76天·90多個(gè)站位·11858海里北極歸來(lái)科考

撰文/攝影/張一玲

76天·90多個(gè)站位·11858海里北極歸來(lái)科考

撰文/攝影/張一玲

編者按：

冷戰(zhàn)時(shí)期 出立于起軍考事察戰(zhàn)站略?？祭鋺]戰(zhàn)，的北結(jié)極束圈，國(guó)為家非在北北極極國(guó)地家區(qū)開(kāi)紛展紛建北極研究并體現(xiàn)本國(guó)在北極的實(shí)質(zhì)性存在提供了機(jī)遇，各國(guó)抓住這一良機(jī)，紛紛在該地區(qū)建立滿足本國(guó)國(guó)家利益需求和北極特色研究的科學(xué)考察基地，開(kāi)展了海洋、生物與生態(tài)、氣象、冰川、空間物理、大氣物理與化學(xué)、地質(zhì)與地球物理、大地測(cè)量、衛(wèi)星遙感應(yīng)用等研究活動(dòng)，并取得了大量高水平的科研成果。

與此同時(shí)，國(guó)際兩大全球變化研究計(jì)劃“國(guó)際地圈－生物圈研究計(jì)劃”和“世界氣候研究計(jì)劃”確定了很多與北極有關(guān)的綜合研究?jī)?nèi)容。其他一些區(qū)域性和專(zhuān)業(yè)性國(guó)際科學(xué)研究組織也推出了相應(yīng)的北極研究計(jì)劃。種種情況表明，無(wú)論是科學(xué)界還是各國(guó)政府，都在日益關(guān)注著北極的科學(xué)研究。極地科考一直是我國(guó)非常重視的科學(xué)領(lǐng)域。2001年，國(guó)家海洋局會(huì)同13個(gè)部委局?jǐn)M訂了包括建設(shè)北極科學(xué)考察站在內(nèi)的《我國(guó)“十五”極地考察能力建設(shè)總體方案》，提出了我國(guó)極地考察工作的國(guó)家目標(biāo)和“十五”期間的工作安排和具體措施。我國(guó)《海洋工作“十五”計(jì)劃綱要》在海洋調(diào)查與科學(xué)技術(shù)研究方面明確提出：除加強(qiáng)已有設(shè)施建設(shè)、拓展研究領(lǐng)域外，還應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)建立極地科學(xué)考察站。

2002年12月28日，國(guó)家計(jì)委辦公廳批復(fù)，同意中國(guó)北極科學(xué)考察站建設(shè)的立項(xiàng)。上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)組織開(kāi)展了北極地區(qū)海洋、空間、大氣與氣候、生物等領(lǐng)域的研究。1999年我國(guó)實(shí)施了“中國(guó)首次北極科學(xué)考察”，取得了一批科研成果。2003年，我國(guó)又成功組織了第二次北極科學(xué)考察。但由于沒(méi)有建立固定的考察基地，無(wú)法長(zhǎng)期、深入和持續(xù)地開(kāi)展北極科學(xué)研究。所以說(shuō)，在北極建立科考站無(wú)疑是中國(guó)極地考察的里程碑。

中國(guó)北極黃河站，位于北緯78 55′、東經(jīng)11 56′的挪威斯匹次卑爾根群島的新奧爾松，是中國(guó)首個(gè)北極科考站，成立于2004年7月28日。中國(guó)北極黃河站是中國(guó)繼南極長(zhǎng)城站、中山站兩站后的第3座極地科考站，中國(guó)也成為第8個(gè)國(guó)家在挪威的斯匹次卑爾根群島建立北極科考站。最值得稱(chēng)道的是，北極黃河站擁有全球極地科考中規(guī)模最大的空間物理觀測(cè)點(diǎn)。目前，與中國(guó)北極科考站為鄰的有挪威、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、意大利、日本、韓國(guó)的科考站。

對(duì)于為何選擇新奧爾松建站，這是國(guó)家聽(tīng)取科學(xué)家建議和反復(fù)考察后決定的。北極地區(qū)主要由北冰洋、周邊陸地以及島嶼組成，而所有的陸地分屬俄羅斯、美國(guó)、加拿大、丹麥、挪威、冰島、瑞典和芬蘭8個(gè)環(huán)北極國(guó)家。因此，非北極國(guó)家要在北極地區(qū)開(kāi)展研究就會(huì)受到一定的限制，在環(huán)北極國(guó)家管轄范圍內(nèi)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)考察活動(dòng)，只能通過(guò)與這些國(guó)家合作的方式進(jìn)行。

北極科學(xué)考察主要針對(duì)北極這一特殊區(qū)域開(kāi)展，這就在國(guó)際法方面涉及了周邊國(guó)家的相關(guān)法律和通行的國(guó)際法，其中最重要的相關(guān)法律就是《斯匹次卑爾根群島條約》。于1925年8月14日生效的《斯匹次卑爾根群島條約》規(guī)定，締約國(guó)在“承認(rèn)挪威對(duì)斯匹次卑爾根群島擁有完全主權(quán)”的前提下，可以享有在斯匹次卑爾根群島地域及其領(lǐng)水內(nèi)的捕魚(yú)、狩獵權(quán)，開(kāi)展海洋、工業(yè)、礦業(yè)、商業(yè)活動(dòng)的權(quán)利和在一定條件下開(kāi)展科學(xué)調(diào)查活動(dòng)的權(quán)利。

所以盡管北極所有陸地分屬8個(gè)環(huán)北極國(guó)家，但我國(guó)作為《斯匹次卑爾根群島條約》締約國(guó)，完全擁有條約中規(guī)定的包括科學(xué)考察在內(nèi)的相應(yīng)權(quán)利，這使我國(guó)在該地區(qū)建立科學(xué)考察站具有了法律依據(jù)。另外，新奧爾松地區(qū)由于較少受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，所以被科學(xué)家們視為天然實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)?shù)爻撕笄诠芾砗涂瓶既藛T外，沒(méi)有其他常住居民，人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境的污染很小。而且，由于實(shí)行電波管制，當(dāng)?shù)氐碾姶怒h(huán)境受人類(lèi)活動(dòng)的影響也很小。

雪龍船破冰前行

左圖：安裝渦動(dòng)系統(tǒng)

第六次北極科學(xué)考察是“南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估”專(zhuān)項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)南北極專(zhuān)項(xiàng)）實(shí)施以來(lái)進(jìn)行的第二個(gè)北極科考航次?？疾旌Ｓ蛑饕挥诒北筇窖笊葏^(qū)，具體包括白令海盆、白令海陸架、楚科奇海、楚科奇海臺(tái)和加拿大海盆等海域?？疾旌Ｓ蚝５椎匦纹鸱^大，既有平坦的陸架淺水區(qū)，也有地形變化復(fù)雜的海山區(qū)，更有水深超過(guò)3000米的深水洋盆。

本次科考共歷時(shí)76天，總航程約11858海里（22000千米），總航時(shí)1201小時(shí)，其中浮冰區(qū)總航程2586海里（約4800千米）?，F(xiàn)場(chǎng)考察作業(yè)自7月18日開(kāi)始到9月10日結(jié)束，歷時(shí)55天，共完成12條斷面累計(jì)90個(gè)站位的多學(xué)科綜合觀測(cè)、監(jiān)測(cè)和采樣作業(yè)，內(nèi)容包括物理海洋與海洋氣象、海冰、海洋地質(zhì)、海洋地球物理、海洋生物生態(tài)和海洋化學(xué)等。同時(shí)，還完成了1個(gè)為期10天的長(zhǎng)期冰站和7個(gè)短期冰站的冰基氣—冰—海界面多要素立體協(xié)同觀測(cè)。隨船開(kāi)展的海洋、大氣、地球物理、海冰等走航觀測(cè)、探測(cè)和拋棄式觀測(cè)也圓滿完成。

本次科考緊緊圍繞北極海洋環(huán)境變化和海洋生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)等關(guān)鍵問(wèn)題，克服了惡劣天氣和北冰洋海冰較常年偏重等不利因素影響，開(kāi)展了船基海洋斷面綜合考察和冰基立體協(xié)同觀測(cè)，圓滿完成既定目標(biāo)，部分工作超計(jì)劃完成。

下圖：冰站考察

與以往相比，本次科考任務(wù)更重、內(nèi)容更豐富、考察要素更多、考察手段也更為先進(jìn)。

本次科考是基于南北極專(zhuān)項(xiàng)總體實(shí)施方案的“規(guī)定性考察活動(dòng)”，而非“自由探索性考察活動(dòng)”，各項(xiàng)考察均有明確的考察內(nèi)容和目標(biāo)。與以往相比，本次科考任務(wù)更重、內(nèi)容更豐富、考察要素更多、考察手段也更為先進(jìn)。主要有以下幾個(gè)方面的亮點(diǎn)。

一是7月20日，科考隊(duì)在白令海盆水深3800米的海域成功布放一套錨碇觀測(cè)浮標(biāo)，這是我國(guó)首次在北緯55°以北的太平洋海域布放海氣界面錨碇浮標(biāo)。這對(duì)于我國(guó)科研人員獲取北極高緯度海氣界面的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)，了解北極定點(diǎn)海氣界面要素變化特征，分析其對(duì)全球氣候系統(tǒng)，特別是對(duì)我國(guó)氣候變化所產(chǎn)生的影響具有重要意義。

二是8月30日至9月6日，首次在極地海域采用先進(jìn)的近海底磁力測(cè)量手段，獲得了2條測(cè)線總長(zhǎng)度為592千米的高精度、高分辨率地磁探測(cè)數(shù)據(jù)，為追蹤加拿大海盆的磁條帶、推斷加拿大海盆的擴(kuò)張歷史和形成機(jī)制提供了必要的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

三是8月16日、8月22日和8月28日，通過(guò)國(guó)際合作，首次利用“雪龍”船平臺(tái)在北緯80°左右及以北的加拿大海盆波弗特環(huán)流區(qū)，分別布放了3套深水冰基拖曳浮標(biāo)。該浮標(biāo)具有能長(zhǎng)時(shí)序獲取冰底至冰下800米水深內(nèi)的海洋上層物理海洋學(xué)剖面的特點(diǎn)，可為了解北極表層的太平洋海水和中層的大西洋海水對(duì)北極海冰融化作用及貢獻(xiàn)等提供科學(xué)依據(jù)。

四是在長(zhǎng)期、短期冰站期間，以直升機(jī)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首次在北極高緯冰區(qū)的海冰浮標(biāo)（海冰溫度鏈浮標(biāo)、海冰漂移浮標(biāo)）陣列布放，布放的4組37套浮標(biāo)均工作正常。與過(guò)去布放的單個(gè)、零散的冰浮標(biāo)相比，冰漂移浮標(biāo)陣列可以更詳細(xì)、全面地了解海冰的匯聚、擴(kuò)散、剪切和旋轉(zhuǎn)等形變過(guò)程，為研究北極海冰變化特點(diǎn)和規(guī)律提供更全面的數(shù)據(jù)資料。

本次科考還在我國(guó)南北極科學(xué)考察中，首次設(shè)立隨船質(zhì)量監(jiān)督員。通過(guò)隨船質(zhì)量監(jiān)督檢查工作，確保了航次各項(xiàng)科考任務(wù)的安全、高效、高質(zhì)量完成。第六次北極科學(xué)考察是一次船基為主、冰基為輔的多學(xué)科綜合考察。旨在通過(guò)對(duì)考察海域進(jìn)行多學(xué)科綜合環(huán)境考察，系統(tǒng)獲得與北極海洋水文和氣象、海洋地質(zhì)、地球物理、海洋生物與生態(tài)、海洋化學(xué)等環(huán)境要素的分布特征及變化規(guī)律相關(guān)的第一手觀測(cè)資料和樣品，深入研究北極/亞北極地區(qū)海洋環(huán)境變化和海—冰—?dú)庀到y(tǒng)變化過(guò)程、海洋環(huán)境快速變化的沉積記錄、地球物理場(chǎng)關(guān)鍵要素、海冰快速融化下西北冰洋碳通量和營(yíng)養(yǎng)要素生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程、北極海域生態(tài)系統(tǒng)功能現(xiàn)狀及其對(duì)全球變化的響應(yīng)等全球熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題，為北極地區(qū)環(huán)境氣候綜合評(píng)價(jià)及礦產(chǎn)、生物等資源潛力評(píng)估提供基礎(chǔ)資料。

直升機(jī)支持布放冰浮標(biāo)陣列

科考期間遭遇了諸多困難。

今年北極的冰情較常年偏重。“雪龍”船在穿越白令海峽后不久，便于7月31日遇到浮冰，其后北極熊也來(lái)造訪。在航行至北緯77°以后，更是遭遇到十成冰的圍困，冰脊最厚超過(guò)5米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了“雪龍”船的破冰能力。因此在到達(dá)北緯81°11′左右后，“雪龍”船停靠到一大塊冰上，科考隊(duì)果斷決定就地開(kāi)展長(zhǎng)期冰站作業(yè)。期間，天氣變化多端，給考察作業(yè)造成了困難。長(zhǎng)期冰站準(zhǔn)備撤離前一晚，受大風(fēng)和海流影響，“雪龍”船依靠的大浮冰出現(xiàn)開(kāi)裂，給撤離工作帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)科考隊(duì)員和“雪龍”船員的共同努力，最終冰上人員和設(shè)備順利撤出。

8月31日，開(kāi)始地球物理拖曳式考察作業(yè)時(shí)，浮冰仍然比較密集，拖曳的鋼纜經(jīng)常會(huì)碰到大塊浮冰，對(duì)水下設(shè)備的姿態(tài)和安全帶來(lái)影響。為此，科考隊(duì)制訂了完善的方案，密切關(guān)注船載雷達(dá)偵測(cè)的實(shí)時(shí)海冰狀況，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)冰情變化，及時(shí)調(diào)整船向，躲避大塊浮冰，保障了地球物理拖曳式測(cè)量的順利完成。

“雪龍”船在白令海開(kāi)展定點(diǎn)海洋綜合考察時(shí)，還出現(xiàn)了尾軸連接法蘭多個(gè)固定螺栓松動(dòng)，主機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生異響的情況下，工作人員進(jìn)行了5個(gè)多小時(shí)的搶修，終于排除故障。“雪龍”船舯部作業(yè)區(qū)的溫鹽深儀剖面儀是多學(xué)科考察依托的重要設(shè)備，由于長(zhǎng)期頻繁水下作業(yè)，出現(xiàn)了水密接頭接觸不良的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)室人員連夜處理，最終順利解決了問(wèn)題。

未來(lái)北極科考任務(wù)任重而道遠(yuǎn)。

北極地區(qū)對(duì)我國(guó)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，也是我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要組成部分。開(kāi)展北極科學(xué)考察是我國(guó)了解北極、認(rèn)識(shí)北極的重要途徑，也是我國(guó)參與北極事務(wù)的重要體現(xiàn)。我國(guó)北極科學(xué)考察不僅具有重大的科學(xué)意義，也具有重大的政治意義。因此，我們應(yīng)該按南北極專(zhuān)項(xiàng)總體目標(biāo)要求，繼續(xù)把握資源與環(huán)境兩個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，本著有所為、有所不為的原則，瞄準(zhǔn)極地國(guó)際前沿、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和資源遠(yuǎn)景區(qū)，選擇重點(diǎn)區(qū)域開(kāi)展連續(xù)有深度的綜合考察，并通過(guò)學(xué)科和空間整合，逐步完善和深化我國(guó)對(duì)北極環(huán)境和資源的系統(tǒng)了解。

中外隊(duì)員合作冰上采樣

在北極科考領(lǐng)域，今后需要做的工作很多。概括起來(lái)，主要有以下三點(diǎn)：

首先應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)北極科考的力度，使其達(dá)到一年一次的頻率，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化。從國(guó)際形勢(shì)來(lái)看，我國(guó)已經(jīng)取得了北極理事會(huì)觀察員的地位，作為近北極國(guó)家，我們有必要加大對(duì)北極的科考力度，積累資料，了解北極、認(rèn)識(shí)北極。現(xiàn)在人們已開(kāi)始認(rèn)識(shí)到北極的海冰變化對(duì)我國(guó)的影響，但這種認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，仍需要科考人員全面了解北極環(huán)境變化機(jī)理，開(kāi)展深入的研究。北極資源豐富，各國(guó)的目標(biāo)都集中在這一領(lǐng)域。中國(guó)有責(zé)任參與北極事務(wù)的各項(xiàng)工作并在其中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

其次，今后還應(yīng)在明確科考目標(biāo)、健全科考隊(duì)伍、強(qiáng)化科考保障、提高科考手段的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)和深化國(guó)際合作，特別是與環(huán)北極國(guó)家的合作。

第三，在“十三五”期間，應(yīng)繼續(xù)滾動(dòng)開(kāi)展“中國(guó)南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估”工作，盡快啟動(dòng)北極觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)，以加深對(duì)北極的了解和認(rèn)識(shí)。（責(zé)編：沈婷婷）

小貼士

1. 白令海是太平洋沿岸最北的邊緣海，介于北緯66°31′東經(jīng)51°22′之間，海區(qū)呈三角形；北以白令海峽與北冰洋相通，南隔阿留申群島與太平洋相聯(lián)；位于太平洋最北端的水域。它將亞洲大陸（西伯利亞?wèn)|北部）與北美洲大陸（阿拉斯加）分隔開(kāi)。1728年丹麥船長(zhǎng)白令航行到此海域，因而以他的姓氏命名。

2. 楚科奇海是北冰洋的邊緣海。位于亞洲大陸東北部楚科奇半島和北美大陸西北部阿拉斯加之間。其西面是弗蘭格爾島，東面是波弗特海，南經(jīng)白令海峽與太平洋相通，北連北冰洋。每年只有4個(gè)月可以航行，在7～10月間，可從淺水的白令海峽向東和向西航行。而帶有冰塊的洋流則沿西伯利亞海岸向東南流。

3. 波弗特海是北冰洋的一部分，位于加拿大西北地區(qū)，育空和阿拉斯加以北，北極群島以西，楚科奇海以東。波弗特海面積約45萬(wàn)平方千米，是以英國(guó)水道學(xué)家法蘭西斯·波弗特的名字命名。這里是為數(shù)不多的幾個(gè)永久性定居點(diǎn)海岸之一。此片海域以嚴(yán)峻的氣候?yàn)轱@著特征，在一年的大多數(shù)時(shí)間是冰凍的。從歷史上看，在每年的8～9月，距其海岸只有一條狹窄的接近100千米的通道水域開(kāi)放，但由于近年來(lái)北極的氣候變化，無(wú)冰的面積在夏末大大擴(kuò)大。

4. 加拿大海盆，又名“波弗特海盆”。北冰洋最大海盆。位于門(mén)捷列夫海嶺以東、北美及亞洲的北冰洋沿岸大陸坡之間。大部水深3000～3500米，最深3879米。洋底呈波狀起伏。

5. 波弗特環(huán)流位于加拿大西北部沿岸以北的波弗特海內(nèi)，按順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，形成停滯區(qū)，屬北冰洋表層環(huán)流的一部分。有氣候模型顯示，海風(fēng)使得波弗特海中部水位高于周邊。研究人員推斷，全球溫度上升可能打亂波弗特流渦的原有“節(jié)奏”，導(dǎo)致水面上升。

6. 海洋磁力測(cè)量是海洋地球物理調(diào)查方法之一，是以海底下巖層具有不同的磁性并產(chǎn)生大小不同的磁場(chǎng)為原理，在海上進(jìn)行地球磁場(chǎng)測(cè)定。目前，多使用核子旋進(jìn)磁力儀、光泵磁力儀或海上梯度儀等進(jìn)行連續(xù)測(cè)量地磁場(chǎng)總向量的絕對(duì)值及用三分量磁力儀測(cè)量地磁場(chǎng)的三個(gè)分量。在測(cè)量時(shí)，為防止船體和航行對(duì)儀器的影響，以及波浪的干擾等，儀器探頭要密封，放置在海面以下的一定深度。它對(duì)研究地磁場(chǎng)及其變化、海洋地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)預(yù)測(cè)和國(guó)防建設(shè)都具有重要意義。

7. 本次布放的錨碇浮標(biāo)系統(tǒng)，由浮體系統(tǒng)和錨碇系統(tǒng)組成。浮體上部裝有溫度、氣壓、風(fēng)速等氣象觀測(cè)設(shè)備，下部裝有海面表層溫度、鹽度探測(cè)儀記錄器，觀測(cè)到的相關(guān)海氣數(shù)據(jù)可按設(shè)定時(shí)間通過(guò)銥星傳回國(guó)內(nèi)。為保障浮標(biāo)正常工作，獲得較長(zhǎng)期時(shí)期的固定點(diǎn)位觀測(cè)數(shù)據(jù)，浮標(biāo)上除了配有蓄電池外，還備有太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電設(shè)備。

8. 冰漂移浮標(biāo)陣是更詳細(xì)、全面了解海冰形變過(guò)程、研究北極海冰變化特點(diǎn)和規(guī)律的重要手段之一。過(guò)去布放的一些單個(gè)、零散的冰浮標(biāo)，只能觀測(cè)單個(gè)海冰的漂移軌跡。而各個(gè)浮冰之間的漂移是不平行的，浮冰與浮冰之間有較大差異，存在匯聚、擴(kuò)散、剪切和旋轉(zhuǎn)等形變過(guò)程，這是單個(gè)冰漂移浮標(biāo)所無(wú)法觀測(cè)到的，必須依賴浮標(biāo)陣，才能把流冰場(chǎng)的形變數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)出來(lái)。