看浪听风观云！自主创新为极地科考保驾护航

xinwen.mobi · 发表于 2025-11-19 00:40:44

看浪听风观云！自主创新为极地科考保驾护航
浪涛汹涌的“魔鬼西风带”，“雪龙”号气象预报员轻轻点击鼠标，自主研制的“妈祖”海洋环境预报系统已为船只规划出最安全的航行路线。

南纬40度至60度之间的南大洋，常年西风盛行、气旋频发，被称为“魔鬼西风带”。这里几乎无陆地阻挡，西风持续加速，可掀起十多米的狂浪，是航渡南极必须面对的严峻考验。

“过去穿越西风带，很大程度上靠经验和运气。”“雪龙”号气象预报员、国家海洋环境预报中心研究员张蕴斐回忆道，她调出中国第21次南极考察的航行图：考察队遭遇连续三个强气旋，船只顶着5至6米以上的巨浪穿行，过程极其艰难。

如今，依托自主创新的“妈祖”海洋环境预报系统和国产船载气象导航系统，气象保障团队能提前5至7天精准预测气旋的生成、移动路径和强度变化。

01 “妈祖”护航：精准预报对抗风浪
在“雪龙”号上，气象预报员讨论未来海况时，常提到一个关键词——“妈祖”。

这个以中国沿海渔民守护神命名的系统，是我国自主研发的全谱系海洋环境预报系统，包含海洋环流、海浪、海冰等多个子模型。

其中，“妈祖·海浪”模型采用基于六边形非结构网格的有限体积平流动力框架，可以更精确模拟海浪变化，大幅度提升预报精度和时效。

“传统框架好比一张固定尺寸的网，而六边形框架能自由加密，捕捉到更精细的海洋变化。”张蕴斐研究员如是说[citation:1。

GPU并行加速计算使“妈祖·海浪”数值预报模式支持提前5到7天对海浪灾害过程进行有效提示，这对“雪龙”号提前掌握风浪情况，保障航行安全至关重要。

该模型不仅服务于中国极地考察，还已被推广到印度尼西亚、孟加拉国等国家，有力支撑“一带一路”共建国家海洋防灾减灾工作。

02 魔鬼西风带：智能穿越策略
面对令人生畏的“魔鬼西风带”，中国第42次南极考察队的“雪龙”号和“雪龙2”号各自需6次穿越这一危险海域。

如今，气象保障团队已能根据精准预报，灵活选择穿越策略。

“雪龙”号气象预报员韩屹介绍，目前主要有三种穿越策略：当西风带较为“平静”，选择最短路径直接穿越；若途中气旋活跃，采取“能向南向南，遇系统转西”的阶梯型迂回前进；若遇最强风浪，则在“避风港”岛屿临时停靠，择机穿越。

“我们的原则是‘避强穿弱，顶侧避正’。”张蕴斐说，在海洋环境预报科技的“护航”下，结合船长的丰富经验，“雪龙”号将尽最大努力“精准穿梭”曾经令人望而生畏的西风带。

03 船载观测：方舱式系统突破极限
本次南极考察中，由滨湖企业航天新气象科技有限公司研制的船载气象综合观测系统随“雪龙2”号破冰船一同出征。

该观测系统是我国首个船载方舱式观测系统，也是目前极地气象观测领域集成要素最全面的综合观测平台。

系统集成了自动气象站、毫米波测云仪、测风激光雷达等十余型观测设备，具备同时从海面至高空、沿航路获取气象数据的能力。

除常规气象要素外，它还可获取雨滴谱、辐射通量、水凝物廓线、温湿廓线与风廓线等特种观测资料，显著提高了气象资料种类的覆盖面。

为应对极地和海洋所面临的极寒、强盐雾、持续大风等极端环境，研发团队从材料、温控、结构入手，主动采用了多重环境防护方案。

04 极地观测：从简陋到全面
中国极地考察40年来，科技装备的进步可谓翻天覆地。

1994年，“雪龙”号首航南极。中国海洋大学教授史久清回忆道：“当时除了艉甲板的绞机，船上很难找到与科考有关的设备。”甚至大洋调查最重要的设备CTD（温盐深剖面仪）都需要自行带上船。“那时设备简陋，获取到的数据质量也没有保证。”

1984年，中国首次南极考察时，“向阳红10”号科考船的气象部门下设观测组、通讯组、卫星接收组等，共有30多名气象保障员。

彼时获得一个时次的天气图需要通讯、人工填图、人工绘图分析等多个工序，多名值班人员连续工作数小时才能完成。

如今，来自国家海洋环境预报中心的两名气象保障员就能承担起船上天气海况预报、走航海洋气象观测、提出航线建议等任务。

05 观云测天：读懂极地天空的日记
在极地科考中，观云是不可或缺的一环。

“云就像是天空写的‘日记’，记录着大气的状态和动向。”中山站气象预报员沈辉每天都要在固定时间，对云量、云状、云高、天气现象和能见度进行观测和记录。

在他的“云图鉴”中，有极地特有的珠母云，出现于15至25公里高的平流层，拥有彩虹般的丝缎光泽；夜光云则在76至85公里高的中间层发出幽蓝色的微光，是大气中超低温与水汽等共同形成的美丽异彩。

在漫长航程和越冬值守中，识别千姿百态的云，成为气象工作者的独特乐趣，也是气象观测工作的核心内容之一。

“当我们在甲板上指着天空说‘那是荚状云，像UFO’，我们与这片海有了更深的连接。”沈辉说。

06 多领域创新：从水下到冰盖
中国极地科考的自主创新不仅体现在气象保障方面，还展现在多个科研领域。

在北极，我国自主研发的“极蛙”双运动模式水下机器人今年成功完成冰区下潜任务。

“极蛙”AUV具备水下巡游和爬行两种运动模式，可在复杂环境中灵活切换，为研究北冰洋冰底环境提供了关键技术支撑。

在南极，同济大学师生参与的第42次南极考察将重点开展冰盖典型区域的高精度地形与表面过程观测任务。

团队将利用无人机低空测绘技术获取重点区域的高分辨率影像与三维模型，以开展施工放样与精密测绘工作。

此前，同济大学全球变化团队在中国第41次南极考察中，完成了国际首次超宽带高光谱微波辐射计空地联合实验。

这一实验通过层析测量来自南极冰盖内部的微弱微波辐射能量，可获取冰面至冰底4000米深度的温度剖面。

在中山站，气象预报员沈辉指着天空中的珠母云对同事说：“看，这种云出现意味着平流层气温极低，可能预示着天气变化。”

远处，“雪龙2”号正破冰前行，船载方舱式观测系统实时捕捉着从海面到高空的每一丝气象变化。

从1984年依靠手绘天气图和接收低分辨率黑白云图预报天气，到如今依托自主创新望海探冰、逐风测天，中国极地考察队行得更稳、走得更远。

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