路濤

作為中國(guó)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(gè)重大突破——科考隊(duì)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(wú)人冰站觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。在線(xiàn)觀(guān)測(cè)時(shí)間之長(zhǎng)、觀(guān)測(cè)要素之多、布放難度之大，都是前所未有的。項(xiàng)目研發(fā)副總工程師、現(xiàn)場(chǎng)布放負(fù)責(zé)人、“九北”首席科學(xué)家助理雷瑞波說(shuō)，如果沒(méi)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(jì)可以運(yùn)行一年以上，可為我國(guó)獲取到寶貴的北極冬季觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)我國(guó)在這方面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失的遺憾。同時(shí)，也將為今后研究北極海冰變化過(guò)程和機(jī)理，準(zhǔn)確預(yù)計(jì)北極氣候和海冰變化趨勢(shì)等提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。

雖說(shuō)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(shí)間2018年8月18日凌晨4時(shí)，雷瑞波及其他數(shù)十名科考隊(duì)員開(kāi)始上冰進(jìn)行首套“無(wú)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(shí)伴隨狂風(fēng)、暴雪以及濃霧，考驗(yàn)著隊(duì)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(duì)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(duì)員的手因長(zhǎng)期暴露在外被凍得知覺(jué)全無(wú)。由于安裝需要，布線(xiàn)、接線(xiàn)等活兒更是需要長(zhǎng)時(shí)間跪、趴或是躺在厚達(dá)2米的冰面上，同時(shí)還得提防著冰裂縫、融池以及北極熊的威脅。

安裝自動(dòng)觀(guān)測(cè)氣象塔時(shí)，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(guò)來(lái)的防水膠帶也被凍壞了……如果在國(guó)內(nèi)，安裝一套氣象塔一兩個(gè)人2小時(shí)左右就能完成。而在北極，同樣的工作，五六個(gè)人協(xié)同作業(yè)，仍需要5倍左右的時(shí)間。

北京時(shí)間2018年8月19日9時(shí)左右，現(xiàn)場(chǎng)布放工作全部結(jié)束。觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的成功回傳，標(biāo)志著第一套“無(wú)人冰站”布放工作圓滿(mǎn)完成。

22日，隊(duì)員們?cè)俳釉賲?，克服各種困難和突發(fā)事件的影響，成功布放了第二套“無(wú)人冰站”。我國(guó)北極海冰觀(guān)測(cè)工作由此翻開(kāi)新的一頁(yè)。

擁有多次“首創(chuàng)”的無(wú)人冰站觀(guān)測(cè)系統(tǒng)

我國(guó)在北極開(kāi)展的海冰觀(guān)測(cè)研究工作，特別是在太平洋扇區(qū)的工作，已經(jīng)積累了長(zhǎng)達(dá)20年的觀(guān)測(cè)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(wú)法支撐海冰快速變化機(jī)制的研究。

近年來(lái)，北極海冰變薄趨勢(shì)顯著，甚至遠(yuǎn)比海冰覆蓋范圍減少的趨勢(shì)明顯。要想摸清海冰的這種新變化，急需加強(qiáng)對(duì)海冰厚度的觀(guān)測(cè)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(guān)測(cè)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(bǔ)以往觀(guān)測(cè)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(wú)人冰站觀(guān)測(cè)系統(tǒng)”正式立項(xiàng)，并被納入“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。2017年2月28日，項(xiàng)目在上海正式啟動(dòng)。按照項(xiàng)目進(jìn)度要求，“九北”期間要完成試驗(yàn)樣機(jī)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(xiàng)目方設(shè)計(jì)了A、B兩型樣機(jī)、共4個(gè)子系統(tǒng)組成的無(wú)人冰站方案，在國(guó)際上尚屬首例。A型樣機(jī)為海洋運(yùn)動(dòng)剖面子系統(tǒng)，側(cè)重于觀(guān)測(cè)上層海洋季節(jié)變化及其對(duì)海冰的影響;B型樣機(jī)包括大氣邊界層觀(guān)測(cè)子系統(tǒng)、海冰觀(guān)測(cè)子系統(tǒng)和上層海洋子系統(tǒng)，側(cè)重于觀(guān)測(cè)天氣過(guò)程對(duì)海冰和上層海洋的影響。

“不要說(shuō)國(guó)內(nèi)，在國(guó)際上，這一方案也尚屬首例。”雷瑞波說(shuō)。

“無(wú)人冰站”還包含了多項(xiàng)自主研發(fā)的核心技術(shù)，如海冰內(nèi)部光輻射長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)技術(shù)、冰面風(fēng)速觀(guān)測(cè)防凍雨技術(shù)和冰下拖曳剖面長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)技術(shù)等。這些技術(shù)均屬?lài)?guó)際首創(chuàng)。這也是“中國(guó)制造”在北極的首次試驗(yàn)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(guó)制造的“無(wú)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(guó)在北極環(huán)境監(jiān)測(cè)的能力和國(guó)際地位。