“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”重大专项实施进展
作者：吴雪峰 邓李才 姚骑均 周秉荣 田才让 杨戟
刊名：青海科技
期号：
“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”重大专项实施进展
吴雪峰1邓李才2姚骑均1周秉荣3田才让4杨戟5
（1.中国科学院紫金山天文台青海观测站，德令哈817000；2.中国科学院国家天文台，北京100101；3.青海省气象局气象科学研究所，西宁810012；4.青海省海西蒙古族藏族自治州冷湖科技创新产业园区管委会（筹），茫崖816399；5.中国科学院紫金山天文台，南京210023）
摘要：天文学是孕育重大原创发现的前沿科学，也是推动科技进步和创新的战略制高点。作为一门以观测为基础的自然科学，地基光学/红外和射电观测依然是现阶段天文学研究的主要手段之一。我国现代天文学经过百年发展，取得了许多重要进展。然而我国天文观测研究一方面缺乏大口径的光学/红外、亚毫米波毫米波望远镜，另一方面过去的天文台址大多分布在人口稠密、低海拔、潮湿多雨的地区，台址质量很难达到运行大科学装置的国际一流天文台址的要求，严重制约了我国天文学发展。青海省位处青藏高原北部，海拔高、气候干燥、光污染低，极可能有理想的天文观测台址。2017年，青海省海西州人民政府和中国科学院国家天文台、中国科学院紫金山天文台、西华师范大学共同合作开展青海冷湖地区的光学天文选址工作。为满足中长期中国天文大科学装置布局的需求，促进天文大科学装置落地青海，青海省科技厅在2019年4月与中国科学院紫金山天文台、国家天文台签订合作协议，同年6月启动了重大科技专项“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”。在青海省政府的大力支持下，重大专项顺利推进。本文将介绍重大科技专项在冷湖及周边地区光学台址监测、射电多波段台址遴选与监测、天文台址大气与地理地质环境监测与综合分析、时域天文先导科学研究等四个方面取得的进展。根据重大专项执行至今的结果显示，冷湖赛什腾山具有与世界一流光学天文台址媲美的台址条件，雪山牧场在观测季具有与当前国际最佳亚毫米波台址相当的可沉降水汽含量，初步表明青海省具备天文大科学装置落户的台址支撑条件，在天文学等相关研究领域具有巨大的发展潜力。
关键词：柴达木盆地；冷湖；赛什腾山；雪山牧场；光学/红外天文；毫米波与亚毫米波天文；台址遴选与监测；天文大科学装置
中图分类号：P112 文献标识码：A
文章编号：1005-9393(2022)03-0031-15
作者简介：吴雪峰（1976-），紫金山天文台研究员，博士生导师，主要研究领域：高能天体物理、时域天文、宇宙学、基本物理假设的天文学检验。E-mail:xfwu@pmo.ac.cn；邓李才（1964-），国家天文台研究员，博士生导师，主要研究领域：天体物理、天文技术方法。E-mail:licai@nao.cas.cn；姚骑均（1971-），紫金山天文台研究员，博士生导师，主要研究领域：射电天文技术与方法。E-mail:qjyao@pmo.ac.cn；周秉荣（1974-），正高级工程师，主要研究领域：高原气象灾害。E-mail:yiuxzbr0515@foxmail.com；田才让（1975-），冷湖工业园管理委员会高级工程师，主要研究领域：道路与桥梁、建筑工程设计，建筑材料研发。E-mail:67111346@qq.com；杨戟（1961-），紫金山天文台研究员，博士生导师，主要研究领域：星际分子云与恒星形成、射电天文技术与方法（毫米波亚毫米波）。E-mail:jiyang@pmo.ac.cn。
1 引言
1.1 优秀天文台址对天文学研究的重要意义
天文学是研究宇宙中各类天体和各种天文现象乃至整个宇宙的科学。在历史上，它是近代科学的发端。天文学这门古老而活跃的学科，在今天依然是自然科学发展的重要推动力。2011年至今的诺贝尔物理学奖，有一半颁发给天文学相关的重大成果，包括宇宙加速膨胀、中微子振荡、双黑洞并合与引力波发现、宇宙学和系外行星、黑洞理论和星系中央超大质量致密天体。当今天文学的发展不断催生出一系列新的前沿科学问题，例如，暗物质是什么？暗能量是什么？黑洞的本质是什么？宇宙起源和结局是什么？等等。要回答这些问题我们需要看得更遥远、更清晰、更宽能段，需要研发更强大的科学探测装置。对上述前沿科学问题的回答，可能会带来基础物理学的下一个突破，而每次突破都会驱动整个社会生产力爆发性增长。习近平总书记在国际天文学联合会第28届大会开幕式上致辞时指出：“浩瀚星空，广袤苍穹，自古以来寄托着人类的科学憧憬。天文学是孕育重大原创发现的前沿科学，也是推动科技进步和创新的战略制高点。”近年来，在国家科技强国战略推动下，我国的天文学研究也迎来了前所未有的发展机遇。
地基光学、射电天文观测是天文学研究的主要场所之一。望远镜的灵敏度、分辨能力与它们的口径呈正相关[1]。要观测遥远暗弱的天体，需要大口径的望远镜，而地基建设可以支持更大口径的望远镜。另外地面观测会受到多方面条件的影响：首先，地球大气的吸收使得只有可见光、近红外到中红外间的一小段波长、射电中频部分等狭窄的电磁波窗口可以穿透地球大气到达地面；其次，在光学观测窗口，大气的湍流会造成地面望远镜像质劣化。星象抖动、变形和模糊，使得地面大口径望远镜的极限分辨率受台址视宁度影响，无法达到望远镜本身的衍射极限；再者，大气自身的发射、自然光源和人造光源的散射，会产生天文观测的背景噪声；此外，温度、湿度、气压、云量、风速、地质地理因素等都会影响地面天文观测的质量，地面的各种工业无线电发射也可能干扰射电天文观测设备。再加上现代天文台高精密仪器设备成本极高，因此，选择一个综合观测条件优秀的天文台址，尽可能减少其他不利因素对天文观测的影响，是开展天文学研究的重要前提。
地基天文台的选址一般考虑可见光、红外、亚毫米和毫米波段，以及中频射电波段[1]。这些波段要求天文台址：（1）云量少。云量最少的地区往往分布在赤道两侧40°以内的热带和沙漠地区，或者高山的山顶。（2）大气透明度高，稳定性好，以减小测光噪声，获得高精度测光品质。水汽对红外和亚毫米波段影响很大，所以台址要尽量选择可沉降水汽（precipitable water vapour，PWV）低的干燥地点。（3）大气湍流影响小，从而减小闪烁噪声，获得高质量成像。（4）人为污染干扰少。人类夜间活动的灯光会造成可见光波段的光污染；电子通讯设备的使用会造成射电波段的干扰；工业活动产生的震动、粉尘等都会对精密的天文仪器造成影响。此外，一个优良的天文观测台址对气象、地质条件、地理环境长时标稳定有严格要求。在气象方面，利用卫星历史数据和台址监测数据，定量分析气温、降水、相对湿度或比湿、气压、能见度、风速、风向等基本气象要素，以及大气水汽、浮尘、大风、雨雪、晴夜数等长时序变化情况。同时观测对流层内风、温、湿、压廓线，研究逆温层高度、湍流特征等影响视宁度的气象要素变化特征。在地理环境和地质条件方面，需要根据天文台站建设的工程需求，在台址区及周围开展地质灾害调查及风险点排查，结合地形地貌、地质构造、岩土体特征、水文地质条件等信息，开展地质条件适宜性评估。
1.2 天文台址资源的国内外现状
全球范围内能够满足上述条件的理想台址并不多，优秀天文台址已成为稀缺的战略资源。一些现代天文台建设在植被丰富和与人居社区比邻的区域，除了会受到光污染影响之外，往往还会受到如山火等自然灾害的影响。2022年6月，发生在美国亚利桑那州国立光学天文台基特峰台址的山火，已经造成了巨大的设施毁损。类似的灾难在其他的大型天文台也造成过灾难事件，对于天文台址的选择，这是一个需要吸取的教训。当前国际上比较著名的天文台址主要分布在大陆的西海岸，大洋中有足够高度的海岛，地处澳大利亚、中南部非洲（南非、纳米比亚）等人烟稀少或欠发达地区，以及南极大陆（见图1）。如坐落在美国夏威夷群岛莫纳克亚山顶峰的莫纳克亚山天文台（Mauna Kea Observatory），海拔约4200米，这里是举世公认的最佳天文台址，现有13台工作在光学到毫米波段的望远镜，其中有4台是超过8米的大型光学/红外望远镜，正在建造的下一代超大型光学/红外望远镜30米口径的TMT①也计划落户于此。另一优秀的天文台址位于智利北部的阿塔卡玛沙漠（Atacama Desert），这里是地球上气候最干燥的地区之一，非常适合毫米波天文观测。阿塔卡玛大型毫米波天线阵②（ALMA）、8.2米口径的甚大望远镜③（VLT）以及8.4米LSST④就建在阿塔卡玛沙漠地区。该地区正在建设中的还有未来南天最大的39米口径拼接镜面光学/红外望远镜E-ELT⑤，以及22米有效口径的大麦哲伦望远镜⑥（GMT）。类似的优秀光学天文台址还有西班牙加纳利群岛的La Palma，该台址拥有目前世界上最大的光学望远镜——10.4米的加纳利望远镜⑦（GTC）。南非的开普敦、美国西部的戴维斯山等，都装备了8米以上的大型光学望远镜。此外，南极高原也是优秀的天文观测台址[2]，中国、美国、日本、意大利、法国、澳大利亚等都在南极建设了自己的天文观测站。
图1 国际著名的光学和亚毫米波天文台址，以及在这些台址运行和建造中的大型、超大型光学和亚毫米波望远镜（图源：蒙克来博士绘制）
①https://www.tmt.org/
②https://www.almaobservatory.org
③https://www.hq.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/
④https://www.lsst.org/
⑤https://elt.eso.org/
⑥https://giantmagellan.org/
图2 中国天文观测台站主要天文光学及射电望远镜分布（不完全统计）（图源：蒙克来博士绘制）
我国目前的天文观测设备在很多方面落后于国际前沿水平。国际上诸如10米级凯克望远镜①、HET②，8米级的VLT、Subaru③、双子座Gemini④等，都是上世纪80年代筹建，90年代落成，迄今已运行超过20年，目前下一代20～40米级的光学望远镜已在建造中。而当前国内的光学望远镜设备仍然以中小口径为主，2米以上的通用型光学望远镜只有丽江的2.4米望远镜[3]和兴隆的2.16米望远镜[4]。我国光学天文仅有的国家重大科技基础设施LAMOST[5]，是世界上口径最大的大视场兼大口径及光谱获取率最高的望远镜，却受到兴隆观测台址条件的限制，无法完全发挥其性能[6]。此外，国内也缺乏世界级的一流天文台址。虽然上世纪70年代开始从沿海台址向西部3000米海拔层次发展，但是从图2可看到，我国的天文台站目前仍然主要集中在东部低海拔地区。这些地区气候潮湿、阴雨天气较多，而且大多台址距离城市较近。近年来随着经济发展，城市光污染、化学污染以及无线电干扰的影响越来越严重，大多数天文台址的观测环境日益恶劣。例如国内规模最大的光学天文观测站兴隆站，2015年夜天光背景亮度在B、V波段比2004年整体变亮约0.5magarcsec-2[6]，不利于开展暗弱源的天文观测。国际优秀的光学天文台址都在海拔3000米以上，而兴隆观测站海拔只有960米，低海拔使得天文观测容易受大气吸收、散射等消光因素的影响。国际优秀台址的视宁度优于1″，而兴隆台址视宁度均值1.9″[6]，不适于大口径望远镜开展高分辨率天文观测。
②https://mcdonaldobservatory.org/research/telescopes/HET
③https://subarutelescope.org/en/
1.3 冷湖天文选址的开展
为了给未来大型光学/红外、亚毫米波观测设备寻找高质量地基天文观测台址，进入本世纪以后，中国的天文学家继续推进在西部进行天文台址考察选址的工作[7-10]。位处青藏高原北部的青海省，海拔高、气候干燥、光污染低，极可能有理想的天文观测台址。
图3 欧南台E-ELT选址工具FriOWL根据气象卫星数据给出的地球上具有高海拔、低云量、低可沉降水汽，适合红外和亚毫米波段天文的参考地点[11]。青海省在为数不多的适宜地点之列。
图4 我国降水量分布特点是东南潮湿多雨，西北干旱少雨（图源：中国气象局国家气候中心）
2017年，青海省海西蒙古族藏族自治州人民政府和中国科学院国家天文台、中国科学院紫金山天文台、西华师范大学正式签订了四方协议，共同开展冷湖地区的光学天文选址工作。为了满足中长期中国天文大科学装置布局的需求，促进天文大科学装置落地青海，带动青海省相关学科建设和人才培养，推动海西地区绿色科学文旅产业发展，并最终为在青海省打造世界级天文观测基地奠定坚实基础，青海省科学技术厅在2019年5月启动了重大科技专项“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”可行性实施方案论证，并于2019年6月立项实施。
专项依托中国科学院紫金山天文台青海观测站，由国家天文台、紫金山天文台、青海省气象科学研究所、青海省地质环境监测总站、青海大学、青海师范大学、青海民族大学、青海省冷湖行政委员会气象局、西华师范大学、青海省地震局等10家单位联合参与，面向中长期中国天文大科学装置布局的需求，在青海省全域台址筛查的基础上，重点勘测海西州茫崖市冷湖地区及柴达木盆地周边的天文观测条件，开展天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究。专项分别从冷湖地区光学台址监测、射电多波段台址遴选与监测、天文台址大气和地理地质环境监测与综合分析、时域天文先导科学研究等四个方面开展研究。旨在通过对预选台址监测数据的综合分析，选出适宜光学、毫米波和亚毫米波等射电多波段观测的优良台址，并开展台址规划和保护方案的研究。下文将从四个方面具体阐述重大专项研究内容和进展情况。
2 冷湖赛什腾山光学天文观测台址监测
冷湖赛什腾山光学天文观测台址监测研究由中国科学院国家天文台和西华师范大学牵头，参与单位有中国科学院紫金山天文台青海观测站、紫金山天文台和青海省相关科研部门。目标是在冷湖赛什腾山4200米标高的候选地点处（C区）开展不低于三年的台址监测，监测内容包括光学天文台址的关键参数——视宁度（Seeing）、云量、夜天光背景亮度、温度、气压、湿度、风速风向、粉尘和可沉降水汽等。通过系统分析三年的监测结果，评估该址点的光学天文观测条件，同时研究冷湖光学台址保护方案。
2.1 台址参数监测
2.1.1 视宁度
台址参数中最重要的是视宁度。如前所述，它描述地基天文观测中目标源受大气湍流影响产生模糊、变形和闪烁的程度，一般用差分像运动监测仪（Differential Image Motion Monitor，DIMM）测量。DIMM视宁度的监测从2018年10月28日开始记录，每晚由观测者远程观测，所有的数据（包括本选址项目的其他各类数据）都在项目的临时网站上实时展示，实现了原始数据完全对外公开。截至2020年底，一共获得了近40万个有效测点。
2.1.2 气象数据
台址气象数据的监测，采用锦州阳光公司的PC-5超声波气象站。该产品可以测量温度、湿度、气压、风速和风向，并能在极端天气环境下长期稳定工作。气象数据从2018年9月22日搬迁到4200米标高点后开始连续记录，每分钟采样一次，至2020年底已获得超过50万组气象数据。风速和湿度信息为视宁度监测顺利开展提供了保障。这些气象数据为开展天文台址大气综合分析以及开展台址大气水汽及基本气象条件监测分析研究提供了数据基础。
2.1.3 夜天光背景
天光背景亮度测量使用的是加拿大Unihedron公司量产的天空质量测量仪（Sky Quality Meter,SQM）。赛什腾山选址点地处无人区腹地，而且远离冷湖镇区，完全没有规模化的夜间户外灯光。夜间天光背景的变化完全是由月相和云量决定。SQM监测从2018年9月22日开始记录，每分钟采样一次，到2020年底已获得天光背景数据超过78万组。
2.1.4 云量和晴夜数
云量是衡量可用观测时长的重要参数，一般用光学成像方法获得。冷湖选址使用了基于佳能相机和短焦鱼眼镜头研发的全天相机，从2018年9月22日开始采集数据，采样间隔白天为20分钟、夜晚为5分钟。最终的晴夜数由全天相机和天空质量测量仪SQM的数据得出。
2.1.5 粉尘监测
早期有观点认为柴达木盆地的沙尘对冷湖天文观测环境会造成明显影响。粉尘会在光学元件表面累积，增加机械磨损，对光学观测产生消光等影响。选址工作为此购置了粉尘仪，从2019年12月27日开始采集数据，一直工作到2021年5月赛什腾山C区基建全面开工。粉尘仪每分钟记录一组数据，包括32个通道的粒度计数和质量密度。其主要的三个大气质量参数即PM10、PM2.5和PM1.0。粉尘仪的测量数据，对解开人们对沙尘影响的疑虑非常重要。
2.1.6 可沉降水汽PWV
可沉降水汽PWV是望远镜到地球大气层顶部水汽柱密度。水汽会大量吸收红外和亚毫米波段的电磁辐射，所以PWV值决定了一个天文观测址点是否适合红外、亚毫米和毫米波天文观测研究。2020年8月至11月，通过探空气球实验，对冷湖赛什腾山的PWV和湍流廓线进行了测量。此外，还通过气象数据对PWV进行了建模。
2.2 光学天文观测台址监测进展情况
通过对赛什腾山C区（标高4200米）累计三年的监测数据和X点（标高3800米）一年多的监测数据综合分析得出：赛什腾山区具有良好的整体光学/红外天文观测条件，是目前确认的整个东半球内可以媲美国际一流台址的所在[12]，是未来我国在相关基础和应用研究领域取得突破性进展的重要战略资源。有关赛什腾山光学天文台址的细节，请参阅《青海科技》天文科学栏目有关冷湖赛什腾山光学天文观测台址监测团队的文献。
3 射电多波段台址遴选与监测
青海省海西州地处“世界屋脊”青藏高原的东北缘，海拔在2600米至6900米之间，气候寒冷，降水量低，适合发展毫米波和亚毫米波天文。中国科学院紫金山天文台老一辈天文学家为发展我国毫米波天文，早在1978年就赴海西州高原地区进行踏勘，从格尔木昆仑山口到德令哈野马滩，大范围开展气象参数监测。综合各类数据评估，筛选出德令哈野马滩台址，建成了我国首座毫米波望远镜。经过40多年的发展，青海观测站13.7米毫米波望远镜[13]目前仍是我国唯一常规运行的毫米波天文观测设备，产出了一批亮点科研成果，多次荣获国家奖项，其中就包括青海本土首个国家科技进步二等奖和首个国家自然科学二等奖。
随着毫米波亚毫米波技术的发展，中国天文学家酝酿发展我国下一代大口径亚毫米波天文望远镜，提升我国亚毫米波天文在世界的地位。建设亚毫米波天文望远镜，首要任务是遴选适合亚毫米波天文观测的优良台址，我国天文工作者将目光再次投向海西这片广袤高寒的土地，沿着老一辈科学家的足迹，继续在海西州冷湖及周边进行亚毫米波天文台址的遴选。
射电多波段台址遴选与监测研究由中国科学院紫金山天文台青海观测站牵头，参与单位有中国科学院紫金山天文台，主要目标为在冷湖及周边地区进行射电台址遴选，结合历年卫星观测资料及现场监测数据，评估候选台址的射电天文观测条件。
3.1 基于卫星数据的水汽分析
在毫米波亚毫米波段，大气的吸收、热发射和热发射的时间空间涨落，主要由水汽导致[1]，所以毫米波亚毫米波台址的选择，要寻找可沉降水汽PWV值尽可能低的地点。2019年7月至10月，专项实施团队利用NASA的MERRA-2全球气象卫星再分析资料，统计分析了2013年至2017年5年的可沉降水汽含量PWV分布，遴选青海省内PWV含量低的局部区域。结果表明在柴达木盆地周边的祁连山、冷湖赛什腾山、阿尔金山以及昆仑山余脉祁曼塔格山等海拔4000米以上高地的PWV具有低值，于是将这些地方纳入台址的候选区域。依据气象卫星综合的再分析数据统计结果、地形条件、交通可达性等多方面因素综合考虑，进一步遴选出德令哈市雪山牧场、茫崖市阿达滩、冷湖镇赛什腾山三个候选台址。
3.2 候选点现场踏勘及台址射电观测条件监测
通过对卫星数据遴选出的三个候选台址开展多次实地勘察和基本气象参数、电磁环境等多维度的台址监测，对三个候选台址的交通条件、地形环境、电磁环境、气候条件得出了初步结论。
雪山牧场目标点海拔4800米以上，远离人类生活区，目标点2公里半径范围内地势平坦，市区至雪山牧场约150公里，前半程是柏油路、后半程是砂石路，最快2.5小时可达。2021年开始在雪山牧场海拔4820米A点进行不定期短时间射频干扰（RFI）监测，监测频段1~18GHz。雪山牧场和阿达滩监测点位于深山远离居住区，除了航空导航频段以外基本无其他人为干扰信号，频谱相对“干净”，具有射电天文观测所需的良好电磁环境。
阿达滩目标点海拔4500米以上，远离人类生活区，目标点2公里半径范围内地势较为平坦，茫崖市区至阿达滩约150公里，一段G315国道（60公里）、一段河滩（60公里）、一段土路（30公里），约4小时车程可达。
赛什腾山目标点海拔4200米，远离人类生活区，台址地形较为局促（约200米×200米)，冷湖镇至赛什腾山C区约70公里，大概2小时车程可达。在冷湖赛什腾山海拔4100米处研究团队开展了RFI干扰的长期监测。根据监测信号功率密度谱得出，在测试的频率范围内（1~18GHz）几乎都有信号发射。从频率概率图分析，信号主要集中在以中值为2.15GHz的1~2.7GHz范围内，主要集中在北京时间8：00至18：00之间，信号主要由wifi和移动基站产生。
3.3 射电多波段台址遴选与监测初步结论
目前初步选定的雪山牧场监测点（96.5851E，37.9752N），平均海拔约4800米，地势平坦，可到达性较好（离德令哈市150公里，砂石路通到海拔4300米山脚），在观测季具有与当前国际最佳亚毫米波台址相当的可沉降水汽含量，是相对有竞争力的亚毫米波候选台址。有关冷湖及周边地区射电台址情况的相关细节，请参阅《青海科技》期刊天文科技栏目有关射电多波段台址遴选与监测团队的文献。
4 天文台址大气、地理地质环境监测与综合分析
理想的天文台址需要具备长期稳定、良好、适宜光学/红外和射电观测的气象条件，还需要极其稳定的地质环境。因此，对冷湖及其周边地区的长时间历史气象条件、地理地质条件进行分析，对当前气象数据进行实时监测，同时针对天文台站建设工程的需求，在台址区及周边开展地质条件适宜性评估，都是十分必要的。
为此研究参与单位开展了天文台址大气、地理地质环境监测与综合分析研究。由青海省气象科学研究所牵头，参与单位有青海省环境与地质监测总站、青海大学、青海师范大学、青海民族大学、青海省冷湖行政委员会气象局和青海省地震局。研究内容涵盖气象、地质、地震和地理环境4个方面，包括：（1）建立拟选天文台址大气水汽及基本气象条件观测站，综合分析天文气象环境；（2）重建天文观测候选区多源遥感数据三维地形，进行冷湖天文观测台址地质灾害稳定性及风险区划，给出冷湖天文台址地质条件适宜性评价；（3）与国内外先进台址进行气象、地理及地质等环境条件综合对比；（4）建立冷湖地区大型天文装备灾害性天气监测预警业务系统及常规气象要素短期预报模型，为天文活动提供气象保障服务。
4.1 对冷湖天文台址的气象监测与综合分析
4.1.1 气象和水汽观测站建设
2019年8月项目启动会后，青海省气象科学研究所、海西州气象局、青海师范大学、青海省地质环境监测总站等项目单位邀请茫崖市冷湖工业园区，多次赴冷湖赛什腾山天文台址进行实地考察和开展监测工作；2020年3月至6月，建成了综合自动气象站和GNSS水汽观测站，对目标区域的气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、地温、辐射、日照、能见度、大气水汽含量等要素进行了观测。
2020年6月开始了探空气象观测，新建立的冷湖赛什腾山区域自动气象站与海西州各气象站及格尔木市气象台站构成灾害性天气监测网。茫崖气象台在青海省气象台、海西州气象台指导下开展冷湖赛什腾山常规天气预报和灾害性天气监测预警服务，为天文活动提供了气象保障服务。
4.1.2 历史气象资料分析
通过收集整理1961年～2019年冷湖地区（冷湖、茫崖和大柴旦气象站三站平均数据代表冷湖地区）基本气象站长序列月气象观测资料，定量分析了该地区气温、相对湿度、风速、大风日数、能见度等历史变化。同时制作提供了赛什腾山1979年～2017年约39年的200hpa再分析风速资料、柴达木盆地水汽卫星分析资料等。通过对历史气象资料的综合分析，对冷湖地区各种气象要素的年际变化、月际变化、空间变化有了全面的了解，为在冷湖地区开展天文观测活动提供了依据和指导[14-16]。
4.1.3 历史水汽资料分析[17]
利用2004年1月至2018年12月欧洲中心ERA-interim再分析资料、国家气象信息中心CIMISS系统冷湖国家站观测资料，研究分析了赛什腾区域水汽分布特征及未来变化趋势。同时根据覆盖面积达28万平方公里的MOD35日数据云覆盖反演结果计算晴夜数。通过2016年~2019年晴夜数分析显示赛什腾山候选点具有良好的大气情况。
利用2001年~2015年MODIS大气可降水量产品，结合1991年~2018年UWHIRS大气可降水量产品，专项实施团队提取了国内主要天文台址逐月可沉降水汽平均数据。比较后发现冷湖天文台址大气可降水量高于慕士塔格天文台和阿里天文台，明显小于兴隆、紫金山和贵州500米口径射电天文台。
4.2 冷湖天文台址的地质环境、地质灾害调查
4.2.1 地质条件监测
对冷湖天文台址的地质条件监测主要从两个方面进行：其一，开展冷湖地区天文观测台址地质条件适宜性评价及天文观测台址优选研究。在充分收集已有地质资料和遥感解译的基础上，开展冷湖地区地形地貌、地层岩性、地质构造、新构造运动及地震、水文地质、生态环境地质、岩土体工程地质类型及特征、不良地质现象、人类工程活动等方面的综合野外调查，建立地质条件适宜性评价模型，进行场址适宜性分区评价，并推荐3~4处优选场址。针对场址存在的地质问题，提出解决方案与工程建议。其二，开展冷湖优选台址区域地质灾害稳定性及风险区划研究。在拟选台址区开展地质灾害专项详细调查及风险点排查工作，针对每一处地质灾害隐患点开展分布发育特征调查、大比例尺地形测绘、稳定性评价研究等；圈定地质灾害风险区，提出科学合理的避让和防治建议。
4.2.2 地震分析
赛什腾山周边50公里范围内的历史地震记载5级以上十分稀少，周边有一条大的断裂穿过（柴达木盆地北缘断裂带，距离5km），资料分析认为西北段晚第四纪活动不强，但存在3~4级中小震的发生可能。
青海省北部的祁连山不仅是高原扩展的最前缘，也是高原最新的、正在形成的组成部分，地震活动异常剧烈，南部的巴颜喀拉地块是近20多年以来中强地震高发区，其未来的地震风险不容忽视。位于青海省中部的位置是包括柴达木盆地在内的一系列新生代盆地区，盆边边缘多有活动的构造带控制，历史和现代中等强度地震频发，特别是柴达木盆地南北两侧近几年均有6级左右地震发生。
4.3 天文台址大气、地理地质环境监测与综合分析初步结果
气象分析结果显示，冷湖地区自1961年以来，气温较低且温差在逐渐减小，长期保持低雨量、低相对湿度、云量少、低沙尘的气候特征。在20世纪90年代前后，气象要素发生年代际变化，气温略增加，降水在全年的分配发生变化，年平均风速减小，由此引起的浮尘日数也减少，云量减少，日照时数增加，但仍然保持在较低的水平，有利于维持大气层结稳定，减少湍流的影响，同时较低的云量也有利于提升红外、毫米波亚毫米波天文观测的精度。而低风沙的天气则能够显著降低天文观测仪器的损耗，增加使用寿命，这些气象条件及长期变化特征均表明冷湖地区是一个理想的天文观测候选址点[14]。项目执行期间建成的自动气象和水汽实时监测站点，与其他气象站点构成灾害性天气监测网，提供常规天气预报和灾害性天气监测预警服务，为天文活动提供了气象保障服务。在地理环境和地质条件方面，根据天文台站建设的工程需求，分析冷湖地区地形地貌、地质构造、岩土体特征、水文地质条件等信息，评估了台址建设点的地质适宜性条件，并对工程建设给出了有益建议。此外，还在台址区及周围开展地质灾害调查及风险点排查，得出结论为冷湖赛什腾山本地历史上地震等地质灾害很少，但在北面和南面都有活跃的地震带。有关冷湖地区气象、地理和地质情况的相关细节，请参阅《青海科技》天文科技栏目有关天文台址大气、地理地质环境监测与综合分析团队的文献。
5 时域天文先导科学研究
观测天文学目前已经从刻画静态宇宙发展到认识动态宇宙，通过时域监测来揭示宇宙中各类天体的变化并发现和探索各类新天体、新现象。时域天文学是美国2010年天文学十年规划[18]中重点指出的未来发展方向，更是美国2020年天文学十年规划[19]中优先支持的方向，具体包括结合电磁波、引力波、中微子和宇宙线等多种信使，研究致密星爆发和并合等动态宇宙现象，揭示相关基本天体物理过程，推动宇宙学和基础物理研究的进步。时域天文学在过去10年已经成为天文学和相关物理研究的重大突破方向，在超新星（2011年诺贝尔物理学奖）、引力波事件（2017年诺贝尔物理学奖）、系外行星（2019年诺贝尔物理学奖）等重要观测目标方面已经产出了一大批重大科学发现。未来10年至20年，时域天文学将成为国际天文学引领性、“金矿”型的重大前沿科学领域。时域天文也是我国天文界具有广泛共识的重点发展方向，在基础研究、技术研发、学科发展和国家战略及需求层面都具有重要意义。
青海省在冷湖及周边地区存在优良天文观测台址，对我国发展时域天文学、推动相关重大科技基础设施建设带来宝贵的机遇，为此重大专项开展了时域天文先导科学研究。该研究由中国科学院紫金山天文台青海观测站牵头，参与单位有中国科学院紫金山天文台、国家天文台和青海师范大学。主要目标是利用现有光电设备，进行宽视场、高精度、高频次、多波段光学巡天，探索发现如引力波事件、伽玛射线暴、快速射电暴等特殊事件的光学对应体以及变星；同时建立时域天文观测数据实时处理和可视化流程，能第一时间获取时域对象并进行快速预警和后随观测，为冷湖台址未来大科学装置提供先导科学研究经验。
5.1 利用SONG和50BiN望远镜开展时域恒星观测研究
SONG1米望远镜[20]和西华师范大学的50厘米双筒望远镜50BiN[21]原位于德令哈的紫金山天文台青海观测站，主要进行变星和星团观测及相关科学研究，两台设备都计划搬迁到冷湖赛什腾山台址。2020年10月，50BiN望远镜从德令哈运抵冷湖赛什腾山海拔4200米的C区，12月19日完成安装调试，20日开始成功进行科学目标观测。SONG望远镜搬迁工作暂时推迟，目前正常观测。
5.2 各类暂现源的观测
5.2.1 MASTA先导项目CHES时域天文观测
多应用巡天望远镜阵MASTA是一个覆盖广泛时域科学目标的大视场光学巡天项目，已于2018年底正式启动并选定赛什腾山海拔3800米的X点作为设备站址。这一项目包括20台70厘米望远镜，每台望远镜有效口径50厘米，视场3度×3度。
2019年～2021年，我们利用紫金山天文台姚安观测站的CHES光学阵列（12台28厘米望远镜，每台49平方度视场）以及两台80厘米大视场巡天望远镜和一台80厘米姚安高精度望远镜YAHPT，作为多应用巡天望远镜阵MASTA的预研先导项目，搭建了从观测到数据处理的相关软件系统，并开展时域巡天和暂现源后随观测。
5.2.2 利用南极巡天望远镜AST3-III开展暂现源观测
AST3-III是第三台南极巡天望远镜[22-24]，口径50厘米，目前在紫金山天文台姚安观测站进行国内试运行，试运行期间搭配QHY411CMOS相机，使用可见光g波段滤光片。
2020年～2021年，专项实施团队建立了一整套基于SD-WAN的内网调度系统，实现了AST3-III望远镜等设施无人值守远程全自动观测。一方面开展超新星等暂现源的主动巡天观测；同时分析实时的触发信号数据，对伽玛射线暴、快速射电暴、引力波事件、X射线暂现源等重要突发事件进行自动观测。
5.3 围绕大视场巡天望远镜WFST开展的前期研究
2.5米大视场巡天望远镜（WideFieldSurveyTelescope，WFST）是中国科学技术大学和紫金山天文台科教融合共建合作项目，将安装在冷湖赛什腾山海拔4200米的C区。建成后，凭借冷湖优秀的光学观测条件，WFST将成为北半球具备最高图像巡天能力的光学时域巡测设备，有望在时域天文、外太阳系天体搜寻和近场宇宙学等领域取得突破性原始创新成果。围绕WFST在冷湖即将开展的时域天文观测活动，目前研究团队已经着手开展了一系列前期研究工作。
5.3.1 WFST暂现源探测管线系统搭建和准备
在暂现源探测中，图像相减是最为核心的环节之一。专项实施团队参考国际同类大规模时域巡天项目（如LSST）图像处理流程，为WFST巡天望远镜搭建了一套快速高效的暂现源巡天管线系统。基于GPU并行运算的全新图像相减算法，用以满足WFST对暂现源（尤其是短时标暂现源）发现的实时处理需求。通过对这一算法不断的优化，已将其封装成了一个基于GPU的Python软件包。
5.3.2 WFST对暂现源巡天的策略优化研究
通过模拟WFST在冷湖台址的不同巡天模式下对Ia型超新星的发现能力，预计宽视场巡天模式下WFST运行一年可以发现数万颗光极大之前的Ia型超新星，这将极大扩充目前发现的超新星数目。高频次巡天在每年发现数万颗光极大之前的Ia型超新星的基础上，能够实现对此类超新星极早期辐射的最优探测。
5.3.3 WFST对千新星观测的科学预研
基于WFST望远镜在冷湖台址的探测能力，现已对双中子星并合引力波事件及其千新星光学对应体开展了相关研究。通过模拟不同巡天频次下WFST对千新星的发现能力，预计每年可发现3～5例千新星。对WFST千新星数据的挖掘，可以得到千新星光度、温度、速度、抛出物质量，进而研究中子星并合事件对宇宙中比铁更重元素的贡献大小，回答宇宙中超铁元素的起源问题。
5.4 时域天文先导科学研究进展情况
针对冷湖优良的观测条件及未来将落户冷湖的大型天文观测设备的观测能力，利用现有的天文观测设备开展了引力波事件、快速射电暴、伽马射线暴等光学对应体的观测研究、各种暂现源的观测研究、暂现源观测管线系统和数据处理系统的搭建、对千新星的科学预研、恒星的观测研究等一系列时域天文先导科学研究。详情请参阅《青海科技》天文科技栏目刊发的时域天文先导科学研究相关文献。
6 冷湖光学、射电台址保护
天文观测环境是指为避开干扰，保证天文观测设施准确获得观测探测信息，所必需的一定物理空间内天然与人工改造的自然因素的总体，包括地质地理、大气、水、光、无线电、重力、粒子辐射等。
冷湖赛什腾山光学台址在地理位置上具有很好的区位优势，距附近海拔2700米的冷湖镇只有50公里，离著名的旅游城市敦煌250公里，这对高海拔人员安全、基建施工、后勤补给都非常有利。但是交通便利和未来经济发展将产生一些区域环境变化，项目组对台址周边光污染的模拟显示，因区域内人造光的增加，冷湖极佳暗夜环境存在被破坏的可能性，亟待按照冷湖天文观测基地学术委员会的建议，对赛什腾山周边核心区和缓冲区进行保护。核心区是以冷湖赛什腾山天文观测设备及其附属观测设施限定的边界线向外50公里内的区域。缓冲区是以冷湖赛什腾山C区为中心点，半径100公里的区域内、核心区外的区域。2021年7月1日，冷湖天文观测基地学术委员会通过正式渠道把相关建议书发到了青海省冷湖天文观测基地建设领导小组办公室，并于近期对茫崖市的新能源规划再次与青海省各级政府协调。针对冷湖天文观测基地暗夜星空环境保护的现实需要，在征求省内外天文专家以及相关部门意见建议后，海西州科学技术局牵头起草了《海西蒙古族藏族自治州冷湖天文观测环境保护条例》，条例现已获得州政府常务会议审议通过，正处于提请州人大开展立法审查工作阶段，预计2022年颁布实施①。
雪山牧场是海西州内最有竞争力的亚毫米波候选台址，具备世界级亚毫米波台址条件，是我国未来发展60米级大口径单天线亚毫米波望远镜以及15米级中等口径亚毫米波阵列的重要保障，因此需要考虑对其进行相应的前期保护规划。针对亚毫米波阵列的观测需求，台址工作区需要直径5km的范围。工作区外直径15km范围为核心区，该区域内不允许有无线电发射设备，需要提前在核心区内限制与望远镜建设和运行有冲突的能源、矿产开发，以及对祁连山国家公园保护区范围进行协调。核心区外直径35km范围内为限制区，该区域内不允许新增大功率无线电发射设备，对已有设备需要进行电磁兼容性分析论证（目前该区域内有两个管护站）。限制区外直径70km范围为协调区，根据现有监测数据，发现该区域内存在对望远镜运行产生明显干扰的信号源。雪山牧场的台址保护工作，也将通过冷湖天文观测基地学术委员会向青海省冷湖天文观测基地建设领导小组办公室提交相关建议书，并在海西州层面推动相关的亚毫米波台址保护立法工作。
①https://www.qhrd.gov.cn/srdgzgw/fzwyhfzgzwyh/gzjh/202203/t20220323_200928.html
7 总结和展望
在青海省人民政府和海西州地方政府的大力支持下，“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”重大专项推进顺利。
光学天文台址监测方面，青海冷湖赛什腾山4200米标高的C区为期三年的光学台址监测结果表明：冷湖赛什腾山天文台址具有优秀的光学天文观测条件，可以与Mauna Kea、La Palma等世界一流台址相媲美，这意味着属于我国的一个世界级天文观测台址的出现。冷湖赛什腾山优良的光学天文观测条件，可以为未来大科学装置的建设提供良好的支撑。
射电多波段台址遴选与监测方面，目前已经遴选出青海省海西州冷湖地区周边的三个候选台址，分别是德令哈市雪山牧场、茫崖市阿达滩和冷湖赛什腾山，并开展了两年多的射电多波段台址监测。结果表明，雪山牧场候选台址在观测季具有与当前国际最佳亚毫米波台址相当的可沉降水汽含量，是非常有竞争力的亚毫米波观测台址。
为满足天文台建设所需的气象、地质条件、地理环境长时标稳定的要求，专项实施单位对冷湖地区的气象、地理和地质情况进行了全面考察、监测和分析。气象分析结果显示，冷湖地区水汽含量低、日照充足、云量少，各方面的气象要素有利于光学天文观测的开展。气象和水汽监测站的建设，为天文观测提供了保障服务。地理环境和地质条件方面，根据天文台站建设的工程需求在台址区及周围开展地质灾害调查及风险点排查，结合地形地貌、地质构造、岩土体特征、水文地质条件等信息，开展了地质条件适宜性评估并给出建议。
冷湖及其周边地区优良的光学/红外和射电观测条件，为我国天文学的发展带来了机遇。我们针对冷湖的优秀天文观测条件及未来大科学装置的科学观测能力，利用现有的光电设备，开展了时域天文方面的先导科学研究。包括用SONG和50BiN望远镜开展变星和恒星研究；用CHES光电阵列作为冷湖多应用巡天望远镜阵MASTA的先导项目，开展时域天文观测；用南极巡天望远镜AST3-III开展了暂现源观测研究；并围绕冷湖2.5米大视场巡天望远镜WFST搭建了暂现源探测管线和数据处理系统、针对不同暂现源进行观测策略优化以及对千新星观测的科学预研等，取得了一系列的进展。
“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”重大专项的推进，利用青海省独特的高海拔地理位置、高质量的暗夜和无线电宁静环境、低水汽含量等对发展天体物理和天文观测研究所具有的独特优势，进一步整合了国家战略资源和青海地缘资源，大力推动了国内天文单位（中国科学院紫金山天文台、中国科学院国家天文台、西华师范大学物理与天文学院等）与青海省高校（青海大学、青海师范大学、青海民族大学等）和科研机构（青海省气象科学研究所、青海省地质环境监测总站、冷湖行政委员会气象局、青海省地震局等）的科教合作，联合成立了青海师范大学高原天文与理论物理团队等研究平台，提升了青海省天文及相关学科建设和人才培养。
冷湖赛什腾山一流的天文观测条件已吸引了国内7家高校及科研院所签约落户9个天文望远镜项目（见表1），总投资近20亿元。中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台科教融合合作共建的大视场巡天望远镜WFST项目，以及中国科学院紫金山天文台多应用巡天望远镜阵列MASTA项目，已经在冷湖开工建设，WFST预计2022年底可开始运行；中国科学院国家天文台实施的SONG望远镜项目、用于太阳磁场精确测量的中红外成像光谱望远镜AIMS项目已完成土建施工和主体建设；西华师范大学实施的50BiN望远镜项目，已于2020年12月在冷湖正式开始科学观测；中国科学院地质与地球物理研究所实施的行星大气光谱望远镜PAST和行星望远镜TINTIN两个项目投资6200万元，其中PAST已于2021年10月完成望远镜调试；南京大学实施的时域观测望远镜阵列TiDO项目和清华大学实施的6.5米光学望远镜（MUST）项目2022年也将在冷湖天文观测基地开工建设。国家“九五”重大科学工程项目LAMOST望远镜即将在兴隆完成二期巡天，目前正筹划搬迁至冷湖台址并进行大规模升级改造。
表1 冷湖一期安装的天文观测设备
重大专项的台址监测结果初步显示青海省海西州内的冷湖及其周边地区具有媲美国际一流的光学和亚毫米波天文台址。国家自然科学基金委、中国科学院以及中国天文学会“十四五”及中长期天文领域发展规划战略研究报告中提出的一些重大科技基础设施，如司天工程、60米级大型亚毫米波望远镜等，可以冷湖及周边天文台址为依托。未来围绕冷湖台址将建成世界级的大型天文观测基地，将辐射带动青海地方科技和经济发展，进一步推动青海省科技进步和技术创新，同时给发展星空探秘、天文科普和地质旅游等特色产业带来巨大机遇。
（致谢：该项工作在青海省重大科技专项“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”（2019-ZJ-A10）支持下得以顺利开展，在此特别感谢青海省科学技术厅，并向为本文撰写提供了大量帮助的蒙克来博士致以诚挚的感谢。）
① http://www.igg.cas.cn/jgsz/zcxt/sygcxt/ggsys/lenghu/202009/t20200924_5704691.html
② https://must.astro.tsinghua.edu.cn/must/
参考文献:
[1]LÉNA P, ROUAN D, LEBRUN F,et al. ObservationalAstrophysics[M].Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2012.
[2]BURTON M G. Astronomy in Antarctica[J].The Astronomyand Astrophysics Review, 2010,18(4):417-469
[3]WANG C J, BAI J M, FAN Y F,et al. Lijiang 2.4-metertelescope and its instruments[J].Research in Astronomy andAstrophysics,2019,19(10).
[4]FAN Z, WANG H J,JIANG X J, et al.The Xinglong 2.16-mtelescope:current instruments and scientific projects[J].Publications of the Astronomical Society of thePacific,2016,128(969):115005.
[5]CUI X Q, SU D Q, WANG Y N, et al.The optical performanceof LAMOST telescope in ground-based and airbornetelescopes III[J].Proceedings of the SPIE,2010,7733,articleid.773309.
[6]张记成.兴隆观测基地天文观测条件分析及性能提升研究[D].山东大学,2016.
[7]YAO Y Q. The astronomical site survey in west China[J].Journal of Korean Astronomical Society,2005(39):113-116.
[8]周明峰,姚骑均,李升,等.羊八井460GHz大气不透明度的测量[J].天文学报,2011,52(1):62-72.DOI:10.15940/j.cnki.0001-5245.2011.01.007.
[9]FENG L, HAO J X, CAO Z H, et al. Site testing campaignfor the large optical/infrared telescope of China:overview[J].Research in Astronomy and Astrophysics, 2020(20):80.
[10]SASAKI T, et al.A collaborative site survey for astronomicalobservations in west China(Tibet)[J].Proceedings ofSPIE,2006(6267):62671B.
[11]SARAZIN M, GRAHAM E, KURLANDCZYK H. FriOWL:asite selection tool for the European Extremely LargeTelescope(E-ELT) Project[J].The Messenger,125:44.
[12]DENG L C, YANG F, CHEN X D, et al.Lenghu on theTibetan Plateau as an astronomical observing site[J].Nature,2021(596):353-356.
[13]Su Y,Yang J, Zhang S B, et al. The Milky Way Imaging ScrollPainting (MWISP):project details and initial results from thegalactic longitudes of 25.°8-49.°7[J].The AstrophysicalJournal Supplement Series, 2019,240(1), article id.9, 21 pp.
[14]申燕玲,曾淑玲,肖宏斌,等.冷湖地区气象要素变化及其对天文观测的影响[J].沙漠与绿洲气象,2021,15(3):110-116. DOI:10.12057/j.issn.1002-0799.2021.03.014.
[15]许学莲,韩忠全,王发科,等.气候变暖下柴达木盆地风速、大风和沙尘暴日数的变化特征分析[J].青海环境,2021,31(1):26-31.
[16]高三星保,许学莲,何爱兵,等.1961-2018年柴达木盆地大风日数变化特征[J].现代农业科技,2021(20):163-165.
[17]刘浩成,孟庆凯,韩帅,等.基于MODIS的青海冷湖地区大气水汽含量时空分布特征研究[J].青海大学学报,2022,40(1):10-17.DOI:10.13901/j.cnki.qhwxxbzk.2022.01.002.
[18]Committee for a Decadal Survey of Astronomy and Astrophysics,National Research Council. New Worlds, New Horizons inAstronomy and Astrophysics[M].National Academies Press,ISBN10:0309158028,ISBN 13:9780309158022,2011.
[19]National Academies of Sciences, Engineering,and Medicine.Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics forthe 2020s[R].Consenses Study Report.Washington,DC: TheNational Academies Press,2021.
[20]WANG G M,JIANG X, WANG H, et al.Introduction ofChinese SONG telescope, Proc. SPIE 9145,Ground-basedand Airborne Telescopes V, 914510 (22 July 2014).https://doi.org/10.1117/12.2054705 .
[21]ZHUO J, DENG L C,WANG K, et al. Variable stars in the50BiN open cluster survey. II. NGC 869[J].Research inAstronomy and Astrophysics,2021,21 227.
[22]YUAN X Y,CUI X Q, GU B Z, et al.The AST3 project: antarcticsurvey telescopes for Dome A[J].Proceedings of the SPIE, 2014,9145, id. 91450F 8 pp. doi: 10.1117/12.2055624.
[23]BURTON M G, ZHENG J, MOULD J, et al, Scientific goalsof the Kunlun Infrared Sky Survey (KISS)[J].Publications ofthe Astronomical Society of Australia,2016, 33, id.e047 18pp.doi:10.1017/pasa.2016.38.
[24]SUN T R, LI, X Y, HU, L, et al.Antarctic Survey Telescope3-3: overview, system performance and preliminaryobservations at Yaoan,Yunnan[Z].arXiv:2206.03170.
[25]颜毅华.中国科学院国家天文台太阳物理研究20年[J].科学通报,2021,66(11):22.[26]KOU S F. Optical design of time domain observatory (TIDO)[J].Proceedings of the SPIE, 2019,11341,id.113410E 12 pp.
Progress in the Major Science and Technology Project “Lenghu Astronomical Site Monitoring and Pilot Scientific Research for Mega-science Facilities” of Qinghai Province
Wu Xuefeng1, Deng Licai2, Yao Qijun1, Zhou Bingrong3, Tian Cairang4, Yang Ji5
（1. Qinghai Station,Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences, Delingha 817000; 2.NationalAstronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101; 3.Institute of Meteorological Science,Qinghai Meteorological Bureau, Xining 810012; 4.Management Committee of Lenghu Science and TechnologyInnovation Park, Haixi Mongolian and Tibetan Autonomous Prefecture, Mangya, Qinghai Province 816399; 5. PurpleMountain Observatory, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210023）
Abstract: Astronomy is a frontier science that drives innovation and discoveries, and a strategic highland forpromoting scientific and technological progresses. As a natural science based on observation, ground-based optical/infrared and radio/(sub-)millimeter observations are still one of the main means of astronomy research at present. Afterone hundred years of development, modern astronomy in China has made many important progresses. However, the poorquality of the most observatory sites distributed in densely populated, low-altitude, high-humidity and rainy areas isdifficult to meet the requirements of world-class observatory sites operating mega-science facilities. The lack of largeaperture optical/infrared and (sub-)millimeter telescopes has severely restricted the development of astronomy in China.Qinghai province, located in the northern part of the Qinghai-Tibet Plateau, has high altitude, dry climate and low lightpollution. It is highly likely to have ideal astronomical sites. In 2017, the Haixi government, the National AstronomicalObservatories and the Purple Mountain Observatory of the Chinese Academy of Sciences, and the China West NormalUniversity jointly carried out the optical astronomical site selection work in Lenghu area of Qinghai. To satisfy the mediumand long term requirements of the layout of Chinese astronomical mega-science facilities and promote the settlement ofsome facilities in Qinghai, the Science and Technology Department of Qinghai Province signed a cooperation agreementwith the Purple Mountain Observatory and the National Astronomical Observatories in April, 2019. In June of the sameyear, a major science and technology project“Lenghu astronomical site monitoring and pilot scientific research for megascience facilities”was launched. With the strong support of Qinghai provincial government, the major project has beensmoothly carried out. In this paper, the progress of this project on optical astronomical site monitoring in Lenghu andits surrounding areas, selection and monitoring of multi-band radio astronomical sites, monitoring and comprehensiveanalysis of atmospheric, geological and geographic environment of the astronomical sites, and pilot researches in timedomain astronomy are introduced. According to the results of the implementation of this project so far, the SaishitengMountain in Lenghu has the site conditions comparable to those of the world-class optical sites, and the Snow MountainRanch has the precipitable water vapor content equivalent to the best sub-millimeter astronomical site over the worldin the observation season, which preliminarily indicates that Qinghai Province has the site support conditions for thesettlement of mega-science facilities, and has great development potential in astronomy and other related research fields.
Key words: Qaidam Basin; Lenghu; Saishiteng Mountain; Snow Mountain Ranch; optical/infrared astronomy;millimeter and sub-millimeter astronomy; site selection and monitoring; astronomical Mega-science facilities
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