极地科考的中国印记

“双龙探极”开启中国极地考察新格局

2019年10月22日，“雪龙”号承载107名考察队员以及1？450吨物资，离开位于上海的中国极地考察国内基地，前往南极执行中国第36次南极考察任务。此前，我国首艘自主建造的极地科学考察破冰船——“雪龙2”号已于10月9日从上海出发，开赴南极。

中国第36次南极考察是首次实行“雪龙”号和“雪龙2”号“双龙探极”。首次执行南极科考的“雪龙2”号配备了哪些新的科考“武器”？其南极“首秀”又将呈现哪些亮点？

中国第36次南极考察队“雪龙2”号首席科学家何剑锋介绍：“‘雪龙2号最大亮点是装配了由主甲板直通海底的国产月池系统，它底部创造性地使用了科技含量更高的水密底盖，从而提高了船舶稳性。月池是指垂直于海面、贯穿船体、与海水相连的一个空腔。月池可用于在大面积浮冰区进行CTD（海水温盐深剖面仪）作业，解决浮冰密集度高无法科考作业的难题，从而确保调查断面和站位的系统性。”

“雪龙2”号另一项“武器”是可应用到移动的船舶上的先进走航观测系统，可对极地大气、海冰和海洋进行全程走航观测。“相比‘雪龙号的走航观测系统，‘雪龙2号增加了营养盐、甲烷和二氧化碳气体浓度等环境参数，将更系统地开展全程海表环境参数的自动采集。”何剑锋介绍。

此外，“雪龙2”号上由声学设备组成的海洋探测系统，可全程连续探测海水流速流向、生物资源量以及海底地形地貌等要素，具备长期自动观测、实时原位测量和自动记录处理等功能。其他先进装备还包括船舶走航剖面仪、浮游动物观测系统等，前者可以实现不停船连续获取海洋上层水文和生物学剖面数据，后者可随CTD下放和回收，自动记录相关数据和生物影像。所有这些装备都将提升我国极地海洋调查能力和效率。

关于本次南极科考的亮点，何剑锋介绍，“雪龙2”号和“雪龙”号将分别对东南极的宇航员海和西南极的阿蒙森海进行准同步调查，使我国在东南极海域的调查首次向西拓展至宇航员海，并首次开展鸟类和哺乳类的走航观测。

中国“灯笼”点亮南极内陆

自从1984年开展南极科学考察以来，中国已在南极建立了长城站、中山站、昆仑站、泰山站4个科学考察站。承载着中国极地人无限爱意的泰山站，于2014年2月8日建成。

整个泰山站的主体建筑平面呈正16边形，建筑底部架空，由8根圆柱支撑。整体造型犹如一架飞碟，富有极强的科幻色彩和现代气息，同时还具有中国传统文化特色的红灯笼元素，色彩鲜艳，具有很好的识别性。设计人员说之所以这么设计可不单是为了造型好看。

在南极，内陆站大多建在积雪上，加之内陆每年的降雪量非常大，考察站常常会面临被降雪掩埋及建筑沉陷的情况，导致考察站的使用寿命缩短。

因为建筑物对风场产生扰动，大风吹来的飞雪会在建筑周围积聚。只需一两年的时间，南极传统的地上建筑物就会被积雪掩埋。虽然泰山站所在区域每年降雪只有2～3厘米，但暴风带来的积雪会在短时间内掩盖坐落在雪面上的建筑。由于南极没有解冻期，这些建筑物会被积雪掩埋得越来越深而无法进入，被压变形后最终只能废弃。

为解决这个问题，泰山站主体建筑设计成流线型，同时整体建筑被架空两米，不但可减小风阻，还有利于吹走建筑附近积雪，从而延长建筑的使用年限。另外，建筑外围材料根据高尔夫球体表面凸凹不平风阻更小的原理，结合风洞试验比对，采用表面有波纹的夹芯保温钢板，使建筑整体更有利于气流通过，大大减少风阻。外围护屋面及地面板有一定坡度，也可减少积雪堆积。

降低碳排放量是泰山站在建设及使用过程中的一个努力方向。目前已建的南极考察站所用能源都靠柴油火力发电机使用低温柴油燃料而产生。这些燃料全部要依赖外部运送，不仅成本高，而且每次运送的数量也很有限。因此，减少燃料的消耗具有重要意义。在设计泰山站时选用了太阳能发电系统和风电系统为考察站提供能源。南极地区尤其是泰山站建设地，夏季的太阳能、风能充足。一般情况下，太阳能光伏和风力发电可提供充足的电力，完全可以满足整栋建筑的用电需求。

公共交往空间与私密空间的合理分布是泰山站的一大亮点。泰山站主体建筑内部分内圈、外圈两部分，外圈为主要使用层，包括宿舍及厨卫、医疗等功能房间，内圈是一个中厅，作为餐厅兼综合活动中心。

综合活动中心集餐饮、酒吧、运动、视听、阅读、聊天等休闲活动场所于一体。在这里，考察队员既可以开展自己喜爱的活动，又能与其他队员进行交流。

在南极内陆，考察队员面对的是恶劣的天气、高海拔以及单调的生活，这给他们的身心带来极大的压力，因此考察站对室内环境的要求更为严格。泰山站每间宿舍都有自然采光窗，中厅也可利用天窗采光，既节约能源，又可减轻工作人员的心理压力。

科技、低碳、环保、安全、人性化……人們所能想到的很多建筑特点都能在泰山站中找到。

探寻蓝冰建机场

2018年12月，中国第35次南极考察队就在距中山站西南方向15千米的冰盖上发现了一大片蓝冰区。

中国第35次南极考察队员、中国极地研究中心席颖博士介绍，在南极可以看到两种蓝冰。一种是冰盖表面雪层在盛夏季节融化成水、冻结形成的冰。冰本身是没有颜色的，但由于冰中存在气泡，阳光照射进去发生色散，波长较短的蓝光容易被散射回来，肉眼看到就是蓝冰。这种季节性蓝冰随后又会被降雪覆盖，雪层再次经历融化、冻结的过程，久而久之便形成了像三明治一样的“夹层冰”。第二种蓝冰就是此次在中山站附近冰盖发现的。用冰钻打出的冰洞深邃清莹，下面没有夹杂雪层，都是致密的冰。封在冰中的气泡在长时间压力下体积缩小，阳光散射后则发出更为纯净的蓝光。这种冰质地坚硬，比较适合修建机场跑道。

至今，南极已建有30多座机场，大致分三类：一类是陆地机场，一类是冰面机场，还有一类是雪面机场。

陆地机场人们比较熟悉，雪面机场顾名思义，就是利用雪面建机场，只适合雪橇飞机起降。由于雪面松软，工作人员首先要把雪面修平，然后再压实，但摩擦力不够，飞机落下去很难停下来。所以，还要用雪地车拖着雪犁“耕作”一番，以增加雪面的摩擦力。而选择在蓝冰区上建机场就有很大的优势。相比其他冰层，蓝冰具有良好的承载力、抗冲击性和稳定性，能满足大型飞机起降的条件。但由于蓝冰历经岁月的“打磨”，表面十分光滑，因此修建机场时需要修整冰面，特别要让跑道变得粗糙，使摩擦力增加。

目前，多国在南极建有8个蓝冰机场。那么，到哪儿寻找面积足够大、适合建机场的蓝冰区呢？

考察队给出了两个选择。一个是在地形起伏较大的区域搜索蓝冰。南极内陆高原海拔4？000米以上，气温极低，气体冷缩后密度加大。这种又冷又重的气团在内陆高原形成后，顺着冰盖向四周流动，形成南极“下降风”。下降风如果遇到地形高低不平、起伏较大的区域，会加速吹走冰盖表面雪层，蓝冰随即裸露而出。另一个是冰盖边缘的消融区域。每逢南极夏季来临，太阳辐射增加，冰盖表面融化，也会裸露出蓝冰。澳大利亚凯西站、美国麦克默多站的蓝冰机场都位于冰盖消融区域。这种蓝冰机场需定期维护，方法也很简单，就是将一层雪铺在机场跑道表面，以减缓冰面融化。

中山站附近发现的蓝冰位于拉斯曼丘陵，受地形影响，此处不易积雪，且蓝冰表面十分平坦，周围没有冰裂隙，人员、车辆可以安全到达，实属“可遇不可求”。但那里到底适不适合建设蓝冰机场，则还需要进行多方面的現场勘察论证。