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
(相關(guān)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?!绷铸堈f。
研究視角:物理學與工程學
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?!绷铸堈f,“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?!?/p>
除了物理學視角,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)?!标悤詵|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。“習慣了?!彼f。
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,一定程度上會導致試驗效率和試驗成功率明顯降低?!标悤詵|說。
“從宏觀角度看,海冰研究周期長、消耗大?!绷铸堈f,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)栽谀陱鸵荒甑貓允亍?/p>
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