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第11次内陆考察队(2012~2013年)

队次名称: 第11次内陆考察队(2012~2013年)
起止时间: 2012-12-16 ~ 2013-02-11
目录

简要概述

   在中国第29次南极科学考察队临时党委和领队的直接领导和组织协调下,冰盖昆仑站队由25人组成,平均年龄36岁,驾驶9辆雪地车,拖拽35部大型雪橇,运载350吨物资,面对冰盖险恶环境,从不屈服,团结协作,58天的时间,行程超过2500公里,圆满完成新站选址、科学考察、工程建设和后勤保障目标任务在多个领域取得历史性突破和实质性进展,影响深远。

中国第29次南极科学考察队的冰盖考察活动超计划、高质量、安全地完成目标任务,在中国南极冰盖考察发展进程中树立了新的里程碑。为祖国和人民交出了一份满意的答卷。

当今世界,南极冰盖在地球系统中的重要地位日益凸显,尽管南极在地球的尽头,地处偏远,但却与世界紧密相连,直接影响着地球每一个地方。在建设海洋强国、极地强国的伟大进程中,中国的冰盖考察必将进一步发展。

主要任务

   根据海洋局局长办公会批准的“第29次南极考察总体工作方案”和极地办引发的“中国第29次南极考察现场实施计划”,以及中国极地研究中心印发的“中国第29次南极考察队后勤保障现场实施方案”,这次昆仑站队具体承担新站选址、科学考察(极地专项)、工程建设和后勤保障等四类工作任务。

在新站选址方面,根据海洋局批准的“南极新建站选址方案”和极地办印发的“新建站选址实施方案”,昆仑站队具体承担内陆新站选址任务。在中山站到昆仑站的主干线上,以前往格罗夫山结合部,参考原中继站的位置,寻求建立新站站址。

1.科学考察

   在科学考察方面,具体承担科考项目9项,包括,冰川学、天文学、导航与测绘、生态地质学、气象学、高原医学、地质学、空间物理和冰穹A特别管理区调查等。

2. 工程建设

在工程建设方面,具体承担项目3项,包括,深冰芯钻探场地建设、昆仑站二期工程建设和昆仑站基沿途环境保护等。

3. 后勤保障

   在后勤保障方面,具体承担任务4项,包括,机械使用保障、餐饮生活保障、通讯保障和医疗保障等。

现场工作总体情况和主要进展

   在中国第29次南极科学考察队临时党委和领队的直接领导和组织协调下,冰盖昆仑站队安全、圆满完成新站选址、科学考察、工程建设和后勤保障目标任务,在多个领域取得历史性突破和实质性进展,影响深远。主要进展表现为:

1. 内陆冰盖选址调研取得显著进展,在中国南极新建站选址任务中发挥了重要作用,战略意义重大

   根据国家海洋局批准的中国第29次南极考察总体方案和极地考察办公室印发的第29次南极考察内陆新站选址现场执行计划,以及中国第29次南极考察队新站选址组织机构及任务分工,昆仑站考察队具体承担和执行内陆新站调研任务。

依托昆仑队多专业优势和配备的调查装备仪器,开展了多专业、系统性现场调研工作。针对高影响新站选址、建设施工和未来运行维护等关键环境参数,确定出关键参数指标包括:气候气象状况、地形、地貌、冰体厚度与地基内部结构、冰盖表层密度、表面积累率、冰盖运动等环境参数指标。另外,针对新站建设与运行环境影响评估报告编写的要求,现场调研内容还包括动植物分布状况、人类活动情况、保护区历史遗迹和纪念物状况、未来可能的环境状况、供水条件以及污水处理条件等内容。

现场调查工作首先依据中国自1996年首次开展内陆冰盖考察活动以来在选址区域积累的长达近15年较为丰富的观测资料,经过系统整理和分析发现,距离中山站520公里的位置,冰面地形平坦开阔,较少发育雪丘雪垅,年积累率非常小,坡向朝西,盛行风向为偏东风,极有可能成为较理想的新站选址位置。昆仑站队于2012年12月23日到达新站选址预定位置,在随后的2天的时间内,通过自动气象站、测冰雷达、高精度测绘GPS和摄影相机、冰芯钻、雪坑剖面和雪地车铲车、扬雪机等现场作业手段,获取了大量环境参数指标以及新站设计和施工方案的关键参数,完成了现场选址工作,并在选定位置竖起“新选站址”标牌。

   经过现场综合调研分析,结合历次内陆冰盖考察积累的较为丰富的观测资料和国际相关研究成果,建议中国内陆新选站址位置坐标为:东经76°58′28.62132″,南纬73°51′50.25851″,海拔高度2621米。这里位于东南极冰盖伊丽莎白公主地区域,距离中山站522公里,距离昆仑站715公里,距离格罗夫山85公里,距离埃默里冰架接地线区域220公里,距离查尔斯王子山资源区370公里。该位置表面地势和冰下地形平坦,冰体厚度超过1900米,冰盖底部无融化现象,冰盖水平流动量小,表层雪密度达到 0.44±0.03克/立方厘米,年平均温度-36.6度。 在此建站,将直接满足为中山站通往昆仑站、格罗夫山地区、埃默里冰架接地线区域和查尔斯王子山地区考察提供中继支持和应急保障,发展和改善航空地面支撑能力,巩固和强化中国在东南极冰盖典型区域基础设施的战略布局,满足南极科学发展的需求,并为辐射至包括查尔斯王子山等南极资源潜力区未来开发利用的需求,提供支撑保障条件。在该位置建站,建站施工作业可行性程度高,未来新站运行维护的可实现程度高,此外,建站和运行环境评估报告亦能获得国际组织COMNAP通过。

冰盖昆仑站队编写出“内陆新站选址调研报告并提交给极地办和极地中心,有力地促进了中国南极新建站总体方案的形成,为新站设计和施工奠定了重要基础。


2. 实现雪地车队全部安全抵达昆仑站的历史性突破,掌握了一批后勤保障核心技术,抓好昆仑站二期工程,中国自主创新的冰盖考察后勤保障体系的建设取得显著进展。

   地球的南极冰盖,是这个星球上最寒冷的区域,南极冰穹A,是南极冰盖最险恶的地方,中国南极昆仑站,就建在南极冰盖冰穹A。冰盖考察是人类在南极最为复杂和最具风险的活动之一,严重依赖后勤保障条件。雪地牵引车承担雪橇拖拽、物资运输、人员输送的基本任务,是开展南极内陆冰盖考察活动的基本保障条件,素有“生命线”之称。本次冰盖昆仑队投入使用9辆雪地牵引车,拖拽35部大型雪橇,满载350吨物资,成功排除包括油路冻结、驱动轮损坏、履带磨损、发动机功率下降、液压油及机油和齿轮油渗漏、发动机风扇轴毂断损等十多起车辆故障,解决了车辆低温电量不足启动困难的技术问题,采取有效措施,成功解决了雪地车陷入冰裂隙、油橇侧翻、雷达舱侧滑倾斜等意外事件,安全穿越裂隙区、软雪带和崎岖路面,战胜高寒缺氧、风暴吹雪和白化天气给车辆及驾驶带来的严峻挑战。特别是发现卡特车主、副机油箱在设计上的严重缺陷,采取有效措施,解决了长期以来卡特雪地车机油渗漏的问题。严格执行雪地车拖载重量的标准,卡特车拖载4部雪地车,重量不超过60吨为宜,PB300拖载3部雪橇,重量不超过35吨为宜。经过20天的风雪历程,全部车辆安全抵达昆仑站,这在之前的历次昆仑考察中前所未有,创造了历史,表明中国已经掌握了南极冰盖考察的核心技术,保障能力迈上新台阶。

正是缘于雪地车的安全运行,确保了后勤物资、生活用品和科考设备完全运输到位,在昆仑站考察期间,第一次配备了通勤车接送天文学家往来工作地点和生活地点,完成了昆仑站区25*25公里范围内的冰流场复测和冰雷达探测任务,有力保障了昆仑站二期建设和冰芯钻探场地建设任务。

亦是缘于全部雪地车的安全运行,在完成本次队所有物资设备的基础上,还将以前内陆队因运力不足暂放在沿途的物资运送至昆仑站,其中包括27次队放置的210公里处的180桶航空煤油、28次队放置在130公里处的深冰芯钻探操作间、维修间和冰芯处理分析间等重达30吨的建筑材料。合理配载,从最终效果看更能最大限度地发挥雪地车的运输能力

本次队新装备了80千瓦发电舱、高原暖风机和冰雷达工作舱,经过实践摸索和经验积累,掌握了关键技术,这为今后的冰盖考察提供了重要的经验积累和技术储备。

医疗预防与健康保障取得显著成效,在高海拔地区途中宿营地,首次为队员乘员舱配置室内制氧机提供氧气,采用最新高原病研究最新成果,让队员在健康状况下每日保证2个小时的吸氧时间,效果明显,25名队员的身体状况基本良好,没有因为高寒缺氧造成严重身体不适症状发生。

本次航空餐配备是历次内陆冰盖考察中最受欢迎的。随队携带的新鲜蔬菜,包括白菜、洋葱和土豆等,储存效果良好,颠覆了过去冰盖队无法保存蔬菜的观点。感谢上海东方航空食品有限公司提供的高质量食材和选派的优秀员工出任冰盖厨师。内陆冰盖艰苦异常,饮食质量更显重要,可以讲,本次冰盖考察在饮食生活方面提升到新的水平。医学保障措施到位,保障有力,实现全部队员正常的健康身体和健康心理,为冰盖昆仑站队全面完成各项任务奠定了重要基础。

3. 取得一批具有国际影响力的科考成果,中国正在成为南极冰盖前沿科技的引领者

   在深冰芯钻探与研究方面,顺利完成冰芯槽挖掘、深冰芯钻机安装、控制设备联机并调试、钻孔液灌注以及深冰芯取芯钻探等全部目标任务,中国深冰芯在昆仑站成功钻取冰芯,标志着中国具备了开展深冰芯科学钻探的能力,深冰芯科学钻探是地球科学的前沿,是当今地学界举世公认的深化冰盖研究,探究过去全球变化和未来气候环境理论,解决人类可持续发展等重大问题的必由之路。现场工作首先清理深冰芯钻探场地,利用4天时间完成了10m深60cm宽的冰芯钻探槽的挖掘,随后陆续将深冰芯钻机系统中的钻塔、绞车、冰芯钻机以及其控制部分运入场地内安装调试,再将深冰芯钻探所需的附属设备,如离心机、冰芯冰屑处理台等安放到位。随之,连接钻井液注入系统管路,并向钻孔中注入2800L钻进液。在完成整套深冰芯钻机系统安装和调试后,正式钻进了3个回次,并成功取得了长度分别为3.83m,3.57m,3.59m三支冰芯。昆仑站队深冰芯钻探的成功实践,标志着我国第一套深冰芯钻机系统成功投入实战使用,也标志着中国第一个深冰芯钻孔正式开钻。

图1:DIMM望远镜观测


在昆仑站天文科考方面,安全、完整获取了第一台南极巡天望远镜(the 1st Antarctic Survey Telescope, AST3-1)从2012年3月15日起至5月8日止的全部观测数据。AST3是目前南极最大口径的光学巡天望远镜,本次获取的第一批观测数据,为国家973研究计划“利用南极巡天望远镜在超新星宇宙学及太阳系外行星方面的前沿研究”的顺利实施开了个好局。全面完成了昆仑站天文科考支撑平台PLATO-A的维修任务,并对AST3-1的主控计算机进行了维护,为2013年度AST3-1的顺利运行提供了能源、通讯、远程控制、数据存储和初步分析等方面保障。成功维护更新AST3-1,初步奠定了实现南极巡天望远镜科学目标的观测基础。全面检查了傅立叶频谱仪FTS、声雷达SNODAR、和自动气象站等小型设备及其支撑平台PLATO,获取一批有价值的观测数据,形成昆仑站天文科考平台的整体构想。


图2:深部雷达天线安装



图3:FMCW雷达天线


   在冰雷达探测与冰盖稳定性科考方面,首先是成功运内用国自主研发的深部雷达系统和FMCW浅部高分辨率冰雷达等核心设备对冰盖进行了大规模探测,这是继美国之后,中国成为第二个拥有该技术的国家;其二是对昆仑站核心区域和断面关键区域开展了冰雷达强化探测,获得迄今世界上分辨率最大的三维深冰结构和冰下地形数据;其三是深冰探测取得重要发现,寻找到冰盖由底部快速“生长”的三维雷达图像证据,为冰盖稳定性与海平面变化研究提供了新的研究视野。冰雷达观测考察主要分三个阶段:一是在中山站至昆仑站去程利用冰雷达技术进行连续断面观测;二是在昆仑站地区分别开展深部雷达与浅部雷达的观测;三是在昆化站至中山站的返程中选取特征区域进行强化观测。冰雷达探测完成任务内容内容包括:中站至昆仑站断面1200公里的深冰雷达连续观测;中站至昆仑站断面1200公里的SIR雷达连续浅层观测;距离中山站520公里处的新站选址冰下探测;昆仑站区的冰下地形高密度探测;昆仑站区FMCW浅层雷达断面观测;返程断面上特征区域的深部雷达探测;以及相敏雷达于昆仑站及出发基地的定点观测等,获得了丰富的高质量雷达数据,在南极冰盖变化的驱动机制,理解冰盖动力学过程,分析冰层结构,推测冰盖下方水系发育,了解冰盖物质积累等研究方面将起到重要作用。仑站天文科考平台的整体构想。在冰盖导航测绘方面,收集整理GPS导航资料自21次内陆考察队以来的各个GPS点位资料,检查准备GPS接收机、充电器和花杆等现场考察设备的状态;针对出发基地出现冰裂隙的突发事件,利用俄罗斯的导航数据,及时对这次的导航数据进行了调整,并密切关注内陆车辆行径过程中可能出现的冰裂隙情况。在车队行驶过程中,密切关注车辆加油与宿营的停靠点,与已有的GPS点位信息进行比对,尽可能进行GPS复测,无法进行复测时,尽可能在车队宿营点布设新的GPS点。在距离中山站约520km处,利用GPS RTK技术,进行了内陆新站DEM的地形图测绘工作,具体而言,在中心点假设一台GPS参考站,进行几个小时的GPS静态观测,然后按照一定的空间分辨率在2km*2km范围内进行流动站测量,并在四个角点布设了新的GPS 点位。到达昆仑站区后,积极进行以昆仑站为中心的30km*30km范围进行GPS RTK测量,这些点位的复测结果将与24次队结果进行比较,最终确定昆仑站区的冰流速状况,进行相关的冰川学研究。

在中山至昆仑站断面综合考察方面,获取了大量珍贵的雪冰样品和数据资料,获得雪芯/雪坑样品总计11套,为历次考察队最多,采集表层雪样品124组。此外,为研究南极低温环境下的生命过程,通过预先处理(添加RNA固定剂)样品瓶采样,获取雪冰样品500余份。在距离中山站520km处和昆仑站分别钻取浅冰芯各一支。对断面上的587根物质平衡竹竿进行了测量,获得了第一手的物质平衡观测资料。按照10km间隔,分别测量了表层雪密度、气温和15cm雪温,总计获取了124组。此外,对每一个雪坑的层理结构、温度及密度等均进行了详细测量和分析,共获取有效数据500余组。替换了中山站至昆仑站断面上3个地震台的数据硬盘,多个磁力计的数据盘,并在中山站安装地震台1台。

图4:雪坑观测与样品采集

在冰雪界面生态地质学监测和调查方面,在沿途各地和昆仑站的上风向监测了当地的气态总汞浓度,本次测得的浓度范围主要介于0.5—1.0 ng/m3,这个数值远低于全球的环境本底值(1.5 ng/m3)。采集雪坑6个,共采集样品300瓶。每隔10 km 采集一个表层雪样品做化学元素分析,共采集100瓶,每隔20 km 采集一个表层雪样品做重金属分析,共采集60瓶;另外还做了5个空白作对比。在每个宿营地采集一个样品,在昆仑站时每隔三天采集一个样品,本次共采集24个样品。初步发现南极地区从沿海到内陆的大气汞浓度只有全球环境本底值的二分之一左右,而且没有明显的逐步递变趋势,初步认为南极内陆地区的环境很少受到外来污染源的污染,基本保持了较为原始的状态,这对于人类认识过去、探索未来人与自然和谐相处具有宝贵的科研价值。



考察队员

考察队员 单位 工作地点 考察类型 角色
范晓鹏 吉林大学 内陆冰盖 度夏 冰芯钻探
张楠 吉林大学 内陆冰盖 度夏 冰芯钻探
姜华 上海宝产轻型房屋有限公司 内陆冰盖 度夏 机械工程
王云龙 上海宝产轻型房屋有限公司 内陆冰盖 度夏 机械工程
荀水彪 上海宝产轻型房屋有限公司 内陆冰盖 度夏 机械工程
周景武 上海宝产轻型房屋有限公司 内陆冰盖 度夏 机械工程
杨元德 武汉大学中国南极测绘研究中心 内陆冰盖 度夏 导航与测绘
郭井学 中国极地研究中心 内陆冰盖 度夏 冰川观测
史贵涛 中国极地研究中心 内陆冰盖 度夏 副站长/冰川观测
周宏岩 中国极地研究中心 内陆冰盖 度夏 副站长/天文观测
崔鹏惠 中国极地研究中心 内陆冰盖 度夏 副站长/机械师
田启国 中国极地研究中心 内陆冰盖 度夏 天文观测
孙波 中国极地研究中心 内陆冰盖 度夏 站长
徐灵哲 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 内陆冰盖 度夏 天文观测
李传金 中国科学院寒旱区与沙漠环境研究所 内陆冰盖 度夏 冰川观测