为什么要在世界之巅“捕捉”空气？

从精确测量珠峰海拔，捕捉到钻取冰芯还原数十万年前的世界古气候，再到部署自动气象站、空气监测高空大气……几十年来，捕捉科学家不断将前沿课题延伸至珠峰，世界使其成为地球科学领域至关重要的空气天然实验室。

珠峰与建筑的捕捉高度对比丨swotahtravel.com

大众往往认为，珠峰的世界价值仅在于其“高度”。

然而，空气对于大气研究者而言，捕捉高度只是世界表象，地理位置才是空气核心。若将地球大气层比作一间巨大的捕捉房间，珠穆朗玛峰便是世界那扇最高、最独特的空气“窗”，它既连接着我们日常呼吸的近地空气，也贯通着更高空的大气层。

珠峰：研究地球空气的“最佳窗口”

珠峰北坡大本营海拔约5000米，恰好处于行星边界层与自由对流层的过渡区。这里如同一扇半开的窗，一侧连接近地空气，另一侧通向高空大气。来自不同高度和区域的空气团在此频繁交换、混合，使珠峰成为观测地球大气运动的理想天然实验室。

正因如此，科学家在此长期驻守，并发现了一个反常现象：尽管珠峰人迹罕至，空气看似纯净，但海拔5000米附近的臭氧浓度却并不低，且变化规律与城市截然不同——城市臭氧峰值多出现在午后光照最强时，而珠峰臭氧峰值则常出现在下午甚至深夜¹。

这表明，仪器检测到的并非当地生成的臭氧。在珠峰高海拔区域，不同高度的空气持续交换，检测到的臭氧极可能跨越数百公里输送而来。这些臭氧源自何处？污染物又是如何翻越喜马拉雅山脉抵达“世界之巅”？

为解答这些疑问，科学家一次次深入珠峰，寻找地球大气循环的线索。

珠峰有一部看不见的“滚筒洗衣机”

谈及空气影响，人们常联想到风。

经过多年观测与数值模拟，科学家将目光锁定在珠峰特有的局地环流——冰川风。

其形成原理并不复杂：珠峰北坡终年覆盖冰雪，即便阳光充足，冰川表面升温缓慢，贴近冰面的空气始终保持低温。这些冷而重的空气沿山坡下滑，形成稳定的下坡气流，即冰川风。

高考地理丨源自网络

真正独特的是其混合能力。在珠峰北坡山谷中，冰川风与其他气流协同作用，宛如一台缓慢运转的“滚筒洗衣机”，持续推动空气循环交换。冷空气沿坡下沉，暖空气沿侧壁上升，不同高度的空气被卷入循环并重新分布。

在这种持续循环下，高空空气与低层空气发生交换，使得5000米附近更易观测到高空臭氧特征，导致其变化节律与城市完全不同²。

理解这一机制的意义远超破解臭氧之谜。珠峰毗邻南亚污染源区，工业排放与燃烧产生的臭氧前体物及黑碳，能否跨越喜马拉雅山脉？其传输路径如何？又怎样影响青藏高原的冰川消融、水循环及气候变化？这些问题亟需直接的观测证据。

然而，地面监测站仅能提供单一高度数据，无法揭示污染物在垂直方向上的分布与输送规律。真正缺失的，是一条从地面延伸至8000米以上的大气垂直剖面。

飞上珠峰只是第一步，“不打扰”空气更难

如何在8000米以上连续获取不同高度的大气数据，同时不干扰空气本身？这如同评价一锅蛋花汤的口味，却不能将勺子伸入搅乱蛋花形状。

要求包括：到达8000米以上、反复采样、无尾气排放、不扰乱大气分层结构。

过去几十年，科学家尝试过多种方案：
* 探空气球：虽能升空，但随风飘移，难以重复同一路径采样；
* 直升机/油动固定翼：航程优势明显，但发动机排放含有臭氧前体物和黑碳，相当于“边取样边污染”；
* 普通多旋翼无人机：起降便捷，但持续产生的下洗气流会扰乱空气分层。

因此，在2026年“巅峰使命”珠峰科考中，大疆全新垂直起降运载无人机 DJI EV50成为科研团队的新选择。

• 复合翼构型：起飞降落阶段依靠8个垂直动力模块，无需跑道，可在海拔5200米的大本营起降；巡航阶段由3台推进电机驱动固定翼飞行。
• 突破高度：爬升约3700米后，成功飞越8861米高度。
• 低干扰优势：相比旋翼无人机，固定翼巡航对气流扰动更小；纯电驱动避免了尾气对臭氧和颗粒物采样的污染。

采样过程

真正的挑战在于飞行过程。珠峰峰顶大气密度仅为海平面的40%，低温可达-20℃，并伴随剧烈垂直风切变。空气稀薄导致升力下降，低温加速电池衰减，风向风速突变可能引发失速。

为此，DJI EV50配备电池自加热系统、空速管加热装置，以及能实时感知空气密度、自动调整推力和姿态的飞控系统，确保在极端环境下稳定飞行，为连续获取高空大气数据提供保障。

对此次科考而言，无人机的意义不止于“飞得更高”。它更像是一座移动的大气观测平台，将难以获取的垂直剖面数据带回地面，让人类首次以低干扰、高精度方式，观测珠峰上空流动的空气。

从“飞得起来”到“读懂珠峰”

对无人机而言，珠峰始终是最严苛的考场。稀薄空气、极低气温、复杂风场，任何一项都足以削弱飞行性能。因此，大疆与珠峰的故事并非始于此次科考，而是已持续17年。

• 2009年：大疆创始人汪滔在李泽湘教授指导下，首次验证飞控系统在高海拔环境的适应性。搭载DJI XP3.1自动控制系统的小型无人直升机“珠峰号”，实现了控制半径约1公里的半自动遥控及10公里的全自主导航点飞行。

2009 年 9 月，大疆创始人汪滔在李泽湘教授指导下研发的小型无人直升机，在珠穆朗玛峰地区完成飞行测试。这架被命名为“珠峰号”的无人直升机，搭载了DJI（大疆）XP3.1自动控制系统，可以进行控制半径约1公里的半首动遥控飞行，也可以进行控制范围达10公里的导航点全自主飞行。

• 2022年：Mavic 3完成珠峰峰顶航拍，无人机首次以影像记录世界之巅。
• 2024年：FlyCart系列进入物资运输和应急救援场景，完成高海拔物资补给、垃圾清运、医疗物资投送等任务。

2024年，6000米海拔15公斤载重，FC30完成全球首次无人机珠峰运输测试

• 2026年：除运输平台外，运载无人机FC100和测绘无人机M4E参与珠峰登山保障及昆布冰川三维建模。短短几年间，无人机角色从记录者转变为高原作业和科学考察的重要组成部分。

这一变化折射出无人机技术的发展方向：过去关注“飞多高、飞多远”，如今则承担更多依赖人力的任务——运输、救援、测绘、大气采样。飞行本身，正成为一种服务于科学探索的能力，而非最终目的。

回到最初的问题：为什么科学家要去珠峰测臭氧？

答案不仅是弄清气体来源，更是为了准确理解地球大气流动、污染物越山路径，以及气候对冰川和生态的影响。像无人机这样的新工具，让人类能以更安全、高效的方式，触及那些过去难以抵达和持续观测的区域。

真正被突破的，从来不只是飞行高度，而是人类认识这颗星球的边界。

参考文献

[1] Downward transport of ozone-rich air near Mt. Everest:
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2006gl027726

[2] Glacier winds in the Rongbuk Valley, north of Mount Everest: 2. Their role in vertical exchange processes
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007JGRD..11211102C/abstract

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