海拔4087米的南极内陆冰盖最高点冰穹A(Dome A),人迹罕至、空气洁净,处于南极大气对流层中部位置,是被公认的全球大气本底监测理想点位。我国首个南极内陆考察站——昆仑站就建设于此。
然而,这里自然条件极端恶劣,难以常年驻人,在极夜零下80℃的极寒中,能不能让大气本底监测站“自己工作”,在无人值守的情况下履行好它的使命?
中国气象科学研究院的一群年轻人正在为这个难题寻找答案——在青海省茫崖市冷湖镇冷湖天文基地,冷湖无人值守大气本底观测试验正在开展。依托该基地的“类极地”环境模拟条件,针对高海拔、低温、低气压环境下无人值守观测系统的关键技术,开展可行性验证研究。
试验组织者,副研究员田彪将其形容为一场“闯关游戏”——有的关卡难度极大,可能会困住他们很久,但要通向终级目标,每一关都绕不过去。
新春时节,记者一行登上海拔4000多米的试验平台,与这些年轻人一同,在这片苍茫戈壁上“打怪升级”。

中国气象科学研究院试验人员在试验现场合影。图/李子硕
从设想到落地,炼造足够“皮实”的装备
从冷湖镇中心前往试验基地,需要一个半小时的车程。这里天亮得晚,行程过半才能看见红日升起,路两边是苍茫的戈壁滩,仅有一条通向山上的路。
田彪边开车边眺望远处的目的地,“山上天气阴沉沉的,估计要变天了,大家都小心点高原反应。”田彪曾多次参加南北极科学考察,还曾随第39次南极内陆考察队抵达昆仑站。这次试验,便是他完成内陆考察归来后推动的项目。最初,这只是一个模糊的探索方向。
南极内陆是开展大气本底监测的理想之地,在南极内陆冰盖上建设本底站一直是极地气象工作者的梦想。2008年,我国首个境外大气本底监测站在中山站天鹅岭建成投用;2024年12月,南极中山大气本底站被纳入国家大气本底站监测序列。这座南极有人值守的大气本底站顺利运行,成功验证了在极寒环境条件下规范化开展大气本底监测的可行性。
这份突破,给了试验团队更多的信心。去年11月,观测试验在冷湖启动,一群年轻人向着无人值守的目标,踏上闯关之路。
从模糊的设想到真正落地,其间的艰辛超乎想象。一上山,迎接团队的就是一个坏消息——“昨晚方舱内温度过高。”工作人员口中的方舱,是无人值守大气本底观测试验装置的主体,容纳了发电机组、锂电池组、温室气体监测仪等仪器设备。
未来要在南极对抗极寒,此刻却要先解决自身“高烧”问题。来不及放下背包,田彪便低头钻进方舱,仔细检查后台运行数据,与团队讨论确定加装温控开关,自主控制排风换气、维持舱内温度。或许是感受到来自记者的关注,田彪转头摆摆手,不好意思地笑了笑,“在这暴露问题更好,决不能让它们‘带病’去南极。”

试验团队开展传统Flask玻璃气瓶人工采样,与自动采样数据进行比对。图/李子硕
别看这个团队平均年龄不过20多岁,却全部都有着极地工作的经历。他们天生就有一股昂扬向上的韧劲,商量完解决方案,又分头开展全自动采样和传统Flask玻璃气瓶人工采样的对比试验。
“这是自动观测的关键一步。”队员朱孔驹解释道,“之前在南极的时候,每天雷打不动要拎着装有Flask气瓶的箱子,走到离基地很远的地方开展大气观测,才能尽可能减少人为干扰,采集更纯净的大气。”
博士生崔祎格、赵怡曦操作仪器,清洗气瓶,一番操作下来,气泵却没有反应。“Flask气瓶采样失败。”一句话,似乎让原本就寒冷的山上,气压变得更低了。大家迅速围坐一旁,在工程师的指导下拆检仪器,拆卸掉原有的铅酸电池,重新连接气泵电路,经过一番调试,Flask气瓶终于恢复正常运行,他们将采集到的空气样本打包,日后将在实验室开展分析对比,评估自动采样可信度。
下一项任务是安装卫星通信装置,以实现数据的实时传输。记者跟着田彪、于亦宁爬上方舱顶,他们取下手套固定装置,不到一分钟,双手就冻得红肿僵硬。但这对他们而言已是见怪不怪。“这里充其量是‘冻手’,在南极不戴手套拧螺丝可是会被‘烫伤’的。”田彪伸出手,指关节处有一小片深色痕迹。原来,他所说的“烫伤”,是在低于零下三十多度的极寒中,皮肤接触金属工具后被冻伤所带来的如同烫伤的刺痛。“在南极,大风、低温、强紫外线是常态,工作难度成倍增长,特别是内陆考察,为了不耽误行程进度,会超负荷工作。所以,我们必须把一套‘完全体’的、足够‘皮实’的装置送到南极,不能留下隐患。”

记者拍摄试验人员安装卫星通信天线。图/李子硕
来之前,记者曾以为这个“科学试验”必然是高大上、严谨有序、按部就班的。但在现场看到的,却是一个个具体而琐碎的麻烦:方舱内温度过高、气瓶采样失败、数据传输中断、监控画面消失……科学的浪漫,常被描绘成星空与远方;而科学的真实,更多的是在日复一日、一点一滴中,攻克一个又一个细小却关键的难题。
从冷湖到南极,画一条不间断的线
距试验方舱不远处,有两间铁皮房子,供队员休息、临时办公。但由于人员频繁进出,再加上线路铺设的需求,房门总也关不严,室内外温度也没什么区别,寒风时常灌进屋里。
到了饭点,铁皮房子里,12桶泡面满满当当摆了一桌子。“之前我们吃自热米饭,可这里海拔高、气压低,米饭焖不熟,吃起来是夹生的。”朱孔驹笑着说,“还是泡面好,口味也多。”
记者来的前两天,山上断电了,一台小瓦斯炉烧开一壶热水需要二十分钟,且只够泡两桶面,12桶泡面泡完,足足花了两个小时。这天,试验中遇到的小插曲又拖慢了原本设定的日程,队员们吃饭更得见缝插针——面泡软了,人正忙着调试;人忙完了,面早已坨得不成样子。就着寒风吞下几口凉透的面,这样的狼狈,是队员们试验期间的常态。
下山时,天色已暗,极地考察的老前辈逯昌贵打来了电话。听完试验进展汇报后,他劝慰道,“创新的事儿,急不得,不顺利才是常态。”这是逯昌贵几十年来深耕极地科考的亲身体会。不只是大气本底站,很多适用于极地环境的仪器,由于应用面窄,研究机构和生产厂家都少,几乎没有先例可借鉴,都是这样一点点摸索、一点点试错“磨”出来的。
2023年,这项无人值守大气本底观测试验曾在南极泰山站开展初步试验,但试验持续30多天后,因能源供应问题没能继续下去。“数据虽短,但能够证实在这里开展本底观测的意义,而最重要的是坚持下去希望记录连续不断的数据,以后的人回头看,会发现这条线一直连着,没断过。”
这次试验告一段落,可预见的难题基本解决,自主温控系统、自主供能系统、大气成分在线监测与自动采样系统陆续完善。在后续一段时间里,设备的长期可靠运行也已通过检验。
但他们仍有很长的路要走,例如南极极夜条件下的能源供应问题还需要进一步开展验证,对于下一阶段的试验,他们已做好准备。
那晚,试验设备调试完毕,我们的采访也告一段落。队员们提议,既然来了冷湖,不如去看看这里的星空。青藏高原的星空低垂而璀璨,与万里之外的南极,共享同一份寂静与辽阔。
星空下,田彪说,第35次南极考察归来,他写下一首《给南极的歌》;第39次内陆考察后,他又写下《我的内陆兄弟》,只是这首歌尚未谱曲完成。前不久,他报名了第43次南极考察,希望能够入选。我们期待,将来他能带着CRUX在南极成功扎根、实现常态化运行的消息,写完那首未完成的歌。
(作者:张艺博?李子硕?王美丽?责任编辑:张林)