冰上重器 匠心首制

邬婷

“在中国第九次北极科考中，我们进行了北极冰面无人冰站的安装工作，直至昨日已顺利完成无人观测工作一周年，这可谓是中国首个在北极冰面能够成功连续观测工作达一年的自动化观测设备，太让人高兴了！”8月22日，在太原理工大学电机馆，窦银科欣喜地告诉《科学导报》记者。

窦银科，山西南极科考第一人，十多年来他带领学生将梦想挥洒于两极，凭借自主研发的检测设备为深入研究南北极环境提供了强有力的技术支持。窦银科带领的团队在完成无人冰站试验样机实验室集成的基础上，2018年8月8日在中国第九次北极考察中于北冰洋中心区成功布放两套无人冰站。截至目前，布放的无人冰站系统已连续12个月成功传输有效观测数据到国内，证明这次布放的无人冰站系统的适用性。

“当前全球气候变暖在北极显著放大，導致北极海冰储量快速减少。海冰减少及其导致的天气气候效应是目前国际上最为关注的热点前沿研究领域。无人冰站项目便在此背景下成立了，它属于中国科技部重点研发计划，由中国极地研究中心牵头设立，项目在2016年设立，真正开始运转是在2017年。在去年北极科考中，团队共安放两套无人冰站。”谈到无人冰站项目的开展，窦银科这样讲道。

据介绍，无人冰站全称为“北极海—冰—气无人冰站观测系统”，将无人冰站在北冰洋中心区域进行布放，从而获取长周期的气—冰界面、海冰内部和冰—水界面关键环境参数数据，可以实现对北极的海洋、海冰、大气三个界面多个通量的无人值守观测，采集的数据通过卫星自动传回国内，为北冰洋海冰变化等科学问题提供关键现场观测数据。在国家倡导实施北极观测网计划的呼吁下，建立冰上卫星、冰面冰极浮标网与冰下自主升降机器人三位一体的互相通讯需要大量投放设备进行组网以及数据获取，因此，无人冰站的布放对于提高我国对北极环境变化的监测能力与北极气候及海冰的预测预报能力、拓展我国北极研究合作网络具有重要意义。

随着国力发展，极地科考任务要跟得上形势，设备更新换代的速度就必须快，要适应极地科考的要求。“只有知道自然科学当前需要什么数据，我们才能够有研究设备的方向。”窦银科讲道。从了解全球变暖的北极海冰湍流，到研究北冰洋海冰吸收热量运动趋势，从探究冰里温度场变化的温度链，到测量冰面低区空气层、冰层及冰下5米区间海洋层的多参数浮标，再到同步观测大气、冰层与海洋层的无人冰站，每次的极地科考都能带来理论研究、设备更新换代的新方向、新思考。

谈到当前无人冰站发展的瓶颈，窦银科说：“面对北极1400多万平方公里的海冰区域，如果想全面掌握北极气候变化规律，依赖于大空间尺度、长时间尺度的精细化现场观测，投放少数无人冰站并不能达到预期效果，因此需要大量分布，资金支持与后勤保障是目前最棘手的问题。布放无人冰站是未来大趋势，但我们需要耐心，等待更加成熟的条件。”

经历多次极地科考，窦银科团队有一个感觉，科考队对于设备要求越来越高，设备的迭代更新、数据的运用得当对于提高北极气候变化、海冰变化以及海洋环境变化的预测能力提供重要支撑。多年来，很多人问过窦银科同样一个问题：“你研发北极监测装备难度大，研制成功了用量也不多，更别说巨额的经济效益了，为什么还要坚持？”对于这些问题，窦银科回答道：“在想问题之前，我都会看看身边那些并不富裕而默默奉献的队友，因为我们都在坚守着一个信念：不忘初心，坚守信念！”