路濤

作為中國第九次北極科學(xué)考察的重頭戲，“冰站”考察工作在此次科考中有一個重大突破——科考隊員于2018年8月18日和8月22日先后成功在冰區(qū)布放了兩套北極海一冰一氣無人冰站觀測系統(tǒng)。在線觀測時間之長、觀測要素之多、布放難度之大，都是前所未有的。項目研發(fā)副總工程師、現(xiàn)場布放負(fù)責(zé)人、“九北”首席科學(xué)家助理雷瑞波說，如果沒有浮冰斷裂、北極熊破壞等不可抗拒因素，布放的兩套系統(tǒng)預(yù)計可以運行一年以上，可為我國獲取到寶貴的北極冬季觀測數(shù)據(jù)，彌補我國在這方面觀測數(shù)據(jù)缺失的遺憾。同時，也將為今后研究北極海冰變化過程和機理，準(zhǔn)確預(yù)計北極氣候和海冰變化趨勢等提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。

雖說8月是北極的夏季，但冰上浸入骨髓的寒冷卻不減分毫。

北京時間2018年8月18日凌晨4時，雷瑞波及其他數(shù)十名科考隊員開始上冰進(jìn)行首套“無人冰站”的布放工作。在冰面上作業(yè)并非易事。北極氣候環(huán)境惡劣，野外工作很是艱辛。冰上氣溫很低，還不時伴隨狂風(fēng)、暴雪以及濃霧，考驗著隊員身體的承受能力，也給布放工作增添了很大難度。在此環(huán)境下，隊員們還要一絲不茍地完成很多精細(xì)操作，而這些操作全部需要徒手進(jìn)行，部分隊員的手因長期暴露在外被凍得知覺全無。由于安裝需要，布線、接線等活兒更是需要長時間跪、趴或是躺在厚達(dá)2米的冰面上，同時還得提防著冰裂縫、融池以及北極熊的威脅。

安裝自動觀測氣象塔時，由于氣溫低，塔架發(fā)生冷縮，導(dǎo)致事先打下的螺絲孔位置偏移，作業(yè)人員只好重新打孔。從北京帶過來的防水膠帶也被凍壞了……如果在國內(nèi)，安裝一套氣象塔一兩個人2小時左右就能完成。而在北極，同樣的工作，五六個人協(xié)同作業(yè)，仍需要5倍左右的時間。

北京時間2018年8月19日9時左右，現(xiàn)場布放工作全部結(jié)束。觀測數(shù)據(jù)的成功回傳，標(biāo)志著第一套“無人冰站”布放工作圓滿完成。

22日，隊員們再接再厲，克服各種困難和突發(fā)事件的影響，成功布放了第二套“無人冰站”。我國北極海冰觀測工作由此翻開新的一頁。

擁有多次“首創(chuàng)”的無人冰站觀測系統(tǒng)

我國在北極開展的海冰觀測研究工作，特別是在太平洋扇區(qū)的工作，已經(jīng)積累了長達(dá)20年的觀測數(shù)據(jù)。但相較于北極環(huán)境發(fā)生的變化，考察人員目前所能獲取到的數(shù)據(jù)還是非常有限的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法支撐海冰快速變化機制的研究。

近年來，北極海冰變薄趨勢顯著，甚至遠(yuǎn)比海冰覆蓋范圍減少的趨勢明顯。要想摸清海冰的這種新變化，急需加強對海冰厚度的觀測研究。而在現(xiàn)有條件下，考察人員僅能獲取北極海冰面積和冬季海冰厚度的遙感觀測數(shù)據(jù)，冬季的海洋、海冰和大氣數(shù)據(jù)很難獲得。

為了彌補以往觀測要素單一、數(shù)據(jù)獲取不豐富的科研短板，2016年，“北極海-冰-氣無人冰站觀測系統(tǒng)”正式立項，并被納入“十三五”國家重點研發(fā)計劃。2017年2月28日，項目在上海正式啟動。按照項目進(jìn)度要求，“九北”期間要完成試驗樣機的布放。

考慮到北極惡劣的自然環(huán)境和有限的布放保障支持，項目方設(shè)計了A、B兩型樣機、共4個子系統(tǒng)組成的無人冰站方案，在國際上尚屬首例。A型樣機為海洋運動剖面子系統(tǒng)，側(cè)重于觀測上層海洋季節(jié)變化及其對海冰的影響;B型樣機包括大氣邊界層觀測子系統(tǒng)、海冰觀測子系統(tǒng)和上層海洋子系統(tǒng)，側(cè)重于觀測天氣過程對海冰和上層海洋的影響。

“不要說國內(nèi)，在國際上，這一方案也尚屬首例。”雷瑞波說。

“無人冰站”還包含了多項自主研發(fā)的核心技術(shù)，如海冰內(nèi)部光輻射長期觀測技術(shù)、冰面風(fēng)速觀測防凍雨技術(shù)和冰下拖曳剖面長期觀測技術(shù)等。這些技術(shù)均屬國際首創(chuàng)。這也是“中國制造”在北極的首次試驗性應(yīng)用。雖然這套系統(tǒng)并非完全自主研發(fā)，但是接近80%的自主研發(fā)集成率，已是一大突破。有了中國制造的“無人冰站”，科學(xué)家就能根據(jù)科學(xué)需求做出更前沿的研究成果，提高我國在北極環(huán)境監(jiān)測的能力和國際地位。