冰上重器 匠心首制

鄔婷

“在中國第九次北極科考中，我們進行了北極冰面無人冰站的安裝工作，直至昨日已順利完成無人觀測工作一周年，這可謂是中國首個在北極冰面能夠成功連續(xù)觀測工作達一年的自動化觀測設備，太讓人高興了！”8月22日，在太原理工大學電機館，竇銀科欣喜地告訴《科學導報》記者。

竇銀科，山西南極科考第一人，十多年來他帶領(lǐng)學生將夢想揮灑于兩極，憑借自主研發(fā)的檢測設備為深入研究南北極環(huán)境提供了強有力的技術(shù)支持。竇銀科帶領(lǐng)的團隊在完成無人冰站試驗樣機實驗室集成的基礎上，2018年8月8日在中國第九次北極考察中于北冰洋中心區(qū)成功布放兩套無人冰站。截至目前，布放的無人冰站系統(tǒng)已連續(xù)12個月成功傳輸有效觀測數(shù)據(jù)到國內(nèi)，證明這次布放的無人冰站系統(tǒng)的適用性。

“當前全球氣候變暖在北極顯著放大，導致北極海冰儲量快速減少。海冰減少及其導致的天氣氣候效應是目前國際上最為關(guān)注的熱點前沿研究領(lǐng)域。無人冰站項目便在此背景下成立了，它屬于中國科技部重點研發(fā)計劃，由中國極地研究中心牽頭設立，項目在2016年設立，真正開始運轉(zhuǎn)是在2017年。在去年北極科考中，團隊共安放兩套無人冰站?！闭劦綗o人冰站項目的開展，竇銀科這樣講道。

據(jù)介紹，無人冰站全稱為“北極?！獨鉄o人冰站觀測系統(tǒng)”，將無人冰站在北冰洋中心區(qū)域進行布放，從而獲取長周期的氣—冰界面、海冰內(nèi)部和冰—水界面關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對北極的海洋、海冰、大氣三個界面多個通量的無人值守觀測，采集的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星自動傳回國內(nèi)，為北冰洋海冰變化等科學問題提供關(guān)鍵現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)。在國家倡導實施北極觀測網(wǎng)計劃的呼吁下，建立冰上衛(wèi)星、冰面冰極浮標網(wǎng)與冰下自主升降機器人三位一體的互相通訊需要大量投放設備進行組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)獲取，因此，無人冰站的布放對于提高我國對北極環(huán)境變化的監(jiān)測能力與北極氣候及海冰的預測預報能力、拓展我國北極研究合作網(wǎng)絡具有重要意義。

隨著國力發(fā)展，極地科考任務要跟得上形勢，設備更新?lián)Q代的速度就必須快，要適應極地科考的要求?！爸挥兄雷匀豢茖W當前需要什么數(shù)據(jù)，我們才能夠有研究設備的方向?！备]銀科講道。從了解全球變暖的北極海冰湍流，到研究北冰洋海冰吸收熱量運動趨勢，從探究冰里溫度場變化的溫度鏈，到測量冰面低區(qū)空氣層、冰層及冰下5米區(qū)間海洋層的多參數(shù)浮標，再到同步觀測大氣、冰層與海洋層的無人冰站，每次的極地科考都能帶來理論研究、設備更新?lián)Q代的新方向、新思考。

談到當前無人冰站發(fā)展的瓶頸，竇銀科說：“面對北極1400多萬平方公里的海冰區(qū)域，如果想全面掌握北極氣候變化規(guī)律，依賴于大空間尺度、長時間尺度的精細化現(xiàn)場觀測，投放少數(shù)無人冰站并不能達到預期效果，因此需要大量分布，資金支持與后勤保障是目前最棘手的問題。布放無人冰站是未來大趨勢，但我們需要耐心，等待更加成熟的條件?！?/p>

經(jīng)歷多次極地科考，竇銀科團隊有一個感覺，科考隊對于設備要求越來越高，設備的迭代更新、數(shù)據(jù)的運用得當對于提高北極氣候變化、海冰變化以及海洋環(huán)境變化的預測能力提供重要支撐。多年來，很多人問過竇銀科同樣一個問題：“你研發(fā)北極監(jiān)測裝備難度大，研制成功了用量也不多，更別說巨額的經(jīng)濟效益了，為什么還要堅持？”對于這些問題，竇銀科回答道：“在想問題之前，我都會看看身邊那些并不富裕而默默奉獻的隊友，因為我們都在堅守著一個信念：不忘初心，堅守信念！”