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南极“探”气北极“读”冰 4 F' T& A% T$ c y5 w
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2020青岛极地科考书写新纪录新传奇 2 K4 A) Z5 g0 L
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2 X8 r" y* ~; g0 r- I4 K3 a4 o 在我国，鲜有城市可以像青岛这样，既拥有雄厚的海洋科研实力，同时又长期聚焦极地科考，先后派遣大量的涉海科研人员奔赴两极。前不久，参加南极科考的黄海水产研究所的科研人员刚刚回到青岛。近日，青岛涉海高校、科研院所的10多位科研人员又从上海出发，乘坐“雪龙2”号参加中国第37次南极科考。 * b8 d; ^3 E o! M
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回顾今年的极地科考经历，新冠肺炎疫情给科考人员增加了许多困难因素。在这特殊的一年里，南北极的“青岛身影”又书写了不同寻常的历史纪录。
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! @7 g: u1 G6 p2 ~& |3 e' _ 坚守南极中山站，填补我国大气探测空白 " V9 `, [( w; |% B4 f; e6 O
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几经周折，黄海所的科研人员张吉昌和樊钢洲在今年10月底回到了青岛。与出发前的计划大为不同，他们待在南极的时间远远超过了预定的4个月，在海上漂泊了接近一年。
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去年12月，张吉昌和樊钢洲受农业农村部委派，跟随南极磷虾渔船出港，前往南极海域执行南极磷虾渔业科学观察和调查任务。张吉昌原本想在今年4月回国，届时可以完成项目总结验收等相关案头工作，正在照料1岁大孩子的母亲也可以回老家照顾身体不好的父亲。樊钢洲出发前，刚刚得知妻子怀有身孕。他原计划随福远渔9818轮执行科学观察任务一段时间，待轮换观察员登船后，回国照料待产的妻子。 + a1 _7 j; J$ }; N# U1 E9 F
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但是，这些设定好的归国计划都因为一场突如其来的新冠肺炎疫情在全球蔓延而无法实现。轮换人员出不去，船上人员回不来，他们坚守在极地渔业科考岗位上，承担起了整个渔季南极科研项目的第一手数据资料和样品的采集与处理工作。
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2018年11月，海仪所张锋跟随“雪龙”号参加南极科考。 / `" _0 A# e, W" l
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+ w: U/ ~& L5 N6 ] 无独有偶。赴南极参加中国第35次越冬任务和第36次度夏任务的山东省科学院海洋仪器仪表研究所助理工程师张锋也遭遇了回国延期。按照计划，他在去年底今年初就可以回国，不过，由于受到新冠肺炎疫情相关的旅行限制，他只好在南极多待了几个月，直到今年4月才回到青岛。 8 K1 G2 G8 m2 z" @) R7 r! B
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南极中山站激光雷达观测栋。
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2 Y5 ~ G4 f* R2 T2 ]8 m 在南极中山站，张锋总共坚守了525天。作为项目成员，他参与搭建了国际上首台在南极部署的可全天时对80-110公里大气风场和温度进行观测的钠荧光激光雷达。随后，他又参与完成了相干多普勒测风激光雷达系统、转动拉曼激光雷达系统和瑞利/米散射激光雷达系统的安装与调试。截至回国前，张锋和项目其他成员采集完成了超过1000小时的观测数据，并首次同时探测到南极中间层顶区大气温度和三维风场，填补了我国在极隙区中高层大气探测的空白。 8 j( k* Y+ m* |0 C
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南极中山站上的激光雷达现场观测图。
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; T, J v2 J0 p0 `! x. n 其实，除了黄海所和海仪所的科研人员，参加南北极科考的中国海洋大学、自然资源部北海局和自然资源部第一海洋研究所等青岛涉海高校、科研院所的科研人员，也都或多或少受到了新冠肺炎疫情的影响。困难之下，他们坚守岗位，坚持奉献。他们当中的一些人，至今仍奋战在极地的科考现场。
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% P) D. {7 Y9 H, h 北极科考，亲身感受北冰洋的“消亡” 8 S/ ~. r: T" ^4 f2 D
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10月12日，参加“国际北极气候研究多学科漂流观测计划”(“MOSAiC”计划，以下简称“马赛克”计划)的“极星”号破冰船返回德国不莱梅哈芬，创造了史上最长、规模最大的北极科考历史，同时也带回来一个坏消息：北冰洋正在“消亡”。
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2 V, I* Z) u# v “马赛克”计划由德国阿尔弗雷德魏格纳极地研究所(AWI)发起，目的是通过德国“极星”号破冰船在北极漂流一年的连续数据观测，来加强对北极气候变化的认识和预测预报能力。来自20多个国家的600多名科学家和工程师参与了该计划，其中不乏中国的科研人员。以青岛为例，自然资源部第一海洋研究所高级工程师马小兵在去年参加了第1航段，孔彬则在今年参加了第3航段。 - ?" ^# E4 v! v' R' ?1 a
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在第3航段，孔彬所在的物理海洋组要做的一项重要工作就是前往十几公里之外，对第1航段放置的水下浮标进行回收。回收浮标的那天是5月4日。“乘着直升机到达浮标回收点，只需要10多分钟。但想要将海冰下200米的浮标打捞上来，需要先用电锯锯开海冰。海冰很厚，比人还高。因此，极地科考对于人的体力和毅力都是大考。” ( }2 ]+ K+ ^( {/ |2 B
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第3航段的后期，已经是5月中旬。北极气温的不断升高，造成了海冰破裂，影响着科考计划的实施。由于破裂的冰隙过多过大，为了安全起见，只好通过放置吊笼的方式让科研人员上下船。在第4和第5航段，科考团进一步目睹了北冰洋正在“消亡”的现实，海冰融化的速度远超预期。“极星”号返回德国后，该科考行动的负责人马库斯雷克斯在新闻发布会上警告，如果北极变暖的趋势无法改变，那么几十年内将出现“夏季无冰的北冰洋”。
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参加中国第11次北极科考的中国海洋大学博士后王晓宇，直观感受到了北极海冰融化的情形。今年夏天，他跟随“雪龙2”号首航北极，在北冰洋所见融池之多，让他印象格外深刻。
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! T3 [2 f {5 P! _% R8 K$ u 此前，他在北纬85度以北很少看到融池。但今年“雪龙2”号到达了北纬86度，在离北极点只有500公里左右的地方，科考人员发现，融池依然很多。目之所及，周边三四成的融池覆盖率与历年有很大不同。北极大范围融池的存在，表明北极夏季高温正在蚕食北冰洋高纬度多年冰区。
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中国海洋大学科研人员在86°N的融池附近开展冰站作业。 ! F9 \, N% ?5 j1 S6 F# _3 e4 d: L" w
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深入极地科考，推动海洋设备的自主研发
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作为海洋强市，青岛多年来一直都有科研人员参加南北极科考。发挥物理海洋、水产等海洋学科的优势，不断探索极地来产出科研成果。与此同时，随着对极地科考的不断深入，提高探索认识的手段、推动海洋设备的自主研发，也是青岛为海洋强国建设贡献城市力量的重要方式。 , X5 S7 |- U* D* \* }
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以王晓宇参加的第11次北极科考为例，他们布放了中国海洋大学自主研发的冰基海洋剖面浮标和海雾光学剖面仪。这两件设备早在2018年的第二次中俄北极联合科考中就开始应用。其中，海雾光学剖面仪在全球“独一无二”，具有极大的应用价值和潜力。
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海雾光学剖面仪由中国海洋大学赵进平团队主导研发。研发初衷，主要是希望使用该设备进行科学研究，关注北极能量在大气边界层内的吸收和分配过程。王晓宇介绍说，该设备通过乳胶氦气球释放，依靠气球的浮力可以飞到近5000米高空，从而获得自海面至到达高度之间的海雾/低云垂向光学结构。
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中国海洋大学科研人员在南极布放使用海雾光学剖面仪。 6 S7 n7 R f( K% P! g
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对极地海雾的观测和研究，已成为当下的前沿热点课题。今年从南极科考回来的中国海洋大学助理工程师孙永明介绍，去年“雪龙”号在南极科考过程中意外与冰山碰撞，险些酿成安全事故，主要原因在于现场突发的浓雾严重影响了驾驶人员视线，无法及时规避航路上的冰山。因此，对极区海雾的认识越多，就越可能从经验性的认识，上升到定量的、机制层面的认识，更好地为极区生产活动、航道利用以及科学研究提供服务。
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, P9 Z! D8 B; E' c2 z5 b. ~. u! b8 ] 推动海洋仪器的自主研发及国产化，媲美甚至超越国外同等水平的海洋监测设备，海仪所也在贡献着自己的力量。近日，由海仪所参与研发的我国首套极区中低层大气激光雷达探测系统通过技术暨业务试运行验收。该系统与2019年部署完成的钠荧光多普勒激光雷达系统相结合，首次在南极地区利用激光雷达系统实现极区大气准全高程地基同步观测。 ( _ f6 |& h2 z$ W& s. R" r
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* k) r1 v' h. P- C 海仪所激光雷达创新团队负责人王章军介绍，实现极区大气准全高程地基同步观测，需要多台激光雷达配合才能完成。2019年部署完成的钠荧光多普勒激光雷达由中国极地研究中心、武汉大学、中科院大气物理研究所和海仪所联合研发，可对80-110公里的大气参数进行探测。2020年，在国家重点研发计划的支持下，开始对观测高度向下延伸，拓展了0-80公里范围的大气观测。这个观测范围里的3台激光雷达，分别由中科院大气物理研究所、武汉大学、海仪所研发，组成了我国首套极区中低层大气激光雷达探测系统。
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目前，南极中山站共有4套大气探测激光雷达在位运行，无论是数量还是精度，都已达到国际先进水平。据了解，海仪所接下来还将推动激光雷达在北极的部署和应用，力争在极区大气观测方面继续贡献青岛力量。
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(青岛日报/观海新闻记者 李勋祥)
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