哎？北冰洋科考为何需要放气球？

  人类的好奇心与对知识的渴望永远指向未知之地。7月12日，中国第13次北冰洋科学考察队搭乘“雪龙2”号极地科考破冰船，从上海出征。

  8月11号，科学考察队完成了第一阶段任务——中北冰洋太平洋扇区大洋科考。长达17天的作业中，考察队执行了大气、海冰、海洋和地质环境调查、生物群落和资源调查以及污染物监测等10余项作业项目。

  9月5日，科学考察队抵达北极点，重点围绕大气、水文、生物和海冰情况开展冰站调查和海洋综合调查。近期，科学考察队将返回上海，结束本航次的全部行程。

  研究海冰、海洋和生物群落，大家可能比较容易理解。那为何需要研究大气呢？北冰洋的大气有什么不同？大气是怎么研究的呢？我们共同来看看~

  因为全球气候是一个整体，北冰洋大气中的温室气体和气溶胶等物质会对全球气候平均状态随时间的变化产生重要影响，而且北冰洋的大气与海洋之间有密切的相互作用关系，例如大气通过影响海水的温度、盐度、pH值等因素可以造成表层海水加速升温、海冰融化、环流改变、海洋酸化等一系列变化，进而影响北极区域的生态系统。

  北冰洋碳循环概念图：当大气中的二氧化碳升高, 会引起海水pH值和碳酸钙饱和度下降

  同时，海洋是大气中甲烷的天然来源之一，相较于中低纬地区，北冰洋水体中分布的甲烷浓度和通量更高。早在2009年和2010年，NASA的一组研究人员5次对北纬82度附近的北冰洋地区进行空中飞行探测，获取了大气层中的甲烷含量数据。他们发现靠近北冰洋表面的地方，尤其是出现海冰裂缝或断开的地区，甲烷含量十分集中。

  科学家逐渐找到证据，发现北冰洋中冻结的大量甲烷沉积物受到气候影响，开始释放气体。之后北冰洋迅速增加的甲烷释放量和可能会产生的后果引起了人们的广泛关注。

  另外，极地地区的气候平均状态随时间的变化比别的地方更为迅速，这被称为“极地放大效应”。近年的观测表明，北极地区大气-冰-海洋体系出现了快速的变化，根据1989-2008年的数据，北极近地面气温的增幅是同期全球平均增温的2.5倍。

  不仅如此，北冰洋大气中的污染物含量也是一项重要生态指标。追踪一些持久性的有毒物质，如多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）在极地环境中的存留与迁移转化规律，有助于更好地开展全球海洋环境治理。

  总之，研究北冰洋的大气有助于更好地了解气候平均状态随时间的变化的机制，开发更准确的气象预测模型。

  气象探空气球的发明者是法国气象学家泰塞伦·德·波尔（Léon Teisserenc de Bort），他从1896年开始，共发射了数百个气象气球。这些实验使他发现了对流层顶和平流层。如今，全世界大约1200个探空气象站每天规律地释放探空气球（2-4次/天），用于气象观测及天气预报。

  气象探空气球通常由具有高度弹性的乳胶制成，里面充满了氢气或氦气，可以携带温度计、湿度计、气压计、风速仪、臭氧浓度测量仪等各种仪器和传感器上空。

  在高度逐渐增加的过程中，气球会因外部气压逐渐缩小而变大，甚至可能会达到原本体积的100倍，直到气球外部材质的张力不足以支撑内部气体的压力而爆炸。此时，作为一次性使用的气象探空气球便完成了它的使命，因为检验测试的数据已经传回到了基地。别担心掉落的仪器会砸到你，因为气象探空气球普遍在人迹罕至的区域放飞。

  本次北冰洋大气环境组的科考队员们在“雪龙2”号的9层甲板放飞的气象探空气球，携带无线电探空仪飞到两三万米的高空，以获取北冰洋从近地表到对流层和平流层，甚至平流层中层的垂直物理廓线的数据，未来可以将其应用到数值预报、实况分析和气候研究中，提高我国对北极地区的气象预报水平。

  气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒，包括盐粒、有机物、微生物、矿物质、粉尘、烟雾等。气溶胶可以是固体或液体，其直径范围从几纳米到数微米不等。气溶胶会在很多方面影响局部地区乃至全球的气候。气溶胶和温室气体一样，都会吸收和散射太阳辐射，进而引起气候平均状态随时间的变化。但由于气溶胶复杂的组成成分，其气候效应与温室气体并不完全相同，且不一样的气溶胶气候效应十分复杂。

  气溶胶激光雷达是一种通过遥感测量大气气溶胶和微小颗粒物的激光雷达设备。它由激光发射模块、接收器、后继光路模块、后继光路及数据处理电子组件组成。

  激光发射模块内含密封在容器中的激光器，当它发射出特定波长的激光，光束遇到悬浮在空气中的微小气溶胶颗粒，这些颗粒会散射部分光线。不一样的形状、组成、数浓度、质量浓度的大气气溶胶所产生的散射光信号不一样，所以当返回的散射光信号由接收器接收，传输到电子元件中进行数据处理，就能计算出大气气溶胶颗粒的分布、浓度、粒径等特征。

  北冰洋是当前海洋上空气溶胶研究的热门地区，当地特殊的水文环境，海冰与特有的浮游生物都会明显影响气溶胶的生成和排放，但影响机制和过程还不是很清楚，这也是本次科考开展气溶胶观测的重要原因。

  [5]. 叶建华. 现在天气预报为什么越来越准确?——感恩化工科普系列之一[J]. 化工管理, 2016 (16): 58-59.

  [8]. 叶坚栋. 北冰洋太平洋扇区多环芳烃和多氯联苯的赋存, 来源及归趋研究[D]. 上海海洋大学, 2021.

  [9].孙晨. 中国第三次北极考察航线海洋边界层气溶胶中磷元素的分布与来源分析[D]. 合肥: 中国科学 技术大学, 2015.