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中国造无人冰站首次在北极“上岗” 将解决啥难题？

科考队员正在布放无人冰站 摄影/本报记者 李岩

随着最后一个短期冰站作业结束，8月25日，自然资源部组织的中国第九次北极科考(以下简称“九北”)冰上作业宣告顺利完成，这也意味着雪龙船将正式调转船头开始南行驶离冰区。科考队领队朱建钢称：“‘九北’到达的最北端位于北纬84°48′，此行冰上作业基本完成了预先计划的任务目标。”

从8月11日第一个短期冰站算起，历时15天、跨越5个纬度，“九北”共开展9个短期冰站和一个长期冰站作业。科考队首席科学家魏泽勋告诉北京青年报记者，虽然在完成冰站作业后将开始返航，可是回程中还有很多其他调查工作，任务繁重。另外，冰上作业这15天里，常规断面调查同时也是交错进行的，“在温度低、紫外线强、风大这样的恶劣条件下，队员们在极地冰区完成了海冰物理、冰面气象、水文、光学、生物、化学等学科的多个作业项目。”

“和以往的北极科考相比，‘九北’冰上作业涉及的学科和种类没有太大差别。”但科考队首席科学家助理雷瑞波总结称，这次冰上作业的一个显著特点是加强了无人值守观测系统的布放，包括3套自动气象站、2套无人冰站、3个海洋剖面浮标、24个海冰物质平衡浮标、15套海冰漂移浮标等。“此次布放的无人观测系统的数量创下历次北极科考之最，并且其中大部分(约占80%)均为我国自主研发或集成。”雷瑞波说，这些将为研究北极地区气、海、冰的相互作用过程及其对北极生态系统和海洋环境的影响提供有力支撑。

值得一提的是，在大量自主研发的系统中，首次成功布放的无人冰站观测系统是当之无愧的明星产品。雷瑞波称，该系统由4个子系统组成，通过对大气、海冰、海水三个层面的连续观测，可获取完整的海冰生长消融过程中气-海-冰相互作用的数据，“这对研究三者相互作用的机理至关重要，获得的数据还可用来优化海冰模式的参数化方案等。”

释疑

自研无人冰站将解决什么难题？

22日，无人冰站观测系统(无人冰站)布放完成。科考队首席科学家助理雷瑞波告诉北青报记者，这是“九北”行程中布放的第二套无人冰站，“目前两套系统均运行正常，这意味着我国自主研发的无人冰站在北极首次布放成功。”

四套子系统组成“无人冰站”

“无人冰站”是指无人值守、可长期在冰上运行的观测系统，其采集的数据通过卫星自动传回国内。

北青报记者了解到，这套观测系统依托国家重点研发计划，由自然资源部下属的中国极地研究中心牵头，自然资源部第一海洋研究所、中国气象科学研究院、中国海洋大学等单位共同参与研发。

这套系统分别由大气边界层观测子系统(气象塔)、海冰观测子系统(主浮标)、上层海洋固定层位观测子系统(副浮标)和拖曳式海洋剖面观测子系统四个子系统组成，计划使用一年以上。

无人冰站安装完成后，冰面上除了高达5米的气象塔格外显眼，其余几个冰上浮标则十分“低调”。这些浮标连接着很多缆线和探测仪，布放成功后便被“埋藏”在冰面之下。

雷瑞波解释称，气象塔观测的是大气和海冰之间的界面通量；主浮标所观测的是积雪和海冰的一些参数，以了解它们的生长、消融过程；上层海洋固定层位观测子系统主要是观测冰下固定30米水深的海水温度、盐度等；拖曳式海洋剖面观测仪通过缆线收放可在水中上下运动，每天获取两个剖面的海水温度、盐度等数据，其最大下潜深度为120米。

为什么要单独设计固定层位的副浮标？雷瑞波说，副浮标不需要运动，其采样频率便可以设计得高一些，比如一个小时一次，“因为续航电量的限制，以同样的标准去要求运动式观测仪器显然不现实，其被设计为一天运动两次，采样频率要低很多。”

可以获取一整个周期的数据

通过上述系统，可以实现对大气、海冰、海水三个层面的连续观测，以获取一个完整的海冰生长消融过程中气-海-冰相互作用的数据。

“实际上，针对气-海-冰三个层面的综合观测正是这套系统最核心的创新之处。”雷瑞波说，这是我国首次在北极成功布放该系统，从全球来看也是类似系统的首次布放。

北青报记者了解到，我国历次北极科考都选在夏天进行，冬季观测数据很难获取，这相当于对海冰生消过程的观测缺失了一环。“以往布放的一些进口浮标也可以工作到冬天，因此冬天的数据我们并非一点都没有，但观测的参数比较单一，获取数据的丰富程度远远不够。通过自主研发的这套系统，大气、海冰、上层海洋三个层面中各个通量的参数基本都囊括其中。”雷瑞波解释，这套系统的设计初衷就是为了获取全面、连续的观测数据，以弥补以前缺失的一环。

“如果没有浮冰断裂、北极熊破坏等不可抗拒因素，布放的两套系统预期可以运行一年以上，那么就可以成功获取一整个周期的数据。”雷瑞波说，虽然一两个布放站点的数据难以被直接用来做数值模式预测，但已经足够去展现一整年中大气、海洋、阳光对于海冰的影响机理。

还不具备设立有人冰站条件

相对于无人冰站，美俄等少数国家也在北极进行过有人值守冰站的尝试。

“所谓‘有人冰站’，就像我们的短期冰站作业一样，可以满足几十位队员同时进行作业。有人冰站会持续好几个月甚至一年，其能进行的观测项目肯定要比无人冰站丰富得多。”雷瑞波称，一般来讲，有人冰站有两种实现形式，“一种是以科考船自身作为平台在北极地区长期值守，可以形象地表述为把船冻在冰里。队员每天作业结束后就回到船里休息、生活。此外，冬季里北冰洋海冰可以满足起降固定翼飞机的条件，那么另一种模式下队员会在冰上建造简易住房，由固定翼飞机定期来运送人员和补给物资。”

不过，不论哪一种模式，有人值守的冰站成本都会比无人的高很多。雷瑞波告诉北青报记者，有人冰站虽好，但有条件进行有人冰站项目的国家还很少，“我们目前在北极还没有条件去做有人冰站主要有两个原因，一个是我们目前在北极科考上的投入确实还没有那么多。另外一个原因是，我们目前只拥有一艘具备破冰能力的科考船——雪龙船。除了北极科考，雪龙船还要承担南极科考，因此要想让雪龙船在北极地区长期停留用作科考平台并不现实。”

揭秘

什么情况下才能向北极熊开枪？

“九北”每次冰上作业，都会有几个队员的岗位被安排在冰面的最深处，不得离开站定位置，他们是北极科考中的防熊队员。在9个短期冰站和一个长期冰站作业过程中，为确保万无一失，防熊队员被要求最先下船、最后回船。

饥饿的北极熊容易袭击人类

“九北”行程已经过半，截至发稿，北青报记者已经和北极熊三次偶遇。

北青报记者在望远镜中观察到，北极熊体态丰腴、毛发洁白，外表“萌”是队员们对它的一致评价。然而，防熊工作负责人、科考队领队朱建钢提醒说，不要被北极熊的外表“蒙蔽”，“北极熊可以算作北极地区食物链最顶端的‘王者’，其捕食能力很强、奔跑速度很快，我们的雪地摩托都不一定能跑得过它。也正因如此，冰上作业除了防止落水，防熊同样是最为重要的安全保障工作。”

据了解，北极熊嗅觉灵敏，在很远的距离外就能闻到食物气味。“北极熊最喜欢的食物是海豹，一般而言它并不喜欢主动袭击人类。”朱建钢介绍称，但目前由于食物减少，北极熊长期处于饥饿的状态，甚至出现了熊吃熊的情况，那么其袭击人类的风险就比以往更高了。

直升机和北极熊的“猫鼠游戏”

朱建钢告诉北青报记者，从全世界范围看，英国组织的上百人科考队集体失踪事件恐怕要算作北极科考中最惨重的悲剧，“虽然没有确切证据，但业内人士分析称很有可能是迷路后遭到了北极熊的袭击，最终导致科考队全军覆没。”

中国组织的北极科考，也同样遭遇过北极熊。朱建钢说，第二次北极科考在进行长期冰站作业时曾遇到过北极熊接近，当时，正准备作业的队员们立刻放下设备进行避险，随船的直升机升空开始对北极熊进行驱离。“北极熊由于害怕低空飞行的直升机，会逃离冰站现场。但是那次驱熊时发生了一个非常有意思的事情，跑出一段距离后，那头北极熊或许是体力不支，最后将头埋进雪中一动不动，一副听天由命的样子。可当直升机返航、队员重新开始作业后，那头北极熊又慢慢地向冰站走来，使得我们再次中止科考作业进行驱熊，当天直升机和北极熊这样的‘攻防’反复了好几次。”

船员们还兼职担任“防熊员”

如果说利用直升机驱熊是防熊过程中的“出击”，那么组织防熊队员站岗值班便可算作“防守”。

朱建钢介绍说，“九北”防熊队一共有15名队员，均由船员兼职担任，他们中间有驾驶员、水手甚至厨师。“防熊队在站岗值勤时以观察、发现为主，发现北极熊后要第一时间通知雪龙船驾驶台并组织科考队员避险、撤离。其中，短期冰站作业时间相对较短不会设置苹果屋(冰上设置的临时安全屋)，那么队员就撤到黄河艇上。长期冰站设有苹果屋，队员依据就近原则撤到苹果屋中或返回至雪龙船。这中间我们要求，防熊队员要在掩护最后一名科考队员安全撤离后才可以撤离，不能自己先撤离。”

北青报记者了解到，按照防熊计划要求，短期冰站作业设立两个防熊岗哨，长期冰站上设立三个。短期冰站由于需要乘坐黄河艇摆渡至浮冰，因此四五个小时的作业时间内两名防熊队员不再轮班，全程站岗放哨。长期冰站由于作业时间较长，防熊岗哨分为上下午两个班次，每三名防熊队员值一个班次。

队员不允许随意射击北极熊

“由于有防熊需求，自然资源部极地研究中心具有持枪、用枪资质，因此我们的防熊队员也是持枪站岗。但是我们要求队员不到万不得已不能向北极熊开枪。”负责枪械管理工作的雪龙船副政委、轮机长吴健告诉北青报记者，历次北极科考中防熊队从未对北极熊“动武”，持枪的目的主要还是以防万一。

吴健介绍称，防熊队员的用枪规定很严格，即便在站岗期间也要做到枪、弹分离，只有在发现北极熊后才可将弹夹装入枪支，情况危急时才可打开枪上保险。“为避免误伤，即便真到了必须开枪之时，防熊队员也要考虑自己、北极熊和科考队员的站位问题。比如，有科考队员在熊身后不能开枪，枪口和北极熊中间站有科考队员时不能开枪等。”

因此，防熊队员的一项硬性指标是考取持枪证。吴健介绍称，选拔和培养防熊队员时多数会倾向于年轻、视力优秀的船员，进行防熊教育后再由单位委派至武警部队学习枪械使用并考取持枪证，“雪龙船有很多船员都是从部队上转业而来，这些船员对枪械相对更熟悉一些，在防熊工作中这也算是一个优势。”