76天·90多个站位·11858海里北极归来科考

撰文/摄影/张一玲

76天·90多个站位·11858海里北极归来科考

撰文/摄影/张一玲

编者按：

冷战时期 出立于起军考事察战站略。考冷虑战，的北结极束圈，国为家非在北北极极国地家区开纷展纷建北极研究并体现本国在北极的实质性存在提供了机遇，各国抓住这一良机，纷纷在该地区建立满足本国国家利益需求和北极特色研究的科学考察基地，开展了海洋、生物与生态、气象、冰川、空间物理、大气物理与化学、地质与地球物理、大地测量、卫星遥感应用等研究活动，并取得了大量高水平的科研成果。

与此同时，国际两大全球变化研究计划“国际地圈－生物圈研究计划”和“世界气候研究计划”确定了很多与北极有关的综合研究内容。其他一些区域性和专业性国际科学研究组织也推出了相应的北极研究计划。种种情况表明，无论是科学界还是各国政府，都在日益关注着北极的科学研究。极地科考一直是我国非常重视的科学领域。2001年，国家海洋局会同13个部委局拟订了包括建设北极科学考察站在内的《我国“十五”极地考察能力建设总体方案》，提出了我国极地考察工作的国家目标和“十五”期间的工作安排和具体措施。我国《海洋工作“十五”计划纲要》在海洋调查与科学技术研究方面明确提出：除加强已有设施建设、拓展研究领域外，还应当选择适当时机建立极地科学考察站。

2002年12月28日，国家计委办公厅批复，同意中国北极科学考察站建设的立项。上个世纪90年代以来，我国已经组织开展了北极地区海洋、空间、大气与气候、生物等领域的研究。1999年我国实施了“中国首次北极科学考察”，取得了一批科研成果。2003年，我国又成功组织了第二次北极科学考察。但由于没有建立固定的考察基地，无法长期、深入和持续地开展北极科学研究。所以说，在北极建立科考站无疑是中国极地考察的里程碑。

中国北极黄河站，位于北纬78 55′、东经11 56′的挪威斯匹次卑尔根群岛的新奥尔松，是中国首个北极科考站，成立于2004年7月28日。中国北极黄河站是中国继南极长城站、中山站两站后的第3座极地科考站，中国也成为第8个国家在挪威的斯匹次卑尔根群岛建立北极科考站。最值得称道的是，北极黄河站拥有全球极地科考中规模最大的空间物理观测点。目前，与中国北极科考站为邻的有挪威、德国、法国、英国、意大利、日本、韩国的科考站。

对于为何选择新奥尔松建站，这是国家听取科学家建议和反复考察后决定的。北极地区主要由北冰洋、周边陆地以及岛屿组成，而所有的陆地分属俄罗斯、美国、加拿大、丹麦、挪威、冰岛、瑞典和芬兰8个环北极国家。因此，非北极国家要在北极地区开展研究就会受到一定的限制，在环北极国家管辖范围内开展现场科学考察活动，只能通过与这些国家合作的方式进行。

北极科学考察主要针对北极这一特殊区域开展，这就在国际法方面涉及了周边国家的相关法律和通行的国际法，其中最重要的相关法律就是《斯匹次卑尔根群岛条约》。于1925年8月14日生效的《斯匹次卑尔根群岛条约》规定，缔约国在“承认挪威对斯匹次卑尔根群岛拥有完全主权”的前提下，可以享有在斯匹次卑尔根群岛地域及其领水内的捕鱼、狩猎权，开展海洋、工业、矿业、商业活动的权利和在一定条件下开展科学调查活动的权利。

所以尽管北极所有陆地分属8个环北极国家，但我国作为《斯匹次卑尔根群岛条约》缔约国，完全拥有条约中规定的包括科学考察在内的相应权利，这使我国在该地区建立科学考察站具有了法律依据。另外，新奥尔松地区由于较少受到人类活动的影响，所以被科学家们视为天然实验室，当地除了后勤管理和科考人员外，没有其他常住居民，人类对自然环境的污染很小。而且，由于实行电波管制，当地的电磁环境受人类活动的影响也很小。

雪龙船破冰前行

左图：安装涡动系统

第六次北极科学考察是“南北极环境综合考察与评估”专项（以下简称南北极专项）实施以来进行的第二个北极科考航次。考察海域主要位于北冰洋太平洋扇区，具体包括白令海盆、白令海陆架、楚科奇海、楚科奇海台和加拿大海盆等海域。考察海域海底地形起伏较大，既有平坦的陆架浅水区，也有地形变化复杂的海山区，更有水深超过3000米的深水洋盆。

本次科考共历时76天，总航程约11858海里（22000千米），总航时1201小时，其中浮冰区总航程2586海里（约4800千米）。现场考察作业自7月18日开始到9月10日结束，历时55天，共完成12条断面累计90个站位的多学科综合观测、监测和采样作业，内容包括物理海洋与海洋气象、海冰、海洋地质、海洋地球物理、海洋生物生态和海洋化学等。同时，还完成了1个为期10天的长期冰站和7个短期冰站的冰基气—冰—海界面多要素立体协同观测。随船开展的海洋、大气、地球物理、海冰等走航观测、探测和抛弃式观测也圆满完成。

本次科考紧紧围绕北极海洋环境变化和海洋生态系统响应等关键问题，克服了恶劣天气和北冰洋海冰较常年偏重等不利因素影响，开展了船基海洋断面综合考察和冰基立体协同观测，圆满完成既定目标，部分工作超计划完成。

下图：冰站考察

与以往相比，本次科考任务更重、内容更丰富、考察要素更多、考察手段也更为先进。

本次科考是基于南北极专项总体实施方案的“规定性考察活动”，而非“自由探索性考察活动”，各项考察均有明确的考察内容和目标。与以往相比，本次科考任务更重、内容更丰富、考察要素更多、考察手段也更为先进。主要有以下几个方面的亮点。

一是7月20日，科考队在白令海盆水深3800米的海域成功布放一套锚碇观测浮标，这是我国首次在北纬55°以北的太平洋海域布放海气界面锚碇浮标。这对于我国科研人员获取北极高纬度海气界面的长期观测数据，了解北极定点海气界面要素变化特征，分析其对全球气候系统，特别是对我国气候变化所产生的影响具有重要意义。

二是8月30日至9月6日，首次在极地海域采用先进的近海底磁力测量手段，获得了2条测线总长度为592千米的高精度、高分辨率地磁探测数据，为追踪加拿大海盆的磁条带、推断加拿大海盆的扩张历史和形成机制提供了必要的实测数据。

三是8月16日、8月22日和8月28日，通过国际合作，首次利用“雪龙”船平台在北纬80°左右及以北的加拿大海盆波弗特环流区，分别布放了3套深水冰基拖曳浮标。该浮标具有能长时序获取冰底至冰下800米水深内的海洋上层物理海洋学剖面的特点，可为了解北极表层的太平洋海水和中层的大西洋海水对北极海冰融化作用及贡献等提供科学依据。

四是在长期、短期冰站期间，以直升机为平台，实现了国内首次在北极高纬冰区的海冰浮标（海冰温度链浮标、海冰漂移浮标）阵列布放，布放的4组37套浮标均工作正常。与过去布放的单个、零散的冰浮标相比，冰漂移浮标阵列可以更详细、全面地了解海冰的汇聚、扩散、剪切和旋转等形变过程，为研究北极海冰变化特点和规律提供更全面的数据资料。

本次科考还在我国南北极科学考察中，首次设立随船质量监督员。通过随船质量监督检查工作，确保了航次各项科考任务的安全、高效、高质量完成。第六次北极科学考察是一次船基为主、冰基为辅的多学科综合考察。旨在通过对考察海域进行多学科综合环境考察，系统获得与北极海洋水文和气象、海洋地质、地球物理、海洋生物与生态、海洋化学等环境要素的分布特征及变化规律相关的第一手观测资料和样品，深入研究北极/亚北极地区海洋环境变化和海—冰—气系统变化过程、海洋环境快速变化的沉积记录、地球物理场关键要素、海冰快速融化下西北冰洋碳通量和营养要素生物地球化学循环过程、北极海域生态系统功能现状及其对全球变化的响应等全球热点科学问题，为北极地区环境气候综合评价及矿产、生物等资源潜力评估提供基础资料。

直升机支持布放冰浮标阵列

科考期间遭遇了诸多困难。

今年北极的冰情较常年偏重。“雪龙”船在穿越白令海峡后不久，便于7月31日遇到浮冰，其后北极熊也来造访。在航行至北纬77°以后，更是遭遇到十成冰的围困，冰脊最厚超过5米，远远超过了“雪龙”船的破冰能力。因此在到达北纬81°11′左右后，“雪龙”船停靠到一大块冰上，科考队果断决定就地开展长期冰站作业。期间，天气变化多端，给考察作业造成了困难。长期冰站准备撤离前一晚，受大风和海流影响，“雪龙”船依靠的大浮冰出现开裂，给撤离工作带来风险。经过科考队员和“雪龙”船员的共同努力，最终冰上人员和设备顺利撤出。

8月31日，开始地球物理拖曳式考察作业时，浮冰仍然比较密集，拖曳的钢缆经常会碰到大块浮冰，对水下设备的姿态和安全带来影响。为此，科考队制订了完善的方案，密切关注船载雷达侦测的实时海冰状况，并结合现场冰情变化，及时调整船向，躲避大块浮冰，保障了地球物理拖曳式测量的顺利完成。

“雪龙”船在白令海开展定点海洋综合考察时，还出现了尾轴连接法兰多个固定螺栓松动，主机在低速运转发生异响的情况下，工作人员进行了5个多小时的抢修，终于排除故障。“雪龙”船舯部作业区的温盐深仪剖面仪是多学科考察依托的重要设备，由于长期频繁水下作业，出现了水密接头接触不良的现象，实验室人员连夜处理，最终顺利解决了问题。

未来北极科考任务任重而道远。

北极地区对我国未来的经济社会发展具有重要的战略意义，也是我国海洋强国战略的重要组成部分。开展北极科学考察是我国了解北极、认识北极的重要途径，也是我国参与北极事务的重要体现。我国北极科学考察不仅具有重大的科学意义，也具有重大的政治意义。因此，我们应该按南北极专项总体目标要求，继续把握资源与环境两个重点领域，本着有所为、有所不为的原则，瞄准极地国际前沿、关键科学问题和资源远景区，选择重点区域开展连续有深度的综合考察，并通过学科和空间整合，逐步完善和深化我国对北极环境和资源的系统了解。

中外队员合作冰上采样

在北极科考领域，今后需要做的工作很多。概括起来，主要有以下三点：

首先应继续加强北极科考的力度，使其达到一年一次的频率，实现常态化。从国际形势来看，我国已经取得了北极理事会观察员的地位，作为近北极国家，我们有必要加大对北极的科考力度，积累资料，了解北极、认识北极。现在人们已开始认识到北极的海冰变化对我国的影响，但这种认识还远远不够，仍需要科考人员全面了解北极环境变化机理，开展深入的研究。北极资源丰富，各国的目标都集中在这一领域。中国有责任参与北极事务的各项工作并在其中发挥应有的作用。

其次，今后还应在明确科考目标、健全科考队伍、强化科考保障、提高科考手段的基础上，加强和深化国际合作，特别是与环北极国家的合作。

第三，在“十三五”期间，应继续滚动开展“中国南北极环境综合考察与评估”工作，尽快启动北极观测网的建设，以加深对北极的了解和认识。（责编：沈婷婷）

小贴士

1. 白令海是太平洋沿岸最北的边缘海，介于北纬66°31′东经51°22′之间，海区呈三角形；北以白令海峡与北冰洋相通，南隔阿留申群岛与太平洋相联；位于太平洋最北端的水域。它将亚洲大陆（西伯利亚东北部）与北美洲大陆（阿拉斯加）分隔开。1728年丹麦船长白令航行到此海域，因而以他的姓氏命名。

2. 楚科奇海是北冰洋的边缘海。位于亚洲大陆东北部楚科奇半岛和北美大陆西北部阿拉斯加之间。其西面是弗兰格尔岛，东面是波弗特海，南经白令海峡与太平洋相通，北连北冰洋。每年只有4个月可以航行，在7～10月间，可从浅水的白令海峡向东和向西航行。而带有冰块的洋流则沿西伯利亚海岸向东南流。

3. 波弗特海是北冰洋的一部分，位于加拿大西北地区，育空和阿拉斯加以北，北极群岛以西，楚科奇海以东。波弗特海面积约45万平方千米，是以英国水道学家法兰西斯·波弗特的名字命名。这里是为数不多的几个永久性定居点海岸之一。此片海域以严峻的气候为显著特征，在一年的大多数时间是冰冻的。从历史上看，在每年的8～9月，距其海岸只有一条狭窄的接近100千米的通道水域开放，但由于近年来北极的气候变化，无冰的面积在夏末大大扩大。

4. 加拿大海盆，又名“波弗特海盆”。北冰洋最大海盆。位于门捷列夫海岭以东、北美及亚洲的北冰洋沿岸大陆坡之间。大部水深3000～3500米，最深3879米。洋底呈波状起伏。

5. 波弗特环流位于加拿大西北部沿岸以北的波弗特海内，按顺时针方向运动，形成停滞区，属北冰洋表层环流的一部分。有气候模型显示，海风使得波弗特海中部水位高于周边。研究人员推断，全球温度上升可能打乱波弗特流涡的原有“节奏”，导致水面上升。

6. 海洋磁力测量是海洋地球物理调查方法之一，是以海底下岩层具有不同的磁性并产生大小不同的磁场为原理，在海上进行地球磁场测定。目前，多使用核子旋进磁力仪、光泵磁力仪或海上梯度仪等进行连续测量地磁场总向量的绝对值及用三分量磁力仪测量地磁场的三个分量。在测量时，为防止船体和航行对仪器的影响，以及波浪的干扰等，仪器探头要密封，放置在海面以下的一定深度。它对研究地磁场及其变化、海洋地质构造、矿产预测和国防建设都具有重要意义。

7. 本次布放的锚碇浮标系统，由浮体系统和锚碇系统组成。浮体上部装有温度、气压、风速等气象观测设备，下部装有海面表层温度、盐度探测仪记录器，观测到的相关海气数据可按设定时间通过铱星传回国内。为保障浮标正常工作，获得较长期时期的固定点位观测数据，浮标上除了配有蓄电池外，还备有太阳能和风能发电设备。

8. 冰漂移浮标阵是更详细、全面了解海冰形变过程、研究北极海冰变化特点和规律的重要手段之一。过去布放的一些单个、零散的冰浮标，只能观测单个海冰的漂移轨迹。而各个浮冰之间的漂移是不平行的，浮冰与浮冰之间有较大差异，存在汇聚、扩散、剪切和旋转等形变过程，这是单个冰漂移浮标所无法观测到的，必须依赖浮标阵，才能把流冰场的形变数据监测出来。