作者:何剑锋 来源:光明日报 发布时间:2023/10/12 8:35:14
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中国北极科考二十四载:向北而去,探索极地

 

9月27日,顺利完成北冰洋各项考察任务的“雪龙2”号极地科考破冰船,缓缓靠泊位于长江入海口的中国极地考察国内基地码头,标志着中国第13次北冰洋科学考察圆满结束。我国于1999年依托“雪龙”号执行了首次大规模北极科学考察任务,24年来,已陆续开展了13次北冰洋科学考察和19个年度的北极黄河站科考,在综合考察研究、观测平台建设和国际科技合作等方面取得了显著成果,进一步提升了我国北极科学研究水平和创新能力,以及在国际北极事务中的影响力。

北极具有重要的科研价值

提起北极,大家一定会在第一时间联想到地球上最大的肉食性动物——北极熊。它是北冰洋的霸主,习惯在无垠的海冰盖上游荡、猎食。我们在进行北极科考时,就很有可能遇见它们。此外,大家还能想到什么?我国为什么要组织开展大规模的北极科学考察呢?那是因为北极具有重要的科研价值。研究北极可以强化我们对北极的科学认知,服务于极地保护和利用。

北极科学考察可以深刻了解全球气候变化。北极是地球的冷源之一,冷源出了问题,就会影响到全球天气和气候系统。北极地区同时也是全球气候变化的敏感区,其升温是地球其他地区的2倍以上。北极升温会造成海冰面积减少,导致北冰洋吸收更多热量,进一步加剧海冰融化,从而产生变暖的“放大”效应。通过北极科考,可以获取北极气候变化的第一手观测资料,更准确地预测北极气候变化趋势以及对我国气候环境的影响。

北极科学考察可以促进我国的北极利用。北极航道是指穿越北冰洋、连接太平洋和大西洋的海上通道,它可以极大缩短我国至欧洲的航运距离,降低航运成本,但航行受海冰环境等制约。通过北极科考,可以掌握航道气象、海流和海冰等关键要素的第一手资料,为我国北极航道利用提供预报服务。通过考察,也可以获取诸如极端微生物用于特殊活性物质的提取。如低温活性酶可用于洗衣产品,使得产品在冬季不用热水也可以取得与夏季同样的去污效果。

北极科学考察可以更好预测生态环境变化。全球变暖会对全球的生态环境产生深远影响,如珊瑚礁白化、部分物种灭绝、新物种入侵等,而北极地区也出现了大陆地区加速“绿化”、亚北极种类北移等显著变化。通过现场科学考察,可以系统掌握北极生态系统特征并预测潜在变化,为北极熊等关键物种的保护提供科学依据。与此同时,由于北极升温是全球平均升温的2倍以上,开展北极科学考察,也可以为全球升温背景下全球其他地区生态系统的未来变化趋势提供参考。

北极科学考察有助于提升我国特种装备研发水平。北冰洋考察需要借助大型科考破冰船以及可供极端环境使用的特种装备。通过现场海冰类型、厚度和强度调查,可以为破冰船破冰参数的设定提供科学依据。通过对冰基浮标、冰下潜航器等研发装备的现场试验和应用,不仅提升了我国自主研发极端装备的能力,同时为我国北极科学考察的无人化观测提供了新的手段。北极科学考察也可以促进国际北极合作,有助于构建北极科考网络、加深国际社会对北极的认知、推动全球科学技术的发展。

总的来说,北极科学考察不仅有助于我们更好地了解全球气候变化的趋势和规律,保护北极生态环境,还能推动科学研究的发展和国际合作,为构建人类命运共同体作出贡献。

中国北极科考成果丰硕

我国迄今共组织了13次北冰洋科考和19个年度的北极黄河站科考,2010年中国第4次北极科考部分队员乘直升机到达北极点进行科考,2012年中国第5次北极科考“雪龙”号试航东北航道,2017年中国第8次北极科考实施了环北冰洋科考,“雪龙”号穿越中央航道并试航西北航道,2023年中国第13次北极科考,“雪龙2”号到达北极点开展科学考察,在北极大气、海冰、海洋、冰川、生物、地质、地球物理、空间物理等领域取得了一系列科学考察成果。

对气候变化的认知不断深入。我国自主研发了海冰漂流气象站、海冰物质平衡浮标、海冰无人冰站观测系统等一系列冰基自动化观测设备,开展了长期连续的北冰洋中央区无人值守观测,并作为主要参与国参加了迄今最大的北冰洋中央区国际合作项目——“北极气候多学科漂流冰站观测计划”的现场观测,从不同时空尺度揭示了北极海冰的变化机制。研究同时揭示了近30年来,北冰洋大西洋扇区靠欧亚大陆一侧海域发生了显著的“大西洋化”现象,而这些海域海冰的减少,会给我国东北地区带来湿冷的天气。

促进了北极航道的实质性利用。中国第5次和第8次北极科学考察依托号试航了北极所有三条航道——东北航道、西北航道和中央航道,获取了现场天气、海冰和海洋第一手资料,为航道商业利用奠定了基础,“雪龙”号也由此成为我国唯一一艘试航北极三条航道的船舶。在“雪龙”号试航东北航道后,2013年,我国中远海运特种运输股份有限公司的商船实现东北航道首航。通过现场调查和模式验证,我国自主研发了北极航道气象和海冰预测模型并业务化运行。截至2022年,已为我国56个东北航道商业航次提供气象和海冰预报服务。

生态环境研究取得重要突破。随着人为排放二氧化碳的增加,大气二氧化碳浓度增加导致海洋吸收更多的二氧化碳,在一定程度上减缓了温室效应。但海水中溶解的二氧化碳增加会导致海水变“酸”,即“海洋酸化”。海洋酸化会影响很多海洋生物、特别是贝类,导致其外壳变薄、变脆,影响其生存。我国科学家利用“雪龙”号等考察船的走航观测资料,发现由于北极升温导致海冰消退,北冰洋更容易吸收大气二氧化碳,其酸化速率远高于其他大洋,居全球首位。通过北冰洋航次考察,我国基本掌握了北冰洋、特别是太平洋扇区的生态环境特征及其变化趋势。

空间环境观测形成规模。两极是太阳高能带电粒子进入地球大气层的窗口,最直观的体现就是在高纬度地区夜空出现的绚丽多彩极光,就是太阳高能粒子与高层大气中的原子碰撞造成的发光现象。太阳高能粒子不仅会影响地面无线电通信,还会影响地球磁场,导致磁针无法准确指向。我国在北极黄河站建成了首套极光多波段同步观测系统,实现从可见光、无线电频段对极光开展观测。研究发现了4种不同形态的日侧极光(日侧高纬地区的极光),系统掌握了其光谱、形态和运动特征,揭示了日侧极光的南北不对称性和晨昏不对称性。

国际合作不断深化。1996年,中国成为国际北极科学委员会成员国;2004年7月28日,坐落于斯瓦尔巴群岛的中国北极黄河站正式启用;2005年,中国成功承办了北极科学高峰周会议,开亚洲国家承办之先河;2013年,中国成为北极理事会正式观察员国;2018年10月18日,中国和冰岛共建的中-冰北极科学考察站正式运行。我国牵头实施了“国际北冰洋洋中脊联合探测”等国际合作计划,与俄罗斯合作开展了东西伯利亚海联合调查,并与美国、加拿大、俄罗斯、芬兰等多国开展了国际合作考察和科学研究。

中国第13次北冰洋考察载誉归来

中国第13次北冰洋考察队由来自自然资源部、中国科学院、教育部等29家单位的99名考察队员(其中外籍队员5名)组成,搭乘“雪龙2”号于2023年7月12日从上海出发,主航线为上海-楚科奇海作业区-加克洋中脊作业区-北极点区域-加克洋中脊作业区-楚科奇海作业区-上海,总航程1.5万余海里,历时79天,于2023年9月27日返回上海。

考察队在中北冰洋太平洋扇区、加克洋中脊和北极点区域开展为期49天的长期业务化观监测、地质与地球物理调查、国家五大类科技计划项目和国际合作项目等科考作业,圆满完成各项科考任务。本航次我国科考船首次抵达北极点开展冰站调查和海洋综合调查作业,填补了在该区域调查数据的空白;首次开展了中层鱼调查,获取了乔式珍灯鱼等鱼类样品;中泰在北冰洋首次开展合作,就新兴污染物——微塑料(直径小于5毫米的塑料颗粒)在大气、海洋和沉积物中的分布及来源开展调查研究;中俄在加克洋中脊开展地球物理综合调查,就深部地壳结构、岩浆作用和地球动力学等方面开展合作研究。

本次考察应用了诸多新的技术装备,极大提升了观测效率,如首次在北冰洋布放自主研发海冰内应力浮标1套,海冰光学剖面浮标1套,为海冰模式的优化发展提供观测支持;首次应用深度学习方法实现海冰厚度的无人化智能观测,首次利用多波段合成孔径雷达(SAR)开展海冰走航和机载观测,为北极海冰现场考察提供新的观测手段;首次应用海底着陆器获取长时连续的高分辨率海底生态环境信息,为北极快速变化背景下北冰洋生态系统响应提供科学数据支撑。

作为北极事务的重要利益攸关方,中国一直是北极事务的积极参与者、建设者和贡献者,努力为提高北极科学研究水平贡献力量。通过多年北极考察,基本掌握了北极环境特征和变化规律。但北极变化存在加速的趋势,我们的北极科考强度和研究深度均有待加强。未来,中国将进一步加强北极科考,大力发展无人值守长期观测装备获取数据,并与有关各方一道,积极应对北极变化带来的挑战,为提高北极认识水平、促进北极生态环境保护和国民经济可持续发展作出积极贡献。

(作者:何剑锋,系中国极地研究中心研究员)

 
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