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北极“无人冰站”,中国造!

發布日期:2018年10月17日  來源:科普中国   瀏覽次數:9345

  歷時69天,縱橫1.25萬海里。近日,“雪龍號”船載著中國第九次北極科學考察隊回到上海基地碼頭。本次科考完成了哪些主要任務?與之前進行的北極科考相比,本次科考有哪些特點?將對認識北極起到哪些推進作用?這些無疑是人們非常關注的問題。

  創多項北極科考紀錄

  “前7次北極科考均以科學項目調查為主,第8次北極科考在業務化調查方面進行了嘗試,而此次考察則是把業務化調查和科學項目調查進一步緊密結合,推動國家北極海域觀監測網建設。”自然資源部第一海洋研究所副所長魏澤勛這樣概括第九次北極科考的顯著特點。作為本次科考的首席科學家,魏澤勛率領科考團隊對預定北極目標區域進行了重點考察。具體來說,科考團隊在白令海、楚科奇海和北冰洋中心區域等,進行了業務化調查,對海洋水文與氣象、海冰、海洋地質、地球物理等環境要素的分布特征有了更加深入的認知,為北極地區環境氣候等綜合評價提供基礎資料。

  總結本次科考的成就時,科考隊領隊朱建鋼強調,本次科考雖然只有69天,是歷次北極科考中時間最短的,但創下了新的紀錄,即實施了88個海洋綜合站位和10個冰站的考察,冰站數量、冰基浮標以及錨碇觀測平臺的布放量均為歷次北極考察之最。這從一個側面詮釋了中國北極科考的重點正在轉向打造北極觀監測網絡、構建國家極地業務化體系。

  構建天基、空基,地面、冰面、水下,全天候、立體化科考觀監測網絡是中國極地科考的宏偉目標。目前,中國通過發射極軌衛星已經實現了對北極地區的全面觀測覆蓋。比如,風云三號氣象衛星曾監測到北極上空部分地區出現了臭氧洞。為了加強對極軌衛星數據的接收獲取能力,2016年12月,中國在位于北極圈內約200公里的瑞典基律納航天中心建立了遙感衛星北極接收站并投入使用。2004年7月,北極黃河科考站在挪威斯匹次卑爾根群島的新奧爾松建立,搭建了中國北極科考永久性科研平臺,具備了立體探測北極的有利條件。1999年以來,“雪龍號”作為移動科考平臺為中國科學家深入極地提供了得天獨厚的條件,但遺憾的是只能在夏季進入極地,進行短期現場科考。

  “海翼號”北極深海首秀

  工欲善其事,必先利其器。極地科考無疑是一國綜合科技能力的集中體現,擁有先進的科考裝備制造能力是推進極地科考取得更大成就和突破的重要基礎。近年來,中國在海洋科技和海工裝備制造領域取得了長足進步,為中國極地科考事業提供了有力支撐。在第九次北極科考期間,一件重要的中國海洋科技裝備閃亮登場,完成了極地科考實戰首秀。它就是在太平洋馬里亞納海溝創6329米下潛深度紀錄的“海翼號”水下滑翔機。

  7月28日5時23分,在白令海公海區域,考察隊員把“海翼號”水下滑翔機緩緩送入海中。它緩緩游動,沒入深海,了無蹤跡。當然了,它并不是茫無目標地在深海中亂竄,而是根據給予的指令,一刻不停地工作。它通過調節自身浮力和姿態,在水中滑行,沿著類似一個個大型“V”字的軌跡,在水面到水下1000米處之間往復運動,在此過程中,觀測監測從表層到1000米深度處的海洋剖面,并將相關觀測數據通過衛星傳輸回國內。1個多月后,“海翼號”完成了使命,成功回收。據測算,期間,它在水下自主航行了500海里,獲取了229個溫度、鹽度剖面,成功實現對白令海海盆和陸坡區連續、高密度觀測。

  對“海翼號”在白令海的探測,魏澤勛表示,白令海是太平洋和北冰洋海水交換的必由之路,“海翼號”得到的相關數據將對研究北冰洋動力環境和水文結構具有重要意義。白令海峽作為“冰上絲路”的樞紐,“海翼號”在此海域的探測信息將進一步完善相關數據,對將“冰上絲路”建設成溝通東西方的“黃金水道”具有很高價值。

  自主裝備建設“無人冰站”

  建立“無人冰站”,進行全天候極地考察,彌補只能夏季短期進入的缺憾一直以來是中國北極科考的任務之一,尤其對于第九次北極科考團隊來說,這項工作更是重中之重。

  什么是“無人冰站”呢?據中國極地研究中心極地海洋學研究室主任何劍鋒介紹,“無人冰站”是一個形象說法,是簡稱,其全稱是“北極海—冰—氣無人冰站觀測系統”,是“十三五”國家重點研發計劃重點專項中“極地環境觀測/探測技術與裝備研發”項目的研發課題之一。這類觀測系統的特點是適應北極極端環境,實現無人值守,自主運行。其采集的數據通過衛星自動傳回國內,系統由大氣邊界層觀測子系統(氣象塔),冰上主浮標(海冰觀測子系統)、副浮標(上層海洋固定層位觀測子系統)以及拖曳式海洋剖面觀測儀等4個子系統組成。

  對中國科學家來說,在北極建設無人值守的觀測設備和“冰站”其實并不是新鮮事物。據報道,早在2008年,中國科考團隊就開始在北極地區建設通過衛星傳輸資料的自動氣象觀測站。2016年,第七次北極科考期間,中國科學家曾建了6個短期“冰站”、1個長期“冰站”。然而,與以往相比,本次科考中建立的“冰站”的看點是首次布放自主研發的無人值守觀測監測系統,實現對北極地區海洋、海冰、大氣3個界面多個環境參數的連續觀測和監測,獲取完整的海冰生長消融過程中氣-海-冰相互作用的數據。

  自主研發無人值守的冰站系統不易,在冰上安裝布放也很困難。由于氣候變暖,北半球夏季的北極海冰大面積消融,而建立冰站必須盡可能選擇面積較大、較堅固的海冰,這就需要在有限的時間內盡快遴選。這時,“雪龍號”上的船載直升機就派上用場,升空盤旋,仔細來回偵察,選擇那些面積和厚度較大、裂隙較少的海冰。選定海冰之后,接著就是轉運設備和施工,雖然是北極的夏季,但是冰面上不僅異常寒冷,而且天氣多變,往往是狂風、大雪、濃霧接踵而至。施工隊員克服重重困難,終于把設備安裝到位并進行了成功測試。

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