中智聯(lián)合南極科考漫記

● 文 ｜ 北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院　張寶鋼　張媛媛

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中智聯(lián)合南極科考漫記

● 文 ｜ 北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院張寶鋼張媛媛

早在公元前4世紀(jì)，古希臘著名哲學(xué)家亞里士多德通過思辨，預(yù)言在世界的南方存在著一片大陸，平衡著北方的土地。而直到18世紀(jì)70年代，英國航海家詹姆斯·庫克進(jìn)行了人類歷史上第一次南極圈內(nèi)的航行，這片位于地球最南端的大陸，才真正意義上被人類所發(fā)現(xiàn)。在此后的幾個(gè)世紀(jì)里，這片神秘的大陸吸引了無數(shù)人去征服、去探索。

隨著人類文明的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，在這片極寒極南之地，早已布滿了人類的足跡，即便普通人也可以很方便地買到一張南極旅游的船票，一睹南極的風(fēng)采。然而南極科考對(duì)很多人來說依舊是一項(xiàng)充滿神秘感的工作。2016年2月10日至3月7日，我國10名科學(xué)家參加了中國第32次暨中智第二次聯(lián)合南極半島綜合科學(xué)考察。讓我們跟隨考察隊(duì)員的腳步，一起感受一下南極科考的魅力。

此次考察地位于南極半島和南設(shè)得蘭群島，考察隊(duì)員搭乘智利海軍Aquiles號(hào)運(yùn)輸艦，在該地區(qū)多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了地質(zhì)、生態(tài)、環(huán)境、遙感等多學(xué)科的綜合考察。本次考察的第一站，是位于南設(shè)得蘭群島喬治王島菲爾德斯半島，這里有西南極地區(qū)唯一的可供大型客機(jī)起降的機(jī)場——智利馬爾什空軍機(jī)場，以及包括中國長城站在內(nèi)的多個(gè)國家的南極考察站。

嚴(yán)格意義上說，南設(shè)得蘭群島不屬于南極大陸的一部分，也遠(yuǎn)未進(jìn)入南極圈，但南極依舊結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)地在考察隊(duì)員到達(dá)的第一天給所有人來了一個(gè)下馬威。2月15日，考察隊(duì)搭乘DAP客機(jī)從智利最南端的城市蓬塔阿雷納斯到達(dá)菲爾德斯半島。當(dāng)晚，考察隊(duì)員們?cè)?jì)劃分批次乘沖鋒舟登上本次考察的母艦——Aquiles號(hào)運(yùn)輸艦。在5名隊(duì)員登艦后，因天氣原因，另外的5名隊(duì)員被迫取消了原計(jì)劃，于凌晨時(shí)分返回長城站，等待天氣的好轉(zhuǎn)?？赡蠘O并不想給這段考察一個(gè)輕松的開頭，很快伴隨著11級(jí)大風(fēng)的一場暴風(fēng)雪持續(xù)了30多個(gè)小時(shí)，提前登船的5位隊(duì)員吃飯時(shí)的表情足以說明這是怎樣一種天翻地覆。

☆　Aquiles號(hào)上的船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）清楚記錄下了這30多個(gè)小時(shí)隨波逐流的軌跡，圖為暴風(fēng)雪中Aquiles的AIS記錄（數(shù)據(jù)來源：寶船網(wǎng)）

☆　狹小的船艙內(nèi)部

☆　經(jīng)歷暴風(fēng)雪洗禮后船上隊(duì)員們進(jìn)餐

長城站衛(wèi)星通信任務(wù)是長城站后勤保障的重點(diǎn)，天線建于2009年，直徑6m，位于站區(qū)西北角?，F(xiàn)天線接收頻率為1063.6175MHz，通過地球同步通信衛(wèi)星與法蘭克福站進(jìn)行通信，帶寬理論值可達(dá)2M，現(xiàn)由中國聯(lián)通進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)工作。通信衛(wèi)星的建成極大方便了站區(qū)與雪龍船、國內(nèi)的通信。對(duì)于要在南極度過一整年的越冬隊(duì)員來說，通信衛(wèi)星使得他們即使在南極寒冷的冬季也可以隨時(shí)刷刷朋友圈、和家人聊聊天、了解時(shí)事新聞，有助于考察隊(duì)員排解封閉環(huán)境中的孤獨(dú)感，保障身心健康。

☆　通信衛(wèi)星天線外觀

☆　極軌氣象衛(wèi)星天線

據(jù)了解，包括通信衛(wèi)星在內(nèi)，長城站現(xiàn)建有3個(gè)室外天線，分別負(fù)責(zé)通信、極軌氣象衛(wèi)星、靜止軌道氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。天線周圍空曠、無線電干擾小，是理想的數(shù)據(jù)接收?qǐng)鏊?。但是受限于極地大風(fēng)、寒冷、濕度大等惡劣環(huán)境影響，有時(shí)信號(hào)噪聲較大。此外設(shè)備安裝維護(hù)成本較高，數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)傳輸回國內(nèi)，需每年越冬隊(duì)員攜帶回國。

極軌氣象衛(wèi)星為澳大利亞ES&S公司出品的SATRAX-XL衛(wèi)星接收地面站，地面站建成于2010年，位于氣象觀測場東側(cè)，天線直徑2.4m，采用X和L雙頻段天線，可接收Terra/Aqua X頻段中分辨率成像光譜儀（MODIS）數(shù)據(jù)和美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的C/HRPT以及風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)域?yàn)槟蠘O半島、德雷克海峽以及南美洲南端部分區(qū)域，主要獲取MODIS遙感真彩色影像、云頂氣壓、云頂高度等30余種數(shù)據(jù)。系統(tǒng)配有相應(yīng)軟件可以顯示和分析所獲取的衛(wèi)星圖像產(chǎn)品，獲取的氣壓圖等數(shù)據(jù)是站區(qū)進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)的重要資料之一。該地面站現(xiàn)由國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心極地研究預(yù)報(bào)室運(yùn)行維護(hù)。

☆　靜止氣象衛(wèi)星天線

☆ 和船上的隊(duì)員相比，在長城站的隊(duì)員就“幸?！钡枚唷D為暴雪中的長城站

☆ 長城站可口的面條和熱乎乎的被窩

30多個(gè)小時(shí)后，此次考察隊(duì)的中方領(lǐng)隊(duì)、北京師范大學(xué)極地與海洋研究中心主任程曉教授在長城站外的Aquiles號(hào)運(yùn)輸艦上通過聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布了這樣一條朋友圈：“狂愛中國聯(lián)通！祖國強(qiáng)大真好！在長城站外海上的智利軍艦上居然還可以微信。繁忙的駕駛臺(tái)。搭乘直升機(jī)去岸上接剩余的5名隊(duì)友。”

因?yàn)楸╋L(fēng)雪耽擱了整整一天時(shí)間，岸上的考察隊(duì)員被迫選擇搭乘直升機(jī)登艦，一小時(shí)好幾千美金的費(fèi)用畢竟不是小數(shù)目，但這就是南極，一切計(jì)劃都得聽“天”的安排。Aquiles的下一站，是真正的南極大陸：位于南極半島主島上的智利奧爾金斯（O'higgins）考察站。奧爾金斯站可以看到一口直徑近10m的“鍋”，據(jù)悉是毗鄰的德國考察站所建，遺憾的是德國的工程師并沒有透露更多有關(guān)的信息。

☆　智利伯納德-奧爾金斯站

由于南極地理位置偏遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離“文明社會(huì)”，衛(wèi)星技術(shù)是保障通信的最為有效的手段。另一方面，由于南極緯度高、干擾小，使衛(wèi)星地面站與衛(wèi)星的通信具有得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢(shì)，可以接收到近實(shí)時(shí)的極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)，十分有利于科學(xué)研究的開展。因此目前已有很多國家在南極建設(shè)了衛(wèi)星地面站。

中智聯(lián)合考察的隊(duì)員們攜帶了極鷹II型固定翼無人機(jī)，相比在長城站進(jìn)行無人機(jī)作業(yè)，在野外攜帶無人機(jī)作業(yè)更加充滿了挑戰(zhàn)。

考察隊(duì)員的第三站，是位于南極半島Palmer群島的智利葉爾喬（Yelcho）站，并在這里成功進(jìn)行了我國固定翼無人機(jī)在南極半島地區(qū)的首次無人機(jī)作業(yè)。在野外考察時(shí)進(jìn)行無人機(jī)作業(yè)的第一個(gè)問題是無人機(jī)的運(yùn)輸。極鷹II型固定翼無人機(jī)長1.2m，翼展1.8m，機(jī)身為泡沫材質(zhì)，在機(jī)型、尺寸、材料的選擇上充分考慮了便攜、抗風(fēng)、續(xù)航等因素，以適應(yīng)南極作業(yè)的環(huán)境。即便如此，整機(jī)在拆解裝箱后，依然需要一個(gè)大提琴箱大小的箱子和將近30kg的重量。而在葉兒喬站，最近的起降場地位于站區(qū)后方一個(gè)80m高的雪臺(tái)之上。組裝后的飛機(jī)風(fēng)阻較大，考察隊(duì)員只能將飛機(jī)扛上雪臺(tái)后進(jìn)行組裝。簡單來說，就是穿著厚重的衣服、提著不那么順手的重物、爬上沒有臺(tái)階的“20層樓”。雖然辛苦，可是當(dāng)飛機(jī)圓滿完成既定航線并順利降落時(shí)，看著無人機(jī)留在雪地上的痕跡和眼前的這一片神奇的“土地”，一切疲憊感都被一掃而空，這就是南極的魅力吧。

在拜爾斯半島，考察隊(duì)員一共完成了4個(gè)架次的無人機(jī)作業(yè)，獲得超過40km2的無人機(jī)正射遙感影像，最高分辨率達(dá)6cm，順利完成了此次考察任務(wù)。

☆　考察隊(duì)員在現(xiàn)場進(jìn)行無人機(jī)作業(yè)

由于南極地理位置偏遠(yuǎn)，氣候條件惡劣，地形環(huán)境復(fù)雜，存在許多人力不可及之處，無人機(jī)、衛(wèi)星等新技術(shù)的出現(xiàn)給許多傳統(tǒng)的地質(zhì)、環(huán)境、生態(tài)考察提供了新的思路和方法，從而幫助人們更快、更全面地了解和認(rèn)識(shí)南極。一百年前，人們看著星星拉著雪橇，歷盡千辛萬苦就是為一探神秘的南極，而在不久的將來，也許任何人足不出戶就能領(lǐng)略到南極的魅力。