什么是海洋测量学原理 -海洋测量的定义以及包含的内容

文星雨 · 发表于海洋技术发展 2023-10-28 07:14:29

中科院成都山地所研究员王文志在采集冷杉的年轮样本。

中科院成都山地所研究员王涛带领博士生在雅家埂垂直地带性观测样地采样。

每一个采样点需要挖至20厘米深。图片均由四川日报全媒体记者李强摄

盛夏时节，热浪滚滚。正值科考旺季，科技工作者纷纷出动。在中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站，研究人员已连续工作了一周多。

贡嘎山是横断山脉的最高峰，有“蜀山之王”的称誉，其峡谷高差世所罕见，从东坡大渡河谷底至主峰峰顶，水平距离不过29公里，相对高差达6500米，这也造就了类型多样的生态系统景观：亚热带常绿阔叶林、针阔混交林、针叶林、高山灌丛、高山草甸、高山流石滩稀疏植被带、高山冰雪带梯次分布……使这里成为研究山地动植物、土壤、水文、气候、冰川的“天然实验室”。

7月10日至14日，川观科考队来到这个建站已35年的国家级野外观测站，跟随不同研究方向的科研工作者进密林、走野路、探冰川，以求从不同视角捕获全球变暖的足迹。

“本来可以避暑，今年也变得热起来了。”在海拔1600米的磨西基地，观测站代理站长常瑞英说，气候变化不仅影响陆地植被的适应策略，也深刻影响生态系统的结构和功能，“这里是横断山区最为敏感的气候变化‘指示器’。”

1密林中的天然实验室

从磨西基地沿着景区公路向上攀行。一路上，民居渐渐后退，幽深的河谷、连绵的群峰、神秘的原始森林、奇特的冰川瀑布次第闯入视野。

越野车车窗外，高耸的峨眉冷杉林向道路两侧逼近，树干上苔藓密布，枝干上包裹着、垂挂着松萝。“这是好空气的标志。”常瑞英说。当越野车行驶到海拔3000米，科考队伍下车了。

沿着一条小径，走进深邃的山林，眼前出现一个天然实验室：地表网线纵横，白色的管道把样地围成10米见方的样方，里面的每棵树都被做了标记，“腰”间还捆扎着记录生长情况的仪器，时刻记录着它的生长。

常瑞英说，每年4月到5月雨水充足时，树的直径长得最快；6月到10月则比较均匀；11月以后，天气转冷，准备过冬的树去掉了身体里多余的水分，直径反而会变小。

环视周遭，这片0.6公顷的样地里有不少水文观测设备，不管是穿透雨、树干茎流，还是地表径流、壤中流，都是监测对象。树干上挂着的翻斗式计量仪，每装满一次水，就记录一次，然后自动翻盖倒掉后重新收集，以此往复不停。密林深处有一小木屋，里面的电脑屏幕不断闪动，这是正在测量土壤—大气碳氮交换量的装置。

“这是一个演替中期的森林观测场。”常瑞英指着凹凸不平的地表，上世纪30年代，这里发生过大规模泥石流，形成大块岩石裸露、不平整的地形。这些林相整齐的林子，就是在泥石流迹地上形成的，据测算林龄有80多年。

正是在这里，科学家搭建起了一个涵盖水文、土壤、气候和生物的全要素观测系统。

山间气候多变，不一会儿林间下起了大雨。“在你们来之前，这里已经连续一周大晴天，这在雨季是少见的。”常瑞英说，经过30多年的连续观测，他们发现高山地带增温很快，同期降水在减少，他们称这为“暖干化”趋势。

“尽管现在山间大雾弥漫，但从遥感数据看，雾气是在逐年减少的。”常瑞英感慨，这也会带来系列影响，比如树上的苔藓，它的水分来源就是降水和雾气。雾气减少，对其生长也会有影响。

“全球变暖带来的是多层次、综合性影响。在这个影响下，生态系统能不能维持健康、稳定，还需要我们开展长期观测研究，这也是设观测站的目的之一。”

2追林线的“年轮博导”和“泥巴化学家”

探寻气候变化的踪迹，科研工作者们往往会进到森林的更深处。

林线，是山地垂直植被带谱中，森林分布的上限。林线上下，色块分明，超过这条界限，针叶林就被适应高寒环境的高山灌丛和高山草甸所替代，墨绿色无缝连接着一片翠绿，再往远处，蓝天下贡嘎群山的冰雪之巅成了这道风景线的背景。

温度、降水，都是影响林线迁移的因素。7月11日，王文志和王涛的团队，就要赶往这里。探寻气候变化下，贡嘎山林线附近植被、土壤的变化。他们是2020年中科院引进的人才，这两位“85后”研究员要在林线附近采集各自的样品。

从磨西镇出发，沿着泸定通往康定的434省道蜿蜒而上。车行一小时后，海拔上升到3400米。这里是雅家埂的著名景区雅家情海。研究人员顾不上打卡景点，开始往海拔3700米以上的林线进发。

垂直距离只有300米，但密林中的行进并不容易。在向导带领下，王文志和其学生抵达了林线处，脚踩松软的苔藓，他们展开作业。

在美国两个国家实验室做过博士后，2020年回到中科院成都山地所的王文志，被人称为“年轮博导”，10余年来，其研究一直和年轮有关。年轮，是时光留下的痕迹。对他来说，年轮就是一个研究森林如何响应气候变化的窗口。

王文志找到一棵个头不高的冷杉，拿出一根管状的蓝色生长锥——这是树轮取样的常用工具。在不破坏树木生长的情况下，通过钻取树木树芯，可分析确定这棵树的年龄、生长速率。

取出取样钻头，把钻头插入后拧紧螺丝，就成了一个T字形的生长锥。王文志选准树木底部的点位，将生长锥的钻头朝着树干中心水平旋入，再插入抽芯器，将中空椎体内的树芯取出——散发着新鲜木质香味的树芯，形似一根细香烟。由于高海拔地区树木生长缓慢，年轮宽度窄，一圈圈紧紧贴着。“初步判断，这棵树应该有100多岁了。”

在这里，王文志和学生至少要采集上百棵冷杉的树轮样本，以便带回成都经处理后开展大样本量的研究。通过研究，他们初步发现，随着气候变暖的加剧，高海拔地区的树木年轮越来越宽，生长越来越快，低海拔年轮越来越窄，生长越来越慢。而王文志的目标，是探明这一现象背后的原理，结合模型预测未来气候变化下山地森林带谱如何变化，向人们预警气候变化下我们的高山生态系统会走向何方。“目前才刚迈出第一步。”

王涛此行是采集土壤样本。王涛被所里人调侃为“泥巴化学家”，从硕士阶段，他就“栽进土里”。

西南地区是全国的第二大林区，今后可能是国家最大的陆地生态碳汇。而气候变化下，土壤固碳能力有没有变化，背后的机制是什么？这是王涛最近的课题。

常瑞英的研究为他打下了基础。驱车来到贡嘎山北坡雅家埂海拔4000米处，爬过一个漫山乱石和野花的山埂，开阔平坦处有一方铁丝围起来的样地——这里有常瑞英团队布下的OTC增温设施。这个六边形的无盖玻璃罩子，学名叫“开顶式同化箱”。它将地面释放的长波辐射部分反射回植物和表层土壤，实现对箱内小生态系统的增温。这样的装置，适用于无电力供应的苔原和草地。

开顶式同化箱内外的温差在0.9摄氏度到1.5摄氏度之间，这是二三十年间气候变化的温差。通过比较内外土壤碳含量，能够推断增温对土壤碳的影响。

在一个个箱体内外，王涛和博士生刘冬，固定出10厘米见方的样方，向下整齐挖出20厘米的深度，将范围内的植被、土壤一网打尽。标记、装袋，带回实验室处理，测量出土壤中的碳含量。

前期的研究表明，海拔越高，增温速率越明显。王涛站起身，山对面的雪山下，海拔4500米的地方，观测站还布设了同样的增温设施。“我们就是要搞清楚，这种增温会对土壤碳库产生什么影响，影响的机制是什么。”

3冰川每年退缩超过五十米

河谷宽窄交替、坡降大，大渡河支流——冰川河的气势绝对算得上恢弘壮观。这条源自海螺沟1、2、3号冰川的冰河，每秒流量15立方米，夏季最高流量能达到每秒50立方米。

沿着一路咆哮的冰川河溯流而上，河两侧是冰川侧碛崩塌滚落的碎石。一边是沁人的冰河，一边是艳阳下晒得发烫的滚石，在经历了半小时心惊胆战的翻行后，记者随观测站副站长冉飞来到了海螺沟1号冰川的末端。

眼前，冰川正在融化，途经的冰洞口，还有正在滴落的融水，冰崖顶部不时有碎石滑落……这里的冰川并不是想象中的冰蓝洁白。科学家把冰川消融区形象地称为“冰舌”。海螺沟的独特之处，在于冰舌深入到了森林线以下，形成了冰川与森林交互的独特景观。冰舌表面基本被侵蚀搬运携带的冰碛物所覆盖，外观呈现灰色。

冰川，对许多人来说既熟悉又陌生，地球上的水资源、生态环境、气候变化都与冰川息息相关。

贡嘎山的冰川属于典型的海洋性冰川。多年来专注于冰川观测研究的观测站研究员刘巧说，海洋型冰川对气候变化更敏感，通过与上世纪30年代的照片对比，现在的海螺沟冰川已强烈退缩与减薄。

乘坐景区缆车，我们来到海拔3600米的平台上，在这里可以更清晰地看到冰川的全貌。远处，贡嘎主峰的雪顶连接着粒雪盆。气势磅礴的冰川顺着山谷一泻而下，在陡壁上形成了著名的大冰瀑布，这里的垂直落差有1080米之巨，比黄果树瀑布还大。

刘巧告诉记者，由于冰体减薄和冰川物质加速亏损，著名的大冰瀑布近年来也渐渐与其下部的冰舌分离。

今年4月30日，一段海螺沟景区的监控视频传遍社交媒体。海螺沟大冰瀑布发生大规模冰崩，冰川如瀑倾泻而下，雪雾磅礴，整个冰崩过程持续时间3分多钟。

冉飞说，2021年2月，印度查莫利北部里希恒河发生大规模的泥石流造成两百多人死亡。究其原因，是里希恒河上游朗提峰附近的一块厚达20米、宽度约为550米的三角形冰川体连带底部约180米厚度的基岩崩裂，崩滑沿途裹挟大量积雪、岩石和碎屑物质以及冰雪融水，形成冰岩崩—泥石流—洪水灾害，坠下高度超过1600米，直达谷底。

“这也是为什么我们要监测冰川的变化，以便及时发出防灾减灾的预警。”冉飞说，建设气象、水文监测站、布设花杆、自动相机、结合无人机航拍和卫星遥感监测……观测站已对海螺沟冰川进行了长达30年的监测。

9点半，云雾上山。贡嘎主峰和大冰瀑布渐渐被遮挡。“趁着能看，多看几眼。”冉飞这话不仅说被遮挡的雪山，更说的是气候变化下的冰川。

根据刘巧的多年观测，海螺沟冰川呈加速退缩趋势。自小冰期以来，冰川后退距离超过2公里，1966年—2009年间观测到冰川平均每年后退约25—30米，而近期2016年—2020年间退缩速率超过了50米/年，冰舌厚度减薄速率高达2—3米/年，其加速退化趋势较我国典型的大陆性冰川更快。

同冰川长度和面积的减少比例相比，冰川消融区的厚度减薄更为明显。最近两年的无人机高分辨率航测发现，仅2018年—2021年三年间，海螺沟冰川的冰舌段平均累计减薄高达14米，而末端减薄了近60米，刘巧说：“冰川减薄是海洋性冰川响应气候变暖而快速消退的重要过程。”(四川日报全媒体记者徐莉莎)

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