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載譽歸來 取得多項北極考察之最

2018-02-24 08:22
科學(xué)之友 2018年11期
關(guān)鍵詞:科學(xué)考察滑翔機浮標

實現(xiàn)多個“首次”與“之最”

提到此次科考的亮點,科考隊首席科學(xué)家魏澤勛說,第九次北極科學(xué)考察實現(xiàn)了我國北極科考中的多個“首次”和多個“之最”。其中,首次實施業(yè)務(wù)化監(jiān)測和科研項目考察相結(jié)合的調(diào)查,保障了13項業(yè)務(wù)化項目、9項國家科研計劃支持項目和3項國際合作等科學(xué)考察任務(wù);首次成功布放我國自主研發(fā)的“無人冰站”、水下滑翔機、爬升式海洋剖面浮標等無人值守觀測設(shè)備,使我國的北冰洋考察從夏季延續(xù)到了冬季,提升了我國對北極環(huán)境的觀、監(jiān)測能力;首次在極區(qū)開展巖石拖網(wǎng)作業(yè),所獲得的樣品還將與地球物理觀測數(shù)據(jù)結(jié)合,為研究楚科奇邊緣地的演化過程和評估極地多金屬結(jié)核結(jié)殼的資源潛力提供了翔實的基礎(chǔ)資料。

另外,第九次北極科學(xué)考察航程中實施了88個海洋綜合站位和10個冰站的考察,冰站數(shù)量、冰基浮標以及錨碇觀測平臺的布放量均為我國歷次北極科考之最。

除此之外,魏澤勛特別提到此次科考的國際合作,“此次科考我們實現(xiàn)了與國際北極漂流冰站計劃等國際大型北極考察和研究計劃的配合,其間,大氣探空等觀測數(shù)據(jù)將與國際計劃實現(xiàn)融合和共享?!?h3>“中國造”無人冰站首次“上崗”

“和以往的北極科考相比,第九次北極科學(xué)考察冰上作業(yè)涉及的學(xué)科和種類沒有太大差別?!钡瓶缄犑紫茖W(xué)家助理雷瑞波總結(jié)稱,這次冰上作業(yè)的一個顯著特點是加強了無人值守觀測系統(tǒng)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(zhì)平衡浮標、15套海冰漂移浮標等。

“此次布放的無人觀測系統(tǒng)的數(shù)量創(chuàng)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(fā)或集成。”雷瑞波說,這些將為研究北極地區(qū)氣、海、冰的相互作用過程及其對北極生態(tài)系統(tǒng)和海洋環(huán)境的影響提供有力支撐。

值得一提的是,在大量自主研發(fā)的系統(tǒng)中,首次成功布放的無人冰站觀測系統(tǒng)是當(dāng)之無愧的明星產(chǎn)品。雷瑞波稱,該系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)組成,通過對大氣、海冰、海水三個層面的連續(xù)觀測,可獲取完整的海冰生長消融過程中氣—?!嗷プ饔玫臄?shù)據(jù)。

“實際上,針對氣—?!齻€層面的綜合觀測正是這套系統(tǒng)最核心的創(chuàng)新之處?!崩兹鸩ㄕf,這是我國首次在北極成功布放該系統(tǒng),從全球來看也是類似系統(tǒng)的首次布放。

2018年夏季,全球多地包括北極圈的部分地區(qū)都出現(xiàn)了高溫現(xiàn)象,再次引起了人們對北極環(huán)境和氣候變化的高度關(guān)注。我國歷次北極科考都選在夏天進行,冬季觀測數(shù)據(jù)很難獲取,這相當(dāng)于對海冰生消過程的觀測缺失了一環(huán)。

“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(shù)據(jù)我們并非一點都沒有,但觀測的參數(shù)比較單一,獲取數(shù)據(jù)的豐富程度遠遠不夠。通過自主研發(fā)的這套系統(tǒng),大氣、海冰、上層海洋三個層面中各個通量的參數(shù)基本都囊括其中?!崩兹鸩ń忉?,這套系統(tǒng)的設(shè)計初衷就是為了獲取全面、連續(xù)的觀測數(shù)據(jù),以彌補以前缺失的一環(huán)。

“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(tǒng)預(yù)期可以運行1年以上,那么就可以成功獲取一整個周期的數(shù)據(jù)?!崩兹鸩ㄕf,雖然一兩個布放站點的數(shù)據(jù)難以被直接用來做數(shù)值模式預(yù)測,但已經(jīng)足夠去展現(xiàn)一整年中大氣、海洋、陽光對于海冰的影響機理。

無人冰站項目啟動于2016年年中,隨后陸續(xù)完成了總體方案設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、樣機實驗室集成調(diào)試和野外現(xiàn)場試驗等環(huán)節(jié)。此次在北極布放的試驗樣機計劃應(yīng)用1年以上。從1999年中國首次開展北極科考,到2003年首次在北極布放觀測浮標,再到此次成功布放首套無人冰站,一步步走來,體現(xiàn)了中國北極科學(xué)考察能力的不斷提升。

自主研發(fā)的水下滑翔機首次應(yīng)用

白令海是連接太平洋和北冰洋的海上通道,其環(huán)境變化可直接影響北冰洋入流水的性質(zhì),進而影響北極海洋環(huán)境。因此,白令海一直是中國北極科學(xué)考察的重點調(diào)查區(qū)域。本次考察中,科考隊首次在白令海成功應(yīng)用了我國自主研發(fā)的水下滑翔機進行考察。

水下滑翔機是一種新型的水下機器人,具有能源消耗小、續(xù)航力強、實時性好的優(yōu)點。尤其在環(huán)境惡劣的極地,滑翔機的應(yīng)用可有效提高極地環(huán)境空間和時間測量密度。此次布放的水下滑翔機為中國自主研發(fā),主要用于觀測調(diào)查海域的水文環(huán)境,可獲取從表層到千米深度的溫鹽剖面數(shù)據(jù)。水下滑翔機可以沿設(shè)定軌跡進行觀測,運行軌跡類似“V”字,可下沉到海面以下1 000米后再上升至海面,并將相關(guān)觀測數(shù)據(jù)傳輸回國內(nèi),之后重復(fù)該過程,約4~5個小時可以完成一個“V”字剖面考察。

據(jù)研究人員介紹:“該滑翔機是在本航次開始北上途中布放,成功進行了45天的觀測,航行500海里,獲取229個海洋溫鹽剖面,成功實現(xiàn)白令海海盆和陸坡區(qū)連續(xù)、高密度觀測。與以前的考察相比,水下滑翔機可以更節(jié)約時間和人力物力,并且觀測范圍更大、效率更高。這標志著我國具備了在極區(qū)海洋采用無人平臺開展自主長期業(yè)務(wù)化監(jiān)測的能力?!?/p>

據(jù)了解,本航次水下滑翔機獲得的數(shù)據(jù)已傳回國內(nèi),自然資源部第一海洋研究所已經(jīng)完成滑翔機數(shù)據(jù)的初步處理。該數(shù)據(jù)可為開展白令海海盆和陸坡區(qū)動力環(huán)境空間分布特征及其變化規(guī)律研究提供寶貴的資料。

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