国际最大北极科学计划 中国海大师生贡献力量

作者:李涛来源:海洋与大气学院发布时间:2019-11-22点击数:10

中国海洋大学北极设备布放现场

  当地晌午的月光铺洒在洁白的冰原,让人以为是日食出现在北冰洋的上空。冰冷的月光透着丝丝寒意,但冰面的科考人员依旧热情高涨地布设着各种准备越冬的观测设备。
  经过近十年的酝酿和筹备,北极气候多学科漂流冰站观测计划(Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, MOSAiC)于2019年9月20日在挪威特罗姆瑟正式启动。MOSAiC项目是迄今为止国际最大的北极科学考察计划,来自17个国家的300多名科学家将使用最先进的科考设备对人类无法涉足的北冰洋中心区进行为期一年的连续观测,重点研究引起北极气候变化和受到北极气候变化影响的天气过程、海洋和海冰物理过程、生物地球化学循环过程和生物生态过程,以及各个过程之间的相互作用。
  伴随着清脆的汽笛声,德国破冰船Polarstern号在俄罗斯破冰船Akademic Fedorov号的护送下缓缓驶离港口,一路向北进入到穿极流的起始位置进行中心冰站和分布式观测网的建设,如图1所示。

图1

  中国海洋大学作为参加本次科学考察的国内五所高校之一,将与自然资源部第一和第二海洋研究所共同布放7套冰基拖曳式海洋剖面浮标,对北冰洋上层海洋进行长期的连续观测,以及船基和冰基的海洋学现场调查。其中,中国海洋大学负责在分布式观测网布放五套冰基拖曳式海洋剖面浮标(Drift-Towing Ocean Profiler, D-TOP),如图2所示。

图2

  经过前期紧锣密鼓的准备,总重1.3吨的五套D-TOP全部如期抵达挪威特罗姆瑟港口,并顺利装船,静待出航,如图3所示。

图3

  前往目标站位的旅途并不平坦,两米半的涌浪一直陪伴我们进入冰区才稍有缓和。然而,经过长途跋涉到达挪威的五套设备在布放之前必须进行甲板测试,以保证现场布放的顺利进行。在如此恶劣的海况之下,中国海洋大学海洋与大气学院李涛老师及研究生朱嘉良同学两名科考队员经过三天的努力,克服各种晕船的不适,坚持将五套设备全部调试完成,并和国内确认数据的接收状态良好。由于本次布放是以直升飞机为平台,需要飞离母船30km,因此,必须做好万全的准备,所有的工具和配件都要备份,否则在布放过程中遇到任何问题都无法在现场解决,只能宣告失败。
  10月的北冰洋已经开始进入极夜状态,气温在零下10-20℃之间,如果遇到风暴,体感温度可以达零下40℃。在如此低温的环境下,电子类的仪器设备必须保暖,并且缩短设备在空气中暴露的时间。同时,布放仪器的过程中,必然需要裸手进行关键器件的连接,但在低温条件下,往往需要2-3倍的时间才能完成该项任务,否则可能发生冻伤的危险。另外一块浮冰上布放冰基浮标的同事就因为裸手工作时间过长,导致8根手指冻伤。
  由于北冰洋的海雾频发,而且天亮的时间越来越短,对于直升飞机的飞行安全提出了严峻的挑战。分布式观测网的作业流程是直升飞机将科考人员放到选定的浮冰进行作业,然后飞机直接飞往其他冰站开展任务,待工作完成后,直升飞机回来接科考人员回到母船。这样做的风险一是如果遇到北极熊,只能靠防熊队员保护我们,短时间内没有任何后援,二是如果海雾过大,直升飞机无法起飞,我们必须做好在冰上过夜的准备。如此一来,海冰的漂移和断裂、低温环境和夜晚的北极熊出没都会成为极大的安全隐患。但我们能做的唯有做最坏的打算,向最好处努力。
  四套D-TOP利用直升飞机进行布放,有两套设备计划在一天之内完成,这就要求第二套设备的布放必须无差错的短时间内结束,否则天色暗下来,直升飞机无法发现浮冰上的我们,极有可能导致科考人员在冰上过夜,但过夜的不安全性和不确定性就会瞬间增大。经过提前周密的准备,最终在其他科考人员的协助下,按时完成一天两站的作业任务顺利返回母船。从直升飞机踏上母船的一刻,倍感骄傲、自豪和欣慰。
  最后一套设备是依托破冰船进行布放。当天的温度已经达到零下16℃,在5m/s的风速作用下,即使带着手套依然无法保暖。尤其是布放过程中还夹杂着降雪过程。为了防止雪花落入到仪器设备的监测单元内损伤电路,需要科考队员用身体作为掩护来完成数据的监测过程。最终经过两个半小时的努力,成功将D-TOP放入温暖的北冰洋,并确认数据已经顺利接收,如图4所示。

图4

  待科考队员完成任务回到母船之后才发现,此处浮冰在距离布放点50米左右的地方已经开始断裂,一方面庆幸工作已经完成,人员安全回船,另一方面只能祈祷此处浮冰不要继续大面积断裂而导致仪器设备受损。
  返程的路上波涛依然汹涌,月光依旧皎洁,但队员们热血奋战的身影永远的留存在了寒冷的北冰洋。50天,5套设备,飞行4架次3.5小时,冰上作业15小时,平均工作气温零下10℃,体感温度零下20℃。在如此艰苦恶劣的环境下,中国海洋大学两名科考队员完成了中国北极科学考察史上第一次海洋环境实时监测网的建设,并将中国自主研发的北极科考设备推向了国际舞台,使得我国北极海洋环境长期监测能力在国际上获得了一席之地。依托该监测网实时传输的海洋环境数据,通过与美国和德国科学家之间的深入合作,必将使我国的北极科学研究水平步入一个新的台阶。

供稿:李涛

设备布放完毕后,李涛(左二)、朱嘉良(左三)与同行人员合影留念

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