遨游云端之上，探索平流層的奧秘

衛婷婷

當前，氣候變化和極端天氣事件已引起全世界的廣泛關注，成為人類社會亟待解決的重大科學問題，也是我國合理利用能源、規范人民生產活動、實現可持續發展的關鍵依據。但由于人類活動空間主要是對流層，在過去的很長一段時間里人們對氣候變化、災害性天氣過程等問題的研究也主要著眼于對流層。平流層及平流層以上的大氣層次由于不是人類活動的主要區域，較少受到公眾的關注。

然而，大氣層是一個整體。從地面到大氣層頂，每一個大氣層次中發生的動力、物理、化學過程都有著緊密而復雜的聯系。因此，要想應對氣候變化和氣候變化引發的極端天氣事件，必須加強對大氣各層系統相互作用的理解。作為大氣物理學領域的一名青年科研工作者，關于平流層-對流層間物質交換和動力耦合過程、大氣波動過程等關鍵問題的探索與研究，對吳雪而言是興趣和理想，也是責任與擔當。

探索之心，蛻變之旅

十幾年前，優秀大學生夏令營中的一場講座至今仍深深印刻在吳雪的腦海中。

那是一場關于平流層大氣過程的對流層影響的學術講座。“當時是大三的暑假，我正在參加我的母校——中國海洋大學舉辦的夏令營學術講座。本科時期，大氣科學專業課的內容基本都是對流層內的，很少涉及平流層大氣過程。所以那是我第一次了解到平流層與對流層的相互影響，尤其是平流層大氣活動對對流層內氣候的作用，我覺得很新奇，引發了我濃厚的興趣。”基于這股“新鮮勁兒”和好奇，夏令營結束后，吳雪一直積極尋找探索平流層奧秘的機會。

大四上學期，由于本科四年綜合成績優異，吳雪獲得了保送研究生的機會。帶著母校的推薦信，吳雪向中國科學院大氣物理研究所的呂達仁院士自薦，表達了期望跟隨他學習中高層大氣領域知識的意愿。秉持著“兼容并包”科研精神的呂達仁院士欣然接納了這名一腔熱血的學生，并給予她充分自由探索的空間。時至今日，老先生依舊會驕傲地向新一屆的學生們提起這個“因為聽了一場講座，就在好奇心驅使下前來‘投奔”的優秀學生，以此勉勵他們保持好奇心與求知欲。

得益于恩師的教導，吳雪在大氣物理學方面打下了堅實的基礎，也培養出了濃厚的科研興趣和科研熱情。2009年，吳雪參與了呂達仁院士作為首席科學家的“平流層大氣基本過程及其在東亞氣候與天氣變化中的作用”項目，對平流層動力學和平流層大氣過程有了更加系統的認識和了解。2012年，由于研究生階段成績優異，她被遴選到英國劍橋大學的應用數學與理論物理系進行博士聯合培養，跟隨著名大氣海洋動力學家彼得·海恩斯（Peter.Haynes）教授學習，針對平流層-對流層物質交換展開了一系列研究。第一次孤身前往異國求學、第一次進入來自不同國家的學者組成的團隊、第一次在國際學術大會上作報告、第一次在《科學引文索引》（SCI）發表文章、第一次獲得國家級表彰……在許多第一次中，吳雪逐漸完成了從一名稚嫩學生向獨當一面的科研工作者的蛻變。

豐碩之果，奉獻之志

如果說訪學英國期間，吳雪還是主要以學生的身份進行專業知識與技能的學習和積累，那么從2016年開始，在德國進行博士后研究的3年里，她是作為獨立的科研人員進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展研究工作，積極參與各類學術會議，抓緊一切可以與國內外優秀同行交流的機會。在德國博士后合作導師拉爾斯·霍夫曼（Lars?Hoffmann）的幫助下，她相繼與德國于利希研究中心、英國劍橋大學、美國國家大氣研究中心、韓國延世大學等眾多杰出科研團隊建立了實質性、延續性的合作關系，樹立了中國科學家認真嚴謹、勤奮好學、視野高遠的良好形象，并且取得了多項創新性科研成果。

更重要的是，在博士后工作期間，吳雪的研究方向進一步明晰和細化。“經過一段時間的學習和探索，我決定近階段的主要研究工作圍繞兩個方面來開展。一方面是揭示火山噴發對全球范圍內平流層氣溶膠的貢獻和氣候影響，另一方面是對流層內深厚的對流系統（比如臺風）激發的平流層重力波的相關研究。這兩項工作可以在我們關心的氣候變化問題，以及預估臺風等深對流系統引起的災害等方面提供科學支撐。”在吳雪看來，從科學問題出發，面向國家的戰略需求和民眾的防災減災需求，是當前大氣領域科研工作者背負的使命。

火山噴發對平流層內氣溶膠的貢獻遠超過人為活動的貢獻。強烈的火山噴發能夠將二氧化硫和硫酸氣溶膠注入平流層，平流層內的強風會將硫酸氣溶膠擴散至整個半球乃至全球。在平流層中，高溫層置上、低溫層置下，平流層大氣較為穩定。正因如此，氣溶膠一旦進入平流層，就會長時間存在于這一大氣層中。平流層里的硫酸氣溶膠會遮擋太陽輻射，造成對流層降溫，還會吸收紅外輻射，造成平流層的升溫，對大氣輻射、氣溫和大氣環流有著深遠的影響。

火山噴發對全球氣候的影響通常隨著火山的地理位置和噴發季節的變化而變化。在以往的研究中，熱帶火山噴發因其對平流層氣溶膠和全球氣候影響的重大貢獻而被廣泛關注，但中高緯度火山噴發對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年來火山噴發的二氧化硫進行反演并制成清單。在早期研究中，團隊重點關注了2009年6月噴發的中緯度火山薩里切夫（Sarychev），以及亞洲夏季季風環流對火山煙羽從中緯度向熱帶平流層擴散的影響。在北半球夏季，亞洲夏季季風系統可以幫助中緯度火山噴發產生的氣溶膠傳輸到熱帶的低平流層。熱帶低平流層的氣溶膠是可以隨平流層的大氣環流擴散至全球的，從而極大地擴展影響范圍;但是在冬季，中緯度火山噴發產生的氣溶膠向熱帶的傳輸會受到副熱帶急流的阻礙，在這種情況下，中緯度火山噴發產生的氣溶膠無法進入熱帶平流層，也就無法產生全球性的影響。“這是基于我們反演的近20年火山噴發的二氧化硫排放清單做的一些初步應用研究，之后我們會開展更廣泛的應用，進一步探索各個緯度、各種強度的火山噴發對氣候的影響和規律。”吳雪說。

吳雪和她的課題組在平流層重力波領域也取得了引人注目的成果。“在一些前期研究中，我們發現臺風的強度和臺風觸發的平流層重力波的強度有很強的相關性，但是這個相關性產生的原因并不明確。”吳雪說。為了驗證這個相關性，并且進一步論證因果關系，研究團隊收集了海量的衛星觀測數據做分析，又采用了高分辨率的數值模式做計算模擬，最終搞清楚了臺風的強度變化和平流層重力波的強度和特征的聯系機理。“通過氣象衛星從上而下地觀測平流層重力波不會受到對流層內的云雨的干擾，所以如果能利用對平流層重力波的衛星觀測來提升我國對臺風強度的監測和預報能力，就可以進一步減少人民的生命和財產損失，這是我們下一步要謹慎論證的應用方向。”吳雪有些興奮地說道。

踏實勤勉，不忘初心

“合抱之木，生于毫末;九層之臺，起于累土。”在吳雪看來，能夠取得現在的成績一方面得益于對科研的濃厚興趣，另一方面也離不開刻苦的努力。細數吳雪求學和工作的經歷，沒有“一蹴而就”，只有研究態度和研究方法日復一日的培養和鍛煉，以及研究成果一點一滴的累積。她始終以一位有責任心、有使命感的科學家的標準來要求自己，致力于為國家和社會的發展奉獻自己的力量。2022年，吳雪入選中國空間科學學會“最美科技工作者”，這對她來說既是一種認可，也是一種激勵。“作為入選者中資歷最淺的一位，我現在除了要一如既往地將科研做好，另外也要在堅持奮斗在科研一線的同時，慢慢從自己獨自研究向帶領隊伍的方向上轉變，為發展壯大我們的科研有生力量盡自己的綿薄之力。很多時候，我不敢稱自己為‘科學家，我只是把分內工作做嚴謹、做卓越，讓我們的每一項成果都能在學科發展的過程中發揮一定作用，為后來者鋪墊通向遠方的道路，這就是我們想要達到的目標。”

（責編：袁園）