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我国首个极地业务化海洋站

2020-03-16 10:23:23    来源: 中国自然资源报    作者:高 悦

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长城站海洋站观测设备。

近日,在中国第36次南极考察过程中,来自自然资源部北海局的工作人员对中国南极长城站海洋站进行了维护,修复了部分受损通讯线路和管道,开展了码头工作水准点高程复测与潮位比测工作,并将业务化潮汐观测数据与其他科研院所的压力式验潮仪潮位数据进行比对分析,圆满完成了本次科考任务。

2019年2月,北海局圆满完成长城站海洋站验潮站建设任务,并开始进行潮位业务化观测,标志着我国极地区域首个业务化海洋观测站正式开始运行。经过1年多的试运行,该站潮汐观测已步入正轨,满足了业务化运行条件。

瞄准需求谋建站

认识海洋、经略海洋,需要不断提升海洋观测的能力。海洋观测站(点)是观测与研究海洋的重要平台。

经过多年发展,我国海洋观测工作形成了一定基础,在我国近海建立了100多个海洋观测站(点),除了开展表层海水温度、盐度、潮汐、海浪、气压、气温、湿度、能见度、降水等常规水文气象项目,还有地波雷达、X波段雷达、GPS、海啸预警观测等新兴观测项目,初步形成了以岸基观测为主,浮标、卫星遥感、航空遥感和应急观测为辅的海洋观测网络,基本覆盖了我国近岸、近海及部分重点海域,在海洋防灾减灾、科学研究等领域发挥了重要作用。

但受极地海冰等恶劣环境限制,我国在南北极一直未能建立起站基业务化海洋环境观测体系,不具备长期、连续、准确的业务化海洋观测能力。由于起步较晚、投入不足,就极地海洋观测网的空间布局、观测手段、基础设施、技术保障而言,我国与发达国家相比尚存一定差距。南极是地球上环境最恶劣、气候最独特、空间最神秘的一片净土,也是我国海洋观测数据最匮乏的地区。

近年来,为满足极地前沿科学研究需求,国家极地考察主管部门全面分析了我国极地海洋观测面临的机遇和挑战,启动建立极地海洋观测站的立项事宜。2017年,经过主管部门和专家团队的研究讨论,最终确定长城站海洋站建设任务由北海局承担,该局所属的北海预报中心负责配合建造。

在第34次南极考察期间,北海局派遣北海预报中心计划业务科科长赵鹏赴长城站进行实地调研,并于2019年第35次南极科学考察期间实施我国首个极地业务化海洋观测站建设,长城站海洋站建造驶上了“快车道”。

因地制宜解难题

工欲善其事,必先利其器。受南极恶劣环境等条件限制,长城站海洋站对功能设计和建造工艺有很高的技术要求,设计难度大、施工时间紧、缺少经验成为建造团队必须克服的难题。

接到建造任务后,北海局立即成立了领导小组,以满足南极海洋环境观测为主、兼顾相关多学科研究需求为目标,带领相关人员广泛调研国内外先进海洋站,充分吸取各方经验,科学制订实施方案,既保证了设备质量、建设进度,又满足了极地考察相关规范要求。

“当时,缺少极区业务化海洋站建设经验,成为建设该海洋站的最大困难。”赵鹏介绍说,受南极恶劣自然环境影响,在我国近岸广泛采用的浮子式验潮站方式难以直接用于南极。为此,北海局立即组织技术骨干进行攻关,一方面利用较短时间赴加拿大、俄罗斯、韩国、智利、澳大利亚等国就业务化海洋观测工作进行集中调研,另一方面积极向我国已在极地开展海洋观测的科研院所“取经”。

为确保测设备性能可靠,北海局还专门抽调了工程技术人员跟踪观测设备和科考装备的组装建造,确保设计理念的“落地生根”。考虑到南极恶劣的环境和仅有两三个月的施工窗口,建造团队既要把现场组装工作压缩到最少,又要保证观测设备极高的运行功能要求。

2018年12月,赵鹏和北海预报中心维修基地主任张子轩一起抵达长城站,参加第35次南极考察长城站度夏考察,主要负责雷达式验潮站建站任务,用以开展潮位的业务化观测,具体包括仪器设备安装、通讯线缆铺设、数据实时通讯、数据采集中心设置、水准测量等工作。

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队员正在铺设管线。

提起初到长城站的情景,赵鹏对观测设备布放选址印象深刻。当时观测设备预定布放于鲜有靠泊的长城站码头北侧,但到现场发现,由于近期运输巴西费拉兹站物资的大型运输船经常停靠于码头北侧,对现场水文环境造成极大影响。队员们经与中国极地研究中心和长城站沟通,临时更改布放位置,决定布放在码头南侧,成功避免了大型船舶对观测数据造成的影响,确保观测数据真实可靠。

历经50多天的紧张施工,2019年2月,南极长城站海洋站验潮站正式投入运行,标志着我国首个极地业务化海洋观测站建设取得实质性进展。

患难相恤结情谊

如今在北海预报中心,一个人、一台电脑、一条网线,就可实时查看长城站无冰期的潮汐观测数据,并完成实时监控和质量控制。经北海局、极地中心的积极努力,该海洋站的观测数据可从远在万里之外的长城站通过卫星实时传输至国内,由北海局技术人员负责24小时实时质量控制。一旦发现问题,立即组织维修、维护,确保观测数据的连续性、准确性。

截至目前,该海洋站系统运行稳定,获取了连续、稳定的分钟级潮汐观测数据,显著提升了我国极地海域数据获取能力,为极地科学研究提供了高质量数据支撑。

“海洋站能够实现业务化观测,离不开长城站队友的帮助和强大的国内团队技术支撑。”回想起建站的艰辛,赵鹏感触颇深。

南极地形地貌极为复杂,98%以上的地区常年为冰雪覆盖。每年12月到次年2月,冰雪融化,才是开展科学考察和项目建设的有利时机。线缆铺设需要破土挖沟,但铺设线路上常年有车辆行驶,地面上满是坚硬的砾石,地面下是常年不化的“冻土”。要想以最快的速度铺设一条长达300多米的管线,无疑是一场难打的硬仗。为了加快挖沟进度,长城站提供了掘土机支持,然而队员们还需要用锹铲、用镐刨才能达到埋设管线的要求。为了减少对地面车辆通行的影响,队员们即使在雨雪天气也依然奋战在施工现场,以最快速度完成了线缆铺设,有效避免了地面上车辆行驶对缆线造成的安全隐患。

挖沟铺缆时,倒灌进了很多雪水。冒着刺骨的寒风,队友们毫不犹豫,纵身跃入冷水中,抡锤、扶钎……一组人累得受不了,就在旁边休息片刻,另外一组人立刻接替,一干就是十几个小时。由于疲劳,他们往往是一躺下便睡着了,这样的苦,大家都毫无怨言。

南极素有“风极”之称,即使在夏季,大风天气也非常普遍。在长城站码头边,树立着一个白色的潮汐观测仪。乍一看很普通,但仔细观察就能发现它细微处的“改头换面”:观测设备底部装有两根红色的金属固定架,明显与白色仪器不配套。

在安装潮汐观测仪时,赵鹏和同事们发现仪器在大风影响下经常被吹得上下晃动,极大影响了观测数据的质量。关键时刻,是队友们连夜利用机床加工了两根观测仪固定杆,成功加固仪器。其实,类似的互帮互助还有很多。在考察期间,赵鹏和队友们团结一心、患难相恤,结下了深厚情谊。

建站成绩固然可喜,但开展南极业务化考察,需要更连贯、更全面的观测数据支持。由于南极海域冬季冰情严重,传统海洋环境观测手段面临许多实际困难。目前,长城站海洋站水文业务化观测还相对薄弱,仅对潮汐要素进行业务化、自动化观测,受雷达式观测等影响,还缺少有效的冰期潮位观测;水温观测还是依靠人工采水开展,温盐、海冰、海浪等典型海洋要素观测未能有效开展,观测能力与国内海洋站相比还有较大差距。

赵鹏表示,希望进一步加强该海洋站业务化观测平台建设,增加适应极地环境的自动化观测设备,力争早日实现海洋要素的实时全天候业务化观测,提高我国在极地区域的海洋数据获取能力,更好地为极地科学研究提供基础数据支撑。

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