2023年8月12日，中國第13次北冰洋科學(xué)考察隊(duì)正式開始海冰綜合調(diào)查作業(yè)，科考隊(duì)員在布放海冰物質(zhì)平衡浮標(biāo)。新華社記者 魏弘毅 攝

新華社“雪龍2”號(hào)8月21日電 科普：從理論到現(xiàn)場(chǎng)——海冰研究一線什么樣

(資料圖片)

新華社記者魏弘毅

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)。從理論到現(xiàn)場(chǎng)，一起聽那些親歷科考一線的海冰研究專家講述海冰研究的那些事。

2023年8月12日，中國第13次北冰洋科學(xué)考察隊(duì)正式開始海冰綜合調(diào)查作業(yè)，這是當(dāng)天拍攝的首個(gè)海冰綜合調(diào)查作業(yè)站位全景。新華社記者 魏弘毅 攝

海冰融化：影響氣候與生態(tài)系統(tǒng)

中國極地研究中心（中國極地研究所）副研究員、大洋隊(duì)海冰組組長(zhǎng)林龍先向記者展示的數(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。這一現(xiàn)象與海冰本身的作用和其大面積融化息息相關(guān)。”林龍介紹，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)。

2023年8月12日，中國第13次北冰洋科學(xué)考察隊(duì)正式開始海冰綜合調(diào)查作業(yè)，科考隊(duì)員在布放海冰物質(zhì)平衡浮標(biāo)。新華社記者 魏弘毅 攝

“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。”林龍說，“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?！?/p>

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)?！标悤詵|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，雙手也已經(jīng)因寒冷而難以彎曲自如。

一個(gè)上午，陳曉東取了30個(gè)冰芯?！傲?xí)慣了?！彼f。

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。”陳曉東說。

“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。