第13次北冰洋科考丨科普：從理論到現(xiàn)場——海冰研究一線什么樣

新華社“雪龍2”號8月21日電 科普：從理論到現(xiàn)場——海冰研究一線什么樣

新華社記者魏弘毅

(資料圖)

船行北緯80度以北，炫目的白色海冰隨處可見。

海冰的作用有哪些？海冰研究學(xué)者關(guān)注哪些問題？海冰研究現(xiàn)場又是怎樣的？近日，由自然資源部組織的中國第13次北冰洋科學(xué)考察已經(jīng)開始海冰綜合調(diào)查作業(yè)。從理論到現(xiàn)場，一起聽那些親歷科考一線的海冰研究專家講述海冰研究的那些事。

海冰融化：影響氣候與生態(tài)系統(tǒng)

中國極地研究中心（中國極地研究所）副研究員、大洋隊海冰組組長林龍先向記者展示的數(shù)據(jù)表明，海水可吸收90%以上的太陽短波輻射，海冰冰面卻能反射70%左右的太陽短波輻射，雪面則可反射90%左右；而衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，從1984年到2022年，北極海冰消融了三分之二。

“在氣候變暖的大背景下，北極是全球升溫最快的區(qū)域之一。這一現(xiàn)象與海冰本身的作用和其大面積融化息息相關(guān)。”林龍介紹，地球如果保持長期適宜人類生存的環(huán)境，其溫度必須相對恒定，需要地球以某種形式將太陽“給”到地球的熱量“還回去”，這很大程度要依靠北極海冰反射太陽短波輻射。因此，極地的冷卻作用在地球氣候系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。

而在全球變暖的大趨勢下，海冰融化，海面比例就會增加，這時北極反射太陽輻射的能力成比例減弱，海面吸收太陽輻射的能力成比例增強，北極得到的太陽輻射更多，進而使得海冰融化加速，這就是“冰雪正反饋機制”。林龍表示，“冰雪正反饋機制”削弱了北極對于地球的冷卻作用。

“但一定程度上，海冰能夠在極地氣候變化中對海洋生態(tài)系統(tǒng)起到保護作用。如果氣候變暖，海冰就多化一點，海水的升溫就不會那么劇烈；如果氣候變冷，海冰就增加一些，同樣能避免海水溫度的急劇下降。有了海冰這道‘屏障’，北極的生態(tài)系統(tǒng)在應(yīng)對氣候變化時就會更加從容。”林龍說。

研究視角：物理學(xué)與工程學(xué)

海冰綜合調(diào)查作業(yè)現(xiàn)場，科考隊員正在用專業(yè)設(shè)備在冰面打洞。他們的下一個工序，是布放海冰物質(zhì)平衡浮標，用來監(jiān)測海冰的溫度和冰厚、表面雪厚等參數(shù)。

“本次科考海冰綜合調(diào)查作業(yè)的重要目的之一，是研究海冰物質(zhì)和能量的季節(jié)性演變過程及其與大氣和海洋的相互作用，進而揭開更多關(guān)于北極氣候變化的奧秘。”林龍說，“冬季的現(xiàn)場海冰觀測難度極大，布放無人值守的海冰物質(zhì)平衡浮標，是獲取全季節(jié)海冰物理數(shù)據(jù)的重要手段。”

除了物理學(xué)視角，海冰研究也是工程領(lǐng)域的重要內(nèi)容。

每到一個海冰綜合作業(yè)站位，大連理工大學(xué)高級實驗師陳曉東在“雪龍2”號極地科考破冰船舷側(cè)尋找合適的海冰來切割、采樣，并統(tǒng)計每塊冰的溫度、密度、鹽度、強度等參數(shù)。

“對海冰開展研究，是設(shè)計‘雪龍2’號的重要前提之一。目標海域的海冰物理性能與船舶破冰性能息息相關(guān)。”陳曉東告訴記者。

陳曉東介紹，船舶與海冰碰撞時產(chǎn)生的瞬間沖擊力要遠遠大于開闊海域航行時的水阻力，這對船舶的航行和結(jié)構(gòu)設(shè)計是巨大挑戰(zhàn)。對于一艘破冰船，需要掌握航行海域海冰的相應(yīng)物理參數(shù)，為船舶設(shè)計提供參考。

作業(yè)一線：腦力與體力的雙重考驗

在海冰綜合作業(yè)現(xiàn)場，記者親身體驗了冰芯取樣的艱辛。

冰芯取樣裝置，由1米多長的圓筒形鉆頭與手持汽油機組成。工作時，需要啟動汽油機，雙手將鉆頭“按”進冰層，再將機器“拔”出冰面，取出鉆頭中的柱形冰芯樣本。

在這一過程中，啟動機器需要人工拉栓，打洞時需要人工“把正”機器，還要將冰芯裝袋標記……獨自取完5個冰芯后，記者體力基本耗盡。即使戴著手套，雙手也已經(jīng)因寒冷而難以彎曲自如。

一個上午，陳曉東取了30個冰芯。“習(xí)慣了。”他說。

在海冰作業(yè)現(xiàn)場，部分精密儀器需要裸手操作，數(shù)據(jù)的記錄需要錄入電腦甚至手寫。頂著寒風、踩著積雪，科考隊員不僅要保持充足的體力，更要有清醒的頭腦和堅定的意志。

“在寒冷的環(huán)境下，人體機能會下降，人的思維也會變得緩慢，一定程度上會導(dǎo)致試驗效率和試驗成功率明顯降低。”陳曉東說。

“從宏觀角度看，海冰研究周期長、消耗大。”林龍說，以北極為例，船舶只能在夏季航行，冬季難以抵達。即使有無人值守設(shè)備，也面臨潛在的海冰融化導(dǎo)致設(shè)備故障等風險，故海冰研究對人力依然有較強依賴性。此外，船舶的航行、科考設(shè)備的運輸及消耗，也客觀上為海冰研究增加了成本。

排除萬難，在天寒地凍的冰原，他們?nèi)栽谀陱?fù)一年地堅守。

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