走进北极考察

科普中国—科技前沿大师谈 2016-09-26

　　中国第七次北极科学考察队已经顺利完成了全部科考任务，即将返回祖国的怀抱。从７月１８日抵达第一个作业站位，到9月11日完成所有任务，考察队在５４天内共进行了８４个海洋综合站位作业，其中在北冰洋区域完成了５９个站位，最北到达北纬８２度５３分。

　　北极考察都有哪些项目，是“高大上”还是“接地气”，与我们的工作生活又有什么联系？今天，记者就选取了本次考察中最为典型的几个作业场景，带您一起一探究竟。

　　正在进行作业的“雪龙”号极地科考船

　　浮标阵列探秘北极海冰消融规律

　　北极科考自然少不了海冰研究。“雪龙”船驶入北极圈后，考察队员们发现，预想中大面积覆盖在海面上的浮冰并没有如约而至，甚至在北纬７５度左右的高纬海域，船身四周的浮冰仍然又小又薄，有时还会出现大片开阔的清水区——这是北极地区海冰迅速消融的真实写照。受此影响，考察队在北纬７９度附近才选定了一块浮冰进行首个冰站作业，这一纬度与此前历次科考相比较为偏北。

　　“雪龙”船与北冰洋的浮冰

　　不要以为北极海冰减少只是全球气候变暖的结果，它也会为我国气候变化带来直接影响。研究结果表明，北极海冰减少与我国冬季降水量增加有着直接的联系，甚至会为我国带来严寒、冻雨等灾害性天气。

　　考察队员们在冰站布放冰基拖曳式浮标

　　为了解北极海冰的变化规律，本次科考队一共布放了４０个冰基浮标，包括利用直升机在加拿大海盆冰面上布放的由１３个浮标组成的浮标阵列，这是我国历次北极考察构建最为规则的浮标阵列。这些浮标将随海冰一起移动，并将在未来两年内持续记录海冰移动轨迹、冰面积雪累积融化以及海冰生消完整的热力学过程。

　　“雪龙”船深入冰面

　　浮标上搭载的电池足够维持两年的正常工作，因此只要冰面不融化、开裂，浮标就会随海冰一同漂移，深入北极核心地区。这使我国对于北极的探测不再局限于科考船所到的一时一地，而是可以长时间、大范围的获取数据。

　　声学观测助力极地水下通信与导航技术

　　在水下传播的声波被称为“水声”，与山谷中的“回声”一样，它也是声音的一种传播形式，其实并不神秘。声波是目前所知在海洋中远距离传播最有效也最简便的能量形式。因此，利用声学技术发展水下声学通讯、导航技术是本次北极考察的重要课题。

　　本次考察队作业期间共进行了两次冰区水下声学观测实验，由“雪龙”船上的发射装置通过高频电台发射信号，考察队员在冰站钻孔架设接收设备接收信号，整个过程耗时大约７个小时，目的在于研究声音信号在水下远距离传输的过程。

　　考察队员在进行声学作业（图：高悦）

　　研究人员表示，此次北极考察的实验结果表明，应用现有技术完全可以将北极海冰对水下声学通信的影响降低，这对我国在极地考察中设计和应用水下通信、导航设备具有重要的指导意义。不仅如此，水下声学技术还可广泛应用于海洋环境调查。例如通过比对实验信号到达时间和波形与理论值的差异，研究人员可以可以推断出该区域海水温度等数值，了解该区域的水文要素。

　　探空气球分析北极地区大气结构

　　了解北极地区气象要素变化特征同样也是综合认识北极地区环境的重要环节。因此，除了“探海”、“探冰”，“探空”也是考察队的重点工作之一。

　　考察队在长期冰站上架设的气象站

　　除了在甲板、冰站上架设气象站，队员们还在作业期间每天释放两至三个探空气球——一个需要２-３个人才能环抱起来的氦气气球，尾巴上拴着一个汉堡大小的方形探空仪。气球释放后便可自下而上测量气压、气温、湿度和风向风速等信息，然后用无线电将这些数据实时发送至地面的接收电脑，气球最高可飞到２００００米的高空。每到释放气球的时候，考察队员都会全副武装，小心的捧着气球，防止他被碰到或被风突然吹走。一旦成功释放，参与“放球”的队员都会像小孩一样欢呼雀跃。

　　考察队员在冰面释放探空气球

　　据介绍，在极地进行探空气球观测，有助于了解极地大气中高层的结构特征，推断极地天气系统的移动发展，有利于改进极地天气预报的准确率，弥补我国对于北极气候了解的不足。

　　融池采水追踪极地海洋酸化趋势

　　俯瞰北冰洋上的浮冰，很多上面都有或淡蓝或深蓝色的水洼，在阳光下显得晶莹剔透，分外漂亮。它们就是由冰面部分融化形成的融池，也有人称它们为“海冰之眼”。

　　北极冰上的融池（图：沈辉）

　　然而，美丽的“海冰之眼”却有可能变成海洋酸化的“帮凶”。据了解，北冰洋融池潜在具有大量吸收大气中二氧化碳的能力。一旦融池吸收了大量的二氧化碳，其酸碱度将快速下降。当海冰完全融化后，融池中的酸性淡水进入到偏碱性的表层海水，将导致表层海水酸化加剧。

　　海洋酸化是世界众多科研机公认的全球第三大环境问题。海洋酸化会影响珊瑚、贝类等钙化生物的的正常生长，“腐蚀”它们的碳酸钙外壳，甚至对它们造成致命的影响，进而破坏整个食物链。为了保护自己，这些钙化生物会长的越来越小、外壳越来越厚，这会对食用贝类养殖产业造成很大的打击。此外，溶解于海水中的二氧化碳还可能在某种条件下被重新释放到大气中，从而加剧温室效应……

　　考察队员在进行融池水样作业（图：刘诚刚）

　　北冰洋夏季融池占全部海冰面积的４０-８０％。随着全球气候变暖加剧，北冰洋海冰快速融化，融池数量将同步增加。北冰洋是全球海洋酸化最严重的区域。在北冰洋海域开展海洋酸化和融池相关研究非常迫切且意义重大。

　　底栖拖网聚焦极地海洋生存环境

　　考察作业途中最热闹的场景莫过于底栖生物拖网。拖网下部是特制的圆锥形网兜，上部则是铁质的“嘴巴”。每次进行底栖生物拖网时，考察队都会利用“雪龙”船上的绞车钢缆将把拖网缓缓沉入海底，“雪龙”船以低速航行，带动拖网紧贴着海底缓缓拖行。每当拖网“满载而归”，考察队员们都会兴奋地围成一团，欣赏网中的海蟹、海星、深海鱼等底栖生物。

　　底栖生物拖网的收获

　　然而，拖网并不是简单的撒网捕鱼。极地底栖生物具有相对缓慢的生长速度和相对较长的生命周期，对于环境变化也相当敏感。因此，底栖生物对生态系统的潜在变化有很好的指示作用，观测极地底栖生物的生活状态和群落特征可以对该区域气候变化的长期影响作出预测。

　　考察队员在展示底栖生物拖网捕获的螃蟹

　　据介绍，本次考察共完成了３５次大型底栖生物拖网，在楚克奇海台、门捷列夫海脊等海域的１０００米左右水深捕获了许多海星、海蛇尾等棘皮动物，另外还选择典型站位进行了底表微生物、大型藻类和鱼类肝脏及肌肉等样品的采集，得到了许多非常珍贵的样品和数据，为研究北极地区物种生活范围北移等海洋生物问题提供了珍贵的现场资料，在历次北极科考中都属难能可贵。

文/图：伍岳（文中特别注明除外）

责任编辑：lijia

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