第1章青藏高原氧含量科考测量与分析
跟据“生物地球化学循环与环境健康”专题科考研究的总体方案，青藏高原“缺氧环境及其健康效应”科考分队按照第二次青藏高原综合科学考察研究第六大任务“人类活动与生存环境安全”的综合科学考察研究19个关键区的科考研究布局，在2017～2023年先后对青藏高原亚洲水塔区、喜马拉雅区、横断山高山峡谷区、祁连山-阿尔金山区、天山-帕米尔区等区域开展了青藏高原氧含量实地考察测量，获得了**手的宝贵数据(附录3)。本章将阐述科考分队沿科考路线所测氧含量的时空差异及其可能的原因。
1.1 氧含量实地测量科考路线布局
1.1.1 科考路线布局原则
青藏高原面积广大，其内部不同区域的地势、地貌、气候、植被、土壤、土地利用、生态系统等具有明显的空间异质性。对于本次科考研究来说，较少的科考测量点难以代表整个区域的氧含量变化情况，且会使区域氧含量的整体估算有较大误差，较大范围的科考测量能够提高其估算精度，但又受到人力、物力、财力和时间等的限制。本专题野外科考测量的路线布局主要考虑以下四个原则：
一是空间上，考虑到青藏高原巨大的空间异质性，结合实际交通情况，尽可能覆盖青藏高原海拔、地貌、气候、植被、土壤、土地利用、生态系统的主要类型。
二是时间上，尽可能集中在每年7月下旬至8月上旬植被生长旺盛期，前后不超过1个月，以确保不同年份的测量数据具有可比性，且以夏季为主，同时兼顾秋季和冬季。
三是尽可能覆盖青藏高原涉及的所有地级单元和多数县级单元。
四是设立定点和与平原区对比的观测站点，以验证和补充科考路线观测的有限性。
据此，我们设计了“7横5纵”的科考路线，以及藏东南站、纳木错站、阿里站、祁连站、青海湖站、房山站(对照观测点)6个固定的氧含量测量点(图1-1)，开展了系统的氧含量及相关地理要素的观测。
图1-1 2017～2022年夏季、冬季青藏高原氧含量科考观测点分布图
1.1.2 科考路线氧含量测量点位数
遵循上述科考路线的总体布局，2017～2023年已连续7年在青藏高原开展了15次路线(含环线)/样点式的野外科考测量，行程3万多公里(表1-1)，共计得到1014个测量点的经纬度、海拔、气温、空气相对湿度、大气压、氧含量、地貌类型、植被类型等地理环境数据(附录3)。利用1km×1km野外大样方测量得到青藏高原51个测量点的地表覆盖度(附录5)。在6个固定的生态系统或科学实验站测量了氧含量等地理环境数据(附录4)。上述野外测量点经纬度范围为74.8887°E～104.0639°E，24.8350°N～39.7990°N，海拔为534～5362m。在每一个测量点，分别由3台仪器同时测定大气压、气温、相对湿度和氧含量，在后期数据处理时取其平均值，并对各年测量数据进行仪器校正。
由于是野外科考时对氧含量进行测量，因此通过便携式测氧仪给出的测点处风速为假设处于准静态时的瞬时值(便携式测氧仪自备稳定调整功能)，每次测量都要等仪器稳定几分钟后才进行读数，有时候测点风速较大时，稳定时间会达到10min左右，即表明风速、风向以及测点处的氧含量达到一个稳定和平衡状态。另外，气温和大气压也可在一定程度表示区域风场的行为，在区域尺度上，气温和大气压对氧含量的影响也包含风场对氧含量的影响。此外，科考分队尽*大可能在每年风速变化相对较小的夏季(7月下旬至8月上旬)进行氧含量的测量，以减少风场变化对氧含量测量结果的影响。
1.1.3 野外氧含量测量精度
参照中国气象局的《地面气象观测规范》，测氧仪测量高度为距离地面1.5 m左右。2017年野外科考时利用CY-12C型数字测氧仪，2018～2023年利用TD400-SH-O2便携式测氧仪。两种仪器均为电化学式测氧仪(表1-2)。
需要特别说明的是，因为测量仪器的不同，2017年测得的氧含量数据与其他年份的数据需经过校正后才可对比。同时，2018～2020年野外测量所用的3台TD400-SH-O2便携式测氧仪于2018年购买，因寿命到期，2021年对其传感器进行了更换，故2021年测得的氧含量数据也需经过校正后才可对比。为此，我们于2022年夏季对2017年、2018～2020年、2021年、2022年所用的CY-12C型数字测氧仪、TD400-SH-O2便携式测氧仪进行了相互校正，将测量数据均转换为了2018～2020年所用仪器的标准，消除了不同仪器测量导致的误差，本章所展示的数据均为当时实测数据。据此，科考测量的氧含量精度即测氧仪的测量精度，为0.01%。此外，因手持GPS自身定位误差，同一点位测量得到的海拔可能略有差别。
1.1.4 科考路线氧含量实地测量
根据本专题科考研究的总体方案，“缺氧环境及其健康效应”科考分队于2017年夏季沿青藏线(*水—拉萨—那*—格尔木)，2018年夏季沿新藏线(拉萨—日喀则—聂拉木—萨嘎—阿里—叶城)，夏秋过渡季环青海湖，2019年冬季与夏季环祁连山，夏季沿川藏线(拉萨—林芝—雅安—成都)，2020年夏季沿“西宁—玉树—昌都—昆明”线、“玉树—那*—阿里—札达”线、“西宁—合作—红原—成都”线，2021年夏季沿“玉树—马尔康—玛沁—格尔木—茫崖—大柴旦—西宁”线，秋冬过渡季沿“西宁—共和—德令哈—格尔木—西宁—民和”线，2022年夏季沿“玛多—*麻莱—索南达杰自然保护站—双湖—班戈”线、“喀什—塔什库尔干—红其拉甫”线、“横断山三江并流区干旱河谷(巴塘—芒康—左贡—邦达—八宿)”线，2023年夏季环祁连山和环青海湖沿线，开展了青藏高原地表氧含量实地考察测量。科考与测量过程见附录中的附1.1青藏高原地表氧含量实地测量日志，测量得到1014个测量点的经纬度、海拔、气温、空气相对湿度、大气压、氧含量、地貌类型、植被类型等指标的**手数据(附录3)。测量结果虽受测时的气候影响，但经定点测量数据校验，对其相对大小的影响不明显，可保证其空间对比性。“7横5纵”的测量结果表明，氧含量分布的总体呈现为：随海拔升高、气温降低、大气压降低、植被覆盖度减少，氧含量减少；随海拔降低、气温升高、大气压增加、植被覆盖度增加，氧含量增加。
1.1.5 氧含量定点测量
路线/样点式的科考测量氧含量只能获取测量点某个瞬时点的氧含量数据，无法反映氧含量在不同时间尺度的连续变化。综合考虑地理位置、海拔、植被覆盖情况等，2019年3月起，科考分队陆续在中国科学院藏东南高山环境综合观测研究站(藏东南站)、纳木错多圈层综合观测研究站(纳木错站)、阿里荒漠环境综合观测研究站(阿里站)、黑河上游生态-水文试验研究站(祁连站)及北京师范大学青海湖流域地表过程综合观测研究站(青海湖站)安装了氧含量固定监测设备。此外，为了与青藏高原的氧含量测量数据的准确性进行对比，在北京师范大学房山综合实验基地(房山站)也安装了相应的仪器，参考气温观测的《地面气象观测规范》(中国气象局，2007)，测氧仪高度设置为距地面1.5m，采样时间间隔为2min。上述6个站点信息依海拔分列如下：
纳木错站(90°59′E，30°46′N)位于西藏自治区当雄县纳木湖乡纳木错东南岸，海拔4730m，下垫面为高寒草甸，属典型的半干旱高原季风气候区。
阿里站(79°42′E，33°24′N)位于西藏自治区阿里地区日土县城西219国道南侧的玛噶尔草场，海拔4270m，下垫面为高寒荒漠。
青海湖站(100°15′E，37°24′N)位于青海省刚察县三角城种羊场，海拔3600m，下垫面主要为高寒草甸，优势种主要为小嵩草等。
藏东南站(94°44′E，29°46′N)位于西藏自治区林芝市巴宜区鲁朗镇318国道西侧的山间谷地，海拔3326m，下垫面为高寒草甸。
祁连站(94°44′E，38°15′N)位于青海省祁连县扎麻什乡，海拔3040m，属大陆性高寒山区气候，年降水量400～600mm，下垫面以高寒草甸、高寒草原及山地灌丛为主。
房山站(对照观测点)(116°03′E，39°42′N)位于北京市房山区窦店镇下坡店村北，海拔33m。该站地处华北平原与太行山脉交界地带，同时也属于大都市圈的城市与郊区的过渡地带，其西部和北部是山地和丘陵，东部和南部为华北平原。
固定式测氧仪安装于中央空旷区域的气象园内，周边为绿地。气象园按照标准气象站要求设计，长宽均为25m(图1-2)，内部安装了百叶箱、雨量筒、虹吸式自记雨量计、小型蒸发皿和地温表等气象观测仪器，主要进行大气压、气温、湿度、降水、蒸发量、风速风向、日照、辐射、地温等气象要素的观测。
图1-2 固定式测氧仪安装站点实景照片(左：纳木错站；右：房山站)
青藏高原5个站点的氧含量与气温呈现出明显的正相关关系，这不仅与对照观测点房山站氧含量与气温呈现出同样的正相关关系，也与科考路线观测的结果一致。这表明所用测氧等相关仪器，在高海拔与低海拔所测数据是客观的，沿科考路线利用测氧仪观测氧含量是可行的，其夏季或冬季所测氧含量相对值可以反映其时空差异。
1.2 沿科考路线氧含量时空分异
1.2.1 青藏线
2017年夏季科考分队沿318国道和109国道获取了65个测量点的数据(图1-3)。
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