科考隊(duì)員李騰和趙劍在鷹嘴巖大坑邊緣作業(yè)（圖中藍(lán)色水洼為冰面融池）
科考隊(duì)員李騰在進(jìn)行RTK測(cè)量與記錄
隨著南極夏季的來(lái)臨，潔白的南極冰蓋表面出現(xiàn)了許多水洼，在極晝陽(yáng)光的照射下，泛著藍(lán)色的光。
這些大大小小、形狀各異的水洼，學(xué)名叫做“冰面融池”，它們不僅點(diǎn)綴著南極的美麗“夏裝”，還具有很高的科研價(jià)值。
剛剛結(jié)束的我國(guó)首次南極無(wú)人機(jī)業(yè)務(wù)化觀測(cè)考察，完成了43個(gè)架次的完美飛行，有望揭示全球變暖背景下南極冰面融池的奧秘。
剛剛起步的南極冰面融池研究
近年來(lái)，冰面融池的增多已經(jīng)成為北極海冰快速融化的重要證據(jù)之一。中國(guó)第4次北極考察隊(duì)的航空遙感觀測(cè)結(jié)果表明，北極點(diǎn)附近的海冰密集度只有不到85%，浮冰間出現(xiàn)大量水道，海冰冰面融池發(fā)育明顯。
“不止北極海冰，隨著全球變暖，北極陸地格陵蘭冰蓋的冰面融池也非常發(fā)育，許多區(qū)域甚至形成冰面水系，能夠在衛(wèi)星圖像上看到，各國(guó)科學(xué)家做的工作也比較多。”北師大全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院院長(zhǎng)程曉接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。
相比北極，南極冰蓋周邊地形陡峭，冰面融池尺度通常較小，僅分布在冰蓋邊緣的一些區(qū)域，很難從中高分辨率衛(wèi)星圖像上發(fā)現(xiàn)。
“雖然融池僅出現(xiàn)在冰蓋外緣的很小區(qū)域，但冰蓋外緣的融化和崩解會(huì)導(dǎo)致冰蓋上的冰加速向海里流動(dòng)。”程曉說(shuō)，“融池的水會(huì)滲透到冰面下，或形成裂隙，或?qū)Ρ牡撞啃纬蓾?rùn)滑，從而影響冰蓋的不穩(wěn)定性。”
研究顯示，近幾十年來(lái)，南極半島地區(qū)約有超過10個(gè)冰架相繼崩塌消失或大幅度退縮，多數(shù)由于冰面融池導(dǎo)致。而在融化尺度較小的東南極地區(qū)的冰面融池研究，國(guó)際上還剛剛起步。
程曉帶領(lǐng)的極地遙感研究團(tuán)隊(duì)在第33次南極科學(xué)考察中發(fā)現(xiàn)，中國(guó)南極中山站附近的達(dá)爾克冰川分布有多個(gè)冰面融池，但在中高分辨率衛(wèi)星遙感圖像上并沒有看到。
于是，在今年的中國(guó)第34次南極科學(xué)考察中，他們利用“極鷹III-R型”無(wú)人機(jī)搭載可見光相機(jī)、傾斜相機(jī)、激光雷達(dá)等傳感器，搜集全球變暖背景下南極冰蓋冰面融池的寶貴研究資料。
一波三折的無(wú)人機(jī)航拍
“這次經(jīng)歷的驚心動(dòng)魄和一波三折完全可以媲美驚險(xiǎn)刺激的好萊塢大片！” 回想起過去一個(gè)半月的南極考察，北師大全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院博士生李騰很興奮。
雖說(shuō)他和同學(xué)趙劍都是第一次去南極，但兩人配合默契，無(wú)人機(jī)航拍工作很快順利地步入正軌。
不過，極地外業(yè)工作總是伴隨著意外情況的發(fā)生，而當(dāng)中一些又是想破腦袋都不可能預(yù)測(cè)到的，加之南極條件惡劣，很多時(shí)候都要靠天吃飯。
2017年12月21日中午，當(dāng)執(zhí)行完航拍任務(wù)的F300無(wú)人機(jī)返航到降落點(diǎn)附近準(zhǔn)備滑降時(shí)，意外發(fā)生了。飛機(jī)遲遲不降高度，且與預(yù)設(shè)降落點(diǎn)漸行漸遠(yuǎn)。
“飛機(jī)的測(cè)高系統(tǒng)出了問題。”李騰希望飛機(jī)自駕系統(tǒng)恢復(fù)“理智”重返預(yù)定降落位置，可遺憾的是，飛機(jī)失聯(lián)了。
經(jīng)過深思熟慮，他們放飛另一架無(wú)人機(jī)展開搜尋。可喜的是，在達(dá)爾克冰川表面發(fā)現(xiàn)了失聯(lián)的無(wú)人機(jī)，距離預(yù)設(shè)降落點(diǎn)約5公里；然而可惜的是，由于冰川表面布滿了冰裂隙，最深處達(dá)幾十米，靠人力涉足去撿回來(lái)絕無(wú)可能，最終只好放棄，無(wú)人機(jī)永遠(yuǎn)地留在南極冰蓋上。
自此以后，李騰和趙劍都會(huì)在任務(wù)前一天反復(fù)檢查設(shè)備和調(diào)試軟件，“緊張得晚上都睡不好，類似的感受可能還是高考前一天吧”。
盡管困難重重，但在一個(gè)半月的時(shí)間里，他們利用無(wú)人機(jī)采集了大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)，除了航拍冰面融池和冰架，還幫助中國(guó)極地研究中心采集預(yù)選藍(lán)冰機(jī)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，為“雪龍”號(hào)實(shí)時(shí)觀測(cè)海冰情況等，數(shù)據(jù)量累積高達(dá)124G。
南極科考無(wú)人機(jī)應(yīng)用有望常態(tài)化
此次南極無(wú)人機(jī)業(yè)務(wù)化觀測(cè)成果顯著，更讓程曉堅(jiān)信，無(wú)人機(jī)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，必然要在極地考察中得到越來(lái)越深入的應(yīng)用。
近年來(lái)，無(wú)人機(jī)在我國(guó)南極考察中的應(yīng)用水平已經(jīng)大大提升，隨著多種機(jī)型在極地的實(shí)驗(yàn)成功，我國(guó)無(wú)人機(jī)基本可以提供后勤和科研保障所需的技術(shù)支持。在世界各國(guó)中，我國(guó)無(wú)人機(jī)在極地的應(yīng)用水平最高。
下一步，程曉希望能夠把一些新型的傳感器搭載在無(wú)人機(jī)上，通過這些高精尖的載荷探測(cè)到極地更多的信息。
“現(xiàn)在我們很多機(jī)制還不清楚，比如只知道融池的水滲透下去會(huì)增加冰架裂隙的產(chǎn)生，引致崩解形成冰山，但是冰山在海洋里面以后又如何影響海冰等，這些都需要進(jìn)一步調(diào)查。”程曉坦言，這些問題靠衛(wèi)星遙感手段是沒有辦法解決的，需要近地面的航空或無(wú)人機(jī)手段進(jìn)行局地的深度調(diào)查。
他表示，衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)是宏觀，可以做很大范圍的調(diào)查，但看不到局部的微小的過程，而無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)就是可以做比較精細(xì)的調(diào)查。只有二者結(jié)合，才能做到知其然并知其所以然。
“未來(lái)，無(wú)人機(jī)將常態(tài)化地進(jìn)入南極地區(qū)，既服務(wù)科研又服務(wù)后勤保障。”程曉說(shuō)。
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