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惠凤鸣:触摸南极气候变化的脉动

2016-05-24

    当远在美国访问的惠凤鸣,得知自己已被选派参加我国第28次南极科考的消息时,他欣喜若狂,当即结束旅程,提前返校。他意识到,作为遥感科学国家重点实验室的一员,这是一次不可多得的实地考察、勘测的机会。

    “‘雪龙号’从天津起航了,这是我人生中第一次坐船远行。”

    2011年11月3日,惠凤鸣随同中国第28次南极科学考察队,开始了南极之行。

    “聪明”的观测平台矗立在南极冰盖

    惠凤鸣此次去南极最主要的任务,是对第27次科考队已经安装的两台 “极端环境无线传感器网络观测平台”进行维护和升级,同时挑选新的地点安装两台新的“平台”。

    原先的两台仪器分别位于距离中国南极考察队内陆出发基地约3公里、6公里的南极大陆冰盖上。2011年12月29日,惠凤鸣与另外4名考察队员一起驾驶雪地车来到了作业地点。

    从外形看,“极端环境无线传感器网络观测平台”的核心部位———嵌入式保温机箱,类似台式电脑的主机。“其实,这个完全自主设计的微型化平台很‘聪明’。”它将观测垂直剖面9层雪温、空气温度与湿度、光照、GPS、雪深等参数,能够实现传感器数据的自动间歇性采集和每日按时远程传输;智能保温机箱能抵抗低至零下80摄氏度的低温;通过风力和太阳能两种方式给蓄电池充电,能解决南极极夜期间太阳能不能工作的供电问题。另外,由于系统需要不断优化,设计实现了对设备新软件程序的远程更新。

    “情况比预想的要好,固定仪器的拉线依然完好,主机箱完好无缺,太阳能板仍然能正常工作,获取设备所需电力。”看到在一望无际的白色冰盖上矗立的科研设备完好无损时,惠凤鸣非常兴奋。

    而第二个安装点的情况就没有这么乐观了。固定拉线已经断掉,主机箱虽然完好无损但被埋在了1米厚的积雪下面。惠凤鸣等人当即进行了改造。

    随后的几天,惠凤鸣又将两台新的观测仪器安装在距离内陆出发基地19公里和26公里处。气温低,加上蓝冰坚硬无比,几个人刨了两个小时,才挖了一个深度仅1米的小坑。由于用力过猛,惠凤鸣的手腕拉伤了。而同去帮忙的几位科考队员回来后也都出现了不同程度的不适。

    极地恶劣的环境、高强度的工作对人的体力和心理都是一种严峻的考验,但是,能够顺利完成科研任务,惠凤鸣心中充满了胜利的喜悦。

    “平台可以提高人类对极区地表的实时观测能力,将系统观测数据与卫星遥感观测相结合,可以为遥感卫星数据反演、验证提供连续的极地冰雪环境数据。”惠凤鸣告诉记者:“明年课题组还将申请来南极,继续改进完善和安装更多的无线传感系统,为今后在广泛的南极地区大面积使用该系统打下基础。”

    突破海冰阻隔,我们为“雪龙号”导航

    “雪龙号”极地考察船进入南极面临的一大考验,就是如何突破海冰阻隔。

    近年来,雪龙船进出中山站屡次遭遇严重冰情,其中第25次南极科考,雪龙船到达南极陆缘冰区后,因破冰艰难被困21天。因此,如何选择一条合适的冰区航线,成为最迫切需要解决的问题。

    有了实时卫星遥感这个“法宝”,惠凤鸣成了船上最受欢迎的人。

    雪龙船在澳大利亚弗里曼特尔补给结束后出发前往中山站时,惠凤鸣对比全球变化研究院副院长程晓教授等人在北京借助欧空局环境卫星获取并处理过的影像时,发现最大的变化是在中山站附近出现了一个面积约3.44万平方公里的冰间湖。

    “如果这个冰间湖一直存在,可为雪龙船顺利到达中山站提供一个便捷的航道。”让惠凤鸣高兴的是,之后几天拍摄的图像显示该冰间湖一直存在,经与考察队会商,计划航线以浮冰与冰间湖区域为主要航行区域。事实证明,这条计划航线完全正确。

    2011年11月27日,就在雪龙船即将到达坚硬的陆缘冰开始破冰时,通过对比分析近几日的图像,程晓教授等人发现了在中山站正北东部出现了一条短的非自然亮线,推测可能是其他国家破冰船破冰所形成的水道,于是马上电告考察队。

    “根据这条亮线的延伸方向和延伸速度判断,这并不是自然形成的冰裂缝,我们推测可能是其他国家考察船破冰形成的水道。”惠凤鸣说。而后,中山站与附近的印度巴拉提站联系,证明了这个推测的正确性,该站租用俄罗斯的核动力破冰船正在该海域破冰!而那道亮线正是破冰前往巴拉提站所形成的“印度水道”。

    巴拉提站位于中山站西南方向约8公里处。如果抓紧时间通过这条“印度水道”,雪龙船驶近中山站的时间将大大减少。

    北师大的卫星遥感再次发挥了巨大作用。11月29日凌晨,根据卫星遥感图像中探测出的水道位置,雪龙船驶入“印度水道”,以平均4.03节的航行速度持续前行,迅速抵达中山站附近的冰面上,开始海冰卸货。

    当中山站留守的工作人员听到来自雪龙船的高频呼叫时,他们万分惊异,恍若梦中。因为“雪龙号”比计划到达日期提前了足足4天,创下了历次南极考察队抵达中山站用时最短的纪录。

    极寒之地,生死之战

    “我们在金波队长和李玉峰的帮助下回到了雪龙船,沈船长和朱主任迎着风雪在梯口等我们。刘健他们三个现在还没找到,我祝福他们。兄弟们,快回来吧!”

    ———摘自惠凤鸣2011年12月2日日记

    北京时间2011年12月2日5点至10点,惠凤鸣经历了一场生死之战。

    凌晨5点,惠凤鸣被电话从睡梦中叫醒,此时“雪龙号”极地考察船仍在进行着艰难的破冰之旅。在被队友告知自己要一起参与检查海冰卸货雪地车路线上的冰缝的作业后,惠凤鸣想起自己的GPS定位仪之前借给了另一位队友,匆忙之中来不及多想,他穿上工作服,与队友一起驾驶雪地摩托出发了。

    这是惠凤鸣到南极后第一次驾驶雪地摩托,感觉良好。“天在下雪,风很大,大概五、六级。”队员们将脸捂得严严实实,只露出两只眼睛,呼出的水汽,加上雪,迅速在面罩附近结上一层冰。

    与另外几名巡冰的同伴会合后,惠凤鸣所在的车队迅速赶到了之前架桥的冰缝处,桥很快被修好。可就在大家往回走刚刚几分钟后,天气骤变。“风一下子变大了,能见度连十米都不到。”

    肆虐的风雪将车队冲散了。惠凤鸣驾着雪地摩托,迷迷糊糊地往前摸索着前行,两位队友一路帮着观察路线。天地间一片迷茫,他们差点撞到一座冰山上,好在是虚惊一场。

    好不容易发现一个红色旗子,结果却是印度考察队留下的标记。三个人立即意识到更大的危险:印度考察队雪地车道旁就是他们的破冰水道,一旦开进水道,后果不堪设想。

    他们只得稍向东移,然后将摩托车横过来,三个人暂避风雪。“刚开始还好,我们三个人相互做着伴还开着玩笑。但是很快能见度连一米都不到了,蹲在车边除了眼前的水汽什么都看不见。”这个时候,随身携带的对讲机没电了,几个人身上只有两块巧克力,谁也不知道暴风雪什么时候会停。“当时我们能做的只有少说话保存体力了。”三个人都陷入了沉默。这时,惠凤鸣感受到了巨大的压力。

    两个小时后,惠凤鸣三人趁着风雪减弱的间隙继续向回探路。幸运的是,碰到了“雪龙号”派出寻找他们的队友。而走失的另外一组同伴则遇到了更为恶劣的情况,他们在走失6个小时后才返回雪龙船。其中一位队友告诉惠凤鸣,在避风的时候,通过高频听到雪龙船与中山站天气会商时说暴风雪仍会持续时,自己已经绝望了。

    “团结、互助、协作,没有这三点不可能在南极完成自己的任务。”在南极结下的兄弟之情、生死之情让惠凤鸣这样的个体有力量去战胜孤独和绝望,这也是科考队给惠凤鸣留下的最为深刻的感受。
 

    ◆ ◆ ◆
 

    在历经长达160余天惊涛骇浪、冰雪交加的旅途后,2012年4月8日,“雪龙号”极地考察船满载着科学成果返回了祖国,而“极端环境无线传感器网络观测平台”则像种子一般被留在了浩瀚的南极冰盖之上,它仍在极寒之地与留守在那里的科研英雄们一起为探索南极的研究事业贡献着自己的力量。

    对于这段不寻常的“第一次远航”,惠凤鸣终生难忘。南极之行留在惠凤鸣记忆中的,是这块洁净大陆的绚丽多姿,各种惊险又总令他感慨万端。因为有了南极之行,他的人生从此变得与众不同。他期待着在不久的将来,还能有机会再次登临极地,体验神奇的科学之旅。

    团队声音

    程晓(全球变化与地球系统科学研究院副院长、极地气候与环境实验室副主任):

    加快建成南极大陆加密观测网络系统

    近年来,极区环境发生着明显的变化,引起科学界的广泛关注。利用卫星遥感数据,科学家已获得全南极的多源遥感影像图,测得了冰盖运动和表层冰雪的融化等数据。但由于缺乏地面验证,卫星遥感所获得的冰雪参数的可靠性并不高。而由北师大全球变化与地球系统科学研究院研制的“极端环境无线传感器网络观测平台”,为解决验证卫星遥感参数的可靠性提供了有力的保证。从第27次南极科考开始,经过现场与国内科研人员联合调试,平台已经通过铱星通讯系统,源源不断地将南极的观测数据实时传回北京的数据中心。

    第28次南极科考中,全球院选派惠凤鸣老师在对原安装的2个平台进行维护更新的基础上,又新安装了2个平台和2台GPS自动跟踪系统,这为将来在南极大陆形成一个加密观测网络系统,帮助研究者获取更多的地面数据,用于验证遥感数据提取的信息打下了坚实的基础。

    另外,我校应用实时卫星雷达数据实施了2次雪龙船破冰导航均取得成功,大大缩短了雪龙船在冰区航行的时间,节省了大量油料。此次考察船破冰抵达中山站更是中国历次考察用时最短的一次,应该说与本次卫星遥感导航关系十分密切。这样的成功经验将对我国未来探索南极以及北极航道的工作产生重要意义。

(来源:北师大校报 作者:周雪梅 赵伟光)