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【長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)】10年“冰雪之約”,這群武漢人在青藏高原給冰川做全身“CT掃描”

發(fā)表日期:2022-04-07來(lái)源:精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院放大 縮小

  長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)大武漢客戶端3月31日訊(記者周劼)尋冰、踏冰、測(cè)冰,冰上有最好的年華,鍛造了一群特殊的武漢人:身在武漢,心系千里之外的青藏高原冰川、積雪、凍土。在位于武漢的中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院,有一群研究了青藏高原冰川10年的人。

  用雷達(dá)衛(wèi)星給冰川做全身“CT掃描”,把每一條冰川的三維地形都重建出來(lái),測(cè)量它們近幾十年的冰量變化,并分析氣候變化下冰川消融所引起的水資源和災(zāi)害問(wèn)題,這是武漢冰川人的主要工作。

  團(tuán)隊(duì)利用測(cè)算出來(lái)的冰量變化,為珠峰高程測(cè)量和正在建設(shè)的川藏鐵路提供了數(shù)據(jù)支撐。又是一年春和景明時(shí),他們正忙著準(zhǔn)備今年的冰川之行。那是一個(gè)去了很苦,回來(lái)又很向往的地方。

科考隊(duì)在青藏高原測(cè)量冰川

  五顏六色的冰川

  騎馬轉(zhuǎn)過(guò)山路,米堆冰川撲面而來(lái),江利明一下被震撼到了,和祁連山、可可西里的冰川不一樣。

  江利明是中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院大地測(cè)量研究部研究員。他形容說(shuō),米堆冰川是“五顏六色”的,周邊是山,分布著原始森林,一條潔白的冰瀑下來(lái),末端有一些經(jīng)過(guò)重力擠壓形成的層層疊疊的冰裂隙,裂隙前一大片湛藍(lán)的湖水,下午三四點(diǎn)的陽(yáng)光正好,山清、水秀、天藍(lán)、冰白,各種不同的景色都有。

  震撼的感覺(jué),柳林一樣熟悉。柳林是華中科技大學(xué)物理學(xué)院引力中心副研究員。柳林講起下車第一眼看到普若崗日冰原的情形——冰“川”如瀑布如河流,冰“原”則不同,更像一堵20米拔地而起的陡峭高墻,學(xué)名叫作“冰舌”,遠(yuǎn)眺看不見(jiàn)盡頭,仰視看不見(jiàn)盡頭,這個(gè)東西確實(shí)有點(diǎn)意思。“有點(diǎn)意思”是他不愿意以太文學(xué)化的語(yǔ)言描述自然景觀的口頭禪。普若崗日是世界上中低緯度地區(qū)最大的現(xiàn)代冰原,末端海拔5400米,面積400多平方公里。

  青藏高原是三江源國(guó)家公園的核心區(qū),黃河、長(zhǎng)江國(guó)家文化公園的起始點(diǎn),高原之遼闊、雄渾,冰川之巍峨、壯美,是中國(guó)西部特有的詩(shī)意。

  江利明和柳林有一個(gè)共同的標(biāo)志:身在武漢,跑去千里之外測(cè)量、研究?jī)?nèi)陸冰川的冰川人。從2011年開(kāi)始接觸冰川,如今10年了,這群人中除了他們倆,還包括汪漢勝、沈強(qiáng)、黃榮剛等,有好幾位副研究員,包括半途調(diào)整了研究方向的研究員,還有一幫已畢業(yè)或在讀的博士生。江利明一一細(xì)數(shù),不下20人。

  之前未見(jiàn)過(guò)真正的冰川

攀登接近冰川末端

  “我住長(zhǎng)江頭,君住長(zhǎng)江尾。日日思君不見(jiàn)君,共飲長(zhǎng)江水?!遍L(zhǎng)江源頭,冰雪融水,流經(jīng)千里,路過(guò)武漢。武漢冰川人研究冰川最簡(jiǎn)單的理由,我們共飲的是冰川水。

  江利明解釋說(shuō),冰川離我們很遠(yuǎn),但也很近,和我們現(xiàn)在及將來(lái)的生活密切相關(guān)。尤其是近50年來(lái),青藏高原變暖的速率是全球同期平均的2倍,冰川快速消融,對(duì)當(dāng)前和今后人類社會(huì)都會(huì)有直接的影響。

  江利明團(tuán)隊(duì)測(cè)量冰川地形地貌的方法,簡(jiǎn)單說(shuō)就是兩顆雷達(dá)衛(wèi)星同時(shí)發(fā)射微波,再接收反射波,利用兩幅雷達(dá)影像的時(shí)間差(相位),來(lái)測(cè)算衛(wèi)星到冰川的距離信息,從而繪制出冰川地形和冰量變化,學(xué)術(shù)上叫作“成像雷達(dá)干涉測(cè)量”。

  這種測(cè)量方法它的好處是測(cè)量范圍大,白天黑夜、云雨天氣都能觀測(cè)。此外,兩顆衛(wèi)星同時(shí)成像,減小了冰川表面和大氣變化的干擾,突破了冰川測(cè)量“難測(cè)準(zhǔn)、難測(cè)全、難測(cè)密、難測(cè)快”的共性瓶頸。

  江利明,江西人;柳林,湖南人,除了書(shū)本上的冰川概念,在做冰川測(cè)量之前,他們都從未真正見(jiàn)過(guò)冰川。不僅他們,團(tuán)隊(duì)幾乎所有人都是從冰川“小白”一躍成為冰川人。柳林開(kāi)玩笑說(shuō),就像游泳,被一腳踹進(jìn)了水里撲騰,我們一下被扔進(jìn)冰川無(wú)人區(qū),折騰就成了冰川人。

  用雷達(dá)衛(wèi)星給冰川做全身“CT掃描”

  引導(dǎo)江利明、柳林他們做這樣轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵人是在2021年去世的中國(guó)科學(xué)院院士許厚澤先生。

  “小江啊,青藏高原冰川研究很辛苦但很重要,是國(guó)際上科學(xué)研究的前沿,也是國(guó)家正在部署的重大戰(zhàn)略任務(wù),你這個(gè)技術(shù)在冰川測(cè)量方面大有作為?!苯鬟€記得許院士見(jiàn)到他時(shí)的不斷叮囑。

  那時(shí),從武漢大學(xué)博士畢業(yè)的江利明還在香港中文大學(xué)做博士后。許院士把江利明作為人才引進(jìn)回武漢,一方面補(bǔ)全衛(wèi)星雷達(dá)干涉測(cè)量的學(xué)科短板,另一方面也指出將這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用到冰川測(cè)量的當(dāng)務(wù)之急。

  當(dāng)時(shí),柳林剛考上許院士的博士生。他感受到的則是一種學(xué)科上的緊迫感。他們開(kāi)始做冰川測(cè)量的時(shí)候,青藏高原只有一些為數(shù)不多的地面觀測(cè)數(shù)據(jù),而中國(guó)冰川的衛(wèi)星大地測(cè)量主要是國(guó)外團(tuán)隊(duì)在做。許院士讓團(tuán)隊(duì)思考,如何在這方面加強(qiáng)攻關(guān)做出有特色的成果。

  時(shí)任中科院測(cè)量與地球物理研究所所長(zhǎng)的孫和平院士也一直非常重視這項(xiàng)研究,在團(tuán)隊(duì)建設(shè)和科研經(jīng)費(fèi)上給予了很大支持。

  青藏高原是全球中緯度地區(qū)最大的山地冰川聚集區(qū)和發(fā)育區(qū)。青藏高原大約有10萬(wàn)多條冰川,冰川融水成為國(guó)際7大河流、國(guó)內(nèi)3大河流,總計(jì)10條以上主要河流之源頭。

  用雷達(dá)衛(wèi)星給中國(guó)內(nèi)陸乃至亞洲中部山地冰川做一次全身“CT掃描”,把每一條冰川的三維地形都重建出來(lái),測(cè)量它們近幾十年的冰量變化,并分析氣候變化下冰川消融所引起的水資源和災(zāi)害問(wèn)題,就是武漢冰川人的主要工作。

  繪制了青藏高原目前為止覆蓋廣且最詳細(xì)、最精準(zhǔn)的冰川地貌圖;分析了亞洲內(nèi)陸冰川數(shù)十年的變化過(guò)程,精密測(cè)量了中國(guó)西部冰川的冰量變化和冰川流速;發(fā)現(xiàn)了一些新的青藏高原冰川現(xiàn)象,比如喀喇昆侖冰川異常東擴(kuò),冰川融水不是長(zhǎng)江源區(qū)水位快速上升的主要因素;研究了青藏高原冰川變化趨勢(shì)及其對(duì)區(qū)域水資源、生態(tài)環(huán)境、冰雪災(zāi)害、川藏鐵路工程建設(shè)等諸多方面的影響……10年過(guò)去,武漢冰川人從未離開(kāi)過(guò)冰川,許院士曾經(jīng)憧憬的“一些工作”也變成斐然的成績(jī)。

  對(duì)于《復(fù)雜環(huán)境冰川地形與冰量變化雙站InSAR精密測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》的成果,為什么能拿到中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)“測(cè)繪科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”2021年度一等獎(jiǎng),江利明分析,一是創(chuàng)新了理論方法、關(guān)鍵技術(shù);二是有成套的技術(shù)體系和重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn);三是為青藏科考、川藏鐵路建設(shè)、2020珠峰高程測(cè)量等國(guó)家重大戰(zhàn)略任務(wù)提供了很好的數(shù)據(jù)支撐?!坝屑夹g(shù)創(chuàng)新,有科學(xué)發(fā)現(xiàn),有重大應(yīng)用?!苯髡f(shuō)。

  乍暖還寒,知道危險(xiǎn)也得上

把儀器人力背上冰川

  衛(wèi)星雷達(dá)干涉測(cè)量拍一張照就是50×50平方公里。全天時(shí)、全天候不間斷測(cè)量產(chǎn)生海量數(shù)據(jù),按說(shuō)坐在家里分析數(shù)據(jù)就行了?不,江利明和柳林異口同聲地說(shuō),干測(cè)量出身的,不僅要對(duì)那些衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密細(xì)致地分析,還必須去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)地考察永遠(yuǎn)是第一手資料,既是對(duì)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證校準(zhǔn),也是對(duì)現(xiàn)象的加深理解。

  上冰川,時(shí)間特殊,不能太熱,冰川消融,看不清原貌;不能太冷,大雪封山,無(wú)路可上。每年的9-11月便是觀測(cè)的窗口期,乍暖還寒,天氣也就陰晴不定。

  江利明團(tuán)隊(duì)第一次上祁連山老虎溝12號(hào)冰川就感受到了什么叫“漫天的雪無(wú)情”。大雪連下整10天,他們被困在駐地——中科院觀測(cè)站整10天,距離冰川不過(guò)一公里,相看兩不厭,卻無(wú)法更近一步。大雪阻止他們上冰川,不僅因?yàn)闅夂虻淖兓療o(wú)常,還在于他們要搬數(shù)百公斤的設(shè)備爬到冰川上游。江利明比畫(huà)說(shuō),老虎溝12號(hào)冰川末端海拔也有4500米。他們布的一種角反射器,1米×1米的邊長(zhǎng),一塊板子就將近4公斤,三塊板子加上腳鐵架,大約15公斤。一次得布6個(gè),每個(gè)之間間隔五六十米;還有一套地基雷達(dá)設(shè)備,250公斤。全部裝備都靠人背上去、抬上去。

架設(shè)在冰川上的測(cè)量?jī)x器

  雪停后,他們終于可以上山。布好所有的儀器設(shè)備花了3天時(shí)間。10月的冰川,上面是3至5米的冰,下面是一人多高的冰溶洞,水簾嘩嘩嘩地流下來(lái),看上去壯觀,踩上去危險(xiǎn)。人踩在冰上,最怕冰溶洞垮塌。“知道危險(xiǎn)也沒(méi)辦法,必須得上去?!苯髡f(shuō)。

  上山測(cè)量冰川,每天帶干糧,一干就是一整天,冷饅頭、面包、榨菜是標(biāo)配,熱水要留著喝,泡碗方便面都嫌奢侈。晚上回來(lái)一般都是住帳篷,一住兩個(gè)星期,住的時(shí)候大帳篷套小帳篷,一個(gè)大帳篷下一般五六個(gè)小帳篷,多的時(shí)候十幾個(gè),每個(gè)人晚上在自己的小帳篷里睡睡袋。

  高原雪山的氣候就像小孩的臉,一會(huì)兒冰雹,一會(huì)兒出太陽(yáng),一會(huì)兒刮風(fēng)下大雨,一會(huì)兒溫度驟降到零攝氏度以下,柳林更有切身感受,那次他跟隊(duì)去羌塘無(wú)人區(qū)考察,早上出發(fā),天氣還晴朗,下午三四時(shí)突降大雪?!澳莻€(gè)雪是想象不到的大,一個(gè)小時(shí)就可以下這么深?!彼檬直犬?huà)個(gè)深大約十幾厘米。當(dāng)時(shí)沒(méi)有任何準(zhǔn)備,皮卡車無(wú)法爬坡,四五個(gè)人下車推也推不上去,感覺(jué)要在野外露營(yíng)了。后來(lái)硬是把車推上去,摸黑回到營(yíng)地。第二天,他們又順著原路回來(lái),看到了一只被狼吃掉的藏羚羊。“我們經(jīng)常遇到狼,還遇到熊,狼是很多的?!绷值卣f(shuō),“當(dāng)時(shí)年輕沒(méi)覺(jué)得多可怕,還挺新鮮的,估計(jì)帶隊(duì)的老師嚇得夠嗆。直到回來(lái)之后才有一些后怕。”

  “野外做測(cè)量做科考還是很危險(xiǎn)的,家里人擔(dān)不擔(dān)心?”記者問(wèn)?!拔覜](méi)跟家里人說(shuō)。今天我跟你說(shuō)的這個(gè)事情,家里人都不知道?!绷执?。

  為建設(shè)川藏鐵路提供數(shù)據(jù)支撐

  江利明一直記得許院士這句話,“在武漢除了我們這個(gè)團(tuán)隊(duì),就沒(méi)有別的團(tuán)隊(duì)專門研究?jī)?nèi)陸冰川了,這份研究需要堅(jiān)守和傳承?!闭沁@份堅(jiān)守,無(wú)論團(tuán)隊(duì)人員進(jìn)進(jìn)出出,有的人離開(kāi)了武漢,到別的省市,但也都一直在堅(jiān)持著做冰川研究,其中有些已經(jīng)成長(zhǎng)為國(guó)家級(jí)高層次領(lǐng)軍人才、湖北省和武漢市優(yōu)秀人才等。

  柳林博士畢業(yè)那一年,自己研究冰川大地測(cè)量有些小眾,面臨找工作難的問(wèn)題,看著眼前的冰川不免有些焦慮,自問(wèn)為什么要做這么一個(gè)研究,做點(diǎn)別的不好嗎?許院士安慰他,要甘于坐冷板凳堅(jiān)持做下去,這個(gè)事情是很有意義的,國(guó)家也需要。

  正在建設(shè)的川藏鐵路林芝到雅安段,1000多公里,要經(jīng)過(guò)幾個(gè)大的冰川區(qū)。江利明團(tuán)隊(duì)利用測(cè)算出來(lái)的冰量變化,知道哪些冰川變化比較劇烈,對(duì)川藏線的影響如何,做了一個(gè)評(píng)估。他們將這些資料交給鐵路設(shè)計(jì)方,對(duì)鐵路的選址、選線提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。江利明說(shuō),冰川運(yùn)動(dòng)速度可以在瞬間提高上百倍,冰川消融會(huì)形成巨大的冰面湖,這些都很容易造成冰崩、冰湖潰決等重大自然災(zāi)害。掌握了冰川變化趨勢(shì),對(duì)鐵路橋梁參數(shù)的設(shè)計(jì)有重要意義。

  這就是國(guó)家需要,柳林說(shuō),他總希望自己的研究能為社會(huì)解決實(shí)際問(wèn)題。新冠肺炎疫情阻礙了前年去年上冰川,柳林現(xiàn)在正忙著準(zhǔn)備今年的冰川之行。再不能耽誤了,他指著一本書(shū)《地球的冰凍圈》的封面說(shuō),那是去了很苦,回來(lái)又很向往的地方。

  【編輯:商佩】

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