中國(guó)北極科考二十四載:向北而去,探索極地
作者:何劍鋒(中國(guó)極地研究中心研究員)
9月27日,順利完成北冰洋各項(xiàng)考察任務(wù)的“雪龍2”號(hào)極地科考破冰船,緩緩靠泊位于長(zhǎng)江入??诘闹袊?guó)極地考察國(guó)內(nèi)基地碼頭,標(biāo)志著中國(guó)第13次北冰洋科學(xué)考察圓滿結(jié)束。我國(guó)于1999年依托“雪龍”號(hào)執(zhí)行了首次大規(guī)模北極科學(xué)考察任務(wù),24年來(lái),已陸續(xù)開(kāi)展了13次北冰洋科學(xué)考察和19個(gè)年度的北極黃河站科考,在綜合考察研究、觀測(cè)平臺(tái)建設(shè)和國(guó)際科技合作等方面取得了顯著成果,進(jìn)一步提升了我國(guó)北極科學(xué)研究水平和創(chuàng)新能力,以及在國(guó)際北極事務(wù)中的影響力。
北極具有重要的科研價(jià)值
提起北極,大家一定會(huì)在第一時(shí)間聯(lián)想到地球上最大的肉食性動(dòng)物——北極熊。它是北冰洋的霸主,習(xí)慣在無(wú)垠的海冰蓋上游蕩、獵食。我們?cè)谶M(jìn)行北極科考時(shí),就很有可能遇見(jiàn)它們。此外,大家還能想到什么?我國(guó)為什么要組織開(kāi)展大規(guī)模的北極科學(xué)考察呢?那是因?yàn)楸睒O具有重要的科研價(jià)值。研究北極可以強(qiáng)化我們對(duì)北極的科學(xué)認(rèn)知,服務(wù)于極地保護(hù)和利用。
北極科學(xué)考察可以深刻了解全球氣候變化。北極是地球的冷源之一,冷源出了問(wèn)題,就會(huì)影響到全球天氣和氣候系統(tǒng)。北極地區(qū)同時(shí)也是全球氣候變化的敏感區(qū),其升溫是地球其他地區(qū)的2倍以上。北極升溫會(huì)造成海冰面積減少,導(dǎo)致北冰洋吸收更多熱量,進(jìn)一步加劇海冰融化,從而產(chǎn)生變暖的“放大”效應(yīng)。通過(guò)北極科考,可以獲取北極氣候變化的第一手觀測(cè)資料,更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)北極氣候變化趨勢(shì)以及對(duì)我國(guó)氣候環(huán)境的影響。
北極科學(xué)考察可以促進(jìn)我國(guó)的北極利用。北極航道是指穿越北冰洋、連接太平洋和大西洋的海上通道,它可以極大縮短我國(guó)至歐洲的航運(yùn)距離,降低航運(yùn)成本,但航行受海冰環(huán)境等制約。通過(guò)北極科考,可以掌握航道氣象、海流和海冰等關(guān)鍵要素的第一手資料,為我國(guó)北極航道利用提供預(yù)報(bào)服務(wù)。通過(guò)考察,也可以獲取諸如極端微生物用于特殊活性物質(zhì)的提取。如低溫活性酶可用于洗衣產(chǎn)品,使得產(chǎn)品在冬季不用熱水也可以取得與夏季同樣的去污效果。
北極科學(xué)考察可以更好預(yù)測(cè)生態(tài)環(huán)境變化。全球變暖會(huì)對(duì)全球的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,如珊瑚礁白化、部分物種滅絕、新物種入侵等,而北極地區(qū)也出現(xiàn)了大陸地區(qū)加速“綠化”、亞北極種類(lèi)北移等顯著變化。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)考察,可以系統(tǒng)掌握北極生態(tài)系統(tǒng)特征并預(yù)測(cè)潛在變化,為北極熊等關(guān)鍵物種的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。與此同時(shí),由于北極升溫是全球平均升溫的2倍以上,開(kāi)展北極科學(xué)考察,也可以為全球升溫背景下全球其他地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的未來(lái)變化趨勢(shì)提供參考。
北極科學(xué)考察有助于提升我國(guó)特種裝備研發(fā)水平。北冰洋考察需要借助大型科考破冰船以及可供極端環(huán)境使用的特種裝備。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)海冰類(lèi)型、厚度和強(qiáng)度調(diào)查,可以為破冰船破冰參數(shù)的設(shè)定提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)對(duì)冰基浮標(biāo)、冰下潛航器等研發(fā)裝備的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用,不僅提升了我國(guó)自主研發(fā)極端裝備的能力,同時(shí)為我國(guó)北極科學(xué)考察的無(wú)人化觀測(cè)提供了新的手段。北極科學(xué)考察也可以促進(jìn)國(guó)際北極合作,有助于構(gòu)建北極科考網(wǎng)絡(luò)、加深國(guó)際社會(huì)對(duì)北極的認(rèn)知、推動(dòng)全球科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
總的來(lái)說(shuō),北極科學(xué)考察不僅有助于我們更好地了解全球氣候變化的趨勢(shì)和規(guī)律,保護(hù)北極生態(tài)環(huán)境,還能推動(dòng)科學(xué)研究的發(fā)展和國(guó)際合作,為構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體作出貢獻(xiàn)。
中國(guó)北極科考成果豐碩
我國(guó)迄今共組織了13次北冰洋科考和19個(gè)年度的北極黃河站科考,2010年中國(guó)第4次北極科考部分隊(duì)員乘直升機(jī)到達(dá)北極點(diǎn)進(jìn)行科考,2012年中國(guó)第5次北極科考“雪龍”號(hào)試航東北航道,2017年中國(guó)第8次北極科考實(shí)施了環(huán)北冰洋科考,“雪龍”號(hào)穿越中央航道并試航西北航道,2023年中國(guó)第13次北極科考,“雪龍2”號(hào)到達(dá)北極點(diǎn)開(kāi)展科學(xué)考察,在北極大氣、海冰、海洋、冰川、生物、地質(zhì)、地球物理、空間物理等領(lǐng)域取得了一系列科學(xué)考察成果。
對(duì)氣候變化的認(rèn)知不斷深入。我國(guó)自主研發(fā)了海冰漂流氣象站、海冰物質(zhì)平衡浮標(biāo)、海冰無(wú)人冰站觀測(cè)系統(tǒng)等一系列冰基自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備,開(kāi)展了長(zhǎng)期連續(xù)的北冰洋中央?yún)^(qū)無(wú)人值守觀測(cè),并作為主要參與國(guó)參加了迄今最大的北冰洋中央?yún)^(qū)國(guó)際合作項(xiàng)目——“北極氣候多學(xué)科漂流冰站觀測(cè)計(jì)劃”的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),從不同時(shí)空尺度揭示了北極海冰的變化機(jī)制。研究同時(shí)揭示了近30年來(lái),北冰洋大西洋扇區(qū)靠歐亞大陸一側(cè)海域發(fā)生了顯著的“大西洋化”現(xiàn)象,而這些海域海冰的減少,會(huì)給我國(guó)東北地區(qū)帶來(lái)濕冷的天氣。
促進(jìn)了北極航道的實(shí)質(zhì)性利用。中國(guó)第5次和第8次北極科學(xué)考察依托號(hào)試航了北極所有三條航道——東北航道、西北航道和中央航道,獲取了現(xiàn)場(chǎng)天氣、海冰和海洋第一手資料,為航道商業(yè)利用奠定了基礎(chǔ),“雪龍”號(hào)也由此成為我國(guó)唯一一艘試航北極三條航道的船舶。在“雪龍”號(hào)試航東北航道后,2013年,我國(guó)中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司的商船實(shí)現(xiàn)東北航道首航。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和模式驗(yàn)證,我國(guó)自主研發(fā)了北極航道氣象和海冰預(yù)測(cè)模型并業(yè)務(wù)化運(yùn)行。截至2022年,已為我國(guó)56個(gè)東北航道商業(yè)航次提供氣象和海冰預(yù)報(bào)服務(wù)。
生態(tài)環(huán)境研究取得重要突破。隨著人為排放二氧化碳的增加,大氣二氧化碳濃度增加導(dǎo)致海洋吸收更多的二氧化碳,在一定程度上減緩了溫室效應(yīng)。但海水中溶解的二氧化碳增加會(huì)導(dǎo)致海水變“酸”,即“海洋酸化”。海洋酸化會(huì)影響很多海洋生物、特別是貝類(lèi),導(dǎo)致其外殼變薄、變脆,影響其生存。我國(guó)科學(xué)家利用“雪龍”號(hào)等考察船的走航觀測(cè)資料,發(fā)現(xiàn)由于北極升溫導(dǎo)致海冰消退,北冰洋更容易吸收大氣二氧化碳,其酸化速率遠(yuǎn)高于其他大洋,居全球首位。通過(guò)北冰洋航次考察,我國(guó)基本掌握了北冰洋、特別是太平洋扇區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征及其變化趨勢(shì)。
空間環(huán)境觀測(cè)形成規(guī)模。兩極是太陽(yáng)高能帶電粒子進(jìn)入地球大氣層的窗口,最直觀的體現(xiàn)就是在高緯度地區(qū)夜空出現(xiàn)的絢麗多彩極光,就是太陽(yáng)高能粒子與高層大氣中的原子碰撞造成的發(fā)光現(xiàn)象。太陽(yáng)高能粒子不僅會(huì)影響地面無(wú)線電通信,還會(huì)影響地球磁場(chǎng),導(dǎo)致磁針無(wú)法準(zhǔn)確指向。我國(guó)在北極黃河站建成了首套極光多波段同步觀測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)從可見(jiàn)光、無(wú)線電頻段對(duì)極光開(kāi)展觀測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)了4種不同形態(tài)的日側(cè)極光(日側(cè)高緯地區(qū)的極光),系統(tǒng)掌握了其光譜、形態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征,揭示了日側(cè)極光的南北不對(duì)稱(chēng)性和晨昏不對(duì)稱(chēng)性。
國(guó)際合作不斷深化。1996年,中國(guó)成為國(guó)際北極科學(xué)委員會(huì)成員國(guó);2004年7月28日,坐落于斯瓦爾巴群島的中國(guó)北極黃河站正式啟用;2005年,中國(guó)成功承辦了北極科學(xué)高峰周會(huì)議,開(kāi)亞洲國(guó)家承辦之先河;2013年,中國(guó)成為北極理事會(huì)正式觀察員國(guó);2018年10月18日,中國(guó)和冰島共建的中-冰北極科學(xué)考察站正式運(yùn)行。我國(guó)牽頭實(shí)施了“國(guó)際北冰洋洋中脊聯(lián)合探測(cè)”等國(guó)際合作計(jì)劃,與俄羅斯合作開(kāi)展了東西伯利亞海聯(lián)合調(diào)查,并與美國(guó)、加拿大、俄羅斯、芬蘭等多國(guó)開(kāi)展了國(guó)際合作考察和科學(xué)研究。
中國(guó)第13次北冰洋考察載譽(yù)歸來(lái)
中國(guó)第13次北冰洋考察隊(duì)由來(lái)自自然資源部、中國(guó)科學(xué)院、教育部等29家單位的99名考察隊(duì)員(其中外籍隊(duì)員5名)組成,搭乘“雪龍2”號(hào)于2023年7月12日從上海出發(fā),主航線為上海-楚科奇海作業(yè)區(qū)-加克洋中脊作業(yè)區(qū)-北極點(diǎn)區(qū)域-加克洋中脊作業(yè)區(qū)-楚科奇海作業(yè)區(qū)-上海,總航程1.5萬(wàn)余海里,歷時(shí)79天,于2023年9月27日返回上海。
考察隊(duì)在中北冰洋太平洋扇區(qū)、加克洋中脊和北極點(diǎn)區(qū)域開(kāi)展為期49天的長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化觀監(jiān)測(cè)、地質(zhì)與地球物理調(diào)查、國(guó)家五大類(lèi)科技計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)際合作項(xiàng)目等科考作業(yè),圓滿完成各項(xiàng)科考任務(wù)。本航次我國(guó)科考船首次抵達(dá)北極點(diǎn)開(kāi)展冰站調(diào)查和海洋綜合調(diào)查作業(yè),填補(bǔ)了在該區(qū)域調(diào)查數(shù)據(jù)的空白;首次開(kāi)展了中層魚(yú)調(diào)查,獲取了喬式珍燈魚(yú)等魚(yú)類(lèi)樣品;中泰在北冰洋首次開(kāi)展合作,就新興污染物——微塑料(直徑小于5毫米的塑料顆粒)在大氣、海洋和沉積物中的分布及來(lái)源開(kāi)展調(diào)查研究;中俄在加克洋中脊開(kāi)展地球物理綜合調(diào)查,就深部地殼結(jié)構(gòu)、巖漿作用和地球動(dòng)力學(xué)等方面開(kāi)展合作研究。
本次考察應(yīng)用了諸多新的技術(shù)裝備,極大提升了觀測(cè)效率,如首次在北冰洋布放自主研發(fā)海冰內(nèi)應(yīng)力浮標(biāo)1套,海冰光學(xué)剖面浮標(biāo)1套,為海冰模式的優(yōu)化發(fā)展提供觀測(cè)支持;首次應(yīng)用深度學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)海冰厚度的無(wú)人化智能觀測(cè),首次利用多波段合成孔徑雷達(dá)(SAR)開(kāi)展海冰走航和機(jī)載觀測(cè),為北極海冰現(xiàn)場(chǎng)考察提供新的觀測(cè)手段;首次應(yīng)用海底著陸器獲取長(zhǎng)時(shí)連續(xù)的高分辨率海底生態(tài)環(huán)境信息,為北極快速變化背景下北冰洋生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。
作為北極事務(wù)的重要利益攸關(guān)方,中國(guó)一直是北極事務(wù)的積極參與者、建設(shè)者和貢獻(xiàn)者,努力為提高北極科學(xué)研究水平貢獻(xiàn)力量。通過(guò)多年北極考察,基本掌握了北極環(huán)境特征和變化規(guī)律。但北極變化存在加速的趨勢(shì),我們的北極科考強(qiáng)度和研究深度均有待加強(qiáng)。未來(lái),中國(guó)將進(jìn)一步加強(qiáng)北極科考,大力發(fā)展無(wú)人值守長(zhǎng)期觀測(cè)裝備獲取數(shù)據(jù),并與有關(guān)各方一道,積極應(yīng)對(duì)北極變化帶來(lái)的挑戰(zhàn),為提高北極認(rèn)識(shí)水平、促進(jìn)北極生態(tài)環(huán)境保護(hù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。
《光明日?qǐng)?bào)》(2023年10月12日 16版)
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