“中國造”無人冰站首次在北極“上崗”

隨著最后一個短期冰站作業結束，8月25日，自然資源部組織的中國第九次北極科考（以下簡稱“九北”）冰上作業宣告順利完成，這也意味著雪龍船將正式調轉船頭開始南行駛離冰區。“和以往的北極科考相比，‘九北’冰上作業涉及的學科和種類沒有太大差別。”科考隊首席科學家助理雷瑞波總結稱，這次冰上作業的一個顯著特點是加強了無人值守觀測系統的布放，包括3套自動氣象站、2套無人冰站、3個海洋剖面浮標、24個海冰物質平衡浮標、15套海冰漂移浮標等。值得一提的是，在大量自主研發的系統中，首次成功布放的無人冰站觀測系統是當之無愧的明星產品。

自研無人冰站將解決什么難題

“無人冰站”是指無人值守、可長期在冰上運行的觀測系統，其采集的數據通過衛星自動傳回國內。

據了解，這套系統分別由大氣邊界層觀測子系統（氣象塔）、海冰觀測子系統（主浮標）、上層海洋固定層位觀測子系統（副浮標）和拖曳式海洋剖面觀測子系統四個子系統組成，計劃使用一年以上。

無人冰站安裝完成后，冰面上除了高達5米的氣象塔格外顯眼，其余幾個冰上浮標則十分“低調”。這些浮標連接著很多纜線和探測儀，布放成功后便被“埋藏”在冰面之下。

雷瑞波解釋稱，氣象塔觀測的是大氣和海冰之間的界面通量；主浮標所觀測的是積雪和海冰的一些參數，以了解它們的生長、消融過程；上層海洋固定層位觀測子系統主要是觀測冰下固定30米水深的海水溫度、鹽度等；拖曳式海洋剖面觀測儀通過纜線收放可在水中上下運動，每天獲取兩個剖面的海水溫度、鹽度等數據，其最大下潛深度為120米。

可以獲取一整個周期的數據

通過上述系統，可以實現對大氣、海冰、海水三個層面的連續觀測，以獲取一個完整的海冰生長消融過程中氣-海-冰相互作用的數據。

“實際上，針對氣-海-冰三個層面的綜合觀測正是這套系統最核心的創新之處。”雷瑞波說，這是我國首次在北極成功布放該系統，從全球來看也是類似系統的首次布放。

我國歷次北極科考都選在夏天進行，冬季觀測數據很難獲取，這相當于對海冰生消過程的觀測缺失了一環。“以往布放的一些進口浮標也可以工作到冬天，因此冬天的數據我們并非一點都沒有，但觀測的參數比較單一，獲取數據的豐富程度遠遠不夠。通過自主研發的這套系統，大氣、海冰、上層海洋三個層面中各個通量的參數基本都囊括其中。”雷瑞波解釋，這套系統的設計初衷就是為了獲取全面、連續的觀測數據，以彌補以前缺失的一環。

還不具備設立有人冰站條件

相對于無人冰站，美俄等少數國家也在北極進行過有人值守冰站的嘗試。

“所謂‘有人冰站’，就像我們的短期冰站作業一樣，可以滿足幾十位隊員同時進行作業。有人冰站會持續好幾個月甚至一年，其能進行的觀測項目肯定要比無人冰站豐富得多。”雷瑞波稱，一般來講，有人冰站有兩種實現形式，“一種是以科考船自身作為平臺在北極地區長期值守，可以形象地表述為把船凍在冰里。隊員每天作業結束后就回到船里休息、生活。此外，冬季里北冰洋海冰可以滿足起降固定翼飛機的條件，那么另一種模式下隊員會在冰上建造簡易住房，由固定翼飛機定期來運送人員和補給物資。”

不過，不論哪一種模式，有人值守的冰站成本都會比無人的高很多。雷瑞波介紹說，有人冰站雖好，但有條件進行有人冰站項目的國家還很少，“我們目前在北極還沒有條件去做有人冰站，主要有兩個原因，一個是我們目前在北極科考上的投入確實還沒有那么多。另外一個原因是，我們目前只擁有一艘具備破冰能力的科考船——雪龍船。除了北極科考，雪龍船還要承擔南極科考，因此要想讓雪龍船在北極地區長期停留用作科考平臺并不現實。”