北纬77°58′ 东师校旗飘起来——我校教师首次完成国际北极科考侧记

  从北京出发,途经美国西雅图、安克雷奇,再从阿拉斯加的诺姆登船,穿越白令海峡,在北冰洋的海面上航行20天,只为寻找到一块纬度适合、大小适合、厚度适合、硬度适合的冰,用以安置一种被称为“冰基拖曳式海洋部面观测浮标(sITP)”的科学仪器。这就是我校物理学院董永军老师今年8月3日至22日随同韩国北极科考破冰船“ARAON”号赴北极圈进行科研考察的主要行程和任务。

浅水浮标——实现海冰数据长期连续观测

  sITP名字听起来“高大上”,其实用途很简单明确,它主要用于在北极冰盖定期进行冰上气象数据和冰下海洋剖面数据采样,通过卫星通讯系统将数据传回地面数据中心。
  由我校参与研制的sITP的独特之处在于它实现了无人值守条件下的气象和水文数据的长期连续监测。众所周知,北极地区平均气温常年处于零下,冬季极夜气温更低。常规的北极考察活动多在夏季开展,而且不可能持续太长时间,所获得的海冰观测数据就十分有限。因此,应用可长期连续监测的sITP对间接分析北极海冰变化过程意义重大。
  与目前国际上主流的用于极地气候研究的深水型的浮标不同,此次董永军携带的sITP在获取海平面以下10米内的水文数据上优势明显。传统的深水ITP在距离海面10米左右处需设有限位器以避免海冰厚度增加对水下浮标系统正常工作造成影响。而sITP属高强度电缆拖曳式水下剖面浮标系统,可以上浮到冰底进行剖面数据的测量,所以能够实现北极地区海冰数据的长期连续观测,从而为我国科研人员从事北冰洋海冰快速变化的研究提供宝贵的数据。

十年磨剑——应用物理研究团队“破冰”而来

  董永军在北极成功布放sITP标志着我校应用物理团队在极地仪器低功耗系统设计、卫星通讯系统开发以及水下设备数据采集与通讯等方向已具备较强的研发能力。这一成果对于未来开发北极通用型多参数海冰浮标、海冰通量浮标以及海冰气象站等综合观测系统将提供强有力的技术支持。
  我校物理学院应用物理研究团队涉足极地科考仪器研发可以追溯到十年前。当时,团队和我校校友、中国海洋大学的赵进平教授联系,依托学校先进能源技术研究所、吉林省先进能源开发与应用创新重点实验室,共同开发研制了一套自动升降剖面测量仪,紧接着又陆续在冰面浮标和卫星通讯系统仪器方面进行了研发。正是这些前期研究为sITP的研制打下了坚实的基础。
  “科学研究不可能一帆风顺。”据董永军介绍,sITP在北极布放之前必须做全水深运行测试,而且sITP的每个研发环节也需要有一个合适的水域作试验基地。为了寻找最佳的测试点,研发团队反复奔波于云南抚仙湖、吉林白山湖等全国多个试验点进行系统联调实验。为了取得可靠的数据,研究人员曾在白山湖边连续蹲守10天。期间,遇上过大雾和雷雨天气,通讯效果不理想,大家就等天气转好再试,最终才选定条件最接近的白山湖作为试验基地,为仪器测试创造了条件。
  从冰基水下剖面测量自动升降装置,到海冰漂移浮标,再到如今的冰基拖曳式海洋剖面浮标,研究一次次进步,成果一步步“升级”,2016年6月,sITP投放白山湖测试成功。那一刻,在董永军心中,对北极的“破”冰之旅更加充满了期待。

“破”冰之旅——艰苦条件下的任务更有挑战性

  经过10余天的航行与准备,董永军终于迎来最激动的时刻。当地时间8月14日,“ARAON”号停靠在Station 23附近的Ice Camp冰站,董永军和同伴兴奋地下船,扛着冰钻在冰盖上寻找作业点。可是,冰盖上又硬又滑的薄冰让人站立都难,更不用说背着沉重的设备行走了。
  其实,在出发前,董永军对在北极工作的困难是有准备的,他还专门阅读了《情系北冰洋》——一本关于北极的科普书。可是,真正到达北极后,他才发现这里环境之艰苦远超出想象。他和同伴在冰盖上蹒跚行进了大半天,才找到一个合适的作业点,一块厚度近2米的冰层。可问题又接踵而至,带来的冰钻只有1米,需要连接几个延长杆后才能钻孔破冰。低温下,用于固定延长杆的塑料锁扣死死“缩”在杆上不肯“松手”。当董永军用了比平时多一倍的时间准备好冰钻时,人已冻成“冰人”,夹杂着坚硬雪粒的风呼啸着打在脸上火辣辣地疼。
  除了条件艰苦以外,北极还充满了危险。董永军说,因为有盐分析出,北极地区的冰中往往有无数的小空洞,同等厚度的冰层要比内陆的承受力小,所以要尽可能选择冰层足够厚的地方走,同时还要远离冰脊、融池。融池看上去就像冰上的一汪水,实际上这一汪水下面可能是数百米深的冰洞。恶劣的条件和随时可能出现的危险,让科考工作异常艰难。“一样的工作,在北极工作量可能翻几倍,一天下来通常是累得倒床就睡。”董永军说。
  未到过北极的人,会期待这里的炫丽极光、可爱的北极熊,可是真实北极的荒凉也往往出人意料。整个科考过程中,除了危险和劳累,意志上的磨砺更考验人。一望无际的北冰洋海面泛着黑光,没有手机信号也没有网络,这时人会陡然生出一种与世隔绝的孤独。“令人欣慰的是,经过一番努力,董永军顺利完成任务。“想起在北极大陆上扬起的国旗和东师校旗,一切辛苦都值了。”他说。

  • 主题策划党委宣传部、信息化办
  • 时间2016.11.18
  • 文字/采访赵子坤
  • 图片/摄影毛炜伟
  • 指导教师佟雪、张轩维
  • 审核徐红彦、白立新
  • 编辑张轩维
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