盡管處于9月，但在遙遠(yuǎn)的南極大陸，冰雪依然覆蓋了99%的廣袤大地。為了深入研究這些冰雪覆蓋區(qū)域?qū)θ驓夂虻挠绊?，科學(xué)家們展開(kāi)了多次科考任務(wù)。中國(guó)氣象科學(xué)研究院的研究團(tuán)隊(duì)不僅參與了這些任務(wù)，還自主研發(fā)了便攜式雪粒徑測(cè)量裝置和雪硬度計(jì)，以更精確地測(cè)量雪粒徑與雪的硬度，為全球氣候研究提供了重要數(shù)據(jù)支撐。

　　由于被大范圍冰雪覆蓋，南極大陸讓人仿佛置身于一片連綿的白色世界。雖然表面看上去是相似的白色，但實(shí)際上冰雪厚度、顆粒大小和軟硬程度都各不相同。以雪粒徑為例，其參數(shù)在不同區(qū)域存在非常大的差異。雪粒徑指的是雪的光學(xué)等效直徑，是影響雪面反照參數(shù)的重要因素之一。雪粒徑的大小直接影響到可見(jiàn)光、近紅外和微波波段的反照率和吸收率，而雪面的反照率在全球氣候系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，因此，準(zhǔn)確掌握雪面和雪層的雪粒徑信息至關(guān)重要。

　　此前，測(cè)量雪粒徑常用方法是通過(guò)攝像拍攝雪面和雪層的圖像，有經(jīng)驗(yàn)的觀測(cè)者通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)尺子比較從而得出雪粒徑。但這種方式太過(guò)于依賴觀測(cè)者自身及拍攝條件，具有測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、人為因素影響大、主觀性強(qiáng)等缺點(diǎn)，因此迫切需要一種可以快速測(cè)量雪粒徑的手段。

田彪?yún)⒓?9次南極科考時(shí)，使用便攜式雪硬度計(jì)服務(wù)于國(guó)家極地重大需求任務(wù)。 田彪供圖

　　中國(guó)氣象科學(xué)研究院極地與氣候變化研究所所長(zhǎng)、研究員丁明虎帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)明的便攜式雪粒徑測(cè)量裝置，通過(guò)漫散射原理，獲得雪面反射率，再結(jié)合雪面密度，可以間接測(cè)量冰雪的顆粒大小。丁明虎介紹，由于漫散射原理，近紅外光經(jīng)過(guò)粗糙的表面會(huì)被無(wú)規(guī)律地向各個(gè)方向反射，造成光強(qiáng)度減弱，光減弱的大小跟表面的粗糙相關(guān)，而積雪表面的粗糙程度是由粒徑?jīng)Q定的。使用光學(xué)方法檢測(cè)雪面的反射率，再結(jié)合雪面密度可以計(jì)算出雪粒徑的大小。這種方法更加快速、客觀，可以在短時(shí)間測(cè)量同一區(qū)域或斷面上不同點(diǎn)的雪反照率和雪粒徑，從而了解雪粒徑分布規(guī)律，更加深入地了解雪特性。

　　此外，在南極科考中要尋找適合搭建建筑或者開(kāi)展作業(yè)的地方，還需要了解不同雪層的機(jī)械性能，雪的硬度測(cè)試便成了反映冰雪強(qiáng)度的重要指標(biāo)。過(guò)去主要是采用人工判斷的方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)探針觸探反饋的手感判斷冰雪質(zhì)量，同樣很容易受到主觀因素干擾。

　　丁明虎團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的雪硬度計(jì)，采用精密電機(jī)驅(qū)動(dòng)，測(cè)量部分使用了微機(jī)技術(shù)，可以同時(shí)測(cè)量冰雪硬度及其所處的深度。

　　團(tuán)隊(duì)成員田彪介紹，為了在冰雪中開(kāi)展探測(cè)，一方面，團(tuán)隊(duì)在便攜、簡(jiǎn)易上下功夫，雪硬度計(jì)自重非常輕，僅有10千克，方便攜帶,儀器還設(shè)置了數(shù)據(jù)鎖存功能，在惡劣條件下也可簡(jiǎn)便操作，獲得讀數(shù)。另一方面，考慮到雪硬度儀在低溫環(huán)境下工作，團(tuán)隊(duì)還為儀器安裝了可在低溫環(huán)境工作的電池，使得低溫下設(shè)備續(xù)航能力得到提升。

　　在第39次、40次南極科考中，便攜式雪粒徑測(cè)量裝置和雪硬度計(jì)得到了充分檢驗(yàn)。隊(duì)員通過(guò)自研制雪粒徑儀、雪硬度計(jì)完成南極內(nèi)陸冰蓋特定點(diǎn)位相關(guān)積雪參數(shù)測(cè)量工作，積累大量南極雪質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)，為保障國(guó)家極地重大需求作出氣象貢獻(xiàn)。

（作者：張藝博?責(zé)任編輯：張林）