[科学技术]首次南极无人机业务化观测考察完美收官探寻南极冰盖冰面融池的奥

探险队员李腾和赵建在鹰嘴岩火山口边缘工作(图中蓝色的水坑是融冰池)

探险队成员李腾正在进行rtk测量和记录

随着南极夏季的到来，白色的南极冰原上出现了许多水坑，在极端的阳光下闪着蓝光。

这些大小不一、形状各异的水坑被称为“融冰池”。它们不仅点缀着南极美丽的夏装，而且具有很高的科研价值。

刚刚结束的中国首个南极无人机业务观测考察，已完成43次完美飞行，有望揭开全球变暖背景下南极融冰池之谜。

南极冰融化池的研究刚刚开始

近年来，融冰池的增加已成为北极海冰快速融化的重要证据之一。中国第四次北极考察航空空遥感观测结果表明，北极附近海冰密度小于85%，浮冰之间有大量水道，海冰融化池明显发育。

“不仅北极海冰，而且随着全球变暖，北极陆地上的格陵兰冰盖的融冰池也非常发达。许多地区甚至形成了冰水系统，这在卫星图像上可以看到，来自世界各地的科学家做了更多的工作。”北京师范大学全球变化与地球系统科学研究所所长程晓在接受《中国科学杂志》采访时说。

与北极相比，南极冰盖周围地形陡峭，融冰池规模通常较小，仅分布在冰盖边缘的部分区域，从中高分辨率卫星图像中很难找到。

“虽然融化池只出现在冰盖外缘的一小块区域，但是冰盖外缘的融化和解体会导致冰盖上的冰加速流入海洋。”程潇说:“融化池中的水会渗透到冰面下，或者形成裂缝，或者在冰面底部形成润滑，从而影响冰盖的不稳定性。”

研究表明，近几十年来，南极半岛已有10多个冰架崩塌、消失或显著退缩，其中大部分是由冰池融化造成的。而国际上对融冰规模较小的东南极地区融冰池的研究才刚刚起步。

在第33次南极科学考察中，程潇率领的极地遥感研究小组发现，中国南极中山站附近的达弧冰川有许多融冰池，但在中高分辨率卫星遥感图像中却没有见到。

因此，在今年中国第34次南极科学考察中，他们使用配备可见光相机、倾斜相机、激光雷达等传感器的“极地之鹰iii-r”无人机，收集了全球变暖背景下南极冰盖融化池的宝贵研究数据。

无人机航空摄影的曲折

“这次经历的惊心动魄和波折，完全比得上惊心动魄的好莱坞大片！”回顾过去一个半月的南极考察，北师大全球变化与地球系统科学研究所博士生李腾非常激动。

虽然他和他的同学赵建都是第一次去南极，但他们默契配合，无人机航空摄影迅速顺利走上正轨。

但是极地野外工作总是伴随着意想不到的情况，有些想破头也无法预测。另外，南极条件恶劣，很多时候要靠天气吃饭。

2017年12月21日中午，已完成航拍的f300无人机返回着陆点附近准备下坡时，发生事故。飞机长时间没有下降高度，逐渐偏离预设着陆点。

"飞机的高度测量系统有问题."李腾希望飞机的自动驾驶系统是“合理的”，并返回到预定的着陆位置，但不幸的是，飞机失去了联系。

经过慎重考虑，他们又放出了一架无人机进行搜索。幸运的是，丢失的无人机是在距离预设着陆点5公里左右的达尔卡冰川表面找到的；但是很不幸，因为冰川表面覆盖着冰裂缝，最深处几十米，靠人类的介入是不可能拿回来的，所以最后只好放弃，无人机永远停留在南极冰盖上。

从那以后，李腾和赵建在任务的前一天反复检查设备和调试软件。“我太紧张了，晚上睡不好。类似的感觉可能还是高考前一天。”。

尽管困难重重，但在一个半月的时间里，他们利用无人机收集了大量的现场遥感观测数据。除了对融冰池和冰架进行航空摄影外，他们还帮助中国极地研究所收集预选的兰124g机场的数据，实时观测“雪龙”号的海冰情况。

南极科研无人机的应用有望正常化

南极无人机卓越的作战观测成果，让程潇坚信，无人机作为一项新技术，必将在极地探险中得到越来越深入的应用。

近年来，无人机在中国南极考察中的应用水平有了很大提高。随着各种型号在极地的成功试验，我国的无人机基本上可以为后勤和科研保障提供技术支持。在世界各国中，我国是极地无人机应用水平最高的国家。

接下来，程潇希望在无人机上安装一些新的传感器，通过这些复杂的负载在极地探测更多的信息。

“现在我们的许多机制还不清楚。比如，我们只知道融化池中水的渗入会增加冰架裂缝的发生，导致崩解形成冰山，但是冰山在海洋中之后是如何影响海冰的，还需要进一步研究。”程潇坦言，这些问题不是卫星遥感可以解决的，需要aerial/きだよ 0号和/或近地无人机进行局部深入调查。

他说，卫星的优势是宏观的，可以做大范围的调查，但看不到局部微小的过程，而无人机的优势是可以做更细致的调查。两者结合才能知道为什么，为什么。

“未来，无人机将正常进入南极地区，既服务于科学研究，又提供后勤支持。”程潇说。