神秘的极地,是影响全球气候变化的重要地区,也是开展气象、陆地、海洋、生物等科学研究的天然实验室。极地考察能力,彰显着一个国家的科研实力与综合国力。作为世界上少数能在极地独立开展考察并建立科考站的国家,中国自1984年首次踏足南极起,于短短30多年间,白手起家,建立起日益完善的极地立体监测体系,形成海陆空立体化格局,打造出“两船六站一基地”(两艘极地科考船、六座极地科考站、一座国内基地)的极地考察保障格局,科学探测的深度和广度也在不断拓展……中国正一步步迈向极地考察强国之列。
中国已跻身极地考察大国
11月,位于上海的中国极地考察国内基地码头已有些阴冷。几天前,中国中铁建工集团有限公司(以下简称中铁建工)的工程师张建在这里登上“雪龙”号,与他的28位同事一起,再赴南极。作为有着十几次南极考察经历的“老手”,张建和同事们此行的目的,是去南极“修房子”:为了让中山考察站更加现代化。
极地考察站是科学家们开展工作的据点,也是他们在极地的家。目前,我国在南极共有四座考察站,这些考察站位于不同的地理区域,有着不同的科研用途。中山站建成于上世纪80年代,是我国目前规模最大的南极考察站。这里如今像一个被白雪包围的“小村镇”:包括综合科研楼、越冬宿舍楼、主发电栋等在内的建筑单体和设施达20多个,蔬菜温室、直升机停机坪、医疗室、健身房等设施一应俱全。宿舍楼装有先进的供暖设备,室温常年保持24℃。屋内配备24小时冷热水供应、网络,给国内打电话也很方便。蔬菜温室能抵御14级强风,一楼种菜,每月可生产60千克左右的新鲜瓜果蔬菜,二楼玻璃连廊可通行,在这里能欣赏到茫茫白雪中的绿意。
不过,张建第一次来中山站时,目之所及却是另一番景象:简陋的集装箱铁皮房裹着寒冰,屋顶漏风,桌子是用边角料拼凑的。2002年,南极科考站开始大规模拆旧建新。从那时起,中山站被建设成建筑面积达5800平方米的永久性科考基地。
极地科考专家魏文良曾说:“在国内盖一个10万平方米的大楼,难度不及在南极建一个几千平方米的科考站。”前些年,极地施工缺乏大型机械设备,许多工作只能靠手提肩扛,狂风、极寒、暴雪、万年冻土等极端工况,让一些原本简单的工作也变得难以实现。
得益于强大的基建实力,目前长城站、中山站等考察站都已颇具规模。如今,南极考察站开始向智能化、自动化迈进。长城站海洋站的验潮站与位于青岛的国家海洋局北海预报中心相隔万里,但通过卫星,站内的观测数据可以实时传输至国内。北海预报中心的工作人员坐在电脑前就可实时察看长城站无冰期的潮汐观测数据,并完成实时监控。
每次前往南极,“雪龙”号都要带上不少东西。这一次,包括装载机、耐低温极地光伏发电设备等在内的一批“中国制造”装备随船征战南极。近年来,在越来越多先进新装备的助力下,我国极地科考事业已建立起“海陆空”立体推进的格局。
在海上,破冰船作为交通和承载工具,综合能力不断提升。2019年7月,继“雪龙”号之后,我国极地科考队伍迎来第二艘破冰船——“雪龙2”号。当年10月,“雪龙2”号与“雪龙”号一起执行我国第36次南极科考任务,首次实现“双龙探极”。“雪龙2”号是我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船,也是世界上首艘具备双向破冰能力的破冰船。超强的破冰能力,让更多的科考设施、补给物资得以运入南极陆缘冰区和南极大陆,许多过去无法到达的海域如今也可以进入。
在陆上,各类耐低温、抗风的车辆装置组成陆上车队,为物资运输、冰盖探路等工作提供保障,光中山站就有30多辆车。“南极2”号全地形车被工作人员们称为“南极公交车”,控制系统等核心部件100%国产化。据悉,“南极2”号车体装配了像坦克一样的履带,耐磨性高,有水陆两栖的性能,在-41℃的低温下也能启动。车厢内装有空调系统和新风系统,科研人员在户外作业也不会挨冻。
2017年,我国首架极地固定翼飞机“雪鹰601”加入了极地科考装备队伍,自此极地考察开始迈入“航空时代”,极大提升了中国在极地开展科研、运输和救援等工作的能力。当年1月,“雪鹰601”从中山站起飞,用时4个多小时,抵达1000多公里外的昆仑站。在此之前,科考人员乘雪地车从中山站前往昆仑站,需要近20天。
目前,我国已跻身极地考察大国行列,形成“两船六站一基地”的极地考察保障格局。
“两船”,即两艘极地科学考察破冰船——“雪龙”号和“雪龙2”号;“六站”即六个极地科考站,分别是南极的长城站、中山站、昆仑站、泰山站和北极的黄河站、与冰岛合作建成的中-冰北极科学考察站;“一基地”即中国极地考察国内基地。中国极地考察国内基地地处长江口南岸,上海市浦东新区曹路镇五号沟地区。基地水域建有我国唯一的南北极考察专用码头与工作船码头,分别于2007年及2014年投入使用;陆域有堆场、仓库及部分配套设施,为极地考察船靠泊以及极地考察物资设备设施准备等任务提供重要保障。
中国探索南极从零起步
作为地球的重要组成部分,南极在全球环境与气候变化中同样举足轻重。南极科考已不仅仅是资源开发的新出路,更是一国在全球科学、政治、经济等领域中的权益象征。
在中国改革开放之初,全球已有18个国家在南极洲建立了40多个常年科学考察基地和100多座夏季站。而作为联合国安理会常任理事国的中国,却从未踏足南极。
1978年,国家海洋局向中央提交了一份《关于开展南极考察工作的报告》,建议成立国家南极考察委员会,商定中国首次南极考察的方案。这成为中国南极探索之路的序篇。80年代初,中国派出董兆乾、张青松两位科研人员赶赴澳大利亚的南极凯西站,以国际合作形式完成了度夏考察。
1983年,中国作为缔约国加入《南极条约》。同年9月,中国代表团前往澳大利亚堪培拉出席第十二届《南极条约》会议。这支代表团只有3个人,中国首次南极科学考察队队长郭琨就是其中之一。(注:1959年12月,美英苏日等12个国家在华盛顿签订《南极条约》,协调各国对南极洲的科学考察计划,以和平为目的进行科考活动。)
只不过,刚刚加入《南极条约》的中国,在南极事务上是个尴尬的迟到者。中国代表团在大会上受到的尽是“二等公民”待遇,不仅座次安排随意,连发言权和表决权都没有。议程表决时,中国代表团甚至被大会主席“请”出场外喝咖啡。气愤又无奈的郭琨含泪走出会场:“不建成中国自己的南极考察站,我绝不再参加这种会议。”
1981年5月,中华人民共和国国家南极考察委员会正式成立。但是,我们有能力远赴南极执行科考任务吗?当时,中国并没有研究南极的专业书籍,甚至连一张完整的南极地图都没有,更不要说南极科考这个完全陌生的领域。
一天,科考队队员兼记者金涛从旧书摊淘到了1927年出版的《南北极志》译本,书中记录着极地地理状况。这本书是第一批科考队员了解南极的最重要资料之一。
1984年6月,国务院正式批准《关于我国首次组队进行南大洋和南极洲考察的请示》,确定中国将在南极建设第一座科学考察站——长城站,建站时间为1984年末到1985年初。(注:每年11月中旬到次年3月中旬是南极洲的夏季,科考建站活动必须在此期间完成。)
这意味着,科考队只有4个月筹备物资的时间。在那个物资匮乏的年代,市面上根本买不到羽绒服、皮靴、防寒手炉等极地生存的最基本装备。科考队只得联系工厂,设计赶工。
更让人着急的是,当时中国还没有一艘能够冲破南极浮冰层、开辟航道的破冰船,只有一艘“向阳红10”号。它是中国自行设计制造的第一艘万吨级远洋科学考察船,主要用于发射运载火箭、同步通信卫星等,并不是为极地科考设计建造,也不具备破冰能力。但它的满载排水量为1.3万吨,可以抵抗12级风浪。经过细致考察和谨慎研究,科考队最终选择“向阳红10”号承担重任。海军“J121”大型打捞救生船随行,为科考队保驾护航。
1984年11月20日,中国首次南极科考队按计划出发。这支由全国各地60余个单位、591人组成的队伍,顶着风浪和晕动反应航行20多天,“向阳红10”号顺利抵达南极洲乔治岛;12月31日上午,中国南极长城科学考察站奠基典礼隆重举行,站址选定在菲尔德斯半岛之上。经过45天的艰苦施工,郭琨把紫铜镀金的站标镶嵌在第一栋屋门的正上方,长城站宣告建成。如此短的建站时间,是南极科考史上的一个奇迹。
中国拥有了自己的南极科考站,正式成为《南极条约》协商国。但我国的南极科考依旧只是在南极大陆边缘“试探”。长城站并不在南极圈内,没有专业的破冰船,我们就难以冲破浮冰和冰山,深入被冰雪覆盖的东南极。
1986年10月31日,中国第一艘极地科学考察船“极地”号搭载第3次南极科考队从青岛港起航,向南极进发。这是“极地”号的首次航程,也是我国航海史上的第一次环球航行。
1989年初,“极地”号科考船带领科考队向东南极进发。就在他们即将登陆时,一场罕见的冰崩忽然来袭,30多米高的冰山突然出现在“极地”号左侧,7天后,冰山漂流终于出现一条冰隙,科考船趁机冲了出去,驶向东南极。2月26日,我国第二个科考站——中山站在拉斯曼丘陵落成。它位于南极圈内,是进行科考的绝佳区域。中山站的建成标志着我国在南极事务上取得了主动权,从“圈外”走向“不可接近之极”。
从“迟到者”变身“领先羊”
随着一次又一次突破,我国逐渐走向南极科考的前沿。
格罗夫山地区位于中山站以南400-500公里,属于南极冰盖内的冰原角峰群,地形复杂,是南极极少数没有任何国家完成正规考察的地区之一。1999-2000年,我国南极科考队两次从中山站向南至内陆冰盖考察线的DT085点,再向西北折返至格罗夫山地区进行科学考察。这是人类历史上首次徒步到达格罗夫山地区。在这里,科考队还先后发现并回收了32块南极陨石,还发现了新陨石富集区,开拓了中国南极科考的新领域。
2000年1月,武汉大学中国南极测绘研究中心的专家在格罗夫山地区进行首次野外作业,共设立两个GPS基准站,埋设三个永久性铜质中国测绘标志。他们率先完成了该区域地形的测绘,绘制以格罗夫山为核心、涵盖120平方公里的世界上首张南极内陆地形图——《南极格罗夫山地形图》。这次历史性突破为我国后续南极科学考察和研究打下了坚实基础。
“冰穹A”是南极内陆冰盖海拔最高、距离海岸线最遥远的冰穹,因气候条件极其恶劣被称为“不可接近之极”。数据表明,冰穹A的自由大气视宁度的中值只有0.31角秒,最佳值可达0.13角秒,在离地面8米的高度就有31%的时间可以获得自由大气视宁度,离地面14米的高度时有近一半的时间可以获得自由大气视宁度。换言之,它是南极冰盖最理想的深冰芯钻取地点、全球范围内开展大气环境监测和天文学观测最佳场地,以及其他重大科学工程的良好实验基地。
2005年1月18日3时16分,在南纬80度22分00秒、东经77度21分11秒、海拔4093米处,中国第21次南极科考队队员张胜凯将一根标志杆深插进雪地。人类首次确定了南极内陆冰盖最高点的位置,中国成为首个从地面进入“冰穹A”展开科考活动的国家。
率先完成对格罗夫山区和“冰穹A”考察后,中国的科考实力得到了世界认可,并计划在“冰穹A”建立考察站。要知道,“在国内盖一个10万平方米的大楼,难度不及在南极建一个几千平方米的科考站。”更何况是在南极冰盖最高点上建站。
2008年1月12日,第21次南极科考队再次登上“冰穹A”,为建立科考站做最后的准备。25日后,冰穹A地区气温就会降到零下50摄氏度以下,科考队必须在此之前离开。为克服低温考验,科考站选择不锈钢为主体结构材料,所有能够单体拆卸的配件,甚至连电源开关都要通过零下90摄氏度的低温测试才可使用。一年后,我国第一个南极内陆科学考察站——昆仑站顺利建成,中国成为第一个在南极内陆建站的发展中国家。
为了进行更大范围、更深度的南极科考研究,2014年2月8日,我国第4个科考站——泰山站在伊丽莎白公主地落成,站内配有固定翼飞机冰雪跑道,足以满足20人进行度夏考察。
2013年12月25日,中国第30次南极科学考察队正乘坐着我国第三代极地破冰船和科学考察船——“雪龙”号前往南大洋罗斯海,执行科学考察任务。当日凌晨,“雪龙”号突然收到最高等级求救信号。原来,一艘来自俄罗斯的客船“绍卡利斯基院士”号(以下简称“院士”号)遭遇暴风雪,被浮冰围困,随时可能倾覆。
“雪龙”号是当时中国唯一能在极地破冰航行的船只。然而,“院士”号周围冰层厚度至少3~4米,超出了“雪龙”号1.2米的破冰能力。因严重浮冰阻挡,“雪龙”号在距离其11海里的位置无法继续前行,随后3天救援工作毫无进展。一同前往救援的法国“星盘”号、澳大利亚“南极光”号先后退出救援。孤军奋战的“雪龙”号只得派出搭载的“雪鹰12”号直升机侦察救援。6架次“雪鹰12”号不间断飞行9个小时,才终于将“院士”号上被困的52名乘客安全转移到“南极光”号上。这次国际营救和冰区脱困,证明了中国在全球极地科考领域的飞速发展,再一次诠释了中国负责任的大国形象。
领跑世界,打造中国南极精神
过去,科学家们只能通过遥感分析等手段,推测伊丽莎白公主地冰盖底部藏有世界最大的峡谷和冰下湖泊,但始终难以证实。
2016年,在第32次南极科学科考任务中,中国首架极地固定翼飞机“雪鹰601”和冰雷达、激光测高仪等多套机载科学调查设备投入使用,深入伊丽莎白公主地。不久,科考队就公布了我国在世界上率先获得的3个重大科学发现:地球表面最大的峡谷存在于东南极冰盖伊丽莎白公主地的冰盖底部;伊丽莎白公主地冰盖底部蕴藏着最大的融水流域和“湿地”;伊丽莎白公主地深部冰层呈现大范围暖冰现象。
这是我国南极科考事业30余年经验积累的成果,对深入理解冰盖稳定性及其对全球海平面的影响、揭示冰下地质结构、热状态及历史演化、寻找南大洋超冷水和底层水生成源区域均具有深刻意义。
2017年4月11日,“雪龙”号完成考察任务,搭载中国第33次南极科学科考队,返回中国极地考察国内基地码头。此次考察活动中,科考队海陆空三栖“作战”,我国南极科考逐渐立体化,开启协同考察新纪元。
科考队分别前往长城站、中山站、昆仑站、泰山站4处考察站及周围区域、内陆行进沿线,同时开展海洋、大气、地质、环境、冰川等23项科学考察项目,采集1198个数据及样本,新增21个长期监测点。其中,科考队在昆仑站完成深冰芯钻探66回次,钻进深度达到146.21米,并获取相应冰芯样品,总钻进深度突破800米。这些珍贵的数据与样本对我们认知地球气候、推演未来全球气候变化趋势和更好地应对气候变化具有十分重要的意义。
这是自1990年我国首次南极南大洋综合地质地球物理调查后,第二次南极海域综合地质地球物理科学考察。在本次科考中,“雪龙”号完成了8条海洋断面、97个站位的海洋观测工作,共采集571个数据及样本,完成600千米地球物理测线,回收并布放13个长期记录观测仪器,初步构建出我国南大洋典型海域监测体系。
此外,“雪龙”号还开辟了地球上最后一个海洋原始生态系统——罗斯海水域,刷新全球科考船到达南极海域的最南纪录,为人类首次开展最南纬度海域综合科学考察创造机会。
作为南极科考的新人,“海洋六号”首次任务便创下多项第一:实现了我国首次在南极海域开展大范围、全方位、立体式的海底地形地貌“摸底”建模工作,第一次通过实测获得南极海底地热流数据,通过多波束测量方式第一次获得了南极海域海底资料。
中国首架极地固定翼飞机“雪鹰601”在首航前接受了专门的科研改装,利用7套全球最先进的机载遥感设备,在飞行沿线开展冰雷达、重力、航空摄影测量等多项航空遥感观测,实现业务化飞行。此次科考活动,“雪鹰601”共完成了18条科研测线,总计航程31880千米,覆盖面积约30万平方千米,拓展了我国在南极大陆的数据获取范围。
至此,我国彻底告别南极内陆考察无空中力量支撑的窘境,为我国在南极开展海、陆、空协同考察积累经验,更标志着我国在南极航空遥感领域迈进世界先进行列。
中国探索南极大陆的步伐仍在迈进。2018年2月7日,中国第五个南极科考站——罗斯海新站在恩克斯堡岛正式选址奠基,预计4年建成。2019年7月,中国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船“雪龙2”号交付使用。目前,它已搭载中国第36、37次南极科学考察队,与“雪龙”号一同开启“双龙探极”的极地考察新格局。
曾经,我们连一艘极地科考船都没有,只得被迫在场外“喝咖啡”;短短30余年,我们已逐渐形成“五站、两船、一飞机”的南极科考研究支撑保障体系。正是一批又一批考察队员远赴险地、奋战冰雪南极,写成了我国极地科技创新事业的发展历程和成就,铸就了极为宝贵的南极精神:爱国、求实、创新、拼搏。
(参考资料:王雅婧,《极地科考的中国力量》;丁贵梓、张潆方,《37次中国南极科考 经历胜过大片》;刘诗平,《从长城站到罗斯海新站——中国前35次南极考察回眸》;王海林,《三十而立长城站:零距离见证中国南极科考》;陈瑜,《南极科考:不走别人走过的路》;郭媛丹,《在长城站探寻中国南极科考进步》。)