無定向學堂:國家科研40年 發展超低溫自動測氣象 南極療癒艙克服極晝與極夜

文章日期:2024年04月14日

【明報專訊】中國第一艘自主建造的極地科考破冰船「雪龍2」號上周訪港,向市民展示極地科研成果。南極長年陷於低溫狂風等惡劣環境,但研究人員仍不斷往返,只求揭開極地之謎,為氣候變化的對策帶來實證支持。中國極地研究中心(中國極地研究所)高級工程師羅光富早前在香港中文大學與本地中學生、大學生對談,會後接受傳媒訪問,分享過往在南極考察的點滴,以及過去40年國家在極地科研的成就。

投放「潛標」冬季持續觀測

羅光富從事極地科研工作10年,2014年首次乘坐雪龍號到南極考察,沿途看到壯麗的冰山,還有開闊的南大洋,「感受到了在南極之外感受不到的,千里冰封萬里雪飄、非常壯闊的場景,心裏有個非常大的震撼」。

在南極生活是怎樣的呢?羅光富指科研人員面對多重挑戰,先要抵受嚴寒與強風,南極冬天溫度或低至-30℃或以下,風速與香港人熟悉的颱風相若,環境非常惡劣。他在分享會中展示南極科學考察站「中山站」的真實片段,只見疾風下舉步為艱,更何况戶外工作。另一難關是紫外線輻射強烈,參與過8次南極考察的羅光富直言:「基本上每去一次南極,回來之後都會脫一層皮,現在差不多六七次了。」

科技發展有助考察隊應對極地挑戰,羅光富特別提到無人觀測設備愈趨成熟,讓科學家可以留在室內整理、分析數據,減少在低溫大風中外出作業的日數,確保安全。自動氣象站可以全年運作,持續記錄並傳送氣溫、風速、相對濕度、輻射等數據。自2010年,中國氣象科學研究院極地氣象科研團隊開始研發超低溫電池、風速儀、能源控制模組等多種設備,考察隊員多次在南極野外試驗,最終發展出新一代超低溫自動氣象站。繼澳洲、美國之後,中國成為第三個在南極超低溫地區,有能力連續自動氣象觀測的國家。

羅光富本身從事海洋研究,透露團隊也會把「潛標」扔到南大洋的海底,「潛標」是一套裝有許多傳感器的設備,可以全年觀測不同層次的海洋環境。極地科考破冰船「雪龍2」號一般在南極的夏季,即大約從11月到翌年4月停留考察,至冬季便會離開,「如果有這個無人觀測的設備,我們就可以觀測到這一段科考隊員不在時(南極)環境變化的信息」。

預報系統避氣旋 減暈船日數

中國自1984年開展南極探索,近日訪港的「雪龍2」號為第四代考察船。第一代考察船「向陽紅10號」並非為極地考察設計,不配備破冰功能。「那時候在船上生活對人的挑戰是非常大,特別是暈船的時候,又要嘔吐,然後又要堅持把這個任務完成。」對浩瀚的南冰洋而言,再大的考察船也不過一葉輕舟,船中人更顯渺小,必須克服隨風浪而來的暈船症狀。時至今日,「雪龍2」號擁有先進的氣象預報系統,每天會接收到國家海洋環境預報中心的氣象預報圖,船長能夠根據數據繞過氣旋,減少暈船的日數,「科學家就可以吃得更香,睡得也更香」。

一般人對每天日出日落習以為常,兩極地區的科研人員卻要適應另一種日常:極晝與極夜。夏季發生的極晝指太陽一整天都在地平線以上,「像我們12月過去,基本上就是極晝」;冬季的極夜則相反,終日不見太陽。正值4月,羅光富提到目前身處南極那端的科學家正處於極夜,看不到太陽。

工業化社會中人們不再日出而作,日入而息,不過夜幕低垂仍然是上床睡覺的某種提示。極晝極夜會擾亂睡眠作息,繼而影響科考隊員的心理質素。由同濟大學師生團隊研發的「療癒艙」,已在南極中山站投入服務。根據央視新聞報道,科研人員在極地環境中缺乏自然聲,艙頂的穹形療癒燈可營造沉浸式的環境體驗,改善人們因被剝奪感知而產生的焦慮。此外,考察隊員會定期前往「療癒艙」參與實驗,收集唾液等標本後再作分析,作為改善極地考察醫療保障的依據。

北冰洋酸化速率全球最高

中國極地考察從1984年開始,今年踏入第40周年,歷年取得非常多重大成果,羅光富舉了其中3個例子。2000年,中國科技大學孫立廣教授在科學期刊《自然》發表論文,他的團隊結合地質學和生物學,研究南極企鵝的糞土層,藉此了解其生態歷史。根據內地媒體報道,孫立廣和博士生謝周清找到一段「3000歲」且含有企鵝糞的泥芯,分析其中氟、磷等9種元素濃度,推測3000年來企鵝數量的變化。他們發現距今1800至2300年前,地球氣候發生顯著變化,企鵝數量也銳減,證明兩者有着密切關係。

全球暖化導致極地冰蓋融化,海平面上升。中國極地研究中心副主任孫波追查冰蓋的演化,藉分析冰厚分佈和冰下地形三維數據,證明南極內陸冰蓋最高區域「冰穹A」為南極冰蓋的起源地。團隊揭示冰蓋歷史可追溯至3400萬年前,研究結果有助人們認識冰蓋與氣候變化的互動。這項研究由來自中、英、日三國的9名學者合作完成,2009年刊登論文。

中國另一重大極地研究成果關於海洋酸化,陳立奇教授團隊整合北冰洋近30年的船載觀測數據,發現其海洋酸化速率為全球最高,且為世界上其他大洋的3至4倍。酸化對海洋生物造成重大影響,故需要及早應對。羅光富指出,上述研究成果未必直接與氣候變化有關,但有助奠定科學家認識自然環境的基石,才能更有效制訂保護極地環境的措施,積極應對氣候變化。

公開招募隨團後勤崗位

哪些專業背景人士可參與極地科研?除了像羅光富來自海洋專業,他說每次「雪龍2」號前往考察,船上都會有1至2名氣象預報員隨行,南極中山站和長城站更有預報員駐守站內工作 。雪龍號與「雪龍2」號均配備直升機,故飛行員的崗位也很重要。前往南極旅程險惡,後勤人員提供很大支持,包括船長船員團隊、醫生、電子工程師和廚師等。他表示,這些後勤崗位會公開招募,可以留意微信公眾號「雪龍探極」。香港極地探險家李樂詩,當年也不是以科學家身分登上雪龍號前往南極,而是一名攝影師和記者。

學生奏樂曲 畫家睹冰山消失

有別於羅光富投身官方科研工作,香港中文大學賽馬會氣候變化博物館MoCC學人鍾芯豫去年跟隨國際考察團前往南極,從民間科學、公眾角度參與。「我覺得氣候變化是一個很多元化、跨學科的問題,所以不論你是讀什麼專業,也可以有不同的方式去連結。」同團不止科學家,背景各異的參加者以不同方法喚起大眾對氣候變化的關注,有學生在冰川前彈奏記錄南極的歌曲,畫家相隔20年再到訪南極同一地點作畫,對比下明顯看到很多冰山已經崩塌。

踏足極地的人少之又少,要向普羅大眾帶出氣候變化的信息,鍾芯豫認為可以從個人經歷說起。她小學時訪問過李樂詩,對方一邊展示企鵝照片,一邊講述牠們如何受氣候變化影響,令她印象深刻。「她(李樂詩)還跟我們說,地球好像困在一個微波爐裏面 ,氣溫不斷提升,快要爆炸了。那時候我就很害怕。」如此人性化的描述,讓鍾芯豫走上推廣氣候變化之路。了解極地不一定透過科學知識,鍾芯豫記得羅光富向中學生分享時,着他們不用向南極考察站「中山站」的隊友問複雜的問題,「可能就問他們今天什麼氣溫、今天風大嗎?就是一些很簡單的問題,就可以讓現場觀眾聯繫到風真的超大,像香港颱風一樣。」

文˙ 朱令筠

{ 圖 } 中國極地研究中心、黃志東

{ 美術 } 張欲琪

{ 編輯 } 朱建勳

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