南極“探”氣北極“讀”冰

2020青島極地科考書寫新紀(jì)錄新傳奇

在我國，鮮有城市可以像青島這樣，既擁有雄厚的海洋科研實力，同時又長期聚焦極地科考，先后派遣大量的涉海科研人員奔赴兩極。前不久，參加南極科考的黃海水產(chǎn)研究所的科研人員剛剛回到青島。近日，青島涉海高校、科研院所的10多位科研人員又從上海出發(fā)，乘坐“雪龍2”號參加中國第37次南極科考。

回顧今年的極地科考經(jīng)歷，新冠肺炎疫情給科考人員增加了許多困難因素。在這特殊的一年里，南北極的“青島身影”又書寫了不同尋常的歷史紀(jì)錄。

堅守南極中山站，填補我國大氣探測空白

幾經(jīng)周折，黃海所的科研人員張吉昌和樊鋼洲在今年10月底回到了青島。與出發(fā)前的計劃大為不同，他們待在南極的時間遠遠超過了預(yù)定的4個月，在海上漂泊了接近一年。

去年12月，張吉昌和樊鋼洲受農(nóng)業(yè)農(nóng)村部委派，跟隨南極磷蝦漁船出港，前往南極海域執(zhí)行南極磷蝦漁業(yè)科學(xué)觀察和調(diào)查任務(wù)。張吉昌原本想在今年4月回國，屆時可以完成項目總結(jié)驗收等相關(guān)案頭工作，正在照料1歲大孩子的母親也可以回老家照顧身體不好的父親。樊鋼洲出發(fā)前，剛剛得知妻子懷有身孕。他原計劃隨福遠漁9818輪執(zhí)行科學(xué)觀察任務(wù)一段時間，待輪換觀察員登船后，回國照料待產(chǎn)的妻子。

但是，這些設(shè)定好的歸國計劃都因為一場突如其來的新冠肺炎疫情在全球蔓延而無法實現(xiàn)。輪換人員出不去，船上人員回不來，他們堅守在極地漁業(yè)科考崗位上，承擔(dān)起了整個漁季南極科研項目的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料和樣品的采集與處理工作。

2018年11月，海儀所張鋒跟隨“雪龍”號參加南極科考。

無獨有偶。赴南極參加中國第35次越冬任務(wù)和第36次度夏任務(wù)的山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所助理工程師張鋒也遭遇了回國延期。按照計劃，他在去年底今年初就可以回國，不過，由于受到新冠肺炎疫情相關(guān)的旅行限制，他只好在南極多待了幾個月，直到今年4月才回到青島。

南極中山站激光雷達觀測棟。

在南極中山站，張鋒總共堅守了525天。作為項目成員，他參與搭建了國際上首臺在南極部署的可全天時對80-110公里大氣風(fēng)場和溫度進行觀測的鈉熒光激光雷達。隨后，他又參與完成了相干多普勒測風(fēng)激光雷達系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動拉曼激光雷達系統(tǒng)和瑞利/米散射激光雷達系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。截至回國前，張鋒和項目其他成員采集完成了超過1000小時的觀測數(shù)據(jù)，并首次同時探測到南極中間層頂區(qū)大氣溫度和三維風(fēng)場，填補了我國在極隙區(qū)中高層大氣探測的空白。

南極中山站上的激光雷達現(xiàn)場觀測圖。

其實，除了黃海所和海儀所的科研人員，參加南北極科考的中國海洋大學(xué)、自然資源部北海局和自然資源部第一海洋研究所等青島涉海高校、科研院所的科研人員，也都或多或少受到了新冠肺炎疫情的影響。困難之下，他們堅守崗位，堅持奉獻。他們當(dāng)中的一些人，至今仍奮戰(zhàn)在極地的科考現(xiàn)場。

北極科考，親身感受北冰洋的“消亡”

10月12日，參加“國際北極氣候研究多學(xué)科漂流觀測計劃”(“MOSAiC”計劃，以下簡稱“馬賽克”計劃)的“極星”號破冰船返回德國不萊梅哈芬，創(chuàng)造了史上最長、規(guī)模最大的北極科考歷史，同時也帶回來一個壞消息：北冰洋正在“消亡”。

“馬賽克”計劃由德國阿爾弗雷德魏格納極地研究所(AWI)發(fā)起，目的是通過德國“極星”號破冰船在北極漂流一年的連續(xù)數(shù)據(jù)觀測，來加強對北極氣候變化的認識和預(yù)測預(yù)報能力。來自20多個國家的600多名科學(xué)家和工程師參與了該計劃，其中不乏中國的科研人員。以青島為例，自然資源部第一海洋研究所高級工程師馬小兵在去年參加了第1航段，孔彬則在今年參加了第3航段。

在第3航段，孔彬所在的物理海洋組要做的一項重要工作就是前往十幾公里之外，對第1航段放置的水下浮標(biāo)進行回收。回收浮標(biāo)的那天是5月4日?！俺酥鄙龣C到達浮標(biāo)回收點，只需要10多分鐘。但想要將海冰下200米的浮標(biāo)打撈上來，需要先用電鋸鋸開海冰。海冰很厚，比人還高。因此，極地科考對于人的體力和毅力都是大考?！?/p>

第3航段的后期，已經(jīng)是5月中旬。北極氣溫的不斷升高，造成了海冰破裂，影響著科考計劃的實施。由于破裂的冰隙過多過大，為了安全起見，只好通過放置吊籠的方式讓科研人員上下船。在第4和第5航段，科考團進一步目睹了北冰洋正在“消亡”的現(xiàn)實，海冰融化的速度遠超預(yù)期?！皹O星”號返回德國后，該科考行動的負責(zé)人馬庫斯雷克斯在新聞發(fā)布會上警告，如果北極變暖的趨勢無法改變，那么幾十年內(nèi)將出現(xiàn)“夏季無冰的北冰洋”。

參加中國第11次北極科考的中國海洋大學(xué)博士后王曉宇，直觀感受到了北極海冰融化的情形。今年夏天，他跟隨“雪龍2”號首航北極，在北冰洋所見融池之多，讓他印象格外深刻。

此前，他在北緯85度以北很少看到融池。但今年“雪龍2”號到達了北緯86度，在離北極點只有500公里左右的地方，科考人員發(fā)現(xiàn)，融池依然很多。目之所及，周邊三四成的融池覆蓋率與歷年有很大不同。北極大范圍融池的存在，表明北極夏季高溫正在蠶食北冰洋高緯度多年冰區(qū)。

中國海洋大學(xué)科研人員在86°N的融池附近開展冰站作業(yè)。

深入極地科考，推動海洋設(shè)備的自主研發(fā)

作為海洋強市，青島多年來一直都有科研人員參加南北極科考。發(fā)揮物理海洋、水產(chǎn)等海洋學(xué)科的優(yōu)勢，不斷探索極地來產(chǎn)出科研成果。與此同時，隨著對極地科考的不斷深入，提高探索認識的手段、推動海洋設(shè)備的自主研發(fā)，也是青島為海洋強國建設(shè)貢獻城市力量的重要方式。

以王曉宇參加的第11次北極科考為例，他們布放了中國海洋大學(xué)自主研發(fā)的冰基海洋剖面浮標(biāo)和海霧光學(xué)剖面儀。這兩件設(shè)備早在2018年的第二次中俄北極聯(lián)合科考中就開始應(yīng)用。其中，海霧光學(xué)剖面儀在全球“獨一無二”，具有極大的應(yīng)用價值和潛力。

海霧光學(xué)剖面儀由中國海洋大學(xué)趙進平團隊主導(dǎo)研發(fā)。研發(fā)初衷，主要是希望使用該設(shè)備進行科學(xué)研究，關(guān)注北極能量在大氣邊界層內(nèi)的吸收和分配過程。王曉宇介紹說，該設(shè)備通過乳膠氦氣球釋放，依靠氣球的浮力可以飛到近5000米高空，從而獲得自海面至到達高度之間的海霧/低云垂向光學(xué)結(jié)構(gòu)。

中國海洋大學(xué)科研人員在南極布放使用海霧光學(xué)剖面儀。

對極地海霧的觀測和研究，已成為當(dāng)下的前沿?zé)狳c課題。今年從南極科考回來的中國海洋大學(xué)助理工程師孫永明介紹，去年“雪龍”號在南極科考過程中意外與冰山碰撞，險些釀成安全事故，主要原因在于現(xiàn)場突發(fā)的濃霧嚴(yán)重影響了駕駛?cè)藛T視線，無法及時規(guī)避航路上的冰山。因此，對極區(qū)海霧的認識越多，就越可能從經(jīng)驗性的認識，上升到定量的、機制層面的認識，更好地為極區(qū)生產(chǎn)活動、航道利用以及科學(xué)研究提供服務(wù)。

推動海洋儀器的自主研發(fā)及國產(chǎn)化，媲美甚至超越國外同等水平的海洋監(jiān)測設(shè)備，海儀所也在貢獻著自己的力量。近日，由海儀所參與研發(fā)的我國首套極區(qū)中低層大氣激光雷達探測系統(tǒng)通過技術(shù)暨業(yè)務(wù)試運行驗收。該系統(tǒng)與2019年部署完成的鈉熒光多普勒激光雷達系統(tǒng)相結(jié)合，首次在南極地區(qū)利用激光雷達系統(tǒng)實現(xiàn)極區(qū)大氣準(zhǔn)全高程地基同步觀測。

海儀所激光雷達創(chuàng)新團隊負責(zé)人王章軍介紹，實現(xiàn)極區(qū)大氣準(zhǔn)全高程地基同步觀測，需要多臺激光雷達配合才能完成。2019年部署完成的鈉熒光多普勒激光雷達由中國極地研究中心、武漢大學(xué)、中科院大氣物理研究所和海儀所聯(lián)合研發(fā)，可對80-110公里的大氣參數(shù)進行探測。2020年，在國家重點研發(fā)計劃的支持下，開始對觀測高度向下延伸，拓展了0-80公里范圍的大氣觀測。這個觀測范圍里的3臺激光雷達，分別由中科院大氣物理研究所、武漢大學(xué)、海儀所研發(fā)，組成了我國首套極區(qū)中低層大氣激光雷達探測系統(tǒng)。

目前，南極中山站共有4套大氣探測激光雷達在位運行，無論是數(shù)量還是精度，都已達到國際先進水平。據(jù)了解，海儀所接下來還將推動激光雷達在北極的部署和應(yīng)用，力爭在極區(qū)大氣觀測方面繼續(xù)貢獻青島力量。

(青島日報/觀海新聞記者 李勛祥)