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(xué)者關(guān)注哪些問題?海冰研究現(xiàn)場(chǎng)又是怎樣的?近日,由自然資源部組織的中國(guó)第13次北冰洋科學(xué)考察已經(jīng)開始海冰綜合調(diào)查作業(yè)。
(資料圖片)
海冰融化:影響氣候與生態(tài)系統(tǒng)
中國(guó)極地研究中心(中國(guó)極地研究所)副研究員、大洋隊(duì)海冰組組長(zhǎng)林龍展示的數(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?!绷铸埥榻B,地球如果保持長(zhǎng)期適宜人類生存的環(huán)境,其溫度必須相對(duì)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(shì)下,海冰融化,海面比例就會(huì)增加,這時(shí)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(qiáng),北極得到的太陽輻射更多,進(jìn)而使得海冰融化加速,這就是“冰雪正反饋機(jī)制”。林龍表示,“冰雪正反饋機(jī)制”削弱了北極對(duì)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(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)起到保護(hù)作用。如果氣候變暖,海冰就多化一點(diǎn),海水的升溫就不會(huì)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(duì)氣候變化時(shí)就會(huì)更加從容。”林龍說。
研究視角:物理學(xué)與工程學(xué)
海冰綜合調(diào)查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),科考隊(duì)員正在用專業(yè)設(shè)備在冰面打洞。他們的下一個(gè)工序,是布放海冰物質(zhì)平衡浮標(biāo),用來監(jiān)測(cè)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(jìn)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(chǎng)海冰觀測(cè)難度極大,布放無人值守的海冰物質(zhì)平衡浮標(biāo),是獲取全季節(jié)海冰物理數(shù)據(jù)的重要手段。”
除了物理學(xué)視角,海冰研究也是工程領(lǐng)域的重要內(nèi)容。
每到一個(gè)海冰綜合作業(yè)站位,大連理工大學(xué)高級(jí)實(shí)驗(yàn)師陳曉東都在“雪龍2”號(hào)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(jì)每塊冰的溫度、密度、鹽度、強(qiáng)度等參數(shù)。
“對(duì)海冰開展研究,是設(shè)計(jì)‘雪龍2’號(hào)的重要前提之一。目標(biāo)海域的海冰物理性能與船舶破冰性能息息相關(guān)。”陳曉東告訴記者。
陳曉東介紹,船舶與海冰碰撞時(shí)產(chǎn)生的瞬間沖擊力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開闊海域航行時(shí)的水阻力,這對(duì)船舶的航行和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是巨大挑戰(zhàn)。對(duì)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(jì)提供參考。
作業(yè)一線:腦力與體力的雙重考驗(yàn)
在海冰綜合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),記者親身體驗(yàn)了冰芯取樣的艱辛。
冰芯取樣裝置由1米多長(zhǎng)的圓筒形鉆頭與手持汽油機(jī)組成。工作時(shí),需要啟動(dòng)汽油機(jī),雙手將鉆頭“按”進(jìn)冰層,再將機(jī)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(dòng)機(jī)器需要人工拉栓,打洞時(shí)需要人工“把正”機(jī)器,還要將冰芯裝袋標(biāo)記……獨(dú)自取完5個(gè)冰芯后,記者體力基本耗盡。即使戴著手套,雙手也被凍得難以彎曲自如。而一個(gè)上午,陳曉東取了30個(gè)冰芯?!傲?xí)慣了。”他說。
在海冰作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),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(fēng)、踩著積雪,科考隊(duì)員不僅要保持充足的體力,更要有清醒的頭腦和堅(jiān)定的意志。
“在寒冷的環(huán)境下,人體機(jī)能會(huì)下降,人的思維也會(huì)變得緩慢,一定程度上會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)效率和試驗(yàn)成功率明顯降低?!标悤詵|說。
“從宏觀角度看,海冰研究周期長(zhǎng)、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(dá)。即使有無人值守設(shè)備,也面臨潛在的海冰融化導(dǎo)致設(shè)備故障等風(fēng)險(xiǎn),故海冰研究對(duì)人力依然有較強(qiáng)依賴性。此外,船舶的航行、科考設(shè)備的運(yùn)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?fù)一年地堅(jiān)守。(魏弘毅)
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