建在浮冰上的觀測(cè)站

陳瑜

在我國(guó)第九次北極科考中，科考隊(duì)完成了該次科考的重頭戲——在北冰洋中央?yún)^(qū)首次成功布放我國(guó)自主研發(fā)的無(wú)人冰站觀測(cè)系統(tǒng)。值得一提的是，這座無(wú)人冰站，正是設(shè)立在北極的浮冰上。相信很多同學(xué)會(huì)問(wèn)，為什么要在浮冰上布站？有沒(méi)有危險(xiǎn)？冰站是怎樣選址的呢？下面我們就來(lái)好好認(rèn)識(shí)一下這座建在浮冰上的無(wú)人冰站。

首創(chuàng)“氣-海-冰”綜合觀測(cè)

無(wú)人冰站是指無(wú)人值守、可長(zhǎng)期在冰上運(yùn)行的觀測(cè)系統(tǒng)，其采集的數(shù)據(jù)通過(guò)衛(wèi)星自動(dòng)傳回國(guó)內(nèi)。第九次北極科考中布放的這套觀測(cè)系統(tǒng)是依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，由自然資源部下屬的中國(guó)極地研究中心牽頭，自然資源部第一海洋研究所、中國(guó)氣象科學(xué)研究院、中國(guó)海洋大學(xué)等單位共同參與研發(fā)的，分別由大氣邊界層觀測(cè)子系統(tǒng)（氣象塔）、海冰觀測(cè)子系統(tǒng)（主浮標(biāo)）、上層海洋固定層位觀測(cè)子系統(tǒng)（副浮標(biāo)）和拖曳式海洋剖面觀測(cè)子系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)組成，計(jì)劃使用一年以上。

無(wú)人冰站安裝完成后，冰面上除了高達(dá)5米的氣象塔格外顯眼，其余幾個(gè)冰上浮標(biāo)則十分“低調(diào)”。這些浮標(biāo)連接著很多纜線和探測(cè)儀，布放成功后便被“埋藏”在冰面之下。據(jù)專(zhuān)家解釋?zhuān)瑲庀笏^測(cè)的是大氣和海冰之間的界面通量：主浮標(biāo)所觀測(cè)的是積雪和海冰的一些參數(shù)，以了解它們的生長(zhǎng)、消融過(guò)程；上層海洋固定層位觀測(cè)子系統(tǒng)主要是觀測(cè)冰下30米深度的海水溫度、鹽度等；拖曳式海洋剖面觀測(cè)子系統(tǒng)通過(guò)纜線收放，可在水中上下運(yùn)動(dòng)，每天獲取兩個(gè)剖面的海水溫度、鹽度等數(shù)據(jù)，其最大下潛深度為120米。

無(wú)人冰站系統(tǒng)

通過(guò)這套觀測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣、海水、海冰三個(gè)層面的連續(xù)觀測(cè)，以獲取一個(gè)完整的海冰生長(zhǎng)消融過(guò)程中氣一海一冰相互作用的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，針對(duì)氣一海一冰三個(gè)層面的綜合觀測(cè)正是這套系統(tǒng)最核心的創(chuàng)新之處。這是我國(guó)首次在北極成功布放該系統(tǒng)，從全球來(lái)看也是類(lèi)似系統(tǒng)的首次布放。

最難的是選一塊結(jié)實(shí)的浮冰

科考隊(duì)員開(kāi)展作業(yè)的北半球夏天，也是北極海冰融化最厲害的時(shí)候。特別是這些年由于北極變暖，夏季海冰融化速度繼續(xù)加快，北冰洋的海冰顯得支離破碎，就算找到了相對(duì)較大的浮冰，冰面上也往往存在很多由于冰表融化形成的大大小小的融池。

因此，尋找一塊理想的、能夠設(shè)站的浮冰成為難事，通常還要借助船載的直升飛機(jī)進(jìn)行偵察。中國(guó)極地研究中心極地海洋學(xué)研究室主任何劍鋒給出了進(jìn)一步解釋——出于安全考慮，用于建站的浮冰首先要相對(duì)平整，有一定厚度，同時(shí)浮冰表面不能有過(guò)多融池，浮冰也不能有過(guò)多裂隙：其次浮冰要有一定的面積，這樣在夏季相對(duì)不容易融化，也容易被劃分出不會(huì)相互影響的不同考察作業(yè)區(qū)：最后要選擇緯度相對(duì)較高的區(qū)域，這樣布放在上面的無(wú)人觀測(cè)設(shè)備能運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。

我國(guó)科考隊(duì)在布放無(wú)人冰站系統(tǒng)

由于海冰形成過(guò)程的復(fù)雜性和不可預(yù)測(cè)性，即使當(dāng)時(shí)找到了合適的浮冰布站，留在冰站上的無(wú)人觀測(cè)設(shè)備在后續(xù)的運(yùn)行中，也會(huì)面臨冰面開(kāi)裂等各種風(fēng)險(xiǎn)。此前我國(guó)北極科學(xué)考察中先后布放的6套漂流自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備，最短的只“存活”了5個(gè)月，“長(zhǎng)壽”的也只有一年。第九次北極科考隊(duì)首席科學(xué)家助理雷瑞波預(yù)測(cè)，如果沒(méi)有浮冰斷裂、北極熊破壞等不可抗力因素，此次布放的兩套系統(tǒng)預(yù)期可以運(yùn)行一年以上，那么就可以成功獲取一整個(gè)周期的數(shù)據(jù)。雖然一兩個(gè)布放站點(diǎn)的數(shù)據(jù)難以被直接用來(lái)做數(shù)值模式預(yù)測(cè)，但已經(jīng)足夠去展現(xiàn)一整年中大氣、海洋、陽(yáng)光對(duì)于海冰的影響機(jī)理。

防熊，冰站作業(yè)的日常工作

在尋找到適合考察的浮冰后，科考隊(duì)員通過(guò)舷梯或搭乘小艇從船上下到冰面開(kāi)展作業(yè)，或搭乘直升機(jī)到較遠(yuǎn)的區(qū)域?qū)ふ液线m的海冰設(shè)站進(jìn)行考察作業(yè)。

北冰洋是北極熊的故鄉(xiāng)，北極浮冰是北極熊最主要的活動(dòng)平臺(tái)，因?yàn)檫@里有他們喜愛(ài)的食物——海豹。正因如此，冰站作業(yè)期間，為確保安全，考察隊(duì)的一項(xiàng)核心任務(wù)就是防熊。

本次科考中，考察隊(duì)就隨船帶了兩個(gè)“蘋(píng)果屋”，冰上作業(yè)時(shí)由直升機(jī)吊運(yùn)至作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。“蘋(píng)果屋”是一種由玻璃鋼制成的球狀設(shè)施，為了醒目，被設(shè)計(jì)成綠色。由于外形像蘋(píng)果，考察隊(duì)員親切地稱(chēng)它為“蘋(píng)果屋”。它的面積有6平方米，可防雨雪，具備一般帳篷功能，但更為結(jié)實(shí)。地面是防水地板，一旦海冰裂開(kāi)入水，仍能在水上漂浮。

建造“蘋(píng)果屋”，說(shuō)來(lái)還有一段故事。曾參與我國(guó)第三次北極科考的何劍鋒說(shuō)，當(dāng)年隊(duì)員們?cè)诒咀鳂I(yè)期間，遭遇過(guò)多只北極熊的侵?jǐn)_。最危險(xiǎn)的一次是一只北極熊造訪當(dāng)時(shí)設(shè)在冰面的棉質(zhì)帳篷，幸虧防熊隊(duì)員提前預(yù)警，隊(duì)員們已撤離帳篷。那次遇險(xiǎn)事件后，科考隊(duì)及時(shí)總結(jié)，認(rèn)為棉質(zhì)帳篷盡管保暖，但不防熊，因此“蘋(píng)果屋”應(yīng)運(yùn)而生，并成為如今北極科考長(zhǎng)期冰站作業(yè)的標(biāo)配。