中山站科学考察现场实施计划

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	人民网 >> 科教 >> 科技	2000年12月29日14:55

中山站科学考察现场实施计划

    一、气象常规与臭氧观测（度夏、越冬）

    执行人：祁栋林  中国气象科学研究院

            姜德中  国家海洋环境预报中心

    （一）常规气象观测、预报

    1、目的意义

    常规气象观测是气象工作和大气科学发展的基础，全球大气是一个相互作用的统一整体，南极地区的气象台站是世界天气监视网中不可缺少的重要组成部分。目前在南极地区已有20个国家建立了52个有人气象站64个自动气象站，列入了全球天气监视网（WWW）或全球自动观测中继系统（ARGOS），其中也包括我国的长城站和中山站。南极是全球气象资料最贫乏的地区，气象台站的密度远小于人类居住的其它地区，在卫星遥感技术飞速发展的现代，为了对卫星遥感资料提供地面验证，以及由冰雪代用资料建立南极地区长期气候序列，南极地区的地面现场气象观测仍是不可取代的。

    2、观测历史

    继1985年2月建成了中国南极长城站气象站后，1989年2月在东南极建成了中国南极中山站气象台。目前，中山站气象台已初具规模，地面观测系统、发报、气象通讯系统基本实现了遥测和自动化，达到国外站同类水平，是我国在东南极及其向南极内陆进军的重要基地。与长城气象站一样，中山气象台地常规气象观测的业务维持也由中国气象科学研究院负责，考察人员由中国气象科学研究院和国家海洋环境预报中心推荐派出。

    3、与研究计划的联系

    在长城站和中山站得到的常规地面气象资料，是我国独立在南极取得的，它对我们认识南极是非常宝贵的。资料的观测、整理、审核等工作是完全按照中国气象局的地面气象观测规范进行的。长城站和中山站的常规地面气象资料，在南极“八五”和“九五”国家科技攻关课题的气象、海洋、地理地貌、冰川、生物、医学、环境、建筑等学科研究中得到了广泛应用。

    4、仪器状况评估和今后的发展

    南极中山气象站已正常运行了12年，为我国的南极气象考察与研究取得了第一手资料。自14次南极考察起，对南极长城气象站及中山气象台的常规地面气象观测系统进行更新和改造，逐步完善和改进南极站气象常规观测系统，确保目前正在进行的观测在同一基准上继续下去。

    5、现场执行内容

    （1）、常规气象观测：每天进行4次定时地面气象观测（北京时02、08、14、20时），编制气象电报，由甚高频话报或与微机联接的数字通信系统，通过澳大利亚戴维斯站将资料传入世界天气监视网。按地面气象观测规范要求，白天守班，随时监测和记录天气变化。中山气象台的观测项目有：云，能见度，天气现象，风向，风速，温度，湿度，气压，日照等。

    （2）、气象资料的接收：利用气象资料无线短波接收系统，接收南极地区的天气图、气象报以及站区附近地区冰情图；利用高分辨卫星资料处理和图像显示设备获取和记录高分辨NOAA卫星的AVHRR与TOVS数字及图像资料，并为站区气象预报和海冰冰情分析提供现场图像和资料服务。

    （3）、天气分析和预报：利用接收的气象资料，结合本站观测资料，对站区的天气形势进行分析，每天根据站区施工和野外科学考察的需要，向全站提供短期天气预报服务。

    （4）、气象资料的整理：每日常规观测资料按规定格式录入计算机，并对常规观测的气象资料进行初审。编制气象资料月报表和年报表。每月初，将上月气候简报发往极地办并转气科院极地气象研究室。

    （二）海冰和辐射观测

    每天到海上进行一次冰、雪、水面反照率及表面温度观测，10天进行一次冰厚、冰山分布、水温等观测，需要交通工具雪地摩托车及2人协同进行工作，对收集的资料及其对应的温、压、湿、风气象资料进行整理。

    （三）南极臭氧及有关观测

    1、目的意义

    南极臭氧洞与全球变暖一样，是当前科学家、社会公众和政府广泛关注的热点问题。南极臭氧洞的出现是人类活动与自然过程共同作用导致全球气候环境恶化的重大例证，也说明了远离人类活动的南极地区是研究全球变化的关键区域之一。臭氧与UV-B辐射的监测与模式研究，是南极全球变化研究的重要问题之一。我国中山站处于臭氧洞的边缘地带，经常可以观测到臭氧洞的进退和伸缩，对研究南极臭氧洞及相关过程十分有利。

    2、观测历史

    从1993年起，在中山站用中国气象科学研究院提供的BREWER臭氧探测仪器进行了大气臭氧总量、二氧化硫、二氧化氮总量及紫外UVB观测。利用中山站的资料，结合国外资料，分析研究了南极臭氧变化与紫外辐射及其它微量气体的关系；建立了二维大气臭氧动力-化学-辐射耦合模式，为“九五”期间深入研究南极臭氧变化变化机制及其对全球变化的影响打下了良好基础。

    3、与研究计划的联系

    本观测是“九五”国家科技攻关计划98-927项目03专题第3子专题“南极臭氧和紫外辐射的监测和变化机制研究”工作的重要内容之一。通过观测将获取较长期、完整的中山站地区大气臭氧总量、二氧化硫、二氯化氮总量及紫外UVB观测资料，完成符合国际交流的资料报告；定量描述南极地区大气臭氧变化特征，为完成专题研究计划提供资料。

    4、仪器状况评估和今后的发展

    Brewer是与国际接轨的臭氧观测仪器，已正常运行了7年，16次南极考察时，已对仪器进行了国际标定，今后要解决仪器配件、备份及臭氧观测业务维持经费等问题。

    5、现场执行内容

    （1）Brewer观测：按全国大气特种监测网Brewer仪器观测规范，每天进行大气臭氧、二氧化硫、二氧化氮总量及紫外UVB观测。夏季把仪器对准太阳进行观测；冬季在天气条件许可时，对准月亮观测。中午12：00-13：00及晚上20：00-21：00要巡视检查仪器工作状态。

    （2）资料整理：每日的BREWER观测资料按规定格式录入计算机，并对观测资料进行初审。编制资料月报表和年报表。在每月初，将上月逐日BREWER观测资料探测简报发往极地办并转气科院极地气象研究室。

    （四）其他需说明的问题

    获得的有关数据的交换与存档，按国家海洋局极地考察办公室规定执行。

    二、中日合作高空大气物理观测（越冬）

    现场执行人：黄德宏  中国极地研究所

    （一）目的意义和历史背景

    我国南极中山站（69°22′S，76°23′，L=13.9）白天处于磁层极隙区，晚上处于极盖区，可以观测到丰富的日地能量传输过程的电离层征兆和极光现象，是开展高空大气物理现象观测研究的理想场所。

    根据中国南极考察科学研究“八五”计划和“中日南极中山站科学研究的合作协议”，在国家南极研究学术委员会的指导下，在海洋局极地考察办公室的组织和领导下，中国极地研究所在中山站建立了包括有八台先进仪器在内的高空大气物理综合观测系统。该综合观测系统采用多手段、多频段的观测方法，观测要素基本配套，涉及到电离层电子密度、电离层漂移、电离层吸收、极光全天空图像、极光光度、地磁三分量、脉动和甚低频辐射等。在二十多个国家建立的五十多个常年观测站中，中山站高空大气综合观测系统已跻身于世界前五位，可与昭和站（日本）、哈利站（英国）、南极点站（美国）、戴维斯站（澳大利亚）等同类系统相媲美。

    现场观测的目的是利用南极中山站高空大气综合观测系统获取多手段、多频段的连续观测资料，实现对南极空间环境的地面连续监测，提供高质量的观测数据为多个国家研究项目、国家自然科学基金项目服务，为中日、中澳、中挪等国际合作研究项目服务。

    南极中山站高空大气物理观测研究服务于下列研究课题：

    1、国际合作项目：“中国极地研究所与日本国立极地研究所合作研究和学术交流协议”；

    2、南极九五科技攻关项目第三专题：“南极大气和空间物理过程对全球变化的响应研究”；

    3、国家科技部重点基础性项目：“极地科学数据库建设”；

    4、国家自然科学基金重大项目：“日地空间灾害性扰动过程及其对人类活动的影响”中的第四子课题“空间灾害性天气扰动过程的因果链模式和预报方法研究”；

    5、国家自然科学基金重点项目：“极区电离层——磁层耦合和极光动力学研究”；

    6、国家自然科学基金项目：“极区高空大气对灾变式太阳活动事件响应的观测研究”；

    7、国家自然科学基金项目：“极光区电离层模拟研究”；

    8、国家海洋局青年海洋科学基金：“利用数字式电离层测高仪（DPS-4）研究南极中山站电离层特性”、“南极中山站日侧极光运动特性与极区电离层对流的相关研究”；

    9、中科院九五基础重大研究项目：“23周峰期太阳活动及近地空间效应的观测和研究”。

    （二）实施计划具体内容、考察方法和手段及使用的仪器设备名称

    1、中山站高空大气物理综合观测系统：

    DPS-4数字式电离层测高仪；

    多通道扫描光度计（Scanning Photometer）；

    全天空电视摄像机（All Sky TV Camera）；

    成像式宇宙噪声接收机（Imaging Riometer）；

    磁通门磁力计（Flux-gate Magnetometer）；

    感应磁力计（Induction Magnetometer）；

    地面臭氧监测仪（Surface Ozone Detector）；

    CCD单色极光全天空摄像机（CCD All Sky Camera）。

    2、常规观测

    （1）DPS-4数字式电离层测高仪

    观测内容：扫描电离图；电离层漂移测量。

    工作量：每小时8次。

    数据处理：每周更换记录磁带，读至硬盘后刻录到光盘。

    （2）多通道扫描光度计、全天空电视摄像机、CCD单色极光全天空摄像机

         晴朗无月光条件下，无论有否极光出现都需观测，极夜期间整日观测。

    （3）磁通门磁力计、地面臭氧监测仪、感应磁力计

         仪器整日工作，定时更换记录介质。

    （4）成像式宇宙噪声接收机

         仪器整日工作，定时更换磁光盘。

    3、太阳活动23周峰期的加密观测

    目前太阳活动处在23周峰年，日地扰动事件频繁发生。在某些特定时间可能需要进行加密观测或参加国际联测，工作量会成倍增加。

    4、数据复制

    根据中日南极中山站高空大气物理合作协议，所得观测高空大气物理数据共享，源观测数据一式两份。为减轻数据运回国内后庞大的查找及复制任务，数据将在观测完成后在中山站及时复制。

    5、全天空电视摄像机系统的更新

    添加视频采样卡，完成电视信号的模转数工作，数据记录至光盘。

    6、仪器设备的日常维护

    定期维护仪器设备，更换记录媒体，及时进行系统的定标和校准。成像式宇宙噪声接收机的天线场地较大，个数较多（64个天线组成的天线阵），DPS-4天线离站区较远，度夏期间需经常巡视，检查天线与馈线的连接状况和室外探头的连接状况。

    （三）现场所需的支撑条件

    多通道扫描光度计、全天空电视摄像机、CCD单色极光全天空摄像机均对光线特别敏感，过强的光线可能会造成仪器的永久性破坏。希望在这3台仪器工作时，严格避免光线的直接照射，站区不要开强光灯。

    另外，由于极光观测的特点决定了工作上的昼夜颠倒，尤其在极夜期间，极光观测时间长达20小时，加上UAP观测栋离站区较远，观测人员非常辛苦，衷心希望队友能给予体谅和帮助，同时希望充分保障UAP观测栋的通讯、供电和供暖。

    （四）其他需要说明的问题

    获得的有关数据的交换与存档，按国家海洋局极地考察办公室规定执行。

    三、地磁常规观测（越冬）

    执行人：徐永生  中科院地质与地球物理研究所

    （一）课题历史背景、目的意义

    本所曾参加1984年长城站地磁与高空大气科学考察，后又连续参加了先后由国家南极委、中国科学院、国家基金委支持的七五、八五和九五期间的南极高空大气物理科考和研究。本科学考察项目的目的是在中山站这样一个典型的极区环境下，测量地球磁场、超低频波和甚低频波的基本特征及随太阳活动变化的规律。结合本站以及北极对应地区地磁和极光的观测，研究太阳风-磁层-电离层的能量耦合规律。

    （二）主要工作内容、方法及使用的主要仪器

    1、观测地磁场的绝对值，F，D，I，每周一次。

    2、两套相对观测。笔尖记录仪，连续观测，每月换记录纸；微机记录，每三天换一次磁盘。两套仪器均要经常检查。

    3、结合磁暴和极光观测，作地磁脉动（ULF）观测。每二日换一次记录纸。

    4、与极光观测同步，观测VLF波的两个磁模分量，记录在极光磁带上。整个南极夏季都要观测。

    5、主要仪器：

    （1）PPM质子核旋磁力仪，地磁绝对观测；

    （2）DIM-100 D-I磁力仪，地磁绝对观测；

    （3）石英光电磁变仪及记录仪，地磁相对观测；

    （4）EPR型磁变笔记录仪，地磁相对观测；

    （5）VLF波接收机，甚低频波；

    （6）EPR型地磁脉动笔记录仪，地磁脉动。

    （三）现场所需的支持条件

    1、由于地磁、地磁脉动记录设备，甚低频波接收机的都要求在常温下工作，要保证科研栋、观测室内的供暖。

    2、由于地磁、地磁脉动的探头在室外，甚低频波接收机的天线在山上，车辆通过时要避免压断信号电缆和电源线路。

    （四）其他需要说明的问题

    地磁测量最怕强磁体和强电磁辐射的干扰，要尽量避免铁磁性物体和发射设备靠近地磁测量设备。

    要保证VLF/ULF观测与极光观测的同步，即观测极光时一定要打开VLF接收机和ULF接收机。

    获得的有关数据的交换与存档，按国家海洋局极地考察办公室规定执行。



    四、国际GPS联测与海平面监测（度夏、越冬）

    课题名称：1、GPS跟踪观测与国际联测

              2、南极与南大洋海平面监测网

    性    质：国际合作项目

    执行人：孙和利  武汉测绘科技大学

    （一）目的和意义

    GPS跟踪观测是为获得观测点在空间中的位置随时间的变化产生的运动轨迹，其观测成果可进行南极地区的天文地球动力学，构造地球物理及地球形状的研究提供证据，也可用于南极地区的精密定位计算。

    GPS国际联测是由SCAR-WGGGI（国际南极科学考察委员会大地测量与地理信息工作组）组织实施的国际合作项目。其目的是测量南极板块与相邻板块和微板块间的相对运动速率和运动方向，并确定南极板块内部各地块间的相对运动。还将进行“全球变化与南极的相互作用”方面的科学研究。

    验潮站常规观测是武测科大与澳大利亚南极局合作项目“南极与南大洋海平面监测网”的观测站之一，旨在研究南大洋海平面的变化，海面地形与海底地形，南极附近海流规律，南极地区潮汐变化等。

    （二）考察内容、方法和手段及使用的仪器设备名称

    1、GPS常年观测

    （1）日定时进行数据采集，存储，进行环境条件与工作记录，并进行必要的设备检修，维护与调试更新。

    （2）定期的将采集数据刻录到光盘上或记录到软盘上。

    （3）根据需要将记录数据传送到有关部门。

    2、GPS国际联测

    （1）联测时间为2001年1月20日世界时0时至2月10日世界时24时。

    （2）联测期间对观测数据的获取要求更严格，应避免出现因断电造成数据丢失和数据失真现象发生。

    （3）所有数据必须刻录到光盘上存储，连同观测纪录一起提供给SCAR-WGGGI项目负责单位。

    3、验潮常规观测

    （1）完善验潮站的软硬件建设。

    （2）定时定期进行数据采集、存储、进行环境条件与工作记录，并进行必要的设备检修。

    （3）定期的将采集数据刻录到光盘上。

    （4）根据需要将记录数据提交有关部门。

    （三）现场所需的支撑条件

    1、GPS观测室，验潮站要有稳定的电力供应，并配备相应的应急发电设备，提供能保证设备正常工作的供暖设施。

    2、提供刻录机等备用设备。

    3、需要实时的数据传输设备进行观测数据传输。

    （四）其他需要说明的问题

    获得的有关数据的交换与存档，按国家海洋局极地考察办公室规定执行。

    五、停止固体潮观测善后工作

    执行人：彭碧波  中国科学院测量与地球物理研究所

    经商中国科学院测量与地球物理研究所，自17次队起，由中国科学院测量与地球物理研究所负责的中山站固体潮观测停止进行，观测设备撤回。

    为做好各项善后工作，中山站两任站长应以认真负责的态度完成好该观测项目仪器设备的撤离工作。

    由于所使用的LACOSAT-ET重力仪属于精密仪器，对搬运要求较高，因此，运输中应尽可能按要求操作。在撤离过程中，核心技术工作由彭碧波负责，中山站做好各方面的准备工作，外事处协助通知澳大利亚有关方面给予协助。其他外围设备由彭碧波牵头负责包装，可暂存放在中山站，待18次队运回。



    六、停止中层大气常规观测善后工作

    执行人：张金定  中国科学院大气物理研究所

    经商中国科学院大气物理研究所，自17次队起，由中国科学院大气物理研究所负责的中山站中层大气观测停止进行，观测设备撤回。观测截止至16次队越冬结束。

    撤下的主要设备有：激光探测雷达一套；大气电场仪一台；多波段太阳光度计。

    设备的拆卸、包装工作由张金定牵头负责，中山站予以协助并提供方便，为了做好善后工作，中山站新、老站长应给予足够重视，安排好各项工作。设备包装后，暂存放在中山站，待18次队运回。