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中国的极地科技

来源:www.37lw.cn 编辑:admin 时间:2017-07-30
面对新的机遇和挑战,结合我国的极地考察和研究现状,我们要从保障极地环境与安全出发,为保护与和平利用南北极作出贡献,研究制定极地考察的中长期科技发展规划,拟定为实现这些目标和规划而需要采取的措施。

极地科技发展面临的挑战与机遇


  科学技术的进步与气候环境变化使得人类探索极地的兴趣和热情与日俱增。在国家层面上,美国、俄罗斯、德国、英国和澳大利亚等主要极地考察国家都无所顾忌地对南极或北极提出了较为明确的极地战略,并以国家立法的形式确定了相关的配套措施和行动计划。2009年《美国新北极战略》要求美国加强在北极地区的存在感,维护其在北极的航行与飞行安全。2013年美国政府推出《美国北极战略》确定美国为北极国家,同时规定了在北极地区的三个行动方向:维护美国的国家安全,有效支配北极地区资源及巩固围绕北极的国际合作。加拿大政府也对北极的战略地位极其重视,2009年推出了具有重要的政治、经济和国防战略意义的“加拿大北方战略”,称其为国家战略的一部分,该国政府总理也多次考察加拿大北极地区,以实际行动宣示对北极的领土主权要求。2008年俄罗斯政府通过了新的北极战略,并随后公布了名为《截至2020年及之后俄罗斯联邦北极地区国家政策》的文件,战略的重要目标是截至2020年将北极建成俄罗斯最重要的能源战略基地,并維护其在北极区域的主导地位。2010年7月澳大利亚批准了澳大利亚南极科学战略规划(2011~2020)。2016年又公布了新的南极战略以及20年行动计划,投资约2.55亿澳元用于南极科研和后勤保障系统建设,力争南极研究成果在国际上领先。综上所述,主要国家都制定了极地战略,极地的科学研究都是围绕各自的战略目标来选择和规划重点研究方向,核心目标是国家利益。 
  2017年初,习近平主席首次提出人类命运共同体的理念,在国际社会引起广泛反响。我国的极地战略和科学研究应该建立在这个新的理念上,来参与极地全球治理和维护极地安全,兼顾我国的地缘政治和潜在国家利益,理解、制定我国的极地战略和科学发展规划。只有这样才能做到有所为,有所不为;明确哪些可为,哪些不可为。 
  目前,按照中央的有关要求,国家海洋局正在联合其他有关部门,组织编写国家极地事业“十三五”发展规划,该规划纲要紧密结合我国第十三个五年规划纲要的总体要求,从顶层设计和战略指引的宏观层面,为加快建设海洋强国,推动我国由极地大国向极地强国的转变明确行动方向。过去30年来,我国在极地研究领域每五年提出一个计划,总的指导方针是邓小平同志1984年提出的“为人类和平利用南极做出贡献”。2014年,习近平主席在澳大利亚视察“雪龙”船时指出:“南极考察意义重大,是造福人类的崇高事业,中国开展南极科考为人类和平利用南极作出了贡献……中方愿意继续同澳方及国际社会一道,更好地认识南极、保护南极、利用南极。”这个重要指示为国家极地事业发展提出了新的更高的要求,同时也指明了未来发展方向。国家海洋局在原有规划基础上加快了前进步伐,科技部和自然科学基金委等部委也紧跟形势高度关注极地研究,我国的极地科考事业面临前所未有的机遇。 
  与此同时,世界范围内的高新技术在极地科考领域的广泛应用取得了显著成效,为极地考察与研究带来了新的机会。其中尤其显著的是,我国建立了南北极遥感卫星地面站,发展了适应极区环境监测需求的星—空—地遥感监测技术,扩大了观测极地的视野。近几年来,我国在科考能力建设上取得了显著成就,完善了南极内陆天文自动观测站;积极研发智能化海陆空自动观测平台;发展了水下、冰下和深海探测等先进技术;加强了极地科考台站之间连续地球物理和极地大气本底观测能力,为高空探测、航空冰雷达、综合地球物理研究提供了可能,为我国评估南极气候和环境变化提供了基础资料。 
  南北极科考的重要载体或平台就是科考站与科考船。我国正在更新和完善考察站的基础设施,加强在线观测和分析的科学实验室规划与建设。2016年底新的科考破冰船已经开工建设,预计2019年前后投入使用,这艘极地科学考察船的设计吃水排水量13990吨,续航力为20000海里,具有国际领先的破冰能力。新一代极地科考船的科研装备达到国际先进水平,具备海洋和大气综合观测取样能力;能在极地海区季节性地开展海洋地质、海洋重力、磁力和地震的调查作业;拥有海洋生物、生态调查和评估的各种仪器。技术进步是科学发展的先导,我国的极地科考实力与能力建设已经得到提升,观测技术和后勤支撑系统的巨大进步为极地科考和研究提供了机遇。
虽然我国极地考察事业取得了跨越式发展,但是迈向极地考察强国的进程才刚刚起步。与世界极地考察先进国家相比,我国极地考察和研究尚存在明显差距,主要表现在:极地考察基础设施和保障体系规模仍然偏小,缺少必需的应急救援能力;在两极海洋及科考站区和南极内陆开展大范围、长周期科学考察与研究的空间活动能力偏弱,缺乏统一部署和专业化的后勤支撑系统;作为科考站研究水平标志的实验室设备和仪器简陋,研究方向大而全,研究目标较为分散;目前科研活动较多受科学家能做什么驱动,较少与国家需求什么相关。随着中长期规划的编制和实施,这些问题需要逐步解决。

我国南北极科研与调查的现状分析


  从1984年中国首批南极洲考察队54名队员第一次踏上南极乔治王岛开始,我国陆续开展了对极地岩石圈、水圈、生物圈、大气圈、冰冻圈和宇宙空间的多学科考察研究。我国已经成为世界上为数不多的实施两极全方位考察的国家之一。 
  回顾我國南极科学考察历程,在短短的33年中,我们完成了从以建站为主到以科研为主的历史性转变,在南极科学研究前沿取得了令人瞩目的成就。其中,横穿南极的雪冰环境研究,普里兹湾——格罗夫山大地构造演化研究,企鹅海豹生态地质学研究,南极陨石回收与研究,东南极冰盖起源与初期过程研究,冰穹A的天文观测与研究,极区等离子体云的形成过程与机制研究等领域,均获得国际一流科学成果。目前,中国南极陆基研究在国际科学刊物发表论文的数量居世界前列。 
  1995年我国首次北极点科学考察活动由中国科协主持、中国科学院组织,以政府支持、民间集资方式运作,被选为当年中国十大科技新闻之首,这为我国加入国际北极科学委员会奠定了基础。1999年国家海洋局组织国内相关单位实施了我国首次北极科学考察,2004年7月28日,我国首个北极科学考察站——中国北极黄河站在挪威斯匹次卑尔根群岛的新奥尔松建成并正式投入使用。截至2016年,我国已成功组织了7次北冰洋科学考察,并在2010年抵达北极点开展了科学考察活动,实现了我国北极考察历史性突破;2012年第5次北极考察期间,“雪龙”船成功首航北极航道,完成我国跨越北冰洋的科学考察任务。这些年来,初步建立了中国在北极地区的综合观测体系,开展了物理海洋、海洋化学、海洋生物、地球化学、海洋地质、气象和大气化学等多学科的立体综合观测;获得了一大批珍贵的样品、数据资料等,其中包括北冰洋深海底的沉积物以及大量的冰芯、表层雪样、浮游生物、海水和大气气溶胶和温室气体的样品等;首次在北极点冰面上布放了冰浮标,发射了抛弃式温盐深剖面探测仪;进行了生态学观测,并获得全航程大气物理、大气化学观测的宝贵资料;采集了高空大气探测资源数据及水文综合数据等。 
  通过对比分析历次“雪龙”船北极科考和黄河站的科考工作,目前我国北极科学考察研究主要围绕以下几个重点学科开展工作,并取得了阶段性研究进展:海洋环境变化和海—冰—气系统变化过程的关键要素考察;极区海洋环境快速变化的地质记录及其对我国气候的影响;北极及亚北极海域生态系统考察;北极海冰快速融化下北冰洋碳通量和地球化学循环;北极工作海域地球物理调查和特征分析;北极岛屿的生态环境演化以及空间环境变化。这些研究为评估北极气候变化对全球及我国的影响、参与北极航道和资源的可持续开发利用提供了基本资料。 
  过去30多年来,我国已初步形成了以“雪龙”船、“雪鹰601”固定翼飞机、南极长城站、中山站、昆仑站、泰山站、北极黄河站(一船五站)和极地考察国内基地为主体的南北极考察基础平台。在极地考察“十一五”和“十二五”发展规划期间,我国充分利用极地考察平台,紧紧抓住第四个国际极地年(IPY4)的契机,全面实施IPY中国行动计划,拓展了我国在南北极的考察空间。 
  “十一五”期间我国积极开展南极内陆与南大洋的综合考察,重点开展了中山站——冰穹A断面较系统的综合考察,获取了多学科长期观测数据;在南极冰盖最高点冰穹A地区,2009年1月27日建立了我国第一个南极内陆科学考察站——中国南极昆仑站,实现了我国南极考察从南极大陆边缘向腹地延伸的历史性跨越。通过南极冰穹A区域的7次综合考察,大大提高了我国极地考察的创新能力,开辟了深冰芯研究、天文观测研究、冰下山脉研究等极地科学前沿领域,形成了明显的区域优势。这一系列成果为我国跻身世界极地强国、提升在国际极地事务中的影响力和决策权迈出了坚实的一步。 
  2011年国家海洋局、财政部联合确立“十二五”时期我国极地考察事业的一项重点工作,即深入开展“南北极环境综合考察与评估”专项。该专项侧重基本环境信息调查,服务国家战略需求和长远发展。这一时期我国极地事业的另一个重点是积极开展南北极科学研究,全面提升极地研究水平。重点解决冰川、海洋、大气、日地空间、生物多样性、生态地质学和人体医学、地质与地球物理、天文等领域重大科学问题和关键技术难题,力争在冰川、高空物理、大气化学和古生态、古气候等领域保持我国的相对优势,并在环境和气候变化领域保持发展的势头;同时,大力发展对极地考察与科学研究具有重大作用的观测技术,力争取得若干拥有自主知识产权、达到世界领先水平的技术成果。

对我国极地科技发展的思考


  基于目前我国现行的极地科技体制和现阶段全面深化改革的形势,综合借鉴主要极地大国极地科技体制的经验,现就我国极地科考的战略、体制和发展方向等提出一些粗浅的想法和建议。 
  明确我国在南北极的地位和目标是不尽相同的。在北极,1996年中国加入国际北极科学委员会,2013年中国才成为北极理事会正式观察员,观察员的权利是有限的,更大和更长远的权利是需要争取的。其中包括北冰洋油气资源合作利用的可能性和新“一带一路”的北极航道权益。同时要维护出入白令海和北冰洋航道自由和安全通行的权利。在全球变暖、北冰洋海冰持续缩小的情况下,这些潜在的利益诉求将越来越显示其紧迫性。未雨绸缪,尽早与相关国家的科学研究部门先行开展合作与交流是非常必要的。这将为未来开展国际合作、讨论共同开发提供相互信任和理解的基础。我们要注意加强有意愿与我们合作的冰岛、芬兰、挪威等“北极国家”之间的交流。北极航道是当前我国开发利用北极资源的重要内容。除了发展与北欧与我友好国家的关系,更重要的是要发展与俄罗斯、加拿大和美国等北极航道沿岸国的双边务实合作。与北极不同的是,作为南极条约协商国,我国与其他国家在南极是平等的合作伙伴,拥有相同的权利。目前,南极的矿产资源禁止开发,受到《南极条约》和《关于环境保护的南极条约议定书》保护。2041年《南极条约》到期之后,我们应该继续为保护和探索南极大陆和南大洋的环境和资源作出贡献。在南极的持续和实质性的存在是保证我们权利的基本原则。同时,本文建议的目标是:在未来100年甚至更长的时期内,遵守并弘扬《南极条约》的基本精神和原则,坚持所有国家不在南极大陆开发矿产资源的原则立场,不支持在南极大陆设立军事或准军事基地,保护南极环境与生态的可持续发展,加大科研力量的投入,保证南极洲继续是科学家探索自然奥秘的开放实验室。同时,开展对南极旅游、文化以及南大洋生物资源的合理利用,加大对磷虾等渔业资源分布状态的研究和适度捕捞。
重视在科学领域中的国际合作,积极参与极地事务治理,正确地表述中国的极地立场和观点。我国加入《南极条约》已经34年,参加了南极条约协商国会议和其他极地国际会议,但是较少提出有重要影响的建议和议案。我们是南极的迟到者,还没有完全融入到管理南极事务的大家庭中去。值得高兴的是,最近,在北京由我国首次举办了第40届南极条约协商会议,这次会议办出了中国水平中国风格,是南极国际治理历史上一次重要的国际会议。未来我们要积极参与到南极条约协商国、北极理事会和国际南极研究科学委员会等相关组织中去,深入了解国际极地发展动态,表达我国的利益诉求,提升我国在极地领域的话语权和国际影响力,并推动极地全球治理朝着更加公正合理的方向发展。这需要我们加强在极地事务、科学研究方面的国际合作,增强参与极地国际治理的议题设置和规则制定的能力,在保护、研究与和平利用极地等问题上与主要极地国家寻求共识。 
  探索极地科考的新模式和新机制。我们可以尝试在有关国际极地组织的会议上提出和研讨“考察站共享与开放”机制,通过谈判实现南北极各国台站资源共享,这可以减少建站对极地环境的破坏和节约大量建站和维持台站的经费。在极地科考活动中,加大国际合作的支持力度,鼓励我国科学家主动参与外国考察站的科学考察活动,同时,积极邀请其他国家的科学家与我们合作,参加在我国台站开展的科考活动。在科学家层面上,我国已经与美国、加拿大、澳大利亚和日本等国学者开展了在长城站、黄河站和麦克默多站、戴维斯站、昭和站的互访合作科考,加强了相互的友谊与理解,取得了高水平的科研合作成果。 
  同时,建议我国极地事务主管加强与有关国家的友好协商,在北冰洋沿岸国家,如丹麦(格陵兰)、挪威、加拿大、美国和俄罗斯等以“租赁”或者“我建共享”的方式,在互利共赢的基础上,建立由我国管理的北极科学考察站,把科考站的建设重点从南极转移到北极来,从而优化我国极地科考站点布局。 
  完善极地科技管理体制。目前组织领导和负责执行我国极地科考的分别是国家海洋局极地考察办公室和中国极地研究中心,开展研究工作的是全国近百家科研院所和高等学校,分别属于国家海洋局、中国科学院、国土资源部、教育部和中国气象局、农业部等。极地科研经费的来源是分散多元的,暂时没有形成固定的经费投入机制。极地的科研项目设置和经费分别来源于财政部、科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、国土资源部、教育部等部门,这种状态可能在短时间内很难改变。因此有必要借鉴和学习主要极地大国的经验,改革我国现有的极地管理体制。整合国内的极地管理机构和组织,在现有极地工作管理体制机制的基础上,明确国家海洋局在组织协调、统筹规划国家极地考察和科学研究中的职责,成立挂靠国家海洋局的极地工作议事与决策机构,由外交部、财政部、科技部、国家自然科学基金委、国家海洋局等部委负责极地事务的领导和专家组成。这个跨部门的机构负责统筹部门利益和权力为国家利益和权力,协调解决中国极地工作涉及的海洋权益、极地安全以及外交、科研、法律和后勤保障、经费预算审核等一系列问题。这个机构作为执行单位与各部委统一协调,分别实施极地科考项目和国际合作,这可以避免项目的交叉重复和资源浪费,尤其有利于取得对外一致的极地话语权。同时还可考虑联合推动与合作建设极地科学的国家实验室,在实验室中成立国家级的极地科学技术咨询机构。 
  建设一支相对稳定的极地科研队伍和有长远战略目标的极地科研项目,并保证经费来源的稳定性。目前,我国极地科考队伍庞大,参与单位和人员众多,但是有些研究人员考察极地后就销声匿迹了,这是人财物资源的极大浪费。因此要控制考察极地的准入门槛,严格审查课题设置的创新性和可持续性。 
  鉴于目前极地科考研究课题来源的多元和不稳定,应该加快制定完善的极地科考管理细则。协调设立长期、稳定、综合性的南北极研究规划和科考调查专项,由国家海洋局与科技部、财政部和国家自然科学基金委协商,争取获得稳定的经费支持。具体的极地重点研发计划和实施项目则由极地科技专家组研究提出指南,由有资质和极地科研基础的单位和专家申报,在同行评议的竞争机制下优胜劣汰。在科考名额分配上采取更科学合理的绩效优先和保持连续性的分配模式。防止项目设置的随意性以及一个项目多头重复资助的情况发生。与此同时,国家自然科学基金委和中国科学院等部门继续给自由探索提供机会,支持有独特思路和创新设想的课题。逐步形成一支稳定的职业化的极地研究队伍和调查队伍,探明极地的环境资源本底信息,同时产出一批世界领先的高水平研究成果。 
  建立合理公正的极地科技评价指标,鼓励基础研究和环境调查的理论与方法创新。要建立科学完善的评价标准来评估南北极科学研究成果。基础研究论文的质量与数量是一个重要指标,关键是发现的首创性,是否处在国际极地科学前沿,是否获得社会公众关注。极地的专项调查项目是认识南北极现状的基础性材料,是进行极地业务化管理的基石。主要看成果是否满足国家关于极地治理与极地安全的需求;是否能在国际上产生广泛而深远的影响。在公正公平公开的基础上,建立较为完善的成果评价标准,在此基础上,逐步提升极地领域研究团队的学术声誉,优选一支以南北极研究为主的职业化极地科学家队伍。 
  从我国的优势领域和国家需求出发,增加经费投入,确定我国极地研究的优先发展领域。美国国家航空航天局(NASA)在2014年11月宣布啟动一项为期6年的“冰桥行动2014”南极研究计划,研究目标是观测南极大陆冰盖、冰川和海冰变化。美国科学院在“核心研究计划”外,提出设立3项优先研究计划:冰盖变化计划、南极基因组计划、下一代宇宙微波背景(CMB)计划。俄罗斯、加拿大等北冰洋沿岸国家正在增加研究北极海床的经费。相关国家目前都在围绕长期存在的问题在北极开展研究,如山脊系统是大陆的一部分还是大洋地壳,这是为寻求未来领海权益和北极治理的科学基础。 
  在深入了解极地研究国际动态的基础上,建议组织相关领域的专家评估我国极地科学研究的现状和优势方向,确定我国优先支持的研究方向和重大科学计划是目前的紧迫任务。综合考虑科学家们的认识,以下三个方向可以成为我国南北极研究的优先发展领域:一是加快南极冰穹A断面及其深冰芯和冰下地质、水文研究,深入认识全球气候变化的规律和冰冻圈基本理论;二是人类活动和全球变化对南北极环境与生态的影响,探讨极地与太平洋、青藏高原气候变化之间的关联以及对我国气候与生态的影响;三是继续加强极地大气与空间这个优势领域的研究和天文观测。从这三个研究方向上可以围绕国家需求,站在国家安全的高度上,凝练出多个重大科学计划。与此同时,我们要重视筹划在高寒环境下高新技术(发射极地遥感卫星、研发机器人、超深钻机、无人机等)与支撑设备(雪地车、直升机、深潜器等)的重点研发计划,扩大极地考察的活动空间,提升这些薄弱领域的技术水平。
除了基础研究之外,围绕国家战略需求也应考虑应用研究的可能性。此外,建立国家极地环境观测监测和资源调查业务化体系是当前我国极地工作的当务之急,这是未来进行应用研究的组成部分。 
  极地后勤支撑系统职能转变。与美国、澳大利亚、挪威等极地国家比较,我国的极地后勤系统从管理到支撑还有很大差距。未来可以考虑采取招标方式或培育专业化的物业公司,鼓励利用社会化资源参与极地考察的后勤保障,在极地主管部门的指导与监督下开展后勤工作,考察计划一旦批准,后勤系统要尽量优质满足科考队员预先提出的支持要求。后勤系统要从领导功能转变为服务功能,保证科考行动的有序运行和科考队员的生活质量。 
  加大极地科普力度,激发社会公众关注南北极的热情和参与度。我国的极地科普力度和公众参与度相对薄弱。极地工作的评价标准要重视极地科普工作的权重。要支持出版一批极地科普图书,资助极地题材的影视作品,以微博、微信、客户端App等公众喜闻乐见的传播方式讲述极地故事,激发公众尤其是青少年对极地这块最后净土的好奇心与求知欲,引导和培养他们关心两极、热爱地球的环境保护意识。 
  期待中国的极地科考事业能够取得更加辉煌的成果,我国能在更高层次、更大范围和更系统的领域深入认识极地、研究极地,在振兴中华实现中国梦的过程中,实现我们的极地梦,从而造福人类。 
  (本文系国家南北极综合考察与评估专项“极地科技发展战略研究”专题的阶段性成果;中国科学技术大学博士生张禄禄和研究助理臧晶晶等为本文提供了部分调研资料) 
  参考文献 
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  孙立广等,2016,《极地科学热点与前沿》,合肥:中国科学技术大学出版社。 
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