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中國造無人冰站首次在北極“上崗” 將解決啥難題?

來源:北京青年報 責任編輯:admin 發表時間:2018-08-30 14:09 

 中國第九次北極科考冰上作業結束

  “中國造”無人冰站首次在北極“上崗”

  科考隊員正在布放無人冰站 攝影/本報記者 李巖

  隨著最后一個短期冰站作業結束,8月25日,自然資源部組織的中國第九次北極科考(以下簡稱“九北”)冰上作業宣告順利完成,這也意味著雪龍船將正式調轉船頭開始南行駛離冰區。科考隊領隊朱建鋼稱:“‘九北’到達的最北端位于北緯84°48′,此行冰上作業基本完成了預先計劃的任務目標。”

  從8月11日第一個短期冰站算起,歷時15天、跨越5個緯度,“九北”共開展9個短期冰站和一個長期冰站作業。科考隊首席科學家魏澤勛告訴北京青年報記者,雖然在完成冰站作業后將開始返航,可是回程中還有很多其他調查工作,任務繁重。另外,冰上作業這15天里,常規斷面調查同時也是交錯進行的,“在溫度低、紫外線強、風大這樣的惡劣條件下,隊員們在極地冰區完成了海冰物理、冰面氣象、水文、光學、生物、化學等學科的多個作業項目。”

  “和以往的北極科考相比,‘九北’冰上作業涉及的學科和種類沒有太大差別。”但科考隊首席科學家助理雷瑞波總結稱,這次冰上作業的一個顯著特點是加強了無人值守觀測系統的布放,包括3套自動氣象站、2套無人冰站、3個海洋剖面浮標、24個海冰物質平衡浮標、15套海冰漂移浮標等。“此次布放的無人觀測系統的數量創下歷次北極科考之最,并且其中大部分(約占80%)均為我國自主研發或集成。”雷瑞波說,這些將為研究北極地區氣、海、冰的相互作用過程及其對北極生態系統和海洋環境的影響提供有力支撐。

  值得一提的是,在大量自主研發的系統中,首次成功布放的無人冰站觀測系統是當之無愧的明星產品。雷瑞波稱,該系統由4個子系統組成,通過對大氣、海冰、海水三個層面的連續觀測,可獲取完整的海冰生長消融過程中氣-海-冰相互作用的數據,“這對研究三者相互作用的機理至關重要,獲得的數據還可用來優化海冰模式的參數化方案等。”

  釋疑

  自研無人冰站將解決什么難題?

  22日,無人冰站觀測系統(無人冰站)布放完成。科考隊首席科學家助理雷瑞波告訴北青報記者,這是“九北”行程中布放的第二套無人冰站,“目前兩套系統均運行正常,這意味著我國自主研發的無人冰站在北極首次布放成功。”

  四套子系統組成“無人冰站”

  “無人冰站”是指無人值守、可長期在冰上運行的觀測系統,其采集的數據通過衛星自動傳回國內。

  北青報記者了解到,這套觀測系統依托國家重點研發計劃,由自然資源部下屬的中國極地研究中心牽頭,自然資源部第一海洋研究所、中國氣象科學研究院、中國海洋大學等單位共同參與研發。

  這套系統分別由大氣邊界層觀測子系統(氣象塔)、海冰觀測子系統(主浮標)、上層海洋固定層位觀測子系統(副浮標)和拖曳式海洋剖面觀測子系統四個子系統組成,計劃使用一年以上。

  無人冰站安裝完成后,冰面上除了高達5米的氣象塔格外顯眼,其余幾個冰上浮標則十分“低調”。這些浮標連接著很多纜線和探測儀,布放成功后便被“埋藏”在冰面之下。

  雷瑞波解釋稱,氣象塔觀測的是大氣和海冰之間的界面通量;主浮標所觀測的是積雪和海冰的一些參數,以了解它們的生長、消融過程;上層海洋固定層位觀測子系統主要是觀測冰下固定30米水深的海水溫度、鹽度等;拖曳式海洋剖面觀測儀通過纜線收放可在水中上下運動,每天獲取兩個剖面的海水溫度、鹽度等數據,其最大下潛深度為120米。

  為什么要單獨設計固定層位的副浮標?雷瑞波說,副浮標不需要運動,其采樣頻率便可以設計得高一些,比如一個小時一次,“因為續航電量的限制,以同樣的標準去要求運動式觀測儀器顯然不現實,其被設計為一天運動兩次,采樣頻率要低很多。”

  可以獲取一整個周期的數據

  通過上述系統,可以實現對大氣、海冰、海水三個層面的連續觀測,以獲取一個完整的海冰生長消融過程中氣-海-冰相互作用的數據。

  “實際上,針對氣-海-冰三個層面的綜合觀測正是這套系統最核心的創新之處。”雷瑞波說,這是我國首次在北極成功布放該系統,從全球來看也是類似系統的首次布放。

  北青報記者了解到,我國歷次北極科考都選在夏天進行,冬季觀測數據很難獲取,這相當于對海冰生消過程的觀測缺失了一環。“以往布放的一些進口浮標也可以工作到冬天,因此冬天的數據我們并非一點都沒有,但觀測的參數比較單一,獲取數據的豐富程度遠遠不夠。通過自主研發的這套系統,大氣、海冰、上層海洋三個層面中各個通量的參數基本都囊括其中。”雷瑞波解釋,這套系統的設計初衷就是為了獲取全面、連續的觀測數據,以彌補以前缺失的一環。

  “如果沒有浮冰斷裂、北極熊破壞等不可抗拒因素,布放的兩套系統預期可以運行一年以上,那么就可以成功獲取一整個周期的數據。”雷瑞波說,雖然一兩個布放站點的數據難以被直接用來做數值模式預測,但已經足夠去展現一整年中大氣、海洋、陽光對于海冰的影響機理。

  還不具備設立有人冰站條件

  相對于無人冰站,美俄等少數國家也在北極進行過有人值守冰站的嘗試。

  “所謂‘有人冰站’,就像我們的短期冰站作業一樣,可以滿足幾十位隊員同時進行作業。有人冰站會持續好幾個月甚至一年,其能進行的觀測項目肯定要比無人冰站豐富得多。”雷瑞波稱,一般來講,有人冰站有兩種實現形式,“一種是以科考船自身作為平臺在北極地區長期值守,可以形象地表述為把船凍在冰里。隊員每天作業結束后就回到船里休息、生活。此外,冬季里北冰洋海冰可以滿足起降固定翼飛機的條件,那么另一種模式下隊員會在冰上建造簡易住房,由固定翼飛機定期來運送人員和補給物資。”

  不過,不論哪一種模式,有人值守的冰站成本都會比無人的高很多。雷瑞波告訴北青報記者,有人冰站雖好,但有條件進行有人冰站項目的國家還很少,“我們目前在北極還沒有條件去做有人冰站主要有兩個原因,一個是我們目前在北極科考上的投入確實還沒有那么多。另外一個原因是,我們目前只擁有一艘具備破冰能力的科考船——雪龍船。除了北極科考,雪龍船還要承擔南極科考,因此要想讓雪龍船在北極地區長期停留用作科考平臺并不現實。”

  揭秘

  什么情況下才能向北極熊開槍?

  “九北”每次冰上作業,都會有幾個隊員的崗位被安排在冰面的最深處,不得離開站定位置,他們是北極科考中的防熊隊員。在9個短期冰站和一個長期冰站作業過程中,為確保萬無一失,防熊隊員被要求最先下船、最后回船。

  饑餓的北極熊容易襲擊人類

  “九北”行程已經過半,截至發稿,北青報記者已經和北極熊三次偶遇。

  北青報記者在望遠鏡中觀察到,北極熊體態豐腴、毛發潔白,外表“萌”是隊員們對它的一致評價。然而,防熊工作負責人、科考隊領隊朱建鋼提醒說,不要被北極熊的外表“蒙蔽”,“北極熊可以算作北極地區食物鏈最頂端的‘王者’,其捕食能力很強、奔跑速度很快,我們的雪地摩托都不一定能跑得過它。也正因如此,冰上作業除了防止落水,防熊同樣是最為重要的安全保障工作。”

  據了解,北極熊嗅覺靈敏,在很遠的距離外就能聞到食物氣味。“北極熊最喜歡的食物是海豹,一般而言它并不喜歡主動襲擊人類。”朱建鋼介紹稱,但目前由于食物減少,北極熊長期處于饑餓的狀態,甚至出現了熊吃熊的情況,那么其襲擊人類的風險就比以往更高了。

  直升機和北極熊的“貓鼠游戲”

  朱建鋼告訴北青報記者,從全世界范圍看,英國組織的上百人科考隊集體失蹤事件恐怕要算作北極科考中最慘重的悲劇,“雖然沒有確切證據,但業內人士分析稱很有可能是迷路后遭到了北極熊的襲擊,最終導致科考隊全軍覆沒。”

  中國組織的北極科考,也同樣遭遇過北極熊。朱建鋼說,第二次北極科考在進行長期冰站作業時曾遇到過北極熊接近,當時,正準備作業的隊員們立刻放下設備進行避險,隨船的直升機升空開始對北極熊進行驅離。“北極熊由于害怕低空飛行的直升機,會逃離冰站現場。但是那次驅熊時發生了一個非常有意思的事情,跑出一段距離后,那頭北極熊或許是體力不支,最后將頭埋進雪中一動不動,一副聽天由命的樣子。可當直升機返航、隊員重新開始作業后,那頭北極熊又慢慢地向冰站走來,使得我們再次中止科考作業進行驅熊,當天直升機和北極熊這樣的‘攻防’反復了好幾次。”

  船員們還兼職擔任“防熊員”

  如果說利用直升機驅熊是防熊過程中的“出擊”,那么組織防熊隊員站崗值班便可算作“防守”。

  朱建鋼介紹說,“九北”防熊隊一共有15名隊員,均由船員兼職擔任,他們中間有駕駛員、水手甚至廚師。“防熊隊在站崗值勤時以觀察、發現為主,發現北極熊后要第一時間通知雪龍船駕駛臺并組織科考隊員避險、撤離。其中,短期冰站作業時間相對較短不會設置蘋果屋(冰上設置的臨時安全屋),那么隊員就撤到黃河艇上。長期冰站設有蘋果屋,隊員依據就近原則撤到蘋果屋中或返回至雪龍船。這中間我們要求,防熊隊員要在掩護最后一名科考隊員安全撤離后才可以撤離,不能自己先撤離。”

  北青報記者了解到,按照防熊計劃要求,短期冰站作業設立兩個防熊崗哨,長期冰站上設立三個。短期冰站由于需要乘坐黃河艇擺渡至浮冰,因此四五個小時的作業時間內兩名防熊隊員不再輪班,全程站崗放哨。長期冰站由于作業時間較長,防熊崗哨分為上下午兩個班次,每三名防熊隊員值一個班次。

  隊員不允許隨意射擊北極熊

  “由于有防熊需求,自然資源部極地研究中心具有持槍、用槍資質,因此我們的防熊隊員也是持槍站崗。但是我們要求隊員不到萬不得已不能向北極熊開槍。”負責槍械管理工作的雪龍船副政委、輪機長吳健告訴北青報記者,歷次北極科考中防熊隊從未對北極熊“動武”,持槍的目的主要還是以防萬一。

  吳健介紹稱,防熊隊員的用槍規定很嚴格,即便在站崗期間也要做到槍、彈分離,只有在發現北極熊后才可將彈夾裝入槍支,情況危急時才可打開槍上保險。“為避免誤傷,即便真到了必須開槍之時,防熊隊員也要考慮自己、北極熊和科考隊員的站位問題。比如,有科考隊員在熊身后不能開槍,槍口和北極熊中間站有科考隊員時不能開槍等。”

  因此,防熊隊員的一項硬性指標是考取持槍證。吳健介紹稱,選拔和培養防熊隊員時多數會傾向于年輕、視力優秀的船員,進行防熊教育后再由單位委派至武警部隊學習槍械使用并考取持槍證,“雪龍船有很多船員都是從部隊上轉業而來,這些船員對槍械相對更熟悉一些,在防熊工作中這也算是一個優勢。”(本報記者 李巖)

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