冰上重器 匠心首制

鄔婷

“在中國第九次北極科考中，我們進行了北極冰面無人冰站的安裝工作，直至昨日已順利完成無人觀測工作一周年，這可謂是中國首個在北極冰面能夠成功連續(xù)觀測工作達一年的自動化觀測設(shè)備，太讓人高興了！”8月22日，在太原理工大學電機館，竇銀科欣喜地告訴《科學導報》記者。

竇銀科，山西南極科考第一人，十多年來他帶領(lǐng)學生將夢想揮灑于兩極，憑借自主研發(fā)的檢測設(shè)備為深入研究南北極環(huán)境提供了強有力的技術(shù)支持。竇銀科帶領(lǐng)的團隊在完成無人冰站試驗樣機實驗室集成的基礎(chǔ)上，2018年8月8日在中國第九次北極考察中于北冰洋中心區(qū)成功布放兩套無人冰站。截至目前，布放的無人冰站系統(tǒng)已連續(xù)12個月成功傳輸有效觀測數(shù)據(jù)到國內(nèi)，證明這次布放的無人冰站系統(tǒng)的適用性。

“當前全球氣候變暖在北極顯著放大，導致北極海冰儲量快速減少。海冰減少及其導致的天氣氣候效應是目前國際上最為關(guān)注的熱點前沿研究領(lǐng)域。無人冰站項目便在此背景下成立了，它屬于中國科技部重點研發(fā)計劃，由中國極地研究中心牽頭設(shè)立，項目在2016年設(shè)立，真正開始運轉(zhuǎn)是在2017年。在去年北極科考中，團隊共安放兩套無人冰站。”談到無人冰站項目的開展，竇銀科這樣講道。

據(jù)介紹，無人冰站全稱為“北極海—冰—氣無人冰站觀測系統(tǒng)”，將無人冰站在北冰洋中心區(qū)域進行布放，從而獲取長周期的氣—冰界面、海冰內(nèi)部和冰—水界面關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對北極的海洋、海冰、大氣三個界面多個通量的無人值守觀測，采集的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星自動傳回國內(nèi)，為北冰洋海冰變化等科學問題提供關(guān)鍵現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)。在國家倡導實施北極觀測網(wǎng)計劃的呼吁下，建立冰上衛(wèi)星、冰面冰極浮標網(wǎng)與冰下自主升降機器人三位一體的互相通訊需要大量投放設(shè)備進行組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)獲取，因此，無人冰站的布放對于提高我國對北極環(huán)境變化的監(jiān)測能力與北極氣候及海冰的預測預報能力、拓展我國北極研究合作網(wǎng)絡具有重要意義。

隨著國力發(fā)展，極地科考任務要跟得上形勢，設(shè)備更新?lián)Q代的速度就必須快，要適應極地科考的要求。“只有知道自然科學當前需要什么數(shù)據(jù)，我們才能夠有研究設(shè)備的方向。”竇銀科講道。從了解全球變暖的北極海冰湍流，到研究北冰洋海冰吸收熱量運動趨勢，從探究冰里溫度場變化的溫度鏈，到測量冰面低區(qū)空氣層、冰層及冰下5米區(qū)間海洋層的多參數(shù)浮標，再到同步觀測大氣、冰層與海洋層的無人冰站，每次的極地科考都能帶來理論研究、設(shè)備更新?lián)Q代的新方向、新思考。

談到當前無人冰站發(fā)展的瓶頸，竇銀科說：“面對北極1400多萬平方公里的海冰區(qū)域，如果想全面掌握北極氣候變化規(guī)律，依賴于大空間尺度、長時間尺度的精細化現(xiàn)場觀測，投放少數(shù)無人冰站并不能達到預期效果，因此需要大量分布，資金支持與后勤保障是目前最棘手的問題。布放無人冰站是未來大趨勢，但我們需要耐心，等待更加成熟的條件。”

經(jīng)歷多次極地科考，竇銀科團隊有一個感覺，科考隊對于設(shè)備要求越來越高，設(shè)備的迭代更新、數(shù)據(jù)的運用得當對于提高北極氣候變化、海冰變化以及海洋環(huán)境變化的預測能力提供重要支撐。多年來，很多人問過竇銀科同樣一個問題：“你研發(fā)北極監(jiān)測裝備難度大，研制成功了用量也不多，更別說巨額的經(jīng)濟效益了，為什么還要堅持？”對于這些問題，竇銀科回答道：“在想問題之前，我都會看看身邊那些并不富裕而默默奉獻的隊友，因為我們都在堅守著一個信念：不忘初心，堅守信念！”