建在浮冰上的觀測站

陳瑜

在我國第九次北極科考中，科考隊完成了該次科考的重頭戲——在北冰洋中央區首次成功布放我國自主研發的無人冰站觀測系統。值得一提的是，這座無人冰站，正是設立在北極的浮冰上。相信很多同學會問，為什么要在浮冰上布站？有沒有危險？冰站是怎樣選址的呢？下面我們就來好好認識一下這座建在浮冰上的無人冰站。

首創“氣-海-冰”綜合觀測

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。第九次北極科考中布放的這套觀測系統是依托國家重點研發計劃，由自然資源部下屬的中國極地研究中心牽頭，自然資源部第一海洋研究所、中國氣象科學研究院、中國海洋大學等單位共同參與研發的，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。據專家解釋，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30米深度的海水溫度、鹽度等；拖曳式海洋剖面觀測子系統通過纜線收放，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。

無人冰站系統

通過這套觀測系統，可以實現對大氣、海水、海冰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一海一冰相互作用的數據。實際上，針對氣一海一冰三個層面的綜合觀測正是這套系統最核心的創新之處。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。

最難的是選一塊結實的浮冰

科考隊員開展作業的北半球夏天，也是北極海冰融化最厲害的時候。特別是這些年由于北極變暖，夏季海冰融化速度繼續加快，北冰洋的海冰顯得支離破碎，就算找到了相對較大的浮冰，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、能夠設站的浮冰成為難事，通常還要借助船載的直升飛機進行偵察。中國極地研究中心極地海洋學研究室主任何劍鋒給出了進一步解釋——出于安全考慮，用于建站的浮冰首先要相對平整，有一定厚度，同時浮冰表面不能有過多融池，浮冰也不能有過多裂隙：其次浮冰要有一定的面積，這樣在夏季相對不容易融化，也容易被劃分出不會相互影響的不同考察作業區：最后要選擇緯度相對較高的區域，這樣布放在上面的無人觀測設備能運行更長時間。

我國科考隊在布放無人冰站系統

由于海冰形成過程的復雜性和不可預測性，即使當時找到了合適的浮冰布站，留在冰站上的無人觀測設備在后續的運行中，也會面臨冰面開裂等各種風險。此前我國北極科學考察中先后布放的6套漂流自動氣象觀測設備，最短的只“存活”了5個月，“長壽”的也只有一年。第九次北極科考隊首席科學家助理雷瑞波預測，如果沒有浮冰斷裂、北極熊破壞等不可抗力因素，此次布放的兩套系統預期可以運行一年以上，那么就可以成功獲取一整個周期的數據。雖然一兩個布放站點的數據難以被直接用來做數值模式預測，但已經足夠去展現一整年中大氣、海洋、陽光對于海冰的影響機理。

防熊，冰站作業的日常工作

在尋找到適合考察的浮冰后，科考隊員通過舷梯或搭乘小艇從船上下到冰面開展作業，或搭乘直升機到較遠的區域尋找合適的海冰設站進行考察作業。

北冰洋是北極熊的故鄉，北極浮冰是北極熊最主要的活動平臺，因為這里有他們喜愛的食物——海豹。正因如此，冰站作業期間，為確保安全，考察隊的一項核心任務就是防熊。

本次科考中，考察隊就隨船帶了兩個“蘋果屋”，冰上作業時由直升機吊運至作業現場。“蘋果屋”是一種由玻璃鋼制成的球狀設施，為了醒目，被設計成綠色。由于外形像蘋果，考察隊員親切地稱它為“蘋果屋”。它的面積有6平方米，可防雨雪，具備一般帳篷功能，但更為結實。地面是防水地板，一旦海冰裂開入水，仍能在水上漂浮。

建造“蘋果屋”，說來還有一段故事。曾參與我國第三次北極科考的何劍鋒說，當年隊員們在冰站作業期間，遭遇過多只北極熊的侵擾。最危險的一次是一只北極熊造訪當時設在冰面的棉質帳篷，幸虧防熊隊員提前預警，隊員們已撤離帳篷。那次遇險事件后，科考隊及時總結，認為棉質帳篷盡管保暖，但不防熊，因此“蘋果屋”應運而生，并成為如今北極科考長期冰站作業的標配。