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中國北極冰站觀測邁入「無人時代」

2018-08-22

【文匯網訊】據新華社消息,18至22日,自然資源部組織的中國第九次北極科學考察隊在北冰洋首次成功布放我國自主研發的無人冰站系統。這註定將載入中國北極科考歷史,標誌着中國北極冰站觀測開始邁入「無人時代」。

鬚眉凝雪 開啟冰站觀測「無人時代」

此次北極科考冰站作業的重頭戲——首套無人冰站系統的布放工作於18日至22日進行,考察隊選擇不同區域的海冰開展了兩次布放工作。

北京時間18日凌晨4時起,雷瑞波及其他數十名考察隊員開始進行無人冰站的布放工作。隊員們要先用雪橇把沉重的設備運送到布放地點,然後把種類繁多的部件整理妥當,再在冰面上鑽上大大小小不同尺寸的安裝孔,將一個個零部件進行安裝和調試。

「我們布放的這套無人冰站包括A型和B型兩種樣機,共四個子系統,因此對無人冰站進行準確布放並不輕鬆。」雷瑞波說。

在冰面上作業並非易事。隊員們腳踩積雪,面迎寒風,還得提防着潛伏的冰裂縫、融池甚至北極熊的威脅。此外,北極地區氣候惡劣且變化多端,時而大雪、時而濃霧、時而狂風的天氣給布放作業增添了相當大的難度。

記者在現場還看到,由於很多精細的工序需要裸手操作,部分隊員的手因長期暴露在寒冷下凍得失去知覺;在冰面上鑽孔時,湧上來的冰水瞬間就將鞋褲浸濕;因為安裝實際需要,不少隊員只能長時間跪、躺甚至是趴在冰面上進行作業。

儘管如此,隊員們卻始終專註於緊張有序的安裝和調試工作,就算到了作業結束時間,仍想爭分奪秒再多檢查幾次子系統的運行情況,確保在考察隊離開之後無人冰站能順利實現既定的無人值守工作。「這不僅是一項工作,更是一種能夠參與國家極地考察事業的光榮和責任。」考察隊隊員、浙江大學講師王杭州說。

歷時兩日近10個小時的緊張作業後,北京時間19日9時左右,現場布放工作全部結束。隊員們開始通過便攜電腦和銥星電話確認觀測數據是否傳輸成功。

「國內已經收到觀測數據了!」考察隊隊員楊望笑感嘆道,「確認數據就像確認考試成績一樣緊張。」隨着四個子系統的觀測數據全部得到確認,第一次無人冰站的布放工作成功完成。

來不及多做休息,21日,隊員們再次「下冰」布放無人冰站。有了第一次的經驗,此次布放工作只用了約7個小時便全部完成。

22日,隨着觀測數據再次確認成功,中國首套無人冰站布放工作圓滿落幕。中國北極冰站觀測由此翻開新的一頁。

有效提高對北極環境變化的監測能力

今年夏季,全球多地包括北極圈的部分地區都出現了高溫現象,再次引起了人們對北極環境和氣候變化的高度關注。此次無人冰站的成功布放,將有助於提高對北極環境變化的監測能力,有助於提升對北極氣候及海冰的預測預報能力。

記者了解到,此次布放的無人冰站,全稱為「北極海-冰-氣無人冰站觀測系統」,可以實現對北極的海洋、海冰、大氣三個界面多個通量的無人值守觀測。

「北極海冰減少及其導致的天氣氣候效應是目前國際上最為關注的熱點前沿研究領域。然而,研究北極海冰變化和海-冰-氣相互作用機理需要海-冰-氣界面多參數長期基礎環境數據,無人冰站正是為解決這一問題而設計的。」雷瑞波說。

當前,各國的破冰船船基考察主要集中在夏季這個非常有限的時間窗口,導致對海冰春季融化以及秋季凍結等關鍵過程缺乏了解,而這些過程對於了解海冰變化極為關鍵。

作為全球氣候變化的「風向標」,北極海冰究竟會如何變化?何時北極的夏天會徹底見不到海冰呢?這是一個目前國際學界熱門而具有巨大爭論的學術問題,如果能準確刻畫出北極海冰快速變化的物理機制,將有助於實現氣候模式的進一步優化,從而準確預測北極海冰的未來變化。

「尤其是對於科考船不在北極科考時,無人冰站的相關觀測是一個非常有效的補充。」雷瑞波表示,通過無人冰站可以獲取北極冰區長期連續的數據,這些數據將被應用於北極環境和氣候變化機理以及數值模擬研究,有利於提升對北極環境和氣候變化的監測能力,提高對北極海冰快速變化的預測精度。

此外,作為國際漂流冰站計劃(MOSAiC)的參與國之一,中國將全力參與MOSAiC北極國際聯合觀測計劃。其中,無人冰站系統也將作為主要海冰觀測技術與重點裝備之一,於MOSAiC項目期間在北極進行布放。

實現多項技術突破

「這套無人冰站是我國自主研發的,能夠觀測到較為全面的要素。此外,考慮到北極惡劣的自然環境和有限的布放保障支持,我們設計了由A、B兩型樣機共四個子系統組成無人冰站的方案。」雷瑞波說。

據考察隊隊員袁卓立介紹,此套無人冰站的A型樣機為海洋運動剖面子系統,側重於觀測上層海洋季節變化及其對海冰生消的影響;B型樣機包括大氣邊界層觀測子系統、海冰觀測子系統和上層海洋子系統,側重於觀測天氣過程對海冰和上層海洋的影響。

此外,此套無人冰站還包含了多項自主研發的核心技術,如海冰內部光輻射長期觀測技術、冰面風速觀測防凍雨技術和冰下拖曳剖面長期觀測技術等。

「無人冰站項目啟動於2016年年中,隨後陸續完成了總體方案設計、關鍵技術研發、樣機實驗室集成調試和野外現場試驗等環節。此次在北極布放的試驗樣機計劃應用1年以上。我們將總結相關技術和布放經驗,對無人冰站試驗樣機進行進一步優化,設計並研製工程樣機,希望可以儘早實現應用和推廣。」袁卓立說。

從1999年中國首次開展北極科考,到2003年首次在北極布放觀測浮標,再到此次成功布放首套無人冰站,一步步走來,體現着中國北極科學考察能力不斷提升。

責任編輯:于岄鳴

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