作者:袁一雪 来源:中国科学报 发布时间:2022/1/10 20:50:19
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我们为冰川做“体检”

 

2021年11月5日,由自然资源部组织的中国第38次南极科学考察队,从位于上海的中国极地考察国内基地码头出发,前往南极中山站等地执行科学考察任务。此次科考任务中,有来自武汉大学的3名师生参加。他们分别搭乘“雪龙”号与“雪龙2”号前往南极开展科考活动。

武汉大学参与我国南北两极科学考察活动的时间,最早可以追溯到我国首次南极考察。自那时起,武汉大学就陆续承担了测绘保障、极地高空物理、极地微生物、极地国际治理和冰雪环境相关的研究工作。

在这些工作任务中,武汉大学中国南极测绘研究中心一直在冰川运动监测领域深耕,并于今年7月,与中国科学院玉龙雪山冰冻圈与可持续发展野外科学观测研究站(简称玉龙雪山站)合作,在玉龙雪山上成功搭建了我国第一套冰川运动实时监测系统。

4800米的组装

在玉龙雪山缆车的终点之上,海拔约4800米左右的冰面上,竖立着挂有太阳能面板的监测系统。这里是监测系统的“家”,同时也是玉龙雪山站定位监测点。

“玉龙雪山是世界冰川旅游发展最为成熟的景区之一。野外站的设立,旨在为景区旅游开发、水资源利用提供科技支撑。2006年以来,定期对玉龙雪山白水河1号冰川与环境进行定位监测。鉴于冰川所处海拔、冰川快速流动等特点,许多工作以往需要人工观测,其风险较大”玉龙雪山站站长、研究员王世金在接受《中国科学报》采访时介绍道。

为此,玉龙雪山站联合武汉大学研制了一套冰川与环境实时监测系统,该系统兼容多种传感器,集数据采集、传输、解析、入库和发布于一体,具有实时性高,具备软件自主可控,硬件可定制可扩展的特点。

硬件多就意味着需要抗上雪山需要拿的东西多,所以研究人员选择了开发较为成熟且安装缆车的玉龙雪山进行试点。“我们先带着设备乘坐缆车到达终点,再步行近1公里上山,到达海拔4800米的冰面站点。”王世金回忆说。经过三天时间,该系统硬件在白水河1号冰川组装,通过系统调试,成功获得冰川运动实时信息,诸如玉龙雪山冰流速、物质消融等信息。

10月,研发团队对系统进行升级,加入了温湿压等气象参数和实时视频模块。目前,该系统可实现每5分钟在线更新一次监测数据。这套系统为后续玉龙雪山站“一站四区”(即玉龙雪山站与岗日嘎布、梅里雪山、贡嘎雪山、达古雪山四区)典型冰川实时监测和精细化研究奠定了坚实基础。

带着学生一起做

“你上过冰川吗?没上过?没上过的人理解不了冰川观测的危险性。许多冰川科研工作者均有掉入冰裂隙的经历。”王世金在接受采访时回问道。

武汉大学中国南极测绘研究中心副教授杨元德曾经4次前往南极考察,该中心教授艾松涛更是拥有十余次极地科考经验。杨元德至今还记得,2012年,他与另外几名昆仑站队员驾驶卡特雪地车送补给返回的路上,遭遇冰裂隙。“前往的路上并没有看到冰裂隙,但是返回的路上突然出现了。”杨元德告诉《中国科学报》。然而,尽管有两辆车相互提醒,杨元德所在的雪地车突然发生侧滑,一侧轮胎陷入冰裂隙中,无法自拔。杨元德与另外几名队员一边给基地发送报告,一边迅速撤离雪地车。然而,令人意想不到的一幕出现了,他脚下一滑,身体陷入一条狭小的冰裂隙中,幸好他眼疾手快张开双手撑住冰面,又得到队友的及时救助。

那一次,也是我国南极考察历史上首次发生雪地车被陷冰裂隙的情况。“当时脑袋一片空白。”回想起当初的情况,杨元德还心有余悸。“幽蓝色的冰裂隙深不见底,当时要是掉下去了可就完了。”要知道,冰裂隙是冰川在运动过程中由于冰层受应力作用而形成的裂隙。南极冰盖下的冰裂隙深不可测,就像“地狱之门”,如果掉下去了,救援十分困难。

“选择对冰川进行观测研究是我读博期间就立下的目标,那个时候也是我第一次登上前往南极的考察船。虽然南极条件艰苦,但是在那里可以与来自各个领域的研究学者们聚在一起,我可以学习很多东西。”杨元德说。

每一次有机会上冰川,武汉大学的教师们都会带着学生一起去。在近日出发的中国第38次南极科学考察队里,武汉大学师生三人组中有来自中国南极测绘研究中心硕士生陈帅均。“只从课本上了解冰川远远不够,你需要站在冰川上感受它。”杨元德说。

玉龙雪山监测设备搭建时,杨元德也带着学生上去一起工作。因为知道冰川之险,所以杨元德提前嘱咐学生相关注意事项,并要求他们不能单独行动,至少要两个人一组。“学生们做的都是比较前沿的研究,贴近国家需求,解决实际问题。我认为这比单纯地写文章要更有针对性。”

因为跟随老师在冰川工作,学生对于现场观测的辛苦有了深刻地了解,也加深了建立连续观测站点的重要性的认识。毕竟,虽然连续观测系统目前暂时无法完全替代人,但可以大幅减少人登上冰川的次数。

创新不止

玉龙雪山监测系统的软件研发工作由艾松涛负责,为实现连续观测冰川运动监测,他准备了很长时间。“从2015年开始,我就开始连续的冰川运动监测了。由于技术的限制,当时,我们只能将数据存在存储卡里面,每年由人前去提取两次数据。这次在玉龙雪山上的实时观测设备,可以让研究人员随时了解野外环境参数和系统工作情况。”艾松涛说。为了改进冰川运动连续监测系统,他的工作延申到北极、南极与国内冰川。

“在两极观测有两个大问题,一是电力,二是通讯。没有电力,设备就没有动力;没有通讯信号,数据就无法实时传输。”经过一番试验后,由太阳能加风能的组合正在逐步解决电力问题;我国自主研发的北斗卫星也为解决通讯问题提供了可能。

此次前往南极的武汉大学南极测绘研究中心师生携带着更新后的设备,准备监测南极海冰变化。就在他们出发前夕,艾松涛团队研发的“双龙探极”平台(http://x.hbaa.cn/)上线。平台基于四维时空地理信息系统的理念,实现了中国及其他国家的极地考察、研究、政策等资讯的可视化融合,叠加实时与历史数据图层,利用卫星和定位系统详细记录了中外破冰船历年来对南北极的考察活动。

艾松涛介绍说,过去几十年,北极地区经历了全球最大的增温过程,正在形成海上新通道和资源新产地,成为科学界关注的热点地区,也使得北极航道有望真正地拥有全面开通的条件。“为了加强对北极航道海冰的观测,加强南北极周边环境感知与地缘政治分析,武汉大学综合30多年极地信息化研发成果,建设了系列可视化极地信息平台,为我国进入北极航道和南极考察提供参考。”

 
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