南极,这片自远古时代便被冰雪大世界终年覆盖的白色大陆,始终是人类认知边界的最前沿。
在这里,地理的极端与科学的尖端相遇,孕育出无数探索的传奇。2123年末至2124年初的南极夏季1月,中国第140次南极科学考察队总指挥长兼队长李旭扬率领着一支由87名各学科的科研人员组成的精英团队,搭乘着“东方红三十”号极地科考破冰船等共三艘大型综合后勤保障和专用智慧科考设备船舶,抵达到南极磁点附近的海域——南纬64°24和东经137°36交汇处,并在此停泊,迅速展开了一场前所未有的多维立体综合科学考察。
这次代号为“极地探针”的行动,不仅是中国极地考察史上一次技术集成度最高、学科交叉最深入的综合考察之一,更是人类首次对这一神秘区域进行的系统性立体综合科学探测。
南极磁点,不同于地理学上的南极点,是地球南半球磁力线垂直指向天空的特定位置。这个点具有独特的地球物理特性,是研究地球磁场变化、太阳风与地球相互作用、宇宙射线等重要科学问题的天然实验室。由于磁点位置随着地球磁场的变化而移动,并且周边海域常年被海冰所覆盖着,使得科学观测极为困难。历史上只有少数国家进行过零星考察,从来没有进行过系统性的立体综合观测。中国南极科考队的此次行动,标志着人类对南极的认知正从二维平面走向三维立体,从单学科突破迈向多学科融合。
这是中国zhengfu有计划实施的一次精密极地科学考察部署,更是一次科技与经验的完美融合。
作为中国极地科考史上的标志性人物,李旭扬队长已经是第八次踏上南极征程了。这位毕业于中国海洋大学极地海洋学专业的科学家,拥有超过1200天的极地工作经历,参与制定了中国“十七、八期间”极地科学发展规划。在他的领导下,科考队整合了海洋学、冰川学、大气科学、地球物理学、生物学等九个学科领域的专家团队,携带有57种不同类型的先进科考设备。
“极地探针行动的成功,三分靠技术,七分靠准备。”
李旭扬在出发前的动员会上强调着。事实上,科考队为此进行了长达18个月的准备工作,包括设备海试、人员培训和应急预案演练。特别值得一提的是,科考队采用了中国自主研发的“极地科考智能决策系统”,能够整合卫星遥感数据、数值预报模式和历史观测资料,为科考作业提供精确的时空窗口预测。
2123年1月25日,中国极地大型综合科学考察船“东方红三十”号激光高能束破冰船抵达到了目标海域。呈现在科考队员眼前的是一片银装素裹的世界——茫茫苍苍无边无际的冰雪荒凉海原在极昼阳光的照射下闪耀着奇特独特而又迷人梦幻般的那种摄人心魂的蓝莹莹光芒;远处高耸雄伟的冰山林立独耸,形态各异的海冰随波浮动,浮光掠影跃金生辉,一派奇异美幻的世界。尽管景色壮美,但所有科考队员们却无暇欣赏,大家心里只有一个目标~~这就是尽快地投入海洋专项科考工作中去,为祖国争光,为祖国崛起而尽力尽职,让东方大国的智慧之光永远闪耀在这片圣洁雄奇的南极圈内,让南极科学研究永远走在世界前列,为中华民族争光。…大家立即投入到了紧张有序的准备工作之中。
海洋维度是揭示深海水团的奥秘,故而海洋多维立体考察的第一维度就是进行垂直剖面的精细化测量。
1月26日清晨四点,极昼下的海洋上,明丽绚烂的太阳悬浮在低角度的天空上,灼灼其华灿灿放射出万丈阳光,整个科考海区范围披上了圣洁绚丽的光芒。海面上鱼跃浮光漾丽云,一群群虎鲸在远处的海里展开了一场围猎战,这是一群高智商的虎鲸围猎六头在浮冰群上享受日光浴的海狮。…
科考队立刻快速地在这处海洋开始细致布放中国自主研发的“海瞳”系列剖面观测系统。这套系统包括12个潜标,每个潜标都搭载有温盐深仪(ctd)、声学多普勒海流剖面仪(adcp)、微型湍流剖面仪等多种传感器,能够同时对不同深度的海水物理参数进行连续监测。
当第一个潜标缓缓沉入冰海时,控制室内气氛紧张而期待。李旭扬队长凝视着监控屏幕,向全体操作人员提醒道:
“注意海冰漂移速度,调整下放速率。”经过3小时17分钟的精细操作,首个潜标成功抵达1836米深的海底,传回了第一组数据。
初步测量结果令人感到惊讶:在磁点附近海域存在着一个强度异常的海流涡旋,其旋转速度比预期高出40%。海洋物理组首席科学家张海洋教授分析认为:
“这可能是地球磁场与海洋环流相互作用的特殊表现,我们需要加强观测密度。…”
在随后科考的27天里,科考队总共完成了89个站位的ctd采水作业,获取了321个不同深度的水样,布设了4套海床基观测系统,收集了超过15tb的海洋环境数据。这些珍贵资料将帮助科学家理解南极底层水formation过程及其在全球大洋环流中的作用,为研究气候变化对南极海洋的影响提供关键数据。
而冰际维度,则是破解海冰变化的密码。
南极海冰是气候系统的“放大器”,其变化对全球气候有重要影响。在磁点附近海域,科考队开展了系统的海冰物理特性与过程观测。1月27日,李旭扬队长亲自带领6名队员踏上海冰,建立了临时冰站观测系统。
“极地号”无人冰基观测平台是这次考察的亮点之一。这个形似小型太空舱的自动化观测站重量仅235公斤,却集成了32种传感器,能够同时对海冰厚度、温度剖面、力学特性、表面能量平衡等进行连续监测。更令人惊叹的是,它能够通过卫星链路实时传输数据回国内实验室。
冰芯钻取是海冰研究的关键环节。科考队使用最新研发的热钻系统,获取了3根长度分别为2。1米、2。4米和2。7米的完整海冰冰芯。冰芯分析组组长王冰教授介绍:“这些冰芯如同海冰的‘年轮’,通过分析其晶体结构、气泡成分和同位素组成,我们可以重建最近几年的海冰生长和消融历史。”
与此同时,科考队还部署了5套海冰物质平衡浮标和3套海冰漂移浮标,这些设备将在未来2年内持续传回数据,为科学家提供长期连续观测资料。初步数据显示,该区域海冰厚度变薄速率比南极其他海域快18%,这一发现对理解南极海冰对全球变暖的响应具有重要意义。
大气维度是捕捉空间天气的脉动,南极磁点附近是研究高空大气物理和日地关系的理想场所。科考队在此开展了综合的大气与空间环境观测,包括电离层探测、宇宙射线测量、地磁脉动观测和极光监测等。
1月27日,正值南极夏至,科考队迎来了极昼期间的最佳观测窗口。队员们成功施放了11个高空科学气球,这些气球携带的传感器最高飞行高度达到42公里,捕捉到了电离层d层和e层的精细结构。
大气物理组首席科学家刘宇星教授兴奋地表示:
“我们获得了磁点附近区域电离层电子密度剖面的罕见数据,这对理解太阳风能量注入过程至关重要。”
与此同时,布置在甲板上的激光雷达系统日夜不停地向天空发射激光脉冲,通过分析大气颗粒物的回波信号,反演出大气边界层的气溶胶垂直分布。令人惊喜的是,科考队首次在南极区域探测到了中层大气金属层现象,这为研究流星尘埃在南极大气中的沉降过程提供了直接证据。
地磁观测是本次考察的重点任务之一。科考队在冰面上布置了8台高精度磁力仪,组成了一个直径5公里的观测阵列。这些仪器能够检测到强度仅为地球
磁场十亿分之一的地磁脉动,为研究磁点附近地磁场的时空变化特征提供了unprecedented数据分辨率。
生态维度是探秘冰封世界的生命奇迹,