科技之谜：南极冰盖怎么窥探？

在海拔4093米的南极冰盖之巅———冰穹A地区，我国科学家将“撒”下“智能尘埃”，通过这个“智能尘埃”网络，在北京就能遥控监测南极冰雪环境的变化。在南极一望无际白茫茫的冰盖中，如何撒下“智能尘埃”？什么是“智能尘埃”？“智能尘埃”能干啥？“智能尘埃”如何监测南极冰雪环境？“智能尘埃”能经得起南极严峻的考验？带着这些疑问，本报记者采访了从事此项研究的中国科学院遥感应用研究所程晓博士。

　　“智能尘埃”怎样监测南极？

　　“智能尘埃”与一项科学研究计划息息相关：“基于无线传感器网络技术的冰雪环境连续测量系统”，这项科学研究计划即将在我国第24次南极科学考察活动中执行。

　　“这些‘智能尘埃’就是即将在南极布设的无线传感器网络中的一个个‘节点’。”程晓博士解释，“这些白色的、如手机大小的方盒子的无线传感器，其实就是一个个微型单片机，具有环境信息采集、处理和无线传输的功能。”

　　在程晓的设想中，这些无线传感器网络的“节点”体积将像尘埃一样小，可以附在物体上，也可以释放到大气中。“节点”之间通过无线介质连接，通过协同工作来采集和处理网络覆盖区。事实上，在南极一望无际白茫茫的冰盖中，这些小盒子的确渺小得像一颗颗尘埃。

　　“智能尘埃”“智”在哪里？

　　“之所以叫智能尘埃，是因为网络中的各个不同节点可认为是相对独立的，可以灵活地构建网络用无线方式发射、接收信号，通信路径的选择也是由网络根据实时情况自己确定的。”网络的中心基站则放到天文观测箱内，并与我国首次赴南极冰穹A进行天文考察的科研人员合作，将观测数据通过卫星通讯每日定时传回北京。

　　南极大陆常年低温，普通仪器在这种低温状态下根本无法连续工作，“智能尘埃”如何做到这一点的呢？“智能尘埃”的“智”也体现在这。由于网络节点相对灵活，每个节点可以根据周围的环境、信号传输质量等因素来选择最佳的路由路径，即便有一个或者数个节点失效，只要在传输距离内有其他的“同伴”存在，就可以另找“搭档”完成任务。

　　“智能尘埃”能干啥？

　　“极地是全球环境和气候变化的晴雨表。”曾参加过南北极考察的中国科学技术协会副研究员沈爱民表示，通过对两极地区冰盖上大气沉积物的详细观测，可以了解两极地区乃至全球的气候环境变化。而世界气象组织发布的报告显示，受气候变暖影响，南北极的冰盖正在加速融化。

　　程晓表示，通过卫星遥感技术，人类已经获得全南极的多源遥感影像图，测得冰盖运动和表层冰雪融化等数据，但由于大气和地表的复杂性，卫星遥感所获得的冰雪参数的可靠性不高。同时极地环境恶劣，依靠人力、使用普通仪器很难大范围进行考察。“将‘智能尘埃’应用于极地冰雪监测，并将卫星遥感监测与地面无线传感器网络监测进行集成研究，不仅能够宏观、全面地了解冰架状况，而且能够实现连续观测。”程晓认为，地面布设的“智能尘埃”将能够获取其所在点上的精确地面参数，如温度、湿度等，这些点上的精确观测与卫星遥感在面上的宏观观测相结合将能为科学家提供大面积精确的南极地表参数，极大拓展人类对南极的监测能力。

　　“智能尘埃”如何在南极生存？

　　如何才能让这些南极冰盖之巅的“智能尘埃”尘埃落定呢？程晓认为，目前遇到的最大挑战是冰穹A地区的极低温（年平均气温-55摄氏度，最低温-83摄氏度），低温对电子器件和电池都是严峻的考验。此外，南极大陆极夜漫长，“智能尘埃”网络无法长期依靠太阳能供电，能源问题将成为“智能尘埃”另一大难题。

　　为了克服低温难题，保证无线通讯的传输距离，程晓将把节点安装在一个能承受低温的金属支架的顶端，支架插入冰盖中固定，让“尘埃落定”。而“智能尘埃”自身极低功耗的特点也在一定程度上克服了能源难题。这些节点功耗非常低，通常两节干电池就可以连续工作一年，同时该系统采用蓄电池结合太阳能电池板的供电方式，将特制的蓄电池盒埋在雪下一定深度以实现保温，通过引线给节点供电。

　　“智能尘埃”除了应用于恶劣环境、无人环境下的环境监测，还能应用于其他领域吗？程晓表示，该系统在民用领域也大有可为，它可以用于监测土壤、大气、水等生态环境，监测车辆拥挤地区的交通流量，监控医院病房内病人的身体状况与活动，感应工业设备的非正常振动以确定制造工艺缺陷等等。

　　新闻缘起

　　今年底即将开展的第24次南极科学考察活动，被视为我国南极内陆科学考察站建设计划进入实质性启动阶段的标志。在这次考察中，我国将继续对冰穹A地区进行考察，同时为建立南极内陆冰盖科学考察站做必要准备。根据计划，我国此次内陆冰盖考察队将执行7项科学考察任务，其中包括我国首次开展的科研计划———在南极冰盖之巅“撒下”监测冰雪的“智能尘埃”(即无线传感网络)。

　　2005年1月，我国第21次南极考察队内陆冰盖队到达了南极冰盖最高点———海拔4093米的冰穹A(DomeA)地区