撰文/攝影/張一玲

76天·90多個站位·11858海里北極歸來科考

撰文/攝影/張一玲

編者按：

冷戰(zhàn)時期 出立于起軍考事察戰(zhàn)站略?？祭鋺]戰(zhàn)，的北結(jié)極束圈，國為家非在北北極極國地家區(qū)開紛展紛建北極研究并體現(xiàn)本國在北極的實質(zhì)性存在提供了機遇，各國抓住這一良機，紛紛在該地區(qū)建立滿足本國國家利益需求和北極特色研究的科學(xué)考察基地，開展了海洋、生物與生態(tài)、氣象、冰川、空間物理、大氣物理與化學(xué)、地質(zhì)與地球物理、大地測量、衛(wèi)星遙感應(yīng)用等研究活動，并取得了大量高水平的科研成果。

與此同時，國際兩大全球變化研究計劃“國際地圈－生物圈研究計劃”和“世界氣候研究計劃”確定了很多與北極有關(guān)的綜合研究內(nèi)容。其他一些區(qū)域性和專業(yè)性國際科學(xué)研究組織也推出了相應(yīng)的北極研究計劃。種種情況表明，無論是科學(xué)界還是各國政府，都在日益關(guān)注著北極的科學(xué)研究。極地科考一直是我國非常重視的科學(xué)領(lǐng)域。2001年，國家海洋局會同13個部委局?jǐn)M訂了包括建設(shè)北極科學(xué)考察站在內(nèi)的《我國“十五”極地考察能力建設(shè)總體方案》，提出了我國極地考察工作的國家目標(biāo)和“十五”期間的工作安排和具體措施。我國《海洋工作“十五”計劃綱要》在海洋調(diào)查與科學(xué)技術(shù)研究方面明確提出：除加強已有設(shè)施建設(shè)、拓展研究領(lǐng)域外，還應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)時機建立極地科學(xué)考察站。

2002年12月28日，國家計委辦公廳批復(fù)，同意中國北極科學(xué)考察站建設(shè)的立項。上個世紀(jì)90年代以來，我國已經(jīng)組織開展了北極地區(qū)海洋、空間、大氣與氣候、生物等領(lǐng)域的研究。1999年我國實施了“中國首次北極科學(xué)考察”，取得了一批科研成果。2003年，我國又成功組織了第二次北極科學(xué)考察。但由于沒有建立固定的考察基地，無法長期、深入和持續(xù)地開展北極科學(xué)研究。所以說，在北極建立科考站無疑是中國極地考察的里程碑。

中國北極黃河站，位于北緯78 55′、東經(jīng)11 56′的挪威斯匹次卑爾根群島的新奧爾松，是中國首個北極科考站，成立于2004年7月28日。中國北極黃河站是中國繼南極長城站、中山站兩站后的第3座極地科考站，中國也成為第8個國家在挪威的斯匹次卑爾根群島建立北極科考站。最值得稱道的是，北極黃河站擁有全球極地科考中規(guī)模最大的空間物理觀測點。目前，與中國北極科考站為鄰的有挪威、德國、法國、英國、意大利、日本、韓國的科考站。

對于為何選擇新奧爾松建站，這是國家聽取科學(xué)家建議和反復(fù)考察后決定的。北極地區(qū)主要由北冰洋、周邊陸地以及島嶼組成，而所有的陸地分屬俄羅斯、美國、加拿大、丹麥、挪威、冰島、瑞典和芬蘭8個環(huán)北極國家。因此，非北極國家要在北極地區(qū)開展研究就會受到一定的限制，在環(huán)北極國家管轄范圍內(nèi)開展現(xiàn)場科學(xué)考察活動，只能通過與這些國家合作的方式進(jìn)行。

北極科學(xué)考察主要針對北極這一特殊區(qū)域開展，這就在國際法方面涉及了周邊國家的相關(guān)法律和通行的國際法，其中最重要的相關(guān)法律就是《斯匹次卑爾根群島條約》。于1925年8月14日生效的《斯匹次卑爾根群島條約》規(guī)定，締約國在“承認(rèn)挪威對斯匹次卑爾根群島擁有完全主權(quán)”的前提下，可以享有在斯匹次卑爾根群島地域及其領(lǐng)水內(nèi)的捕魚、狩獵權(quán)，開展海洋、工業(yè)、礦業(yè)、商業(yè)活動的權(quán)利和在一定條件下開展科學(xué)調(diào)查活動的權(quán)利。

所以盡管北極所有陸地分屬8個環(huán)北極國家，但我國作為《斯匹次卑爾根群島條約》締約國，完全擁有條約中規(guī)定的包括科學(xué)考察在內(nèi)的相應(yīng)權(quán)利，這使我國在該地區(qū)建立科學(xué)考察站具有了法律依據(jù)。另外，新奧爾松地區(qū)由于較少受到人類活動的影響，所以被科學(xué)家們視為天然實驗室，當(dāng)?shù)爻撕笄诠芾砗涂瓶既藛T外，沒有其他常住居民，人類對自然環(huán)境的污染很小。而且，由于實行電波管制，當(dāng)?shù)氐碾姶怒h(huán)境受人類活動的影響也很小。

雪龍船破冰前行

左圖：安裝渦動系統(tǒng)

第六次北極科學(xué)考察是“南北極環(huán)境綜合考察與評估”專項（以下簡稱南北極專項）實施以來進(jìn)行的第二個北極科考航次。考察海域主要位于北冰洋太平洋扇區(qū)，具體包括白令海盆、白令海陸架、楚科奇海、楚科奇海臺和加拿大海盆等海域?？疾旌Ｓ蚝５椎匦纹鸱^大，既有平坦的陸架淺水區(qū)，也有地形變化復(fù)雜的海山區(qū)，更有水深超過3000米的深水洋盆。

本次科考共歷時76天，總航程約11858海里（22000千米），總航時1201小時，其中浮冰區(qū)總航程2586海里（約4800千米）?，F(xiàn)場考察作業(yè)自7月18日開始到9月10日結(jié)束，歷時55天，共完成12條斷面累計90個站位的多學(xué)科綜合觀測、監(jiān)測和采樣作業(yè)，內(nèi)容包括物理海洋與海洋氣象、海冰、海洋地質(zhì)、海洋地球物理、海洋生物生態(tài)和海洋化學(xué)等。同時，還完成了1個為期10天的長期冰站和7個短期冰站的冰基氣—冰—海界面多要素立體協(xié)同觀測。隨船開展的海洋、大氣、地球物理、海冰等走航觀測、探測和拋棄式觀測也圓滿完成。

本次科考緊緊圍繞北極海洋環(huán)境變化和海洋生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)等關(guān)鍵問題，克服了惡劣天氣和北冰洋海冰較常年偏重等不利因素影響，開展了船基海洋斷面綜合考察和冰基立體協(xié)同觀測，圓滿完成既定目標(biāo)，部分工作超計劃完成。

下圖：冰站考察

與以往相比，本次科考任務(wù)更重、內(nèi)容更豐富、考察要素更多、考察手段也更為先進(jìn)。

本次科考是基于南北極專項總體實施方案的“規(guī)定性考察活動”，而非“自由探索性考察活動”，各項考察均有明確的考察內(nèi)容和目標(biāo)。與以往相比，本次科考任務(wù)更重、內(nèi)容更豐富、考察要素更多、考察手段也更為先進(jìn)。主要有以下幾個方面的亮點。

一是7月20日，科考隊在白令海盆水深3800米的海域成功布放一套錨碇觀測浮標(biāo)，這是我國首次在北緯55°以北的太平洋海域布放海氣界面錨碇浮標(biāo)。這對于我國科研人員獲取北極高緯度海氣界面的長期觀測數(shù)據(jù)，了解北極定點海氣界面要素變化特征，分析其對全球氣候系統(tǒng)，特別是對我國氣候變化所產(chǎn)生的影響具有重要意義。

二是8月30日至9月6日，首次在極地海域采用先進(jìn)的近海底磁力測量手段，獲得了2條測線總長度為592千米的高精度、高分辨率地磁探測數(shù)據(jù)，為追蹤加拿大海盆的磁條帶、推斷加拿大海盆的擴(kuò)張歷史和形成機制提供了必要的實測數(shù)據(jù)。

三是8月16日、8月22日和8月28日，通過國際合作，首次利用“雪龍”船平臺在北緯80°左右及以北的加拿大海盆波弗特環(huán)流區(qū)，分別布放了3套深水冰基拖曳浮標(biāo)。該浮標(biāo)具有能長時序獲取冰底至冰下800米水深內(nèi)的海洋上層物理海洋學(xué)剖面的特點，可為了解北極表層的太平洋海水和中層的大西洋海水對北極海冰融化作用及貢獻(xiàn)等提供科學(xué)依據(jù)。

四是在長期、短期冰站期間，以直升機為平臺，實現(xiàn)了國內(nèi)首次在北極高緯冰區(qū)的海冰浮標(biāo)（海冰溫度鏈浮標(biāo)、海冰漂移浮標(biāo)）陣列布放，布放的4組37套浮標(biāo)均工作正常。與過去布放的單個、零散的冰浮標(biāo)相比，冰漂移浮標(biāo)陣列可以更詳細(xì)、全面地了解海冰的匯聚、擴(kuò)散、剪切和旋轉(zhuǎn)等形變過程，為研究北極海冰變化特點和規(guī)律提供更全面的數(shù)據(jù)資料。

本次科考還在我國南北極科學(xué)考察中，首次設(shè)立隨船質(zhì)量監(jiān)督員。通過隨船質(zhì)量監(jiān)督檢查工作，確保了航次各項科考任務(wù)的安全、高效、高質(zhì)量完成。第六次北極科學(xué)考察是一次船基為主、冰基為輔的多學(xué)科綜合考察。旨在通過對考察海域進(jìn)行多學(xué)科綜合環(huán)境考察，系統(tǒng)獲得與北極海洋水文和氣象、海洋地質(zhì)、地球物理、海洋生物與生態(tài)、海洋化學(xué)等環(huán)境要素的分布特征及變化規(guī)律相關(guān)的第一手觀測資料和樣品，深入研究北極/亞北極地區(qū)海洋環(huán)境變化和?！獨庀到y(tǒng)變化過程、海洋環(huán)境快速變化的沉積記錄、地球物理場關(guān)鍵要素、海冰快速融化下西北冰洋碳通量和營養(yǎng)要素生物地球化學(xué)循環(huán)過程、北極海域生態(tài)系統(tǒng)功能現(xiàn)狀及其對全球變化的響應(yīng)等全球熱點科學(xué)問題，為北極地區(qū)環(huán)境氣候綜合評價及礦產(chǎn)、生物等資源潛力評估提供基礎(chǔ)資料。

直升機支持布放冰浮標(biāo)陣列

科考期間遭遇了諸多困難。

今年北極的冰情較常年偏重?！把垺贝诖┰桨琢詈{后不久，便于7月31日遇到浮冰，其后北極熊也來造訪。在航行至北緯77°以后，更是遭遇到十成冰的圍困，冰脊最厚超過5米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“雪龍”船的破冰能力。因此在到達(dá)北緯81°11′左右后，“雪龍”船?？康揭淮髩K冰上，科考隊果斷決定就地開展長期冰站作業(yè)。期間，天氣變化多端，給考察作業(yè)造成了困難。長期冰站準(zhǔn)備撤離前一晚，受大風(fēng)和海流影響，“雪龍”船依靠的大浮冰出現(xiàn)開裂，給撤離工作帶來風(fēng)險。經(jīng)過科考隊員和“雪龍”船員的共同努力，最終冰上人員和設(shè)備順利撤出。

8月31日，開始地球物理拖曳式考察作業(yè)時，浮冰仍然比較密集，拖曳的鋼纜經(jīng)常會碰到大塊浮冰，對水下設(shè)備的姿態(tài)和安全帶來影響。為此，科考隊制訂了完善的方案，密切關(guān)注船載雷達(dá)偵測的實時海冰狀況，并結(jié)合現(xiàn)場冰情變化，及時調(diào)整船向，躲避大塊浮冰，保障了地球物理拖曳式測量的順利完成。

“雪龍”船在白令海開展定點海洋綜合考察時，還出現(xiàn)了尾軸連接法蘭多個固定螺栓松動，主機在低速運轉(zhuǎn)發(fā)生異響的情況下，工作人員進(jìn)行了5個多小時的搶修，終于排除故障?！把垺贝辈孔鳂I(yè)區(qū)的溫鹽深儀剖面儀是多學(xué)科考察依托的重要設(shè)備，由于長期頻繁水下作業(yè)，出現(xiàn)了水密接頭接觸不良的現(xiàn)象，實驗室人員連夜處理，最終順利解決了問題。

未來北極科考任務(wù)任重而道遠(yuǎn)。

北極地區(qū)對我國未來的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，也是我國海洋強國戰(zhàn)略的重要組成部分。開展北極科學(xué)考察是我國了解北極、認(rèn)識北極的重要途徑，也是我國參與北極事務(wù)的重要體現(xiàn)。我國北極科學(xué)考察不僅具有重大的科學(xué)意義，也具有重大的政治意義。因此，我們應(yīng)該按南北極專項總體目標(biāo)要求，繼續(xù)把握資源與環(huán)境兩個重點領(lǐng)域，本著有所為、有所不為的原則，瞄準(zhǔn)極地國際前沿、關(guān)鍵科學(xué)問題和資源遠(yuǎn)景區(qū)，選擇重點區(qū)域開展連續(xù)有深度的綜合考察，并通過學(xué)科和空間整合，逐步完善和深化我國對北極環(huán)境和資源的系統(tǒng)了解。

中外隊員合作冰上采樣

在北極科考領(lǐng)域，今后需要做的工作很多。概括起來，主要有以下三點：

首先應(yīng)繼續(xù)加強北極科考的力度，使其達(dá)到一年一次的頻率，實現(xiàn)常態(tài)化。從國際形勢來看，我國已經(jīng)取得了北極理事會觀察員的地位，作為近北極國家，我們有必要加大對北極的科考力度，積累資料，了解北極、認(rèn)識北極?，F(xiàn)在人們已開始認(rèn)識到北極的海冰變化對我國的影響，但這種認(rèn)識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，仍需要科考人員全面了解北極環(huán)境變化機理，開展深入的研究。北極資源豐富，各國的目標(biāo)都集中在這一領(lǐng)域。中國有責(zé)任參與北極事務(wù)的各項工作并在其中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

其次，今后還應(yīng)在明確科考目標(biāo)、健全科考隊伍、強化科考保障、提高科考手段的基礎(chǔ)上，加強和深化國際合作，特別是與環(huán)北極國家的合作。

第三，在“十三五”期間，應(yīng)繼續(xù)滾動開展“中國南北極環(huán)境綜合考察與評估”工作，盡快啟動北極觀測網(wǎng)的建設(shè)，以加深對北極的了解和認(rèn)識。（責(zé)編：沈婷婷）

小貼士

1. 白令海是太平洋沿岸最北的邊緣海，介于北緯66°31′東經(jīng)51°22′之間，海區(qū)呈三角形；北以白令海峽與北冰洋相通，南隔阿留申群島與太平洋相聯(lián)；位于太平洋最北端的水域。它將亞洲大陸（西伯利亞東北部）與北美洲大陸（阿拉斯加）分隔開。1728年丹麥船長白令航行到此海域，因而以他的姓氏命名。

2. 楚科奇海是北冰洋的邊緣海。位于亞洲大陸東北部楚科奇半島和北美大陸西北部阿拉斯加之間。其西面是弗蘭格爾島，東面是波弗特海，南經(jīng)白令海峽與太平洋相通，北連北冰洋。每年只有4個月可以航行，在7～10月間，可從淺水的白令海峽向東和向西航行。而帶有冰塊的洋流則沿西伯利亞海岸向東南流。

3. 波弗特海是北冰洋的一部分，位于加拿大西北地區(qū)，育空和阿拉斯加以北，北極群島以西，楚科奇海以東。波弗特海面積約45萬平方千米，是以英國水道學(xué)家法蘭西斯·波弗特的名字命名。這里是為數(shù)不多的幾個永久性定居點海岸之一。此片海域以嚴(yán)峻的氣候為顯著特征，在一年的大多數(shù)時間是冰凍的。從歷史上看，在每年的8～9月，距其海岸只有一條狹窄的接近100千米的通道水域開放，但由于近年來北極的氣候變化，無冰的面積在夏末大大擴(kuò)大。

4. 加拿大海盆，又名“波弗特海盆”。北冰洋最大海盆。位于門捷列夫海嶺以東、北美及亞洲的北冰洋沿岸大陸坡之間。大部水深3000～3500米，最深3879米。洋底呈波狀起伏。

5. 波弗特環(huán)流位于加拿大西北部沿岸以北的波弗特海內(nèi)，按順時針方向運動，形成停滯區(qū)，屬北冰洋表層環(huán)流的一部分。有氣候模型顯示，海風(fēng)使得波弗特海中部水位高于周邊。研究人員推斷，全球溫度上升可能打亂波弗特流渦的原有“節(jié)奏”，導(dǎo)致水面上升。

6. 海洋磁力測量是海洋地球物理調(diào)查方法之一，是以海底下巖層具有不同的磁性并產(chǎn)生大小不同的磁場為原理，在海上進(jìn)行地球磁場測定。目前，多使用核子旋進(jìn)磁力儀、光泵磁力儀或海上梯度儀等進(jìn)行連續(xù)測量地磁場總向量的絕對值及用三分量磁力儀測量地磁場的三個分量。在測量時，為防止船體和航行對儀器的影響，以及波浪的干擾等，儀器探頭要密封，放置在海面以下的一定深度。它對研究地磁場及其變化、海洋地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)預(yù)測和國防建設(shè)都具有重要意義。

7. 本次布放的錨碇浮標(biāo)系統(tǒng)，由浮體系統(tǒng)和錨碇系統(tǒng)組成。浮體上部裝有溫度、氣壓、風(fēng)速等氣象觀測設(shè)備，下部裝有海面表層溫度、鹽度探測儀記錄器，觀測到的相關(guān)海氣數(shù)據(jù)可按設(shè)定時間通過銥星傳回國內(nèi)。為保障浮標(biāo)正常工作，獲得較長期時期的固定點位觀測數(shù)據(jù)，浮標(biāo)上除了配有蓄電池外，還備有太陽能和風(fēng)能發(fā)電設(shè)備。

8. 冰漂移浮標(biāo)陣是更詳細(xì)、全面了解海冰形變過程、研究北極海冰變化特點和規(guī)律的重要手段之一。過去布放的一些單個、零散的冰浮標(biāo)，只能觀測單個海冰的漂移軌跡。而各個浮冰之間的漂移是不平行的，浮冰與浮冰之間有較大差異，存在匯聚、擴(kuò)散、剪切和旋轉(zhuǎn)等形變過程，這是單個冰漂移浮標(biāo)所無法觀測到的，必須依賴浮標(biāo)陣，才能把流冰場的形變數(shù)據(jù)監(jiān)測出來。