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《科学之友》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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载誉归来 取得多项北极考察之最

2019-09-11 23:54:00

  第九次北极科学考察是自然资源部组建后我国首次开展的极地考察。实际上,这是我国历次北极科考中最短的一次。在重重困难下,由131人组成的科考队圆满完成既定科考任务。其间,科考队先后在白令海、楚科奇海、加拿大海盆、北冰洋中心区域等海域开展了基础环境、海底地形、生态、渔业、海冰和航道等综合调查,取得了丰硕的考察成果。

  实现多个“首次”与“之最”

  提到此次科考的亮点,科考队首席科学家魏泽勋说,第九次北极科学考察实现了我国北极科考中的多个“首次”和多个“之最”。其中,首次实施业务化监测和科研项目考察相结合的调查,保障了13项业务化项目、9项国家科研计划支持项目和3项国际合作等科学考察任务;首次成功布放我国自主研发的“无人冰站”、水下滑翔机、爬升式海洋剖面浮标等无人值守观测设备,使我国的北冰洋考察从夏季延续到了冬季,提升了我国对北极环境的观、监测能力;首次在极区开展岩石拖网作业,所获得的样品还将与地球物理观测数据结合,为研究楚科奇边缘地的演化过程和评估极地多金属结核结壳的资源潜力提供了翔实的基础资料。

  另外,第九次北极科学考察航程中实施了88个海洋综合站位和10个冰站的考察,冰站数量、冰基浮标以及锚碇观测平台的布放量均为我国历次北极科考之最。

  除此之外,魏泽勋特别提到此次科考的国际合作,“此次科考我们实现了与国际北极漂流冰站计划等国际大型北极考察和研究计划的配合,其间,大气探空等观测数据将与国际计划实现融合和共享。”

  “中国造”无人冰站首次“上岗”

  “和以往的北极科考相比,第九次北极科学考察冰上作业涉及的学科和种类没有太大差别。”但科考队首席科学家助理雷瑞波总结称,这次冰上作业的一个显著特点是加强了无人值守观测系统的布放,包括3套自动气象站、2套无人冰站、3个海洋剖面浮标、24个海冰物质平衡浮标、15套海冰漂移浮标等。

  “此次布放的无人观测系统的数量创下历次北极科考之最,并且其中大部分(约占80%)均为我国自主研发或集成。”雷瑞波说,这些将为研究北极地区气、海、冰的相互作用过程及其对北极生态系统和海洋环境的影响提供有力支撑。

  值得一提的是,在大量自主研发的系统中,首次成功布放的无人冰站观测系统是当之无愧的明星产品。雷瑞波称,该系统由4个子系统组成,通过对大气、海冰、海水三个层面的连续观测,可获取完整的海冰生长消融过程中气—海—冰相互作用的数据。

  “实际上,针对气—海—冰三个层面的综合观测正是这套系统最核心的创新之处。”雷瑞波说,这是我国首次在北极成功布放该系统,从全球来看也是类似系统的首次布放。

  2018年夏季,全球多地包括北极圈的部分地区都出现了高温现象,再次引起了人们对北极环境和气候变化的高度关注。我国历次北极科考都选在夏天进行,冬季观测数据很难获取,这相当于对海冰生消过程的观测缺失了一环。

  “以往布放的一些进口浮标也可以工作到冬天,因此冬天的数据我们并非一点都没有,但观测的参数比较单一,获取数据的丰富程度远远不够。通过自主研发的这套系统,大气、海冰、上层海洋三个层面中各个通量的参数基本都囊括其中。”雷瑞波解释,这套系统的设计初衷就是为了获取全面、连续的观测数据,以弥补以前缺失的一环。

  “如果没有浮冰断裂、北极熊破坏等不可抗拒因素,布放的两套系统预期可以运行1年以上,那么就可以成功获取一整个周期的数据。”雷瑞波说,虽然一两个布放站点的数据难以被直接用来做数值模式预测,但已经足够去展现一整年中大气、海洋、阳光对于海冰的影响机理。

  无人冰站项目启动于 2016年年中,随后陆续完成了总体方案设计、关键技术研发、样机实验室集成调试和野外现场试验等环节。此次在北极布放的试验样机计划应用1年以上。从1999年中国首次开展北极科考,到2003年首次在北极布放观测浮标,再到此次成功布放首套无人冰站,一步步走来,体现了中国北极科学考察能力的不断提升。

  自主研发的水下滑翔机首次应用

  白令海是连接太平洋和北冰洋的海上通道,其环境变化可直接影响北冰洋入流水的性质,进而影响北极海洋环境。因此,白令海一直是中国北极科学考察的重点调查区域。本次考察中,科考队首次在白令海成功应用了我国自主研发的水下滑翔机进行考察。

  水下滑翔机是一种新型的水下机器人,具有能源消耗小、续航力强、实时性好的优点。尤其在环境恶劣的极地,滑翔机的应用可有效提高极地环境空间和时间测量密度。此次布放的水下滑翔机为中国自主研发,主要用于观测调查海域的水文环境,可获取从表层到千米深度的温盐剖面数据。水下滑翔机可以沿设定轨迹进行观测,运行轨迹类似“V”字,可下沉到海面以下1000米后再上升至海面,并将相关观测数据传输回国内,之后重复该过程,约4~5个小时可以完成一个“V”字剖面考察。

  据研究人员介绍:“该滑翔机是在本航次开始北上途中布放,成功进行了45天的观测,航行500海里,获取229个海洋温盐剖面,成功实现白令海海盆和陆坡区连续、高密度观测。与以前的考察相比,水下滑翔机可以更节约时间和人力物力,并且观测范围更大、效率更高。这标志着我国具备了在极区海洋采用无人平台开展自主长期业务化监测的能力。”

  据了解,本航次水下滑翔机获得的数据已传回国内,自然资源部第一海洋研究所已经完成滑翔机数据的初步处理。该数据可为开展白令海海盆和陆坡区动力环境空间分布特征及其变化规律研究提供宝贵的资料。

本文来自《科学之友》

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