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我國首個極地業務化海洋站

2020-03-16 10:23:23    來源: 中國自然資源報    作者:高 悅

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長城站海洋站觀測設備。

近日,在中國第36次南極考察過程中,來自自然資源部北海局的工作人員對中國南極長城站海洋站進行了維護,修復了部分受損通訊線路和管道,開展了碼頭工作水準點高程復測與潮位比測工作,并將業務化潮汐觀測數據與其他科研院所的壓力式驗潮儀潮位數據進行比對分析,圓滿完成了本次科考任務。

2019年2月,北海局圓滿完成長城站海洋站驗潮站建設任務,并開始進行潮位業務化觀測,標志著我國極地區域首個業務化海洋觀測站正式開始運行。經過1年多的試運行,該站潮汐觀測已步入正軌,滿足了業務化運行條件。

瞄準需求謀建站

認識海洋、經略海洋,需要不斷提升海洋觀測的能力。海洋觀測站(點)是觀測與研究海洋的重要平臺。

經過多年發展,我國海洋觀測工作形成了一定基礎,在我國近海建立了100多個海洋觀測站(點),除了開展表層海水溫度、鹽度、潮汐、海浪、氣壓、氣溫、濕度、能見度、降水等常規水文氣象項目,還有地波雷達、X波段雷達、GPS、海嘯預警觀測等新興觀測項目,初步形成了以岸基觀測為主,浮標、衛星遙感、航空遙感和應急觀測為輔的海洋觀測網絡,基本覆蓋了我國近岸、近海及部分重點海域,在海洋防災減災、科學研究等領域發揮了重要作用。

但受極地海冰等惡劣環境限制,我國在南北極一直未能建立起站基業務化海洋環境觀測體系,不具備長期、連續、準確的業務化海洋觀測能力。由于起步較晚、投入不足,就極地海洋觀測網的空間布局、觀測手段、基礎設施、技術保障而言,我國與發達國家相比尚存一定差距。南極是地球上環境最惡劣、氣候最獨特、空間最神秘的一片凈土,也是我國海洋觀測數據最匱乏的地區。

近年來,為滿足極地前沿科學研究需求,國家極地考察主管部門全面分析了我國極地海洋觀測面臨的機遇和挑戰,啟動建立極地海洋觀測站的立項事宜。2017年,經過主管部門和專家團隊的研究討論,最終確定長城站海洋站建設任務由北海局承擔,該局所屬的北海預報中心負責配合建造。

在第34次南極考察期間,北海局派遣北海預報中心計劃業務科科長趙鵬赴長城站進行實地調研,并于2019年第35次南極科學考察期間實施我國首個極地業務化海洋觀測站建設,長城站海洋站建造駛上了“快車道”。

因地制宜解難題

工欲善其事,必先利其器。受南極惡劣環境等條件限制,長城站海洋站對功能設計和建造工藝有很高的技術要求,設計難度大、施工時間緊、缺少經驗成為建造團隊必須克服的難題。

接到建造任務后,北海局立即成立了領導小組,以滿足南極海洋環境觀測為主、兼顧相關多學科研究需求為目標,帶領相關人員廣泛調研國內外先進海洋站,充分吸取各方經驗,科學制訂實施方案,既保證了設備質量、建設進度,又滿足了極地考察相關規范要求。

“當時,缺少極區業務化海洋站建設經驗,成為建設該海洋站的最大困難。”趙鵬介紹說,受南極惡劣自然環境影響,在我國近岸廣泛采用的浮子式驗潮站方式難以直接用于南極。為此,北海局立即組織技術骨干進行攻關,一方面利用較短時間赴加拿大、俄羅斯、韓國、智利、澳大利亞等國就業務化海洋觀測工作進行集中調研,另一方面積極向我國已在極地開展海洋觀測的科研院所“取經”。

為確保測設備性能可靠,北海局還專門抽調了工程技術人員跟蹤觀測設備和科考裝備的組裝建造,確保設計理念的“落地生根”。考慮到南極惡劣的環境和僅有兩三個月的施工窗口,建造團隊既要把現場組裝工作壓縮到最少,又要保證觀測設備極高的運行功能要求。

2018年12月,趙鵬和北海預報中心維修基地主任張子軒一起抵達長城站,參加第35次南極考察長城站度夏考察,主要負責雷達式驗潮站建站任務,用以開展潮位的業務化觀測,具體包括儀器設備安裝、通訊線纜鋪設、數據實時通訊、數據采集中心設置、水準測量等工作。

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隊員正在鋪設管線。

提起初到長城站的情景,趙鵬對觀測設備布放選址印象深刻。當時觀測設備預定布放于鮮有靠泊的長城站碼頭北側,但到現場發現,由于近期運輸巴西費拉茲站物資的大型運輸船經常停靠于碼頭北側,對現場水文環境造成極大影響。隊員們經與中國極地研究中心和長城站溝通,臨時更改布放位置,決定布放在碼頭南側,成功避免了大型船舶對觀測數據造成的影響,確保觀測數據真實可靠。

歷經50多天的緊張施工,2019年2月,南極長城站海洋站驗潮站正式投入運行,標志著我國首個極地業務化海洋觀測站建設取得實質性進展。

患難相恤結情誼

如今在北海預報中心,一個人、一臺電腦、一條網線,就可實時查看長城站無冰期的潮汐觀測數據,并完成實時監控和質量控制。經北海局、極地中心的積極努力,該海洋站的觀測數據可從遠在萬里之外的長城站通過衛星實時傳輸至國內,由北海局技術人員負責24小時實時質量控制。一旦發現問題,立即組織維修、維護,確保觀測數據的連續性、準確性。

截至目前,該海洋站系統運行穩定,獲取了連續、穩定的分鐘級潮汐觀測數據,顯著提升了我國極地海域數據獲取能力,為極地科學研究提供了高質量數據支撐。

“海洋站能夠實現業務化觀測,離不開長城站隊友的幫助和強大的國內團隊技術支撐。”回想起建站的艱辛,趙鵬感觸頗深。

南極地形地貌極為復雜,98%以上的地區常年為冰雪覆蓋。每年12月到次年2月,冰雪融化,才是開展科學考察和項目建設的有利時機。線纜鋪設需要破土挖溝,但鋪設線路上常年有車輛行駛,地面上滿是堅硬的礫石,地面下是常年不化的“凍土”。要想以最快的速度鋪設一條長達300多米的管線,無疑是一場難打的硬仗。為了加快挖溝進度,長城站提供了掘土機支持,然而隊員們還需要用鍬鏟、用鎬刨才能達到埋設管線的要求。為了減少對地面車輛通行的影響,隊員們即使在雨雪天氣也依然奮戰在施工現場,以最快速度完成了線纜鋪設,有效避免了地面上車輛行駛對纜線造成的安全隱患。

挖溝鋪纜時,倒灌進了很多雪水。冒著刺骨的寒風,隊友們毫不猶豫,縱身躍入冷水中,掄錘、扶釬……一組人累得受不了,就在旁邊休息片刻,另外一組人立刻接替,一干就是十幾個小時。由于疲勞,他們往往是一躺下便睡著了,這樣的苦,大家都毫無怨言。

南極素有“風極”之稱,即使在夏季,大風天氣也非常普遍。在長城站碼頭邊,樹立著一個白色的潮汐觀測儀。乍一看很普通,但仔細觀察就能發現它細微處的“改頭換面”:觀測設備底部裝有兩根紅色的金屬固定架,明顯與白色儀器不配套。

在安裝潮汐觀測儀時,趙鵬和同事們發現儀器在大風影響下經常被吹得上下晃動,極大影響了觀測數據的質量。關鍵時刻,是隊友們連夜利用機床加工了兩根觀測儀固定桿,成功加固儀器。其實,類似的互幫互助還有很多。在考察期間,趙鵬和隊友們團結一心、患難相恤,結下了深厚情誼。

建站成績固然可喜,但開展南極業務化考察,需要更連貫、更全面的觀測數據支持。由于南極海域冬季冰情嚴重,傳統海洋環境觀測手段面臨許多實際困難。目前,長城站海洋站水文業務化觀測還相對薄弱,僅對潮汐要素進行業務化、自動化觀測,受雷達式觀測等影響,還缺少有效的冰期潮位觀測;水溫觀測還是依靠人工采水開展,溫鹽、海冰、海浪等典型海洋要素觀測未能有效開展,觀測能力與國內海洋站相比還有較大差距。

趙鵬表示,希望進一步加強該海洋站業務化觀測平臺建設,增加適應極地環境的自動化觀測設備,力爭早日實現海洋要素的實時全天候業務化觀測,提高我國在極地區域的海洋數據獲取能力,更好地為極地科學研究提供基礎數據支撐。

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