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杨惠根:南极利用,中国与世界分享发现
日期:2017-09-02 作者:袁婧;丁怡 来源:文汇报
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  • 5月6日,中国极地研究中心主任杨惠根、上海国际问题研究院副院长杨剑做客文汇讲堂人文解读“四大未知疆域”(太空极地深海网络) 系列讲座之二

      《南极与北极:冰世界的中国梦》,并分别主讲 《南极洲,中国登陆之后》 与 《北极圈:中国的起点与命运共同体》,线上线下互动热烈。讲座结束后,文汇讲堂

      工作室开展后续听众活动———参观极地考察船“雪龙号”。本次讲座由中国极地研究中心特别支持。

      本次演讲音频请登录文汇微电台 (APP喜马拉雅·听-搜文汇讲堂2017) 收听。

      本版摄影  袁婧 丁怡 参与本版整理

      嘉宾主讲

      作为科学研究工作者,我们去南极寻找自然的奥秘。因此,我主要从三个方面分享思考:重新审视南极,它意味着什么? 中国30年的南极科考征程是如何走过的? 今后中国南极研究的目标是什么?

      南极是什么?

      控制全球气候和人类命运

      首先,看看人类探索认识南极的历史,迄今组织的四次国际极地年为其提供了一个时间坐标。

      人类认识南极的四阶段:地理发现、科学探险、科学考察、太空观测

      在1882-1883年第一次国际极地年时期,南极探险主要是为了占有目的发现南极,称为地理发现阶段。18世纪英国航海家库克船长进行了三次远洋探险航行,开启了人类南极探索之旅;俄罗斯人别林斯高晋在1819-1921年间完成了人类首次环南极航行,发现了南极大陆;英国航海家罗斯从1840年开始率船驶抵南纬78°11,海域,创造向南航行的最高纪录并找到了南磁极,他被认为是最先抵达南极大陆的探险家;征服南极点的竞争发生在1911年,挪威探险家阿蒙森登顶极点后成功返回,而英国探险家斯科特的整个探险队伍在成功到达极点返回罗斯冰架上后全部牺牲。

      1932-1933年第二次国际极地年时期,人类对南极的情况所知甚少,史称科学探险阶段。

      1957-1958年第三次国际极地年,后来演变成了国际地球物理年,它是一个重要的分水岭:在南极地区建立65个常年考察站,开始了对南极的系统观测与调查,标志着进入科学观测时代;促成了 《南极条约》 的诞生,冻结南极领土要求。保护南极环境,和平利用南极从此成为国际社会的主导理念。

      2007-2008年第四次国际极地年,人类已实现太空对地观测。中国第一次参与其中,并专门制定了国际极地年中国协同计划,南极科学考察进入了全球联系阶段。

      全球气候变化前沿:如果极地冰盖全部融化,中国东海岸线将后撤400公里

      从地理环境来看,南极包括南极洲和南大洋,南大洋包括南大西洋、南太平洋和南印度洋,南极洲面积1400万平方公里,平均海拔2350米,它常年为98%的冰雪所覆盖,南极冰盖平均厚度达2450米。通过降雪与冰川滑落、冰架崩解维持基本的物质平衡,也控制着全球气候变化甚至是人类命运。这是我们考虑整个南极最基本也是最重要的一个地理要素。

      南极洲的基本特征,一是“三无大陆”,无领土主权归属、无土著居民、无高等植物,企鹅的食物链在海洋,不属于南极大陆。二是有两个极点,地理极点和地磁偶极点。三是有“三大冰架”即罗斯冰架、融尼冰架以及中山站附近的艾默里冰架,对整个全球气候系统影响巨大。南极有各种各样的资源,目前允许开发,我国建于南极冰盖最高点的昆仑站可以说也是科学资源的制高点。

      要理解地球气候变化,就要知道南极正在发生的变化:南极大气臭氧洞较大程度地阻挡了全球变暖的南极进展;南极冰盖在部分地区正较快地消失,若南极冰盖全部消融,全球海平面将上升57米,加上北极格陵兰冰盖的消融,一共会上升63米,那么中国东部的海岸线将后撤400公里;南大洋吸收了大量的二氧化碳,正在较快地升温和酸化,南极陆地和海洋生态系统都将发生变化。

      此外,中国南极研究取得了一系列进展,如在南极冰穹A上的天文观测取得系列研究成果;发现了很多微生物的新族和新种类;在南极陨石———天体化学研究上,中国极地科学家已从南极大陆回收陨石11400多块,成为继日本、美国之后的第三大南极陨石保有国;在极地战略研究上,国内20多家知名研究机构建立了极地战略研究网络,开展了深入研究和国际交流。

      我国的极地考察研究为极地和气候外交活动、政府间气候变化委员会(IPCC) 的气候变化提供了科学支撑,为维护国家极地权益作出了贡献。

      中国南极研究的未来

      重心应转向南极利用

      如果说人类南极探索最初从地理发现开始,经过国际极地物理年系统的科学观测和第四次国际极地年关于南极在地球系统中作用的系统研究,人类对于南极的认识已上升到了一个新的阶段。现在的研究重心应该向人与南极的关系、向范围更广更深的南极利用转变。

      关注南极的全球联系,促进中国工程技术创新

      对南极的利用,有以下几点要做:第一,要继续认知南极及其与全球的联系。南北两极虽然离我们很遥远,但实际上控制着全球气候和海平面的上升,控制着全球的生态环境系统。这是我们在未来经济、社会甚至政治安全等方面所需要考虑的基本要素。

      第二,保护南极荒野的自然和生态环境,参与和推进南极治理体系建设。各国现在已经提出了南极特别保护区,有多达73个在主张的保护区,还有7个南极特别管理区。海洋方面,除了 《南极条约》 外还有 《联合国海洋法公约》,现在澳大利亚、挪威、阿根廷和智利等国向联合国提出了南极大陆架划界案。此外,各南极国家还开展各种实质性的活动:美国在南极的活动范围已经延伸到南极周边地区;俄罗斯出台了 《南极战略》,规划2030年前战略布局;澳大利亚已向政府提出南极行动“十大举措”;印度、法国、韩国、日本等正积极筹建新的考察站和考察船,各个国家的南极竞争不减反增。

      第三,积极探索南极科学和环境资源利用。《南极条约》 禁止矿产和油气资源的开发,鼓励开展南极环境与科学资源利用探索。比如南极天文观测、空间天气监测、生物基因资源利用等。

      第四,促进极地科学发现和技术创新。开辟极地疆域内涵相当丰富,中国极地工作要发展,工程技术创新是短板、要跟上。另外包括极地资源利用、环境保护、公域治理、战略安全等都应该关注。

      多渠道的科学传播:国际交流、建立极地主题公园

      第五,加强科学传播。中国极地考察的群体大概只有600人左右,如果没有传播,知识将停留在诞生之地。因此,首先要吸引更多的青年参与,2007年10月到2008年3月的国际极地年期间,中挪两国联合举办了国际合作交流考察活动“迎接北极第一缕曙光———首次中国大学生北极考察”,参与者回国后实施广泛的极地科学普及活动;2012年8月,中国第五次北极考察访问冰岛期间,“雪龙号”就对冰岛公众开放参观。

      另外,我还有个提议,上海作为一个国际性的大都市,如果能建一个国际极地主题公园,一为认知南北极的全球联系,二为追求人与自然的和谐,这将是传播极地科学的一个良好途径和方式。

      中国30年极地科考

      正从大国迈向强国行列

      我国极地研究虽然起步较晚,但得益于极地考察的体制优势,迅速成为了世界极地考察大国,正在向强国行列迈进。

      1984年中国登上南极洲后的30年科考路

      简单梳理一下中国极地考察的历程:1977年,国家海洋局在考虑第六个五年计划时,提出“查清中国海、进军三大洋、登上南极洲”的战略目标;1978年通过 《关于开展南极考察工作的报告》 向国务院建议成立南极考察委员会;1980年派遣董兆乾、张青松两位科学家参加澳大利亚南极考察;1983年,中国加入 《南极条约》 成为缔约国;1984年,中国首次南极考察队登上南极洲;1985年,中国建成南极长城站,成为 《南极条约》 协商国;1989年,中国极地研究所成立,后来更名中国极地研究中心;1990年在东南极拉斯曼丘陵建成中国南极中山站;2005年,中国科学家首次登顶南极冰穹A;2009年建成中国南极昆仑站;2014年建成中国南极泰山站。

      能力建设:新破冰船、最强雪地车队、布局完整的考察站

      南极考察行动,需要强大的能力建设支撑。破冰船方面,“雪龙号”科考船进行了两次大改造,还装备了直升飞机。目前,由中国和芬兰联合设计的新极地考察破冰船正在由江南船厂建造。“雪龙号”的连续破冰能力是1米厚的海冰,新船的设计破冰能力是1.5米,且破冰航速是“雪龙号”的一倍,它将是世界上第一艘艏艉都可以破冰的破冰船。

      在南极内陆交通运输方面,我国依托最强考察雪地车队,实现了在冰穹A建立南极昆仑站,也有能力将我国科学家和科考装备投送到南极任何一个地点。

      最近,我国又购置了一架“雪鹰”固定翼飞机,能够进行南极内陆运输、应急保障以及航空遥感和大气采样。中国成为了继美国、英国、德国之后,第四个拥有航空科学调查平台的国家。

      在能力建设支持保障下,我国有计划地建立了一系列重要的科学考察站,形成了合理的科学布局。在建立了位于大西洋的长城站、印度洋的中山站等沿岸考察站,位于冰穹A的昆仑站、伊丽莎白公主地的泰山站等内陆科学考察站后,目前正规划在南太平洋的维多利亚地站地区建立第三个南极沿岸考察站。此外,我国在上海外高桥地区正在建设极地考察国内基地。

      “六个维度”度量研究能力:中国“熊猫计划”被列入国际核心计划

      什么是极地科学?目前没有严格的定义。我建议以下述“六个维度”作坐标系。第一是利用地理位置优势开展的南极天文宇宙观测,比如我国的昆仑站就是最好的台址;第二是日地相互作用以及对地球影响的研究;第三是南极板块运动与地质演化;第四是关注南极本身,包括气候、环境,各圈层相互作用;第五是南极生命的适应和进化;第六是人类活动对南极的影响。通过以上“六个维度”基本可以来度量各个国家南极研究的成就与强弱。

      因为历史的原因,中国仅参加过第四次国际极地年。为此,我国实施了“国际极地年中国行动计划”专项,包括南极普里兹湾—埃默里冰架—冰穹A的综合断面科学考察与研究计划 (英文缩写为PANDA,又称“熊猫计划”)、北冰洋科学考察计划、国际合作和数据共享计划以及科学普及与宣传计划。第四次国际极地年中,全世界科学家共提出1200个计划建议,最后确定了208个核心科学计划。我国的“熊猫计划”被列入国际核心计划,在“六个维度”上面都部署了重要的研究工作,其成功实施表明我国对国际南极研究作出了重要的科学贡献。

      中国极地科学的成就:“三大突破”、“四大进展”

      30年的极地科考研究,中国取得了诸多突破,举几个例子:

      第一是在东南极冰盖探测研究取得突破,为南极冰盖起源与早期演化提供了重要证据。研究表明,我国昆仑站所在地冰穹A是整个南极冰盖形成的起点,如果未来南极冰盖消融,这也将是最后一个消失的地方,而我国在这个重要位置建立考察站,正在实施深冰芯钻探科学工程,目前世界上通过极地冰芯恢复的古气候记录是70万年,冰穹A深冰芯有可能恢复至100万年。

      第二是日地相互作用的研究。我国的北极黄河站位于地球极隙区之下,可以观测到非常典型的日侧极光。南极中山站极光观测台建立了高频探测雷达系统,最新发现了两类新型极光结构———日侧弥散极光和喉区极光等。

      “南极精神”赋予极地考察者内在力量

      极地考察过程中,最重要的收获是南极精神。从中国南极科考队首次登上南极洲、秦大河首次徒步横穿南极、中国第21次南极考察首次登顶冰穹A,到最终建成我国第一个内陆考察站昆仑站,南极精神的弘扬和发展使中国取得一个又一个的进步。1985年5月,中国首次南极考察胜利凯旋之际,《红旗》 杂志发表了题为 《南极精神颂》 的社论,将南极精神高度概括为“爱国、求实、创新、拼搏”。30年后,这一南极精神依然闪光,并必将有新的发展。

      总之,未来,我国南极考察应该着眼于对人类共同命运的责任和国家整体安全利益,要为人类福祉与和平利用南极作出应有的贡献。

      嘉宾对话

      杨剑:发扬“南极精神”并不是口号,是融入于每天的行动。这里要向科考工作者致敬。

      杨主任既是“南极研究科学委员会”的中国代表,又是“国际北极科学委员会”的副主席。全球治理中,科学家和科学家组织起到非常重要的作用,比如,政府间气候变化专门委员会的专家组,每几年都会出具一个评估报告,全球气候大会就是根据这些专家的评估报告作出各方责任的决策。

      您去年在日本富山、今年在捷克布拉格先后参加了北极科学周高峰会,能否介绍一下,科学家在国际组织的议程设定作用和活动方式?

      国际北极科学委员会IASC引领诸多学术组织

      杨惠根:南极主要由“南极研究科学委员会”来规划和协调南极研究的科学行动与国际合作,因此,行动比较统一。在北极,除国际北极科学委员会 (IASC) 外,还有国际北极人文与社会科学联合会、北极研究运行机构论坛、欧洲极地理事会、亚洲极地科学论坛等多个国际和区域性组织,与北极的政治生态一样,北极研究计划决策比较复杂。而国际北极科学委员会作为国际科学联合会下属的科学组织,在北极众多学术组织中起着引领作用,它主要通过组织每年一次的北极科学高峰周会议和每十年一次的国际北极研究计划大会来协调推动和规划北极研究与国际合作。

      中国人出任IASC执委会下四位副主席之一

      IASC成立于1990年,1991年开始运行,现有23个正式成员国。IASC的成员机构为各国北极研究的科学引领或管理机构。理事会是IASC的决策机构,每年召开一次会议,执行委员会负责理事会休会期间的工作。IASC执委会由五名选举产生的官员,含一名主席、四名副主席和一位执行秘书长组成。IASC执委会的现任主席为挪威人,四名副主席分别来自俄、美、中、丹麦,我是副主席之一。IASC主要通过其下设的大气、海洋、陆地、冰冻圈和人文与社会科学等五个科学工作组和根据需要设立的行动组推动北极合作研究与国际交流。

      IASC刚刚完成第三次北极科学计划大会 (ICARP III),规划了未来十年北极研究的优先领域和需要关注的重大科学与社会问题,我有幸参与了ICARP III整个过程。ICARP III声明指出,北极是全球经济的重要组成部分,北极变化具有全球意义;北极未来面临一系列挑战,预测北极变化比应对更为关键;北极研究具有全球性和跨学科的特点,这需要增加国际科学合作、关联不同学科、多种知识体系乃至全球系统。

      极点催生的合作模式,为人类治理带来新方法

      南极和北极最大的特征是都有极点,极点在数学上是一个奇点。人文社会科学工作者、自然科学工作者、艺术家,大家殊途同归一同走到了南北极。在这里没有东和西两个方向,在其他地方东与南和西与北等相互垂直的方向也走到了一起,所以,极点也是一个奇异的吸引点,需要学科交叉的研究和跨越界别的合作探索。

      杨剑:我很受启发。人类在不断竞争甚至战争中发展到今天,但在南北极的极点,合作变成了人类最核心的价值。这大概也印证了人类命运共同体思想的意义所在。洋流和气候不考虑国家边界的存在,候鸟和太阳风暴也不知道国家边界在哪里。《南极条约》 最后把科学、环境、和平变成一个南极治理的主轴,就等于启示人类还可以有另外一种方式来治理我们的地球。

      南极的火星陨石可助推火星生命生存的考察

      刚才讲到南极的天文和日地系统的重要性。外空专家欧阳自远曾说,南极对外空探索很有意义,南极陨石中相当一部分是火星陨石,如果地球和小行星碰撞,登陆火星可能是地球人未来的一个方向,科学家就要研究火星元素来分析它可供生存的条件,派航天器飞取费力耗时,但从火星陨石中可以知晓生命生存的可能性,为人类是否能在火星上建造庇护所做出实验分析。另外,火星没有被照到的那一面,地表温度是摄氏零下120度,而南极昆仑站最低温度是摄氏零下80度,有些实验就可以在南极先期进行,包括生活环境、建筑结构。

      杨主任还讲到地磁线在极点是开放的,去年,奥巴马总统卸任前签署了有关美国的空天气候战略总统令。这种被称作空天气候的研究对于全球安全和人类未来有什么意义?

      极区是资源稀缺的高纬度空间资源

      杨惠根:极地有两个关键,第一是航天轨道资源。以脱离地球第一宇宙速度飞行的卫星有两类,即绕地球赤道的同步轨道卫星和穿越两极的极轨卫星,与太阳同步的极轨卫星每天绕地飞行14周,纬度80度以上位置的地面接收站每天可以接收极轨卫星全部14轨的数据,因此极地轨道,无论对于国家空间计划还是空间国际合作,都非常重要。

      第二是极区空间天气监测,太阳除了辐射太阳光以外,还辐射大量带电的高能等离子体,被称为太阳风,太阳风电子的平均速度高达500公里/秒,它们通过磁力线进入极区大气,形成空间天气,无论对载人航天还是卫星等空间技术系统,都有至关重要的影响。空间天气要么用卫星要么用地面观测,但是卫星观测在空间上有局限性。地面观测不能对空间环境直接测量,但极区磁力线联系着地球磁层广阔的空间,能够连续地监测到较大范围的日地相互作用。比如地球极隙区很像一个漏斗,区域虽小却有着全球意义,我们在南极中山站和北极黄河站用一个摄像机就可以覆盖观测极隙区两个小时以上,这些观测不仅对中国,对于全世界的航天和空间科学计划都有重要作用。

      新疆域可实践人类命运共同体思想

      美国已将空间灾害性活动列为空间天气监测和预警的重要目标,在南北极地区开展极光和日地相互作用的监测,对于构建我国空间天气监测体系、保障我国载人航天活动以及人造卫星和轨道空间站系统安全具有重要战略意义。从这个意义上说,极地和空间的和平利用是和国际治理相重合的新疆域。在高纬空间研究领先,就可以在未来国际治理中占据有利地位,这是我所理解的四大未知疆域的战略要点所在。

      杨剑:的确,四大未知疆域对于中国科学家来说是新疆域,对于人类命运共同体也是新疆域。比如极地的外空轨道资源就是稀缺资源,在新疆域里只有技术发达国家才能够成为俱乐部成员,中国是发展中国家,同时又是技术发达国家,实现人类命运共同体的理想就是要用共治、普惠的理念让更多人获得好处,这是中国国家战略和中国人“天下观”的具体体现。所以,新疆域的系列讨论可以为我们解决问题提供更多的可能性和方案。

      ①杨惠根指出,中国在南极研究上虽起步较晚,但凭借众多傲人的成绩正迈向强国行列。

      ②我国有计划地在南极建立了一系列重要的科学考察站,形成了合理的科学布局。

      ③2009年,我国在冰穹A建立第三个南极科考站昆仑站

      ④2014年,我国在伊丽莎白公主地区新建南极泰山站。



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