科考隊員李騰和趙劍在鷹嘴巖大坑邊緣作業（圖中藍色水洼為冰面融池）
科考隊員李騰在進行RTK測量與記錄
隨著南極夏季的來臨，潔白的南極冰蓋表面出現了許多水洼，在極晝陽光的照射下，泛著藍色的光。
這些大大小小、形狀各異的水洼，學名叫做“冰面融池”，它們不僅點綴著南極的美麗“夏裝”，還具有很高的科研價值。
剛剛結束的我國首次南極無人機業務化觀測考察，完成了43個架次的完美飛行，有望揭示全球變暖背景下南極冰面融池的奧秘。
剛剛起步的南極冰面融池研究
近年來，冰面融池的增多已經成為北極海冰快速融化的重要證據之一。中國第4次北極考察隊的航空遙感觀測結果表明，北極點附近的海冰密集度只有不到85%，浮冰間出現大量水道，海冰冰面融池發育明顯。
“不止北極海冰，隨著全球變暖，北極陸地格陵蘭冰蓋的冰面融池也非常發育，許多區域甚至形成冰面水系，能夠在衛星圖像上看到，各國科學家做的工作也比較多。”北師大全球變化與地球系統科學研究院院長程曉接受《中國科學報》采訪時說。
相比北極，南極冰蓋周邊地形陡峭，冰面融池尺度通常較小，僅分布在冰蓋邊緣的一些區域，很難從中高分辨率衛星圖像上發現。
“雖然融池僅出現在冰蓋外緣的很小區域，但冰蓋外緣的融化和崩解會導致冰蓋上的冰加速向海里流動。”程曉說，“融池的水會滲透到冰面下，或形成裂隙，或對冰的底部形成潤滑，從而影響冰蓋的不穩定性。”
研究顯示，近幾十年來，南極半島地區約有超過10個冰架相繼崩塌消失或大幅度退縮，多數由于冰面融池導致。而在融化尺度較小的東南極地區的冰面融池研究，國際上還剛剛起步。
程曉帶領的極地遙感研究團隊在第33次南極科學考察中發現，中國南極中山站附近的達爾克冰川分布有多個冰面融池，但在中高分辨率衛星遙感圖像上并沒有看到。
于是，在今年的中國第34次南極科學考察中，他們利用“極鷹III-R型”無人機搭載可見光相機、傾斜相機、激光雷達等傳感器，搜集全球變暖背景下南極冰蓋冰面融池的寶貴研究資料。
一波三折的無人機航拍
“這次經歷的驚心動魄和一波三折完全可以媲美驚險刺激的好萊塢大片！” 回想起過去一個半月的南極考察，北師大全球變化與地球系統科學研究院博士生李騰很興奮。
雖說他和同學趙劍都是第一次去南極，但兩人配合默契，無人機航拍工作很快順利地步入正軌。
不過，極地外業工作總是伴隨著意外情況的發生，而當中一些又是想破腦袋都不可能預測到的，加之南極條件惡劣，很多時候都要靠天吃飯。
2017年12月21日中午，當執行完航拍任務的F300無人機返航到降落點附近準備滑降時，意外發生了。飛機遲遲不降高度，且與預設降落點漸行漸遠。
“飛機的測高系統出了問題。”李騰希望飛機自駕系統恢復“理智”重返預定降落位置，可遺憾的是，飛機失聯了。
經過深思熟慮，他們放飛另一架無人機展開搜尋。可喜的是，在達爾克冰川表面發現了失聯的無人機，距離預設降落點約5公里；然而可惜的是，由于冰川表面布滿了冰裂隙，最深處達幾十米，靠人力涉足去撿回來絕無可能，最終只好放棄，無人機永遠地留在南極冰蓋上。
自此以后，李騰和趙劍都會在任務前一天反復檢查設備和調試軟件，“緊張得晚上都睡不好，類似的感受可能還是高考前一天吧”。
盡管困難重重，但在一個半月的時間里，他們利用無人機采集了大量的現場實測遙感觀測數據，除了航拍冰面融池和冰架，還幫助中國極地研究中心采集預選藍冰機場的數據，為“雪龍”號實時觀測海冰情況等，數據量累積高達124G。
南極科考無人機應用有望常態化
此次南極無人機業務化觀測成果顯著，更讓程曉堅信，無人機作為一項新興的技術，必然要在極地考察中得到越來越深入的應用。
近年來，無人機在我國南極考察中的應用水平已經大大提升，隨著多種機型在極地的實驗成功，我國無人機基本可以提供后勤和科研保障所需的技術支持。在世界各國中，我國無人機在極地的應用水平最高。
下一步，程曉希望能夠把一些新型的傳感器搭載在無人機上，通過這些高精尖的載荷探測到極地更多的信息。
“現在我們很多機制還不清楚，比如只知道融池的水滲透下去會增加冰架裂隙的產生，引致崩解形成冰山，但是冰山在海洋里面以后又如何影響海冰等，這些都需要進一步調查。”程曉坦言，這些問題靠衛星遙感手段是沒有辦法解決的，需要近地面的航空或無人機手段進行局地的深度調查。
他表示，衛星的優勢是宏觀，可以做很大范圍的調查，但看不到局部的微小的過程，而無人機的優勢就是可以做比較精細的調查。只有二者結合，才能做到知其然并知其所以然。
“未來，無人機將常態化地進入南極地區，既服務科研又服務后勤保障。”程曉說。
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