近地表大气氧含量综合剖面图研制

吉怡萌，张颖，王静爱

摘 要：线路综合剖面图是地理要素相互关系及区域差异的重要表达方法。基于青藏高原川藏线59个采样点近地表氧含量的测量及其影响因素的野外考察，在绘制地形剖面图的基础上，对每个样点建立氧含量及其影响因素中的海拔、大气压、温度、相对湿度、植被类型、土壤类型以及地貌单元等要素的对应关系，形成以氧含量为核心的多图层结构的综合剖面图。本文可以为建立青藏高原氧含量的时空格局提供科学依据，同时可提高公众对青藏高原的区域认知。

关键词：川藏线;近地表氧含量;影响因素;制图;综合剖面图

中图分类号：K903        文献标识码：A        文章编号：1005-5207（2022）01-0018-04

氧气是人类和动、植物生存与发育的必要物质。人类是对低氧环境极其敏感的生物，严重缺氧会导致人体新陈代谢出现障碍、系统功能紊乱，甚至引起死亡[1]。青藏高原平均海拔超过4 000m，空气稀薄，与同纬度其他地区相比氧含量较低，特殊的地理环境使得它成为国内外科学界与政府关注的重点区域，因此，中国第二次青藏高原综合科学考察研究针对青藏高原氧含量进行了专题探究，在研究中得出的主要认识包含三个方面：一是在4年内通过487个采样点的野外实测与计算，发现青藏高原氧含量呈现明显时空变化规律[2]，这与前人研究结果存在明显差异;二是除海拔因素外，气象条件与植被状况也会较大程度地影响氧含量，此外，氧含量可能还会受到土壤异养呼吸等其它因素的影响[3-4];三是气候变暖有减缓青藏高原地区人口缺氧健康风险的可能[5]。

编制考察路线氧含量综合剖面图是一种揭示青藏高原近地表氧含量时空变化规律的科学直观的表达方式。线路地形剖面图是综合剖面图的基础，表达的内容是沿线海拔—经度（或纬度）的二维变化关系，能直观地表现出地面的起伏、坡度和地势的变化。在基础教育阶段的中学地理课程标准中[6]，就已明确要求学生掌握地形剖面图的绘制方法。地形剖面图还可叠加多重要素，从而形成对某条线路的综合认知。多条线路综合剖面图纵横交织成网状，可进一步扩展到区域空间差异的综合认知。若是按线路对某区域进行多时段的覆盖性考察，从而形成此区域多条线路的综合剖面图，便可得到区域内自然要素时空变化的综合认知。二次青藏科考“缺氧环境及其健康效應”团队的考察路线与交通线路密切相关，形成了“五纵四横”的路网。本文以川藏线为例，在地形剖面的基础上，建立每个采样点的氧含量与大气压、温度、湿度、植被、土壤以及土地利用等要素的对应关系，探究沿线氧含量及其影响因素的地域差异。本文由点到线，由线及面，为进一步认识青藏高原氧含量的时空差异提供科学依据，为厘清氧含量的影响因素及分析其贡献率提供可视化信息支撑，可以为理解未来全球气候变暖背景下的高海拔地区人口健康风险评价提供新思路，同时，还可以为科学普及氧含量地域差异提供可视化支撑。

一、综合剖面图的数据来源与指标构建

川藏线通常指川藏公路和川藏铁路，文中野外考察的路线为G318为主的川藏公路南线，从拉萨出发，途经林芝、八宿到达芒康，再经巴塘、理塘、康定最终到达成都，全长约2 000km，沿线海拔落差达4 400m（图1）。野外考察测量完成于2019年7月29日～ 8月3日，共获取了59个样点，采集了样点上的经纬度、海拔、氧含量、大气压、温度、湿度、植被、土壤等数据，并拍摄了样点周围的景观照片。

绘制综合剖面图的指标数据中，核心指标为氧含量。通常来说，氧含量分为氧气相对含量与氧气绝对含量，前者为日常所说的氧含量，以往研究认为在低层大气中相对氧含量约为20.946%;而后者则将其定义为空气密度与氧气相对含量的乘积[2]。为了在综合剖面图上明确表达各采样点的氧含量与各影响因素的对应关系，本文将采样点上对实测的氧含量进行三次重复采样并取平均值，后对其进行归一化处理。制图指标与数据来源见表1。

二、综合剖面图的编制理念与制图表达

1. 综合剖面图的编制理念

图2给出了川藏线氧含量综合剖面图的编制理念与过程。针对大气氧含量与各要素关系这一核心问题，各自然要素对氧含量的贡献关系为综合剖面图编制提供了理论支撑;通过对自然要素进行指标筛选，梳理出指标体系并进行实地测量，为综合剖面图编制提供数据支撑;依据指标体系的层级关系进行剖面图制图设计，并提供技术支撑。青藏高原不同区域近地表大气氧含量存在明显差异，且氧含量与自然要素间关系已基本厘清，即近地表大气氧含量受到气候、土壤、植被、地貌等地理环境要素的综合影响。基于此理论，本文构建了以氧含量为实测核心指标，以测站点和驻点为考察定位信息，大气压、温度、相对湿度、植被与土壤类型为影响因素指标的野外考察实测指标体系，同时以考察线路沿线海拔高度剖面为载体，进行了综合剖面制图设计，包含实景图片、剖面结构、要素图例设计等。

本文在剖面线上标注了各测点，方便定位测点在考察线路中的相对位置，按照“大气—地表—地下”的认知顺序，在各测点纵向展示了该点的实景照片、氧含量、气候要素（大气压、温度、相对湿度）、植被类型以及土壤类型数据。同一路线中各测点数据采用相同范围比例尺绘制，具备可比性，实现了当剖面线沿线海拔高度发生变化时，同步比较各测点氧含量、气候、植被、土壤等要素的变化趋势。此外，各要素数据均经过了符号化表达，植被类型符号采用表征植被特点的象形符号，土壤类型符号则以编码符号展示。综合剖面图的制图表达，力求既要保持实地考察的原创性，又要细致、准确、科学地表达氧含量及其影响因素之间的关系与空间分布规律。

2.川藏线综合剖面图的制图表达

基于上述编制理念与过程，编制了川藏线氧含量综合剖面图（图3）。沿途氧含量的分布格局与海拔、植被等要素呈现出明显的对应关系。首先是“海拔—氧含量”的关系。川藏线经历了八起八伏，氧含量分布格局基本上与海拔高度呈现相反关系，即海拔越高，氧含量越低。观察米拉山、色季拉山、业拉山等沿途山峰，其山峰垭口位置往往是氧含量最低值。念青唐古拉山东侧山谷与喜马拉雅山北的雅鲁藏布高山河谷为高程洼地，其氧含量则处于较高水平。其次是“植被—氧含量”的关系。植被长势越好，光合作用越强，氧含量越丰沛。在海拔高度基本保持一致的情况下，植被覆盖更低，其氧含量水平也越低，如分列于色季拉山东西两侧的11号与13号样点，两者海拔高度均位于4 000m左右，前者植被盖度较后者的植被盖度更高，相应的，前者氧含量明显更高。

三、展望

由于青藏高原交通不便、自然环境恶劣，加之目前气象、环保部门并未开展氧含量监测业务，氧含量数据获取方式与范围有限，学术界对其也鲜有研究。若未来能够在青藏高原地区架构定点连续观测网络，则会使得野外考察线路综合剖面图的编制更精准、更连续。特别在建立定点连续观测基础上，通过多次分时段的野外测量，将实现考察线路的时间动态性监测，从而精准刻画青藏高原氧含量的时空分布格局。此外，从科学普及角度看，全面、精准、连续的氧含量时空分布格局有利于公众认识氧含量及其影响因素的地域变化，从而进一步提高公众对青藏高原的区域认知。

通讯作者：王静爱

参考文献：

[1] 吴天一. 氧与生命——2019年诺贝尔生理学或医学奖的解读和启示[J]. 高原医学杂志， 2019，29（4）：1-14.

[2] 史培军， 陈彦强， 张安宇， 等. 青藏高原大气氧含量影响因素及其贡献率分析[J]. 科学通报， 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] 史培军， 陈彦强， 马恒， 等. 再论青藏高原近地表大气相对氧含量影响因素的贡献率[J]. 科学通报， 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] 中华人民共和国教育部. 普通高中地理课程标准（2017年版）[M]. 北京： 人民教育出版社，2018.