作者:陆琦 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/2/7 20:25:33
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首次南极无人机业务化观测考察完美收官
探寻南极冰盖冰面融池的奥秘

科考队员李腾和赵剑在鹰嘴岩大坑边缘作业(图中蓝色水洼为冰面融池)

科考队员李腾在进行RTK测量与记录

 

随着南极夏季的来临,洁白的南极冰盖表面出现了许多水洼,在极昼阳光的照射下,泛着蓝色的光。

这些大大小小、形状各异的水洼,学名叫做“冰面融池”,它们不仅点缀着南极的美丽“夏装”,还具有很高的科研价值。

刚刚结束的我国首次南极无人机业务化观测考察,完成了43个架次的完美飞行,有望揭示全球变暖背景下南极冰面融池的奥秘。

刚刚起步的南极冰面融池研究

近年来,冰面融池的增多已经成为北极海冰快速融化的重要证据之一。中国第4次北极考察队的航空遥感观测结果表明,北极点附近的海冰密集度只有不到85%,浮冰间出现大量水道,海冰冰面融池发育明显。

“不止北极海冰,随着全球变暖,北极陆地格陵兰冰盖的冰面融池也非常发育,许多区域甚至形成冰面水系,能够在卫星图像上看到,各国科学家做的工作也比较多。”北师大全球变化与地球系统科学研究院院长程晓接受《中国科学报》采访时说。

相比北极,南极冰盖周边地形陡峭,冰面融池尺度通常较小,仅分布在冰盖边缘的一些区域,很难从中高分辨率卫星图像上发现。

“虽然融池仅出现在冰盖外缘的很小区域,但冰盖外缘的融化和崩解会导致冰盖上的冰加速向海里流动。”程晓说,“融池的水会渗透到冰面下,或形成裂隙,或对冰的底部形成润滑,从而影响冰盖的不稳定性。”

研究显示,近几十年来,南极半岛地区约有超过10个冰架相继崩塌消失或大幅度退缩,多数由于冰面融池导致。而在融化尺度较小的东南极地区的冰面融池研究,国际上还刚刚起步。

程晓带领的极地遥感研究团队在第33次南极科学考察中发现,中国南极中山站附近的达尔克冰川分布有多个冰面融池,但在中高分辨率卫星遥感图像上并没有看到。

于是,在今年的中国第34次南极科学考察中,他们利用“极鹰III-R型”无人机搭载可见光相机、倾斜相机、激光雷达等传感器,搜集全球变暖背景下南极冰盖冰面融池的宝贵研究资料。

一波三折的无人机航拍

“这次经历的惊心动魄和一波三折完全可以媲美惊险刺激的好莱坞大片!” 回想起过去一个半月的南极考察,北师大全球变化与地球系统科学研究院博士生李腾很兴奋。

虽说他和同学赵剑都是第一次去南极,但两人配合默契,无人机航拍工作很快顺利地步入正轨。

不过,极地外业工作总是伴随着意外情况的发生,而当中一些又是想破脑袋都不可能预测到的,加之南极条件恶劣,很多时候都要靠天吃饭。

2017年12月21日中午,当执行完航拍任务的F300无人机返航到降落点附近准备滑降时,意外发生了。飞机迟迟不降高度,且与预设降落点渐行渐远。

“飞机的测高系统出了问题。”李腾希望飞机自驾系统恢复“理智”重返预定降落位置,可遗憾的是,飞机失联了。

经过深思熟虑,他们放飞另一架无人机展开搜寻。可喜的是,在达尔克冰川表面发现了失联的无人机,距离预设降落点约5公里;然而可惜的是,由于冰川表面布满了冰裂隙,最深处达几十米,靠人力涉足去捡回来绝无可能,最终只好放弃,无人机永远地留在南极冰盖上。

自此以后,李腾和赵剑都会在任务前一天反复检查设备和调试软件,“紧张得晚上都睡不好,类似的感受可能还是高考前一天吧”。

尽管困难重重,但在一个半月的时间里,他们利用无人机采集了大量的现场实测遥感观测数据,除了航拍冰面融池和冰架,还帮助中国极地研究中心采集预选蓝冰机场的数据,为“雪龙”号实时观测海冰情况等,数据量累积高达124G。

南极科考无人机应用有望常态化

此次南极无人机业务化观测成果显著,更让程晓坚信,无人机作为一项新兴的技术,必然要在极地考察中得到越来越深入的应用。

近年来,无人机在我国南极考察中的应用水平已经大大提升,随着多种机型在极地的实验成功,我国无人机基本可以提供后勤和科研保障所需的技术支持。在世界各国中,我国无人机在极地的应用水平最高。

下一步,程晓希望能够把一些新型的传感器搭载在无人机上,通过这些高精尖的载荷探测到极地更多的信息。

“现在我们很多机制还不清楚,比如只知道融池的水渗透下去会增加冰架裂隙的产生,引致崩解形成冰山,但是冰山在海洋里面以后又如何影响海冰等,这些都需要进一步调查。”程晓坦言,这些问题靠卫星遥感手段是没有办法解决的,需要近地面的航空或无人机手段进行局地的深度调查。

他表示,卫星的优势是宏观,可以做很大范围的调查,但看不到局部的微小的过程,而无人机的优势就是可以做比较精细的调查。只有二者结合,才能做到知其然并知其所以然。

“未来,无人机将常态化地进入南极地区,既服务科研又服务后勤保障。”程晓说。

 
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