(yuǎn)的良好形象，并且取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性科研成果。

更重要的是，在博士后工作期間，吳雪的研究方向進(jìn)一步明晰和細(xì)化?！敖?jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和探索，我決定近階段的主要研究工作圍繞兩個(gè)方面來(lái)開(kāi)展。一方面是揭示火山噴發(fā)對(duì)全球范圍內(nèi)平流層氣溶膠的貢獻(xiàn)和氣候影響，另一方面是對(duì)流層內(nèi)深厚的對(duì)流系統(tǒng)（比如臺(tái)風(fēng)）激發(fā)的平流層重力波的相關(guān)研究。這兩項(xiàng)工作可以在我們關(guān)心的氣候變化問(wèn)題，以及預(yù)估臺(tái)風(fēng)等深對(duì)流系統(tǒng)引起的災(zāi)害等方面提供科學(xué)支撐。”在吳雪看來(lái)，從科學(xué)問(wèn)題出發(fā)，面向國(guó)家的戰(zhàn)略需求和民眾的防災(zāi)減災(zāi)需求，是當(dāng)前大氣領(lǐng)域科研工作者背負(fù)的使命。

火山噴發(fā)對(duì)平流層內(nèi)氣溶膠的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)超過(guò)人為活動(dòng)的貢獻(xiàn)。強(qiáng)烈的火山噴發(fā)能夠?qū)⒍趸蚝土蛩釟馊苣z注入平流層，平流層內(nèi)的強(qiáng)風(fēng)會(huì)將硫酸氣溶膠擴(kuò)散至整個(gè)半球乃至全球。在平流層中，高溫層置上、低溫層置下，平流層大氣較為穩(wěn)定。正因如此，氣溶膠一旦進(jìn)入平流層，就會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存在于這一大氣層中。平流層里的硫酸氣溶膠會(huì)遮擋太陽(yáng)輻射，造成對(duì)流層降溫，還會(huì)吸收紅外輻射，造成平流層的升溫，對(duì)大氣輻射、氣溫和大氣環(huán)流有著深遠(yuǎn)的影響。

火山噴發(fā)對(duì)全球氣候的影響通常隨著火山的地理位置和噴發(fā)季節(jié)的變化而變化。在以往的研究中，熱帶火山噴發(fā)因其對(duì)平流層氣溶膠和全球氣候影響的重大貢獻(xiàn)而被廣泛關(guān)注，但中高緯度火山噴發(fā)對(duì)平流層氣溶膠層的影響及氣溶膠從高緯度輸送到熱帶平流層的途徑尚不清楚。吳雪及其合作者首先要做的，就是將近20年來(lái)火山噴發(fā)的二氧化硫進(jìn)行反演并制成清單。在早期研究中，團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)關(guān)注了2009年6月噴發(fā)的中緯度火山薩里切夫（Sarychev），以及亞洲夏季季風(fēng)環(huán)流對(duì)火山煙羽從中緯度向熱帶平流層擴(kuò)散的影響。在北半球夏季，亞洲夏季季風(fēng)系統(tǒng)可以幫助中緯度火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣溶膠傳輸?shù)綗釒У牡推搅鲗?。熱帶低平流層的氣溶膠是可以隨平流層的大氣環(huán)流擴(kuò)散至全球的，從而極大地?cái)U(kuò)展影響范圍;但是在冬季，中緯度火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣溶膠向熱帶的傳輸會(huì)受到副熱帶急流的阻礙，在這種情況下，中緯度火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣溶膠無(wú)法進(jìn)入熱帶平流層，也就無(wú)法產(chǎn)生全球性的影響。“這是基于我們反演的近20年火山噴發(fā)的二氧化硫排放清單做的一些初步應(yīng)用研究，之后我們會(huì)開(kāi)展更廣泛的應(yīng)用，進(jìn)一步探索各個(gè)緯度、各種強(qiáng)度的火山噴發(fā)對(duì)氣候的影響和規(guī)律?！眳茄┱f(shuō)。

吳雪和她的課題組在平流層重力波領(lǐng)域也取得了引人注目的成果?！霸谝恍┣捌谘芯恐校覀儼l(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度和臺(tái)風(fēng)觸發(fā)的平流層重力波的強(qiáng)度有很強(qiáng)的相關(guān)性，但是這個(gè)相關(guān)性產(chǎn)生的原因并不明確?！眳茄┱f(shuō)。為了驗(yàn)證這個(gè)相關(guān)性，并且進(jìn)一步論證因果關(guān)系，研究團(tuán)隊(duì)收集了海量的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)做分析，又采用了高分辨率的數(shù)值模式做計(jì)算模擬，最終搞清楚了臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度變化和平流層重力波的強(qiáng)度和特征的聯(lián)系機(jī)理?！巴ㄟ^(guò)氣象衛(wèi)星從上而下地觀測(cè)平流層重力波不會(huì)受到對(duì)流層內(nèi)的云雨的干擾，所以如果能利用對(duì)平流層重力波的衛(wèi)星觀測(cè)來(lái)提升我國(guó)對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)能力，就可以進(jìn)一步減少人民的生命和財(cái)產(chǎn)損失，這是我們下一步要謹(jǐn)慎論證的應(yīng)用方向?！眳茄┯行┡d奮地說(shuō)道。

踏實(shí)勤勉，不忘初心

“合抱之木，生于毫末;九層之臺(tái)，起于累土?！痹趨茄┛磥?lái)，能夠取得現(xiàn)在的成績(jī)一方面得益于對(duì)科研的濃厚興趣，另一方面也離不開(kāi)刻苦的努力。細(xì)數(shù)吳雪求學(xué)和工作的經(jīng)歷，沒(méi)有“一蹴而就”，只有研究態(tài)度和研究方法日復(fù)一日的培養(yǎng)和鍛煉，以及研究成果一點(diǎn)一滴的累積。她始終以一位有責(zé)任心、有使命感的科學(xué)家的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)要求自己，致力于為國(guó)家和社會(huì)的發(fā)展奉獻(xiàn)自己的力量。2022年，吳雪入選中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)“最美科技工作者”，這對(duì)她來(lái)說(shuō)既是一種認(rèn)可，也是一種激勵(lì)?！白鳛槿脒x者中資歷最淺的一位，我現(xiàn)在除了要一如既往地將科研做好，另外也要在堅(jiān)持奮斗在科研一線的同時(shí)，慢慢從自己獨(dú)自研究向帶領(lǐng)隊(duì)伍的方向上轉(zhuǎn)變，為發(fā)展壯大我們的科研有生力量盡自己的綿薄之力。很多時(shí)候，我不敢稱自己為‘科學(xué)家，我只是把分內(nèi)工作做嚴(yán)謹(jǐn)、做卓越，讓我們的每一項(xiàng)成果都能在學(xué)科發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮一定作用，為后來(lái)者鋪墊通向遠(yuǎn)方的道路，這就是我們想要達(dá)到的目標(biāo)。”

（責(zé)編：袁園）