南極,這片被冰雪覆蓋的白大陸,始終是人類認知邊界的最前沿。在這裡,地理的極端與科學的尖端相遇,孕育出無數探索的傳奇。2123年未至
2124年初的南極夏季1月,中國第140次南極科學考察隊隊長李旭揚率領一支由87名科研人員組的英團隊,搭乘“東方紅三十”號極地科考破冰船,抵達了南極磁點附近海域——南緯64°24“,東經137°36”,展開了一場前所未有的多維立綜合科學考察。這次代號為“極地探針”的行,不僅是中國極地考察史上技整合度最高、學科叉最深的綜合考察之一,更是人類首次對這一神秘區域進行的系統立探測。
南極磁點,不同於地理學上的南極點,是地球南半球磁力線垂直指向天空的特定位置。這個點有獨特的地球理特,是研究地球磁場變化、太風與地球相互作用、宇宙線等重要科學問題的天然實驗室。由於磁點位置隨地球磁場變化而移,且周邊海域常年被海冰覆蓋,使得科學觀測極為困難。歷史上僅有數國家進行過零星考察,從未有過系統的立綜合觀測。中國科考隊此次行,標誌著人類對南極的認知正從二維平面走向三維立,從單學科突破邁向多學科融合。
這是一次的極地科學考察部署,是一次科技與經驗的完融合。
作為中國極地科考史上的標誌人,李旭揚隊長已經是第八次踏上南極征程。這位畢業於中國海洋大學極地海洋學專業的科學家,擁有超過1200天的極地工作經歷,參與制定了中國“十七八”極地科學發展規劃。在他的領導下,科考隊整合了海洋學、冰川學、大氣科學、地球理學、生學等9個學科領域的專家團隊,攜帶有57種不同型別的先進科考裝置。
“極地探針行的功,三分靠技,七分靠準備。”
李旭揚在出發前的員會上強調。事實上,科考隊為此進行了長達18個月的準備工作,包括裝置海試、人員培訓和應急預案演練。特別值得一提的是,科考隊採用了中國自主研發的“極地科考智慧決策系統”,能夠整合衛星遙資料、數值預報模式和歷史觀測資料,為科考作業提供確的時空視窗預測。
2123年1月25日,“東方紅三十”號破冰船抵達目標海域。呈現在科考隊員眼前的是一片銀裝素裹的世界——無邊無際的冰原在極晝的照下閃耀著藍瑩瑩的芒,遠冰山林立,形態各異的海冰隨波浮。儘管景壯,但科考隊員們無暇欣賞,立即投了張的準備工作。
海洋維度是揭示深海水團的奧秘,故而海洋多維立考察的第一維度是垂直剖面的細化測量。1月26日清晨,科考隊布放了自主研發的“海瞳”系列剖面觀測系統。這套系統包括12個潛標,每個潛標搭載有溫鹽深儀(CTD)、聲學多普勒海流剖面儀(ADCP)、微型湍流剖面儀等多種測,能夠同時對不同深度的海水理引數進行連續監測。
當第一個潛標緩緩沉冰海時,控制室氣氛張而期待。李旭揚隊長凝視著監控螢幕,向全作人員提醒道:
“注意海冰漂移速度,調整下放速率。”經過3小時17分鐘的細作,首個潛標功抵達1836米深的海底,傳回了第一組資料。
初步測量結果令人驚訝:在磁點附近海域存在一個強度異常的海流渦旋,其旋轉速度比預期高出/40%。海洋理組首席科學家張海洋教授分析認為:
“這可能是地球磁場與海洋環流相互作用的特殊表現,我們需要加強觀測度。//
在隨後科考的27天裡,科考隊總共完了89個站位的CTD採水作業,獲取了321個不同深度的水樣,佈設了4套海床基觀測系統,收集了超過15TB的海洋環境資料。這些珍貴資料將幫助科學家理解南極底層水fortion過程及其在全球大洋環流中的作用,為研究氣候變化對南極海洋的影響提供關鍵資料。
而冰際維度,則是破解海冰變化的碼。
南極海冰是氣候系統的“放大”,其變化對全球氣候有重要影響。在磁點附近海域,科考隊開展了系統的海冰理特與過程觀測。1月27日,李旭揚隊長親自帶領6名隊員踏上海冰,建立了臨時冰站觀測系統。
“極地號”無人冰基觀測平臺是這次考察的亮點之一。這個形似小型太空艙的自化觀測站重量僅235公斤,卻集了32種測,能夠同時對海冰厚度、溫度剖面、力學特、表面能量平衡等進行連續監測。更令人驚歎的是,它能夠過衛星鏈路即時傳輸資料回國實驗室。
冰芯鑽取是海冰研究的關鍵環節。科考隊使用最新研發的熱鑽系統,獲取了3長度分別為2.1米、2.4米和2.7米的完整海冰冰芯。冰芯分析組組長王冰教授介紹:“這些冰芯如同海冰的‘年’,過分析其晶結構、氣泡分和同位素組,我們可以重建最近幾年的海冰生長和消融歷史。”
與此同時,科考隊還部署了5套海冰質平衡浮標和3套海冰漂移浮標,這些裝置將在未來2年持續傳回資料,為科學家提供長期連續觀測資料。初步資料顯示,該區域海冰厚度變薄速率比南極其他海域快18%,這一發現對理解南極海冰對全球變暖的響應有重要意義。
大氣維度是捕捉空間天氣的脈,南極磁點附近是研究高空大氣理和日地關係的理想場所。科考隊在此開展了綜合的大氣與空間環境觀測,包括電離層探測、宇宙線測量、地磁脈觀測和極監測等。
1月27日,正值南極夏至,科考隊迎來了極晝期間的最佳觀測視窗。隊員們功施放了11個高空科學氣球,這些氣球攜帶的測最高飛行高度達到42公里,捕捉到了電離層D層和E層的細結構。
大氣理組首席科學家劉宇星教授興地表示:
“我們獲得了磁點附近區域電離層電子度剖面的罕見資料,這對理解太風能量注過程至關重要。”
與此同時,佈置在甲板上的雷雷達系統日夜不停地向天空發雷脈衝,過分析大氣顆粒的回波訊號,反演出大氣邊界層的氣溶膠垂直分佈。令人驚喜的是,科考隊首次在南極區域探測到了中層大氣金屬層現象,這為研究流星塵埃在南極大氣中的沉降過程提供了直接證據。
地磁觀測是本次考察的重點任務之一。科考隊在冰面上佈置了8臺高度磁力儀,組了一個直徑5公里的觀測陣列。這些儀能夠檢測到強度僅為地球
磁場十億分之一的地磁脈,為研究磁點附近地磁場的時空變化特徵提供了unprecedented資料解析度。
生態維度是探秘冰封世界的生命奇蹟,
雖然環境極端惡劣,南極海域仍然存在著富的生態系統。科考隊過水下機人、底棲生拖網和潛水觀察等方式,對磁點附近海域的海洋生進行了系統調查。
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