向阳红01”船:流动的海上科学实验室

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  5月18日,我国海洋综合科考船“向阳红01”船圆满完成环球综合科学考察任务,返回青岛。

  在全程3.86万海里的征途上,“向阳红01”船通过搭载的科考设备,获得了沿途从高空大气到水面、从水体至海底的第一手科学数据,是名副其实“流动的海上科学实验室”。

  调试发射机状态、为探空气球充气、悬挂探空仪发射机……科考队员陈思宇在船顶稳住身体,紧盯海面的波浪,判断海风的强度和风向,为释放GPS探空气球做准备。

  看准时机,陈思宇放开了GPS探空气球。白色气球拖拽着探测仪直奔万米高空,转眼间不见了踪影。实验室的数据接收显示屏上,清晰地显示着探空气球所处的高度和大气相关实时数据。

  几个小时后,陈思宇再次来到船舯部甲板投放抛弃式温深仪。他勾动发射器扳机,仪器探头应声入水。细如发丝的数据线将探头测量到的海水温度、盐度、深度等数据传送到电脑显示屏上。

  “向阳红01”船从智利蓬塔港起航以后,陈思宇一直忙个不停,按照计划进行走航观测作业,测量沿途海水和大气的剖面信息。

  每天,除了释放GPS探空气球和抛弃式温深仪,陈思宇还通过船载海气物质通量观测设备,沿途采集气溶胶样品。从智利,到法属波利尼西亚群岛,再到青岛,他一次次更换经过特殊处理的过滤膜,然后低温保存,以便带回国内实验室进行分析。

  “气溶胶是大气的重要组成部分,对全球气候变化有着深刻影响。人们所熟知的PM2.5就是气溶胶家族的成员。”陈思宇介绍,通过研究吸附在滤膜上的颗粒物,可以分析出不同海域的气溶胶浓度和分布特征。

  本航段科考队领队乔方利说,长期以来,我国科学家缺乏对南半球海域的气溶胶系统观测和研究。在大洋46航次,随船科研人员综合观测海洋-大气气溶胶及痕量气体成分,结合物理海洋等其他学科观测,为研究南半球的海-气相互作用和全球气候变化积累经验和数据。

  “作业组!作业组!船已开启动力定位,可以开始作业。”对讲机里传来驾驶台的声音,后甲板顿时忙碌起来,调查队员各司其职,展开科考作业。

  这样的场景在“向阳红01”船经常上演。每到作业站位,值班驾驶员操作“向阳红01”船动力定位系统,使船舶始终保持在指定坐标上,稳如泰山,岿然不动。

  在海上,即便是5000多吨重的“大家伙”,也会随波逐流,不断漂移。而定点作业是开展高精度水下科考的前提,否则取样器在布放、回收等关键环节就会出现安全风险,科考队也很难精确拿到想要的样品和资料。

  作业期间,“向阳红01”船开启动力定位系统后,船舶主推进器、艏艉侧推协调配合,根据风向、浪向和流向不断调整船舶姿态,通过自身动力抵消海风和洋流的影响,从而保持原位。

  “只要海况在5级风、2节流以下,‘向阳红01’船就能在指定坐标保持不动,误差在2米之内。”船长俞启军说。

  除了动力定位,“向阳红01”船在大海航行中还能360度原地调转方向,这一功能,则是因为船上安装了两台全回转电力推进系统。

  作为一艘专业的海洋科学考察船,“向阳红01”船安装了64台(套)调查设备,分为水体探测系统、大气探测系统、海底探测系统、深海探测系统、遥感信息现场印证系统、船载网络系统等6大系统,涉及地球物理、物理海洋、海洋遥感、海洋声学等多学科,调查设备达到国际先进水平。

  实验室主任石旭亮介绍,在操控支撑系统方面,“向阳红01”船设有布放温盐深仪绞车、光电缆绞车、同轴缆绞车和地质纤维缆绞车各1台。其中,布放温盐深仪绞车可直接将200多公斤的采水器从仓库吊放进海里,设备有自动止荡和升降补偿装置,安全省力;地质绞车A型架最大负载30吨,可在0~170度范围内摆动,有效保障作业安全。

  “向阳红01”船配备了海洋多道地震数据采集系统,可有效探明海底地质构造。在南极航段期间,开展了480道海洋高分辨率多道地震探测,清晰展示海底以下2~3公里的情景,就像给海底地壳深部做“CT”。

  船上还安装了先进的自动气象站,无论船舶处于航行、漂泊,还是锚泊状态,都能自动连续地观测、存储、显示海平面气压、气温等数据。

  “目前船上实验室面积约350平方米,设有通用干实验室、湿实验室、地质样品实验室等,实验室内均配有船舶综合信息显示器、GPS、罗经等,为大洋科考调查提供了良好的硬件设施。”石旭亮说,针对考察任务的不同,科考队员还需携带几十种不同的自备仪器。其中,科考队在南大西洋利用深海电视抓斗成功抓取一块单体约3吨重的硫化物样品,刷新我国采集到单体最大块状硫化物样品记录。

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