我們為冰川做“體檢”

2021年11月5日，由自然資源部組織的中國第38次南極科學考察隊，從位于上海的中國極地考察國內基地碼頭出發，前往南極中山站等地執行科學考察任務。此次科考任務中，有來自武漢大學的3名師生參加。他們分別搭乘“雪龍”號與“雪龍2”號前往南極開展科考活動。

武漢大學參與我國南北兩極科學考察活動的時間，最早可以追溯到我國首次南極考察。自那時起，武漢大學就陸續承擔了測繪保障、極地高空物理、極地微生物、極地國際治理和冰雪環境相關的研究工作。

在這些工作任務中，武漢大學中國南極測繪研究中心一直在冰川運動監測領域深耕，并于今年7月，與中國科學院玉龍雪山冰凍圈與可持續發展野外科學觀測研究站（簡稱玉龍雪山站）合作，在玉龍雪山上成功搭建了我國第一套冰川運動實時監測系統。

4800米的組裝

在玉龍雪山纜車的終點之上，海拔約4800米左右的冰面上，豎立著掛有太陽能面板的監測系統。這里是監測系統的“家”，同時也是玉龍雪山站定位監測點。

“玉龍雪山是世界冰川旅游發展最為成熟的景區之一。野外站的設立，旨在為景區旅游開發、水資源利用提供科技支撐。2006年以來，定期對玉龍雪山白水河1號冰川與環境進行定位監測。鑒于冰川所處海拔、冰川快速流動等特點，許多工作以往需要人工觀測，其風險較大”玉龍雪山站站長、研究員王世金在接受《中國科學報》采訪時介紹道。

為此，玉龍雪山站聯合武漢大學研制了一套冰川與環境實時監測系統，該系統兼容多種傳感器，集數據采集、傳輸、解析、入庫和發布于一體，具有實時性高，具備軟件自主可控，硬件可定制可擴展的特點。

硬件多就意味著需要抗上雪山需要拿的東西多，所以研究人員選擇了開發較為成熟且安裝纜車的玉龍雪山進行試點。“我們先帶著設備乘坐纜車到達終點，再步行近1公里上山，到達海拔4800米的冰面站點。”王世金回憶說。經過三天時間，該系統硬件在白水河1號冰川組裝，通過系統調試，成功獲得冰川運動實時信息，諸如玉龍雪山冰流速、物質消融等信息。

10月，研發團隊對系統進行升級，加入了溫濕壓等氣象參數和實時視頻模塊。目前，該系統可實現每5分鐘在線更新一次監測數據。這套系統為后續玉龍雪山站“一站四區”（即玉龍雪山站與崗日嘎布、梅里雪山、貢嘎雪山、達古雪山四區）典型冰川實時監測和精細化研究奠定了堅實基礎。

帶著學生一起做

“你上過冰川嗎？沒上過？沒上過的人理解不了冰川觀測的危險性。許多冰川科研工作者均有掉入冰裂隙的經歷。”王世金在接受采訪時回問道。

武漢大學中國南極測繪研究中心副教授楊元德曾經4次前往南極考察，該中心教授艾松濤更是擁有十余次極地科考經驗。楊元德至今還記得，2012年，他與另外幾名昆侖站隊員駕駛卡特雪地車送補給返回的路上，遭遇冰裂隙。“前往的路上并沒有看到冰裂隙，但是返回的路上突然出現了。”楊元德告訴《中國科學報》。然而，盡管有兩輛車相互提醒，楊元德所在的雪地車突然發生側滑，一側輪胎陷入冰裂隙中，無法自拔。楊元德與另外幾名隊員一邊給基地發送報告，一邊迅速撤離雪地車。然而，令人意想不到的一幕出現了，他腳下一滑，身體陷入一條狹小的冰裂隙中，幸好他眼疾手快張開雙手撐住冰面，又得到隊友的及時救助。

那一次，也是我國南極考察歷史上首次發生雪地車被陷冰裂隙的情況。“當時腦袋一片空白。”回想起當初的情況，楊元德還心有余悸。“幽藍色的冰裂隙深不見底，當時要是掉下去了可就完了。”要知道，冰裂隙是冰川在運動過程中由于冰層受應力作用而形成的裂隙。南極冰蓋下的冰裂隙深不可測，就像“地獄之門”，如果掉下去了，救援十分困難。

“選擇對冰川進行觀測研究是我讀博期間就立下的目標，那個時候也是我第一次登上前往南極的考察船。雖然南極條件艱苦，但是在那里可以與來自各個領域的研究學者們聚在一起，我可以學習很多東西。”楊元德說。

每一次有機會上冰川，武漢大學的教師們都會帶著學生一起去。在近日出發的中國第38次南極科學考察隊里，武漢大學師生三人組中有來自中國南極測繪研究中心碩士生陳帥均。“只從課本上了解冰川遠遠不夠，你需要站在冰川上感受它。”楊元德說。

玉龍雪山監測設備搭建時，楊元德也帶著學生上去一起工作。因為知道冰川之險，所以楊元德提前囑咐學生相關注意事項，并要求他們不能單獨行動，至少要兩個人一組。“學生們做的都是比較前沿的研究，貼近國家需求，解決實際問題。我認為這比單純地寫文章要更有針對性。”

因為跟隨老師在冰川工作，學生對于現場觀測的辛苦有了深刻地了解，也加深了建立連續觀測站點的重要性的認識。畢竟，雖然連續觀測系統目前暫時無法完全替代人，但可以大幅減少人登上冰川的次數。

創新不止

玉龍雪山監測系統的軟件研發工作由艾松濤負責，為實現連續觀測冰川運動監測，他準備了很長時間。“從2015年開始，我就開始連續的冰川運動監測了。由于技術的限制，當時，我們只能將數據存在存儲卡里面，每年由人前去提取兩次數據。這次在玉龍雪山上的實時觀測設備，可以讓研究人員隨時了解野外環境參數和系統工作情況。”艾松濤說。為了改進冰川運動連續監測系統，他的工作延申到北極、南極與國內冰川。

“在兩極觀測有兩個大問題，一是電力，二是通訊。沒有電力，設備就沒有動力；沒有通訊信號，數據就無法實時傳輸。”經過一番試驗后，由太陽能加風能的組合正在逐步解決電力問題；我國自主研發的北斗衛星也為解決通訊問題提供了可能。

此次前往南極的武漢大學南極測繪研究中心師生攜帶著更新后的設備，準備監測南極海冰變化。就在他們出發前夕，艾松濤團隊研發的“雙龍探極”平臺（http://x.hbaa.cn/）上線。平臺基于四維時空地理信息系統的理念，實現了中國及其他國家的極地考察、研究、政策等資訊的可視化融合，疊加實時與歷史數據圖層，利用衛星和定位系統詳細記錄了中外破冰船歷年來對南北極的考察活動。