極地科考的中國(guó)印記

“雙龍?zhí)綐O”開(kāi)啟中國(guó)極地考察新格局

2019年10月22日，“雪龍”號(hào)承載107名考察隊(duì)員以及1？450噸物資，離開(kāi)位于上海的中國(guó)極地考察國(guó)內(nèi)基地，前往南極執(zhí)行中國(guó)第36次南極考察任務(wù)。此前，我國(guó)首艘自主建造的極地科學(xué)考察破冰船——“雪龍2”號(hào)已于10月9日從上海出發(fā)，開(kāi)赴南極。

中國(guó)第36次南極考察是首次實(shí)行“雪龍”號(hào)和“雪龍2”號(hào)“雙龍?zhí)綐O”。首次執(zhí)行南極科考的“雪龍2”號(hào)配備了哪些新的科考“武器”？其南極“首秀”又將呈現(xiàn)哪些亮點(diǎn)？

中國(guó)第36次南極考察隊(duì)“雪龍2”號(hào)首席科學(xué)家何劍鋒介紹：“‘雪龍2號(hào)最大亮點(diǎn)是裝配了由主甲板直通海底的國(guó)產(chǎn)月池系統(tǒng)，它底部創(chuàng)造性地使用了科技含量更高的水密底蓋，從而提高了船舶穩(wěn)性。月池是指垂直于海面、貫穿船體、與海水相連的一個(gè)空腔。月池可用于在大面積浮冰區(qū)進(jìn)行CTD（海水溫鹽深剖面儀）作業(yè)，解決浮冰密集度高無(wú)法科考作業(yè)的難題，從而確保調(diào)查斷面和站位的系統(tǒng)性?！?p>

“雪龍2”號(hào)另一項(xiàng)“武器”是可應(yīng)用到移動(dòng)的船舶上的先進(jìn)走航觀測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)極地大氣、海冰和海洋進(jìn)行全程走航觀測(cè)?！跋啾取?zhí)柕淖吆接^測(cè)系統(tǒng)，‘雪龍2號(hào)增加了營(yíng)養(yǎng)鹽、甲烷和二氧化碳?xì)怏w濃度等環(huán)境參數(shù)，將更系統(tǒng)地開(kāi)展全程海表環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)采集?！焙蝿︿h介紹。

此外，“雪龍2”號(hào)上由聲學(xué)設(shè)備組成的海洋探測(cè)系統(tǒng)，可全程連續(xù)探測(cè)海水流速流向、生物資源量以及海底地形地貌等要素，具備長(zhǎng)期自動(dòng)觀測(cè)、實(shí)時(shí)原位測(cè)量和自動(dòng)記錄處理等功能。其他先進(jìn)裝備還包括船舶走航剖面儀、浮游動(dòng)物觀測(cè)系統(tǒng)等，前者可以實(shí)現(xiàn)不停船連續(xù)獲取海洋上層水文和生物學(xué)剖面數(shù)據(jù)，后者可隨CTD下放和回收，自動(dòng)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)和生物影像。所有這些裝備都將提升我國(guó)極地海洋調(diào)查能力和效率。

關(guān)于本次南極科考的亮點(diǎn)，何劍鋒介紹，“雪龍2”號(hào)和“雪龍”號(hào)將分別對(duì)東南極的宇航員海和西南極的阿蒙森海進(jìn)行準(zhǔn)同步調(diào)查，使我國(guó)在東南極海域的調(diào)查首次向西拓展至宇航員海，并首次開(kāi)展鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳類(lèi)的走航觀測(cè)。

中國(guó)“燈籠”點(diǎn)亮南極內(nèi)陸

自從1984年開(kāi)展南極科學(xué)考察以來(lái)，中國(guó)已在南極建立了長(zhǎng)城站、中山站、昆侖站、泰山站4個(gè)科學(xué)考察站。承載著中國(guó)極地人無(wú)限愛(ài)意的泰山站，于2014年2月8日建成。

整個(gè)泰山站的主體建筑平面呈正16邊形，建筑底部架空，由8根圓柱支撐。整體造型猶如一架飛碟，富有極強(qiáng)的科幻色彩和現(xiàn)代氣息，同時(shí)還具有中國(guó)傳統(tǒng)文化特色的紅燈籠元素，色彩鮮艷，具有很好的識(shí)別性。設(shè)計(jì)人員說(shuō)之所以這么設(shè)計(jì)可不單是為了造型好看。

在南極，內(nèi)陸站大多建在積雪上，加之內(nèi)陸每年的降雪量非常大，考察站常常會(huì)面臨被降雪掩埋及建筑沉陷的情況，導(dǎo)致考察站的使用壽命縮短。

因?yàn)榻ㄖ飳?duì)風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，大風(fēng)吹來(lái)的飛雪會(huì)在建筑周?chē)e聚。只需一兩年的時(shí)間，南極傳統(tǒng)的地上建筑物就會(huì)被積雪掩埋。雖然泰山站所在區(qū)域每年降雪只有2～3厘米，但暴風(fēng)帶來(lái)的積雪會(huì)在短時(shí)間內(nèi)掩蓋坐落在雪面上的建筑。由于南極沒(méi)有解凍期，這些建筑物會(huì)被積雪掩埋得越來(lái)越深而無(wú)法進(jìn)入，被壓變形后最終只能廢棄。

為解決這個(gè)問(wèn)題，泰山站主體建筑設(shè)計(jì)成流線型，同時(shí)整體建筑被架空兩米，不但可減小風(fēng)阻，還有利于吹走建筑附近積雪，從而延長(zhǎng)建筑的使用年限。另外，建筑外圍材料根據(jù)高爾夫球體表面凸凹不平風(fēng)阻更小的原理，結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)比對(duì)，采用表面有波紋的夾芯保溫鋼板，使建筑整體更有利于氣流通過(guò)，大大減少風(fēng)阻。外圍護(hù)屋面及地面板有一定坡度，也可減少積雪堆積。

降低碳排放量是泰山站在建設(shè)及使用過(guò)程中的一個(gè)努力方向。目前已建的南極考察站所用能源都靠柴油火力發(fā)電機(jī)使用低溫柴油燃料而產(chǎn)生。這些燃料全部要依賴(lài)外部運(yùn)送，不僅成本高，而且每次運(yùn)送的數(shù)量也很有限。因此，減少燃料的消耗具有重要意義。在設(shè)計(jì)泰山站時(shí)選用了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)電系統(tǒng)為考察站提供能源。南極地區(qū)尤其是泰山站建設(shè)地，夏季的太陽(yáng)能、風(fēng)能充足。一般情況下，太陽(yáng)能光伏和風(fēng)力發(fā)電可提供充足的電力，完全可以滿(mǎn)足整棟建筑的用電需求。

公共交往空間與私密空間的合理分布是泰山站的一大亮點(diǎn)。泰山站主體建筑內(nèi)部分內(nèi)圈、外圈兩部分，外圈為主要使用層，包括宿舍及廚衛(wèi)、醫(yī)療等功能房間，內(nèi)圈是一個(gè)中廳，作為餐廳兼綜合活動(dòng)中心。

綜合活動(dòng)中心集餐飲、酒吧、運(yùn)動(dòng)、視聽(tīng)、閱讀、聊天等休閑活動(dòng)場(chǎng)所于一體。在這里，考察隊(duì)員既可以開(kāi)展自己喜愛(ài)的活動(dòng)，又能與其他隊(duì)員進(jìn)行交流。

在南極內(nèi)陸，考察隊(duì)員面對(duì)的是惡劣的天氣、高海拔以及單調(diào)的生活，這給他們的身心帶來(lái)極大的壓力，因此考察站對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求更為嚴(yán)格。泰山站每間宿舍都有自然采光窗，中廳也可利用天窗采光，既節(jié)約能源，又可減輕工作人員的心理壓力。

科技、低碳、環(huán)保、安全、人性化……人們所能想到的很多建筑特點(diǎn)都能在泰山站中找到。

探尋藍(lán)冰建機(jī)場(chǎng)

2018年12月，中國(guó)第35次南極考察隊(duì)就在距中山站西南方向15千米的冰蓋上發(fā)現(xiàn)了一大片藍(lán)冰區(qū)。

中國(guó)第35次南極考察隊(duì)員、中國(guó)極地研究中心席穎博士介紹，在南極可以看到兩種藍(lán)冰。一種是冰蓋表面雪層在盛夏季節(jié)融化成水、凍結(jié)形成的冰。冰本身是沒(méi)有顏色的，但由于冰中存在氣泡，陽(yáng)光照射進(jìn)去發(fā)生色散，波長(zhǎng)較短的藍(lán)光容易被散射回來(lái)，肉眼看到就是藍(lán)冰。這種季節(jié)性藍(lán)冰隨后又會(huì)被降雪覆蓋，雪層再次經(jīng)歷融化、凍結(jié)的過(guò)程，久而久之便形成了像三明治一樣的“夾層冰”。第二種藍(lán)冰就是此次在中山站附近冰蓋發(fā)現(xiàn)的。用冰鉆打出的冰洞深邃清瑩，下面沒(méi)有夾雜雪層，都是致密的冰。封在冰中的氣泡在長(zhǎng)時(shí)間壓力下體積縮小，陽(yáng)光散射后則發(fā)出更為純凈的藍(lán)光。這種冰質(zhì)地堅(jiān)硬，比較適合修建機(jī)場(chǎng)跑道。

至今，南極已建有30多座機(jī)場(chǎng)，大致分三類(lèi)：一類(lèi)是陸地機(jī)場(chǎng)，一類(lèi)是冰面機(jī)場(chǎng)，還有一類(lèi)是雪面機(jī)場(chǎng)。

陸地機(jī)場(chǎng)人們比較熟悉，雪面機(jī)場(chǎng)顧名思義，就是利用雪面建機(jī)場(chǎng)，只適合雪橇飛機(jī)起降。由于雪面松軟，工作人員首先要把雪面修平，然后再壓實(shí)，但摩擦力不夠，飛機(jī)落下去很難停下來(lái)。所以，還要用雪地車(chē)拖著雪犁“耕作”一番，以增加雪面的摩擦力。而選擇在藍(lán)冰區(qū)上建機(jī)場(chǎng)就有很大的優(yōu)勢(shì)。相比其他冰層，藍(lán)冰具有良好的承載力、抗沖擊性和穩(wěn)定性，能滿(mǎn)足大型飛機(jī)起降的條件。但由于藍(lán)冰歷經(jīng)歲月的“打磨”，表面十分光滑，因此修建機(jī)場(chǎng)時(shí)需要修整冰面，特別要讓跑道變得粗糙，使摩擦力增加。

目前，多國(guó)在南極建有8個(gè)藍(lán)冰機(jī)場(chǎng)。那么，到哪兒尋找面積足夠大、適合建機(jī)場(chǎng)的藍(lán)冰區(qū)呢？

考察隊(duì)給出了兩個(gè)選擇。一個(gè)是在地形起伏較大的區(qū)域搜索藍(lán)冰。南極內(nèi)陸高原海拔4？000米以上，氣溫極低，氣體冷縮后密度加大。這種又冷又重的氣團(tuán)在內(nèi)陸高原形成后，順著冰蓋向四周流動(dòng)，形成南極“下降風(fēng)”。下降風(fēng)如果遇到地形高低不平、起伏較大的區(qū)域，會(huì)加速吹走冰蓋表面雪層，藍(lán)冰隨即裸露而出。另一個(gè)是冰蓋邊緣的消融區(qū)域。每逢南極夏季來(lái)臨，太陽(yáng)輻射增加，冰蓋表面融化，也會(huì)裸露出藍(lán)冰。澳大利亞凱西站、美國(guó)麥克默多站的藍(lán)冰機(jī)場(chǎng)都位于冰蓋消融區(qū)域。這種藍(lán)冰機(jī)場(chǎng)需定期維護(hù)，方法也很簡(jiǎn)單，就是將一層雪鋪在機(jī)場(chǎng)跑道表面，以減緩冰面融化。

中山站附近發(fā)現(xiàn)的藍(lán)冰位于拉斯曼丘陵，受地形影響，此處不易積雪，且藍(lán)冰表面十分平坦，周?chē)鷽](méi)有冰裂隙，人員、車(chē)輛可以安全到達(dá)，實(shí)屬“可遇不可求”。但那里到底適不適合建設(shè)藍(lán)冰機(jī)場(chǎng)，則還需要進(jìn)行多方面的現(xiàn)場(chǎng)勘察論證。