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  • 访谈主题:极地科考的后浪
  • 访谈时间: 2020-08-28 10:00
  • 访谈嘉宾:陈清满、罗光富、程绪宇、雷瑞波
    来自中国极地研究中心的4位优秀的“后浪”科考队员,他们中,既有北极科学委员会冰冻圈工作组国家代表,还有四次参加中国南极考察的队长,以及执行过固定翼飞机南极首航任务和“雪龙2”号科考系统建造工作的优秀青年。
访谈实录

  主持人:一年一度的yabo亚博电竞节在今年8月23日开幕,在为期一个星期的时间里,在我们整个上海有1800多项科技活动不断地展开,在我们上海的各个角落里共同打造属于科技的大众嘉年华。


  今天论坛是由自然资源部中国极地研究中心所带来的主题,"极地科考的后浪"。极地科考我相信很多喜欢科学的朋友都知道,极地科考的后浪是指什么呢?因为在地球比较严峻的环境之下,我们国家相继在极地建设了长城、中山、昆仑、泰山,也锻炼出了一只很成熟的内陆考察队伍,像"雪鹰601"固定翼飞机、"雪龙2号"破冰船的装备也在不断补充,可以说我们探索南北两极的步伐和我们的队伍一直在不断地壮大。极地科考的后浪是指今天我们在现场邀请到的主题演讲嘉宾,都是年轻的科考成员。今天的科考队员既有北极科学委员会冰冻圈工作组的国家代表,还有四次参加中国南极科考的队长,以及执行过固定翼飞机南极首航任务和"雪龙2号"科考系统建造工作的优秀青年。今天他们在这里带来的主题演讲可以说既通过他们自身的经历来告诉我们这些喜欢科学的年轻朋友们在极地科考过程当中我们所面临的一些困难,如何去克服,同样相信通过他们今天的演讲能够给大家带来更多的知识充实以及对于未来南北两极科学考察任务的向往。


  今天我们的主题演讲首先邀请到的是雷瑞波老师,雷老师是中国极地研究中心研究员、博士生导师、国家优秀青年基金获得者、2019年浦东新区十大杰出青年、北极科学委员会冰冻圈工作组国家代表。他今天给大家带来的题目是"快速变化的北极海冰",掌声欢迎。


  雷瑞波:各位来宾各位观众大家好,非常荣幸有机会到这里来参加我们yabo亚博电竞节的节目,我叫雷瑞波,来自中国极地研究中心,今天我的报告题目是"北极快速变化的海冰"。


  我们知道我们的地球赤道面和黄道面之间有一个夹角,大概是23度半,正是因为这个夹角的存在,所以我们地球各个地方都有一年四季,但是只有南北极才会出现极昼和极夜的状态,我们要定义北极圈怎么来定义呢?会出现极昼和极夜的地方定义为北极圈,也就是66度33分以北的区域叫北极圈。和南极不一样的是北极是一个大陆包围着的海洋,北冰洋就相当于一个地中海。在北冰洋的周边有一些岛屿、陆地,上面有植被,比如说有苔原、灌木这些植被。如果从气候学来说北极也不是一个圆,不像北极圈是一个比较曲折的范围,因为我们定义北极的时候气候学里面定义的是夏季平均温度低于10度的这么一个区域。


  刚才说北冰洋周边是有人居住的陆地,比如说芬兰有一个地方叫拉普兰的罗瓦涅米,这里是圣诞老人的故乡,在可以也看到北极光,可以享受到北极非常漂亮的景致,正是因为这些漂亮的景致还有像圣诞老人这样一些传说,罗瓦涅米这个地方就成为了北欧比较有名的旅游胜地。我们知道北极的气候变暖大概是全球平均水平的2-3倍,如果说从季节上来说北极气候变暖主要集中在秋天和冬天,为什么?因为秋天和冬天海洋的海冰会快速生长,会把海洋热量带到大气里面加热大气,使得北极气候有一个放大效应,2-3倍于全球的平均水平。正是因为气候变暖的放大,所以北极海冰发生了快速融化,过去40年里面北极海冰的快速减少过程是我们可以看到地球表面最明显的变化之一。比如说从上世纪80年代到现在,北极海冰面积在夏天减少了大概300万平方公里,这是一个什么样的概念?大概和新疆+西藏的面积差不多。气候变暖的局势发展,将来我们的气候模式也给出了一个结果,将来的海冰还会继续减少。这个数据来自于卫星遥感,我们在现场看到的海冰是什么样的?首先我们看看北极点的海冰。


  我们想象当中北极点的海冰肯定是很结实的,因为是地球最北端。我们可以海冰上面可以拉雪橇、踢足球、跑马拉松,事实上过去很多旅游船把旅游客开到北极点开展一系列庆祝活动,我们看到了北极点的海冰确实是很结实的。10年前2010年我们第四次北极考察到了北极点,我们在那里看到的海冰和我们前面想象的是一样的,海冰很结实,100%海冰覆盖,上面很干净,没有融池。但是我们今天看到的海冰是什么样的呢?这张照片是前几天从德国船上拍回来的,同样在北极点,今天的海冰已经完全破碎掉了,冰面上有很多融池,融池都有水,海冰会继续融化。无论从卫星遥感还是地面观测,我们看到的海冰都是在发生快速减少。海冰减少意味着大片海洋会暴露在大气里,海洋会吸收更多的太阳辐射,海洋的生物会利用更多的能量进行光合作用,促进海洋生物的生长。但是另一方面我们知道北极北冰洋有一些大型的哺乳动物,比如说北极熊,它要依赖于连片海冰来捕食,它的捕食主要是海豹,如果没有连片海冰它可能会饿死、被淹死,这种现象时有发生,再也不是笑话了。海冰的减少也会影响到沿岸的居民,比如说没有海冰以后海浪就会加大,海浪对海岸有一个侵蚀作用。我们知道气候变暖也会加大当地永久冻土的融化,因为海岸的侵蚀再加上冻土融化,使得当地的基础建设有一个很大的破坏,比如说道路的破坏、房屋的破坏都是经常见到的。中国不是一个北极国家,我们只能说是近北极国家,是一个中低纬度的北半球国家,但是冬天的天气气候过程是会受到北极影响的。北极的气候变暖是在放大,北极的海冰在减少,北极和中低纬度之间的热力梯度在减小,把西风带给带弱了,西风带是隔断北极和中低纬度之间热量的交换,没有这个隔断或者这个隔断减弱了以后,来自北极的冷空气就很容易下到南方来,来到中国影响我们冬天的天气气候过程。比如说08年南方出现了冰冻和冻雨的灾害,有研究表明这场冻雨灾害和07年海冰的异常减少是有关系的。海冰的减少也有有利的方面,比如说没有了海冰或者海冰减少以后,北极航道就可以利用了。比如说沿着俄罗斯沿岸的东北航道,如果用我们的雪龙船,现在可航行时间夏天大概有100天,如果利用东北航道,比如说从上海到西北欧地区的鹿特丹,航运里程相对于经过马六甲海峡、苏伊士运河传统的航线可以减少30%,所以海冰的减少会有利于东北亚和西北欧之间的航运、贸易的交往。


  如果从历史记载来说,我们国家第一个到北极的人是谁呢?康有为,有记载说康有为曾经到达过斯瓦尔巴群岛,斯瓦尔巴群岛也是我们国家建立黄河站的区域,在他的日记里面我们可以看到他在斯瓦尔巴群岛看到了日不落太阳不下山极昼的现象。但是无论怎么说,康有为的这种行为只能说是旅游、游历,不能说是极地科考。如果极地科考不得不提的就是竺可桢先生,竺可桢先生是我们国家近代地理学和气象学的奠基人。他从美国学成归国以后,建国初期在各种场合都在推动我们极地工作,当时没有中国的极地考察,他在不断推动这个事情。比如说在57年他到苏联去访问,遇到了一个叫谢自楚的学生,谢老师当时在苏联留学学的是极地冰川学,也是我们国家第一个从事这一行当研究的学生。当时他在苏联也很郁闷,极地冰川学,这么冷门的专业学完干什么不知道。但是竺可桢勉励他说,中国是一个大国,将来中国肯定要开展极地研究、极地科考,去极地冰冻圈的研究可能是首当其冲的,正是因为这样的勉励,谢老师就坚持下来了,学了极地冰川学,后来回来以后对我们国家的极地冰川学尤其海冰的研究起到了很好的奠基作用。我们国家在1999年以前因为没有自己的科考船,如果要去北极科考怎么办?要搭载其他国家的北极科考的任务去北极科考。1999年以后我们有了雪龙号,我们就可以开展自己国家的北极考察了,到现在为止我们北极考察进行了11次。最近几年基本上每年都有北极科考,进入了一个业务化调查的阶段。随着"雪龙2号"的下水,我们今年"雪龙2号"到了北极,以后我们到北极考察可考察的区域就更加宽广了。


  我们去北极考察做什么,北极在冰站工作是区别于其他大洋考察的主要特点。在冰站我们主要是利用水下机器人、冰机浮标开展一系列的观测,研究海冰的变化,研究海冰和大气、海洋之间的相互作用。我自己本身是从事极地海冰物理学研究的,我们为了研究北极的气候变化、海冰的变化,我自己曾经8次到达北极参加北极科考。我们课题组研发的装备比如说海冰器无人冰站这样的装备最近两年布放在北极,观测到了一整年的关键参数。因为我们国家现在在北极还不能开展越冬观测,所以这样的观测可以有效弥补我们国家在冬天没有观测这么一个现实的。我们知道科学是没有国界的,尤其是北极,北极是一个很广袤的区域,如果我们要在北极建立一个完善的气候环境观测网,我们必须建立一个比较好的国际合作关系。我们国家的北极科考也是一个开放的平台,每年北极科考都有一些国际合作的不同国家的科学家参与到我们的北极科考。去年在国际上有一个比较大型的国际合作计划,在北极科学委员会指导下的德国主办的MOSAIC气候多学科漂流冰站计划,需要把一艘破冰船弄到北极,漂流一年做一整年的观测。在这个计划里面大概有19个国家来自60多个研究所、研究机构、300多名科学家参与到了这个计划,我们国家也深入参与了这个国际合作计划,刚才说了北极科考不可能由一个国家来完成的。我自己本身参加了第一航段的科考计划,依托于这个MOSAIC计划,我们很好地克服了比如说极夜、冰裂、寒冷等等一系列困难,完成了任务,依托于MOSAIC冰站布放了40多套浮标,做了100多天的海上考察,70多天随冰漂流的连续观测。


  我们完成了这个航次以后完成了一个科普专著的编写,如果大家以后有兴趣可以翻翻这本书,进一步了解我们极地工作北极考察的一些工作。


  谢谢大家。


  主持人:谢谢雷老师的精彩讲述,雷老师从事北极海冰考察任务,刚才雷老师给我们大家展示了这样一本书,可以说科学考察是没有止境、边界的,但同样我们相信科学考察也是需要有传承与接力的。今天现场我们看到有很多年轻的朋友,大家都是喜爱科学喜欢极地考察想要有这样一种探险精神来听今天这个论坛的,在我们四位老师给大家做完主题演讲以后我会现场开放一段时间,允许现场的小朋友提2个问题,有关科学考察的。


  刚才雷老师给大家介绍的是北极的海冰,最后一张北极熊的照片。第二位我们请出的是罗光富罗老师,罗老师今天给我们讲的是南极,我们一直说南北两极的生命究竟是什么样的,对于很多年轻朋友来说一直充满着好奇。我在网上也看到有很多朋友提出过很多类似的问题,接下来我们请中国极地研究中心的工程师罗光富罗老师给大家带来主题演讲。罗老师主要从事的是南北极海洋生物的监测与评价工作,也曾经四次参加中国南极考察,担任大洋队长和党支部书记的职务,他给我们带来的题目名字叫"南极冰雪生命",掌声欢迎。


  罗光富:各位现场的观众和云端的观众大家上午好,我叫罗光富,来自自然资源部中国极地研究中心,是一名中国南极考察队的队员。我在考察队的工作主要负责海洋生物调查。刚才雷老师给大家介绍了非常精彩的北极的知识,我这边先问大家一个简单的问题,南极和北极最大的区别在哪里?


  观众:北极大部分都不是完整的陆地,都是浮冰,而南极是完整的一块大的陆地。


  罗光富:这位小朋友回答得很正确,北极和南极最大的区别,北极它的北极点融化以后下面是一片海洋,而南极冰盖融化之后下面是一块大陆。我们通常称北极称为北冰洋,南极我们称它为南极洲。


  南极有几个特点,第一个特点,冰雪覆盖度特别高,有95%以上的大陆被冰雪覆盖。冰盖的厚度可以达到2450多米,如果这个冰盖全部融化之后,会导致全球的海平面大概上升40-70米的高度,像上海、东京、伦敦这些沿海城市全部会被淹没在海水之下。第二个特点,南极特别冷。北极的最低温可以达到-70度,南极更冷,俄罗斯东方站观测到它最低温度达到-89度。在这个温度下,干盐巴摔在地上会摔裂,一杯开水泼出去以后立马就结成冰。第三个特点,南极的风特别大。法国站观测到它的风速最大可以达到100米每秒,相当于12级风的3倍。第四个特点,它的紫外线特别强。从上世纪70年代末到本世纪南极上空臭氧层空洞的观测结果可以看到臭氧层空洞越来越大,导致到达南极表面的紫外线就特别强,尽管科学家在南极工作的时候裹得非常严实,脸上也涂了一层厚厚的防晒霜,但还是容易被晒黑。


  高冰雪覆盖度、寒冷、风大,这些严酷的自然环境造就了南极非常独特的生态系统,主要是依托海冰的存在。南极肉眼可见的生物90%以上都生活在以海冰为依托的南极的远海附近。在这个生态系统当中最重要的一环就是冰藻,当我们雪龙船穿越过信风带开到南极开始破冰前行的时候,会将浮冰压碎,把冰底翻起来。像图片上看到的这个是褐色的,早期的时候人们以为这是泥沙着色造成的,后面经过海洋生物学家研究发现里面的成分主要是海洋浮游生物,我们通常称它为冰藻。这个冰藻在南极就像我们陆地上的草原和森林一样,源源不断地将太阳能转化为有机物,就可以传递到整个南极生态系统,通过食物链传递到更高级的营养级生物。最先受益的就是磷虾,磷虾在南极的量特别大,大概10亿吨,相当于全球60亿人的体重的2.5倍,所以它的量特别大。南极的企鹅、海豹、鲸这些大型动物全部以磷虾为食,如果有一天南极出现粮食危机的话,他们开会讨论的肯定是磷虾不够吃了。第三,南极的冰鱼,全球大概有3万种鱼,在南极地区分布了200多种,这200多种大部分都是南极的特有种。南极海洋的温度比温带和热带地区的海水要低,我们通常淡水结冰点是0度,南极海洋海水的冰点大概是-2度左右,所以南极鱼类体内都有一种特殊的酶可以防冻,就像我们汽车中的防冻剂一样。第四,南极比较有代表性的生物企鹅。全球总共有20种企鹅,在南极圈内分布了5种企鹅,分别是帝企鹅、王企鹅、巴布亚企鹅、阿德利企鹅、帽带企鹅,在这些企鹅中个体最大的企鹅叫做帝企鹅,它的个体达到90厘米到120厘米,体重是50千克,高度和小学一年级的小朋友差不多高。数量最多的企鹅叫阿德利企鹅,总数大概是5000万只,是上海常住人口的2倍。它的个体长约40厘米,体重只有7千克左右。比较小,通常是成群结队地出现。最上面这幅图是通过30幅图片连起来的企鹅聚集地的照片,下面两幅图是放大的图。最上面这幅图我们考察队员统计得到企鹅聚集群里面总共有16000-18000只企鹅,大家知道这个数字是怎么得来的吗?是我们考察队员一个黑点一个黑点数出来的,所以每一个科考数字的后面都凝聚了我们科考队员大量的工作和心血,非常不容易。另外一种南极常见的海洋生物叫做海豹,海豹全球也有分布,种类34种,但是在南极占全球海豹总数的90%,3200万头。这些海豹中个体最大的叫做象海豹,雄性可以达到5米左右,雌雄可以达到3米左右,相当于一辆小轿车的体型。单独提一下豹形海豹,大部分的海豹都是吃磷虾,这种海豹比较特别,它喜欢吃企鹅,据估算它最快的记录可以70分钟吃掉6只企鹅。南极食物链最顶端是鲸,通常我们称鲸鱼,整个南极分布12种鲸,包括虎鲸、座头鲸、南极小须鲸,个体最大的鲸叫做座头鲸,可以长到35吨、18米长,像我们会议室这么大。除此之外南极还分布了大量的鸟类,其实企鹅也是属于鸟类的一种,算上企鹅,南极的鸟类总数达到了1.78亿只,占全球鸟类总数的18%。除此之外如果将南极的海冰翻起来,底下是一片五彩缤纷的世界。南极海底的温度大概是-2度,因为南极海冰之上的温度虽然非常低,可以达到零下89度,但是海水里面的温度非常稳定,-2度,所以里面的生物也非常丰富,这就是我们30次南极考察时候采到的海洋生物样品。


  总的来说南极海洋生物的种类非常少,但是个体非常大,耐严寒。以硅藻、磷虾、企业、海豹、鲸组成的非常简单的食物链,因为这个食物链非常简单,一旦其中某一个环节出现问题,哪一个物种灭绝了,就会给整个南极海洋生态系统造成毁灭性打击。除此之外近几年来全球变暖导致海冰融化,融化了以后企鹅、海豹的栖地就被破坏了。而且南极旅游热潮不断上升,游客进入之后可能会把微生物带入到南极,对南极的环境和海洋生物生活造成影响。


  中国从1984年以来已经参加了36次南极考察,积累了非常多的数据,我们中国考察队也会持续监测南极的海洋生物和南极的环境变化,为人类认识南极、保护南极做出新的更大的贡献。谢谢大家。


  主持人:谢谢罗老师精彩的主题演讲,他在演讲的过程当中小朋友们都很活跃,刚才有朋友提出问题磷虾能不能吃,是指咱们能不能吃。由此可见我们人类真的是属于整个生物链当中很重要的一环。下面再请出的是中国极地研究中心工程师程绪宇程老师,程老师是考察站建设工程部的办公室主任,主要从事中国南北极考察管理和极地重大项目规划和建设工作,他曾经四次参加过中国南极考察,执行过固定翼飞机南极的首航、他国考察站的调研等系列任务。今天他演讲的题目是"飞跃南极",掌声欢迎。


  程绪宇:大家好,我叫程绪宇,我来自自然资源部中国极地研究中心,我是一名90后,也是一个多次去过南极现场的极地科考的后浪,我们部门主要是负责南北极考察站的后勤保障,今天想给大家介绍一下中国南极考察后勤保障体系是如何一步一步建立起来的。


  开始之前先从两个维度让大家了解一下南极,第一,自然维度。第二,政治和人文环境。自然环境刚才罗光富老师已经讲过了,南极是位于地球最南端的一个大陆,面积超过1400万平方公里,有极昼和极夜之分,如果用一个词形容南极那就是非常极端。比如刚才说过的冰厚、雪厚、寒冷,离我们也特别遥远,距离上海超过12000公里,褒义保障支撑是在南极开展所有活动的基础。南极的政治环境或者人文环境一句话概括是既简单又复杂,简单是因为南极是一个没有领土主权的地方,国际上对南极的治理主要依托于《南极条约》,复杂是因为南极其实也是大国战略竞争的一个制高点。以上就是南极的一个基本情况。


  这是一张拍摄在南极内陆的图片,一碗面刚刚被端出来就被冻成了一个面棍。大家带着这么一个问题,如何在南极内陆吃到一碗新鲜的面条,一步一步地揭开我们是如何开展保障工作的。其实说起来在南极吃面很简单,分三步,把材料带过去、把面做熟、趁热吃。但是我们想一下南极的极端环境,仅仅把材料带到南极去这一步就特别难以实现。我们中国这一步跨出是在1984年第一次南极考察队从上海出发经过了一个月的颠簸到达了乔治王岛,克服了种种困难以后,在1985年2月份建成了长城站,长城站的建设保证了我们可以在南极大陆开展科学考察工作,它现在已经是一个颇具规模的现代化科考站了,它的建设支持了我们在环境化学、植被、哺乳动物、气象观测等等科学领域的开展。举个例子,刚刚罗老师说的观测海豹、虎鲸等等,沿途可能会遇到的动物,但是其实长城站是位于南极圈外的,在南极半岛这个位置,纬度并不是很高,如果想要真正地了解南极还要再往南去,再往里走,这个时候就要到南极圈里面去。


  南极圈里面相对于南极圈外最大的特点就是它的极地气候更加明显,也更加难以到达。这是拍摄在南极圈内中山站附近的海冰,想要接近就要突破海冰的阻碍。原来普通的科考船是实现不了的,只能是用破冰船,雪龙号破冰船就是承担了这么一个任务。这个画面看起来很漂亮,但其实也是充满了各种风险。因为船有可能会被海冰卡住,冰山翻身也可能会引起海啸这种灾难性结果,即便是比较先进的破冰船也很难实现真正地接近大陆边缘,往往在距离大陆还有10-40公里的时候就必须停住了,没有办法再接近了,这个时候我们就要采用海冰卸货或者直升机吊运的方式把物资从船上运到岸上去,海冰就是大海上两三米厚的浮冰,我们现在会在上面找到一条安全的路线,车辆可以通过,避开潮汐带或者冰丘这种危险的地方。


  30年代我们完全不具备这种的时候,我们南极考察队员依然完成了中山站的建设,而且是冒着风险危险完成这项任务,中山站现在已经是一个小城镇一样的规模了,它也是我们在东南极开展科学考察的大本营。它的建设不仅是实现了我们从南极圈外到南极圈内的飞跃,也拓展了我们在这些科技领域的研究,比如冰川学、空间物理学,看起来很专业,如果用抽象或者更具体一点的展示,比如说在极夜期间观测银河、极光,在极昼的时候观测当地的湖泊,这是一个动态视频,在极昼的时候才会融化出现的。


  中山站的建设实现了我们在南极圈内的保障能力,最开始的问题是如何在南京内陆吃一碗面,所以我们下一步挺进内陆,中国南极考察选择的内陆路径从中山站一路向里到DOMEA,这个位置是南极的最高点,它的海拔高度接近4100米,冰厚是3500米左右。这个地方最近几年曾经出现了地球在自然环境下最低的温度零下90度,所以这个地方的环境是极端中的极端,特别恶劣。我们内陆行进的方式主要采用的是雪地车,拖着雪橇然后上面放上大量的物资,一次可能运200-500吨不等的物资,就这样一路向南一路向里,一路往高处攀爬。行进过程当中会遇到各种困难,刚开始会遇到软雪的情况,因为极昼的时候太阳一直照射,在低纬地区会融化,车有可能会陷在里面,20多吨车的车、几十吨的物资就要想尽办法把它拽出来,特别危险,也会遇到裂隙这种危及生命安全的状况。


  克服了种种困难之后,我们在08年建成了昆仑站,在14年完成了泰山站的建设,我们国家是到目前为止能够持续开展内陆科学考察的世界上6个国家中的1个,也是取得了非常了不起的成绩。内陆上的建设也支持我们在冰川、陨石和天文学的研究,今年中国的科学家已经证实昆仑站这个位置是开展天文学观测最合适的点。


  现在我们已经实现了内陆保障的能力,还有新鲜的问题,涉及到一个效率的问题,我们从中山站到内陆昆仑站的位置,地面雪地车行驶要15天时间,效率比较低也比较艰苦,如何提高效率,我们采用了从地面到空中,采用固定翼飞机的方式。15年首航南极的飞机雪鹰601就是承担了这么一个任务,它是一个非常有故事的老同学,1944年生产的一架老飞机,经过了改装,加装了雪橇各种防冻设施,后来经过了科考改装加装了冰雷达、磁雷剂,拓展了我们在极地科考的快速运输、应急救援以及航空科考的能力,最开始我们从中山到昆仑要15天时间,现在只用4.5个小时就可以到达,效率大大提高了。固定翼飞机的猎装也拓展了我们在极地冰雪工程领域的技术进步,我们现在有能力自主建设这种简易的冰雪跑道,最开始以考察站为点、以内陆行进为路线的科考作业模式也拓展为以飞机的飞行距离为半径的扇面形模式,大大扩大了科考的作业范围。我本人也是因为固定翼飞机的猎装才加入到极地考察这个队伍当中来的,我和大家分享一下我的队友制作的现场工作飞行的小视频。


  (视频)


  这是飞跃南极,我们科学家在飞机上做航空物理观测,南极本身它的环境比较极端,它也是很多工程设备和装备的试验场,也是很多科学实验开展的天然场址。


  虽然我们已经具备了海陆空的保障能力,但是随着我们在南极工作的不断深入,我们也会面临新的挑战,需要有新的突破和飞跃。比如我们即将要在南极建设的中国第五个南极考察站维多利亚地的新基站,会成为我们在南极的新一代建筑。在最早的仅仅满足生存的小木屋或者小房子的基础上,第二代的极地建筑可能是一个分散的小村落,第四代建筑就会有新的要求,比如更加集合式的平台,更加集中,更加优化形体,这是我们设计的效果图,相对于长城站这种分散式的结构,它更像一个太空飞船,更加集中,一种大综合的模式。当然对我们在设计、运输和现场建设、通讯能源等等很多领域都提出了新的要求。


  以上和大家说的就是我们中国南极考察的四个方面,考察站、考察船、航空器、陆面考察,最从开始对南极一无所知到后来能够实现在南极越冬,从南极圈外飞跃到南极圈内,从南极圈内又到了南极内陆,从内陆飞跃到了空中。去年我们的大国重器"雪龙2号"也已经首航完成,应该说我们国家现在已经基本具备了全南极或者环南极科考保障的能力。很重要的是因为我们国家综合实力的提高,另外也和我们一代又一代的极地考察队员不断继承和发展的爱国、求实、创新、拼搏的南极精神有很大的关系。最后我想说,我们探索南极的脚步从未停止,谢谢大家。


  主持人:谢谢程老师的精彩主题演讲,一个很有意思的话题,怎么在南极内陆吃上一碗新鲜的面条。大家有没有发,现这样一碗新鲜的面条你可以吃到,也是我们南极科考人员从南极圈外到南极圈内不断前进、不断探索的过程,也是我们国家科技装备不断前行、不断探索、不断升级的这么一个过程。刚才程老师给我们看了一段他们所拍的视频,特别漂亮。我们也看到了刚才老师带给我们很多很漂亮的照片,但是这些照片的背后都是我们科研工作者无限的付出。最后给大家再次请出的是中国极地研究中心实验室主任陈清满陈老师,陈老师全程参与了"雪龙2号"科考系统的建造工作,三次参加南北极考察,执行"雪龙2号"首航南极的任务,担任实验室主任,成功完成了科考调查、设备检验和作业保障工作。下面我们有请陈老师给我们带来演讲,演讲题目是"大国重器雪龙2号之科考能力",掌声欢迎。


  陈清满:主持人好,各位来宾好,各位观众朋友们大家好。我是自然资源部中国极地研究中心的陈清满,我们部门是传播与飞机管理处,主要从事极地科考破冰船的运营和管理,今天给大家带来的是"雪龙2号"科考能力的建设。刚才三位老师介绍的时候大家都看到了里面有很多雪龙船的身影,我们从去年开始雪龙船在极地再也不孤单了,我们的"雪龙2号"正式入列了。它的入列标志着我们国家船机的破冰能力和科考调查能力都得到大的飞跃,因此被很多媒体誉为大国重器,我们今天看看它的科考能力是怎么样的。


  开始之前我想问大家一个小问题,大家都知道"雪龙2号"的破冰能力比雪龙船有了大的提升,那它的体积和重量和雪龙船相比是什么样的情况呢?比它大还是比它小?


  观众:比它小。


  陈清满:答对了。这是我们"雪龙2号"的模型图,我们船长122.5米,和雪龙船相比整个长度上小了40多米,同时它的排水量大概小了7000吨,差不多是一个普通的综合科考船的排水量了。但是小身材也有大能量,我们的"雪龙2号"能够以2-3节速度破1.5米的冰,雪龙船是1.5节破1米的病。以前雪龙船只能到达离中山站30-40公里的距离就破不动冰了,通过直升机或者雪地车往里面运货,现在"雪龙2号"我们首航南极的时候一直破冰开到了离中山站大概只有10公里的位置,大大节省了运输的能耗,提高了我们运输的效率。同时两个船的定位稍微也有一点不一样,正好是互补的。我们"雪龙2号"的定位是以科考为主运输为辅,我们接下来看看它怎么实现它科考为主的定位的。


  今天的介绍主要从"雪龙2号"实验室的特殊设计和实验室里面科考设备的配备以及极地船舶重要的支撑装备三个方面展开介绍。


  第一部分,实验室的特殊设计。我们"雪龙2号"一共有6个实验室,面积大概在330平米左右,主要是集中在图片中青色的区域,在5、6层的甲板上,和我们整个实验室设计的定位有关系。大家可以看到我们有3个实验室,物理实验室、第一通用实验室和第二通用实验室,面积都比较大,都在80平米以上。我们实验室两大特征,一个特征是大格局,第二个特征是柔性化,大格局是指我们每次去极地的时候都由全国二三十家单位从事不同科考专业的相关人员组成,在有限的实验室数量和面积里面怎么实现各个不同的专业在里面使用,满足他们一些最基本的要求,这是我们大格局的设计概念,在同一个实验室尽可能多的科学家从事不同的科考专业,满足他们基本的和通用性的要求。第二个是柔性化,每个航次我们可以分航段进行,去南极的时候这个航次可能以地球物理调查为主,下一个航次我们可能以地质沉积这块调查为主,根据我们调查任务的侧重不同,我们实验室现在设计的是可以根据我们调查任务快速地进行一个组合转变,类似于搭积木的概念。我们的实验室家具设计包括天花板、墙壁上水电气相应的转化接口,都是可以便捷快速调整的。


  这是我们的物理试验室,80平米左右,大家看到里面有很多的屏幕,还有显示器控制电脑,这块主要是我们船上的水下声学设备的控制终端。里面有一个很炫丽的星空点,一般到达现场的时候第一次看到这个实验室的都会有眼前一亮的感觉。这是我们的第一通用实验室和第二通用实验室,通用的意思指的是干湿通用,既可以作为干性实验室也可以作为湿性实验室,我们这里面的实验室家具设备都是按照国家实验室建造的标准建造的,同时也能满足美国欧盟相关的国家建造标准。这里面实验室的建造别看面积不大,但是我们花了很多精力去设计的。因为这块本身陆地上的实验室相对而言建造比海上实验室建造起来更简单一点,海上实验室航行时候受到船舶的摇摆以及破冰船在破冰的时候会受到震动的影响,整个实验室的家具包括里面设备的固定都是我们着重考虑的方向。


  介绍完实验室,我们来看看实验室里面搭载了哪些设备。从调查的对象和调查的手段划分,我们"雪龙2号"具备了大气与海冰环境调查、海洋水体环境调查以及海洋生态生物多样性等8个方面的调查能力。这张图上看一下,我们在船的最高点就是驾驶台下面罗经甲板上主要搭载了一些大气成分的监测系统,气象遥感卫星接收系统,在我们船头有一个科学桅杆,这上面搭载了很多海冰观测设备,主要集中布置在这个位置。我们在船底有一个箱型龙骨,刚才介绍的物理实验室里面水下声学设备很多探头我们就安装在这个位置,主要往水里面发射的。同时在我们船的中后部有一个月池车间,这是我们船中部主要作业的区域。尾部我们有一个600平米的作业甲板,所有科考仪器设备都是通过我们这边的一些支撑设备通过绞车放到海里面然后再收回来。用一张图简单概括一下,现在"雪龙2号"基本上具备了大气、海冰、海底表面以及水体、海底地形以及海底地层剖面的全方面立体的调查能力。


  介绍完这些之后再给大家介绍一下我们极地船舶的重要支撑装备,虽然"雪龙2号"是我国建造的第一艘极地科考破冰船,但是我国有二三十年极地考察的经验,我国把每年极地考察的经验都融入到"雪龙2号"的设计和建造当中去了。我们"雪龙2号"具备首尾破冰能力、DP2动力定位、船底箱型龙骨、月池系统等等,它的每一项技术都是发挥科考能力的重要基石。先看看它的首尾破冰能力,刚才介绍了"雪龙2号"能够以2-3节的速度连续破1.5米的冰,它的尾向也是具有破冰能力的,双向破冰,尾向破冰能够保证在20米后的冰体中不被卡住,这样就大大提高了"雪龙2号"在冰区的机动能力。这边是"雪龙2号"进行破冰试验的视频,一块大冰撞开了冰的缝隙,这种破冰能力的提升从哪个方面支撑我们的科考呢?一方面是原来雪龙船因为破冰能力受限到达不了的区域现在"雪龙2号"可以到达了,空间上拓展了。另一方面我们雪龙船可能只能在夏季气温比较高的时候、海冰消融比较厉害的时候到达一定的区域,现在"雪龙2号"可以在更冷的季节到达这个区域,海冰可以更厚,时间上也能拓展我的作业能力。这是我们在36航次也就是"雪龙2号"首航南极的时候进行破冰试验取得的一块冰,"雪龙2号"可以破这么厚的冰,1.57米。


  第二部分,介绍一下箱型龙骨,在科考船上面安装了很多水下声学设备,他们主要用来测海洋的海流、海底里面的生物以及海底的地形,我们船也配备了很多,一般的船舶因为考虑到船舶航行过程当中在船体周围会形成一个气泡层,这个气泡层对声学设备的探测有很大影响,会干扰我们的数据质量。一般船舶都采用这种悬挂式的或者突出式的设计,把换能器越过这个气泡层,但是对于破冰层而言这种设计还是有风险的,这样的凸出来的结构在我破冰的时候,大块破碎的浮冰会撞击到整个结构,会把整个结构撞坏,包括我的换能器也会受损。所以我们"雪龙2号"设计了一个流线型的箱型龙骨,我们把13个换能器集中安放在这个位置上,我们来看看它的效果。我们经过经过相应的计算,箱型龙骨高度设计60公分,正好完美地越过了气泡层。同时冰池试验的时候,我们可以发现破冰航行的时候它的结构正好把破碎的海冰挤向两边,很少碎冰会到达我箱型龙骨的表面,这样最大程度地保护了我的换能器,确保了冰区水下声学设备的探测。


  最后介绍的是月池系统,我们可以想象一下,"雪龙2号"的破冰能力这么强,破开了很厚的冰,周围都是海冰,我的设备怎么放下去?我们看看"雪龙2号"怎么设计的。我们"雪龙2号"在船体中间肚子上开了一个洞,设计了上下底盖,到达冰区破完冰以后把上下底盖打开,里面充满海水,直通海底。我们在首航南极的时候,周围全是海冰,我们进行了月池CDD收放试验,当时也是受到了媒体广泛关注,取得了很好的效果,解决了我们国家以后在极地冰区设备收放的难题。


  最后给大家顺带介绍一下我们的极地精神和雪龙精神。我的极地精神和雪龙精神和我们"雪龙2号"破冰能力有什么关系呢?就和一台电脑一样,硬件和软件都是必不可少的,光有硬件没有软件是不行的。我们的极地精神和雪龙精神就是我们内在的精神,相当于软件的部分,两者是相辅相成的。大家都知道极地的环境非常恶劣,包括刚才程老师介绍的在南极吃一碗面条都那么辛苦。是什么样的力量支撑我们一代一代的极地考察的人员包括雪龙人这样舍身忘我的奉献呢?应该是爱国、求实、创新、拼搏的极地精神和爱国、爱船、团结、奉献的雪龙精神。现在有越来越多年轻的力量加入到我们极地考察当中,像今天都是极地科考的后浪,以后欢迎各位小朋友们如果感兴趣也可以加入到我们极地考察的队伍中来。


  我介绍完了,谢谢。


  主持人:谢谢陈老师的介绍。陈老师最后给大家看到的这样一行字,在我们科考船上工作人员的平均年龄,在实验室里工作的平均年龄是26岁,参加科考的这些研究人员平均年龄只有31岁,大家想想自己的年龄。如果你真的对于我们南北极考察、极地内陆科考有着浓厚的兴趣,如果说你愿意从现在培养自己这样的目标,也许若干年以后你会有幸和我们四位老师做同事的。刚才看了"雪龙2号"科考船的整个破冰过程,我脑子里想出一个词叫"横冲直撞",好像它靠着一股蛮力在往前走,其实不是,如果真的仅仅靠蛮力,我相信它没有这样的持续动力、持续破冰能力,它背后其实还是众多的科研工作者、很多的科学家通过精密计算所得出的最终的结果。


  四位老师的主题演讲暂时告一段落,今天现场有很多年轻朋友,以往几个论坛当中我们很少开放这样的现场提问环节,今天我们给年轻的小朋友们提问,提两个问题。


  观众:电子设备进入海里以后水会从月池系统里泛上来吗?


  主持人:你是指电子设备进入海里以后,担心水会从月池系统里泛上来?这是一个很有意思的问题,我们看到故事里面就有这么一个情节,船上破一个洞,水上来了船下去了。在"雪龙2号"怎么实现开一个洞船不沉呢?


  陈清满:我们有2个口,底面一个口和上面面一个口,底面口肯定在水底下的,上面这个口是高于水线位置的,我们雪龙船吃水可能在7米左右,但是我们洞口的距离离船底差不多在12米左右,整个月池里面的水面在洞口以下大概4米左右,所以它不会沉。


  主持人:这是很有意思的问题,船上的洞究竟开多大,开得太大估计不行,开得太小好像还可以。还有问题吗?


  观众:病毒是不是威胁到生物的灭绝了?


  罗光富:刚才我PPT里面其实还没有介绍到,南极海洋里面有很多病毒,这些病毒主要是噬菌体,感染藻类和细菌的病毒,这些病毒它的基因很重要,但是对人类以及一些大型动物没什么影响。


  主持人:有一个问题我是留给我自己提的,问一下雷老师,刚才我们三位老师都关注到了南极的考察,而在北冰洋其实我们看不到成片的大陆,我们更多看到的仅仅是海冰,我们为什么要注重对于海冰的研究呢?对于北极的海冰研究和南极的海冰研究是不是有一些不一样的地方?


  雷瑞波:为什么要研究海冰,我们想象一下把冰箱里面一块冰拿出来,暖和了,这个冰是不是就化了?实际上这个例子说明了海冰对气候变化非常敏感,气候变化影响到全球整个系统,但是我们要看到一个最敏感的因子是什么,比如说陆地上的积雪、冰川这些冰冻圈的东西可能是最敏感的,因为它一下子看到气候变化。另一方面海冰减少了以后,海洋会吸收很多的太阳光,进一步促进气候变化。


  北极和南极的海冰有什么区别。北冰洋相当于一个地中海,周边是有大陆的。南大洋是开阔的海域,北极的海冰相对来说它的运动学、动力学不那么强,因为它困在里面了,所以有一些多年的冰,老冰、厚的冰在里面。南大洋每年到了夏天基本上所剩的海冰就很少了,只有一些峡湾地区才有海冰。但是反过来说,气候变暖了以后北极海冰减少了以后,这些动力学过程也会增强,使得我们现在看到的现象就是北极的海冰越来越像南大洋的海冰了。就是这么一个背景。


  谢谢。


  主持人:谢谢雷老师的回答,这个问题一直是我想向大家陈述的。很多朋友都看到我们有很多次的极地科考,但是为什么我们会向南极、北极派出不同的科考队伍,为什么我们要在不同的南北两极建立我们的考察项目,其实它事关着我们整个地球环境的变化,事关着地球家园未来的走向。人类可以说是整个生物链当中很重要的一环,而且我们都说人类是生物链最高的这么一环。但同样的当我们身居在生物链最高一环的时候,我们其实也有自己的义务,要保护我们自己生活的这个家园,它的整洁和可持续发展,这也是我们这么多年南北极考察任务当中很重要的一环。


  非常感谢四位嘉宾今天做客我们的论坛,给我们带来了很精彩的主题演讲,除了让我们了解到了这两年极地科考任务的不断前进、不断变化,我们装备的不断更迭、不断升级换代之外,今天我们也了解到了很多知识。最后一句话,我还是希望今天关注我们直播的所有的场外观众朋友和现场的年轻朋友们,将来能够树立起远大的志向,能够加入到这支队伍当中来,提高我们整个科学考察任务的能力。


  今天"极地科考的后浪"主题分享活动到此告一段落,谢谢大家,今天的论坛到这里就结束了。

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