近地面黑碳、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水汽……南極中山站天鵝嶺上，大氣化學成分的觀測內容已足夠與中國氣象局在國內設立的一個區域大氣本底觀測站規模相比。

　　“極地科考對於中國，乃至其他國家都是至關重要的科學‘處女地’，也具有一定的戰略意義。”中國氣象科學院研究員鄭向東以自己的本行為例説，“極地氣象和大氣化學成分的長期連續觀測將為研究全球氣候變化提供可靠的科學依據。”

　　南極的冷熱變化、南極臭氧層的破壞程度……在我國第27次南極科學考察中，科考隊員希望通過“蛛絲馬跡”，為全球氣候變化尋找注腳。

　　為尋找世界上最古老溫室氣體做鋪墊

　　聯合國政府間氣候變化專門委員會第四次評估報告(2007)指出，20世紀期間全球變暖和海平面上升已是不爭的事實，並很可能在21世紀內以更快的速率繼續增暖和上升。

　　據研究，1993年至2003年間，山地冰川、冰帽和冰蓋由於崩解、融化等過程對海平面上升的貢獻為每年1.20.4毫米，其中格陵蘭冰蓋、西南極冰蓋以及南極半島的貢獻尤為重要。作為南極大陸主體的東南極，對全球氣候變暖究竟是正反饋還是負反饋，學界一直存在著很大爭議。

　　位於東南極冰蓋中心的冰穹A距離南極各個海岸的距離都很遠且大致相等，來自各個方向的水汽都有可能到達冰穹A，因此該地區的冰芯是周邊所有海洋水汽共同作用産生的結果，在這裡能夠觀測到在地球其他地區無法觀測到的代表全球特徵的氣候環境變化信息；通過研究萬年“冰芯”內的顆粒物質，科學家們可還原當年冰芯形成時的氣候條件。冰穹A又是內陸制高點，累積的冰雪估計達到100萬至150萬年。而目前人類在南極地區獲得的世界最古老的氣候記錄是80萬年，因此，冰穹A的深冰芯研究對全球氣候變化有著特殊意義。

　　此次南極崑崙站考察隊的任務之一，是在距離冰面約5米深的冰芯房內再向下挖一個長10米、深10米、寬0.6米的冰槽，為將來深冰芯鑽取做準備。中科院寒區旱區環境與工程研究所冰凍圈科學國家重點實驗室博士丁明虎説，通過對在這裡取得的深冰芯的研究，可以獲得過去特定時段的氣候環境信息。目前，全世界對全球變暖問題存在很多爭議，一個重要原因是很多科學家苦於找不到足夠年份的氣候證據來證明他們的主張。如果能得到超過百萬的氣候記錄，那麼其中所包含的“化石大氣”，可能會對中更新世氣候轉型的“溫室效應”假説加以驗證，也能為當今的全球變化研究提供重要依據。

　　地面雪冰採樣推測高空大氣活動

　　這次內陸考察中，丁明虎還對自埃默裏冰架至冰穹A的整個斷面進行了雪冰採樣，並計劃回國後用化學手段做進一步分析。

　　“南極擁有最潔凈的大氣，它代表最基礎的大氣本底。”丁明虎將“本底”比喻為一個人最原本的面貌，先天優勢和通過化粧彌補先天不足，是兩種完全不同的效果。

　　他需要在最純凈的冰樣裏測出某一種離子如硝酸根的濃度變化。硝酸根的形成原因很多，最重要的是大氣中液相硝酸的沉積，通過對南極各個地區硝酸根濃度變化的研究，可以判斷哪些地方是極光卵投影區，進而推斷該區域的高空大氣活動。

　　在地球自轉的過程中，南北極點相對太陽不旋轉，太陽粒子在地球磁場的作用下，與極點高空大氣摩擦，使大氣中的氣體分子或原子電離而發光，形成繽紛絢爛的極光，而最容易形成極光的這個橢圓形區域，叫極光卵。在極光卵投影區，由於高空大氣活動較強，硝酸根濃度也最高。也就是説，硝酸根濃度的空間變化，可以反映不同地區極光現象的強弱。目前冰川學家們對南極冰蓋雪冰內硝酸根的來源頗有爭論，其年際變化與太陽活動也可能存在一定關係，季節變化則能反映臭氧層空洞的大小。

　　丁明虎告訴記者，硝酸根只是雪冰中各種大氣環境指標的一種，不同的指標能反映不同的環境信息。回國後將用化學手段，通過高精度分析，對地球環境的本底及其變化狀況做出進一步判斷。

　　觀測南極“臭氧洞”為氣候變化提供基礎性資料

　　對於南極臭氧洞，大家並不陌生。

　　每年9—10月，南極大陸上空出現數百萬平方公里的平流層臭氧層損耗接近零，而積分的臭氧總量僅為正常值的一半以下的現象。在這種情況下，平流層的臭氧層仿佛被穿空了，形成了一個空洞。1985年，英國劍橋大學的法爾曼等人通過對英國Halley灣站從1957年和1958年的國際地球物理年開始持續觀測數據重新檢驗分析，得出“臭氧洞”這個形象的名稱。

　　如今有關南極“臭氧洞”形成的科學機理已經基本厘清。它與人類工業化過程大量排放的氟利昂、溴化物直接相關。氟里昂等鹵代烴化合物從地表隨著大氣環流進入平流層在強烈的紫外輻射作用下，釋放出氯原子，釋放出的氯原子用數個月的時間通過催化反應，可以使10萬個臭氧分子消失。在南極這種特殊的地理環境下，氟利昂對平流層的臭氧損耗表現得更為強烈。當然還有其它因素的輔助作用。

　　1993年，中國氣象科學研究院在南極中山站的觀景臺上架起了臭氧總量觀測儀，開始了我國在南極觀測大氣中臭氧總量歷史。18年後，該院研究員鄭向東重返南極，用測量精度更高的光譜儀代替了早期的儀器。

　　“這種觀測對‘臭氧洞’科學機理研究本身的意義已不大。”但鄭向東強調，長期積累的準確觀測數據對檢驗未來臭氧總量變化趨勢預測，對評估旨在保護全球臭氧層、限制氟里昂排放的《蒙特利爾協議》，對溫室氣體如二氧化碳增加導致氣候變化對平流層臭氧層的影響，甚至衛星反演數據的校準仍是不可缺少的基礎性觀測。

　　海氣結合觀測內容不斷豐富

　　沿雪龍船航線開展二氧化碳分壓走航觀測，合計採集約11兆數據；在4—8℃的表層水溫範圍內每個緯度採集一個氧化亞氮海水樣品；在南大洋走航中合計採集26個氣溶膠樣品……自上海出發以來，國家海洋局第三海洋研究所全球變化及大氣化學重點實驗室研究生徐國傑與張介霞一直忙碌。

　　因人類活動造成大氣中二氧化碳含量遠超正常自然波動範圍，由此引起的溫室效應及全球變暖等一系列嚴重後果已被大家熟知，但人們對大氣中微量的溫室氣體氧化亞氮的了解相對要少。事實上，與同等濃度的二氧化碳相比，氧化亞氮的溫室效應是後者的200—300倍左右，許多國際氣候變化研究項目都把其列入重要研究內容。大氣氣溶膠也會通過直接及間接輻射效應影響氣候變化。

　　佔地球海洋面積20%的南大洋在全球氣候變化中起重要作用。它是海、冰、氣和生物的相互作用區，具有複雜的生物地球化學循環，已有研究表明該區域是全球最重要的二氧化碳匯區之一，也是全球大洋中一個重要的氧化亞氮源。但由於南大洋橫跨三大洋、鄰接海冰區、上覆西風帶，終年繞極流，幅員十分遼闊且氣候極其惡劣，獲取現場資料因難。

　　作為國家科技部國際合作項目“中美海洋碳循環研究和海水加鐵試驗技術”的現場執行人，徐國傑、張介霞和美國Rutgers大學教授高原一道，開展了相關工作，獲取了第一手有價值的科學數據。

　　“收集的數據及樣品將對研究南大洋碳、氮循環在全球變化中的作用具有重要意義。”徐國傑希望這項研究能為南大洋生物地球化學循環及氣候變化的研究提供有用的科學數據。”

　　近年來，隨著全球氣候變化問題討論的深入，相關研究也逐漸豐富和深入。

　　國家海洋局第二海洋研究所助理研究員韓正兵在本航次中布放了沉積物捕獲器，意在獲取海洋上層水體向下層水體輸送的顆粒物樣品，並以此來估算海洋中深層的碳通量。“這將有效地量化有機碳的生産、輸出以及再循環效率，同時將對全球二氧化碳收支平衡的影響提供有意義的證據。”韓正兵表示。 （來源：科技日報）