本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
2012年4月8日:我不知怎么的错过了我们在复活节星期天出发的消息……但在一个完美的日子里,穿越阿拉斯加和布鲁克斯山脉的北部,晴朗的蓝天,原始的白色雪地和雄伟的山脉,足以补偿在假日离开城镇,我的四个同伴(图1)似乎并不介意。
我们五人是阿拉斯加北坡积雪覆盖测量活动的前遣队。这里的积雪覆盖(图2)持续一年中的8个月,这很重要,原因有几个。首先,阿拉斯加这一地区河流的径流中,有50%到80%来自融雪。其次,积雪是一种有效的绝缘体,即使在冬季,它也能阻止地面冻得更深。没有积雪,这里的永久冻土可能会更厚,夏季解冻的活动层会更薄,植物生命会更不茂盛。第三,积雪是太阳能的极佳反射体(它具有很高的反照率,可以反射约85%的入射光),这有效地使阿拉斯加北部在冬季和早春比其他情况下更凉爽。如果感觉后两点是矛盾的,那么你是对的。积雪的绝缘效果和太阳反射效果之间存在着微妙的平衡,这种平衡不仅在北极的气候中起着至关重要的作用,而且在整个地球的气候中也起着至关重要的作用。简而言之,在像阿拉斯加北部这样的地方,积雪至关重要,而我们来这里是为了测量它的特性。
更准确地说,我们来这里是为了研究是否可以开发一种更有效的测量积雪深度的方法。可以通过将尺子向下推入雪中来轻松测量积雪深度,如果积雪覆盖是平滑均匀的,那么此处和彼处的几次测量就足以告诉我们有关区域积雪覆盖的情况,但是北坡的积雪覆盖却并非均匀平滑。风不断地吹动积雪,形成雪堆和冲刷区。在100米的范围内,人们可以测量到从10厘米到500厘米的深度。即使使用具有 GPS 功能的特殊尺子探头(在以后的博客中会详细介绍),也不可能手工绘制出雪的分布图。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑订阅我们的获奖新闻来支持我们 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保关于塑造当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
人们已经尝试了许多其他测量积雪深度的方法:雪橇和直升机上的单脉冲和 FM-CW 雷达,雪橇、飞机和卫星上的被动和主动微波发射器/接收器,飞机上的伽马射线探测器,甚至卫星上的重力仪。
到目前为止,已经取得了一些成功,但实际上还没有出现适用于所有类型积雪的操作质量方法,而且对于像阿拉斯加北坡这样的往往很薄的积雪(通常<100厘米)来说,问题尤其严重。
然而,最近开发的扫描激光雷达(光探测和测距)设备可能是改变游戏规则的工具。这些扫描设备安装在向下看的飞机上,可以创建具有近厘米精度的雪面条带图。如果在没有雪的情况下获取同一区域的第二张地图,则可以将两个表面进行差分,以生成积雪深度图。DGPS(差分全球定位系统)使这种精确的共同配准成为可能。
原则上,所有这些都可以以足够的精度完成,以生成有用且可靠的雪图,但这在实践中是否可行?这就是我们为什么在复活节星期天开车向北行驶的原因。并且,这种积雪深度问题不仅仅是学术性的。阿拉斯加州和联邦政府管理着北坡数千平方公里的土地,并且必须决定何时何地允许石油、天然气和采矿公司在苔原上通行。在积雪覆盖太少的情况下过早地开放苔原,会损坏苔原;开放得太晚,公司可能无法有效地勘探或开发战略矿藏(图3)。
我们已经为这次活动准备了几个月,并且一直在打包行李。除了我们的先遣队之外,本周末还将有另外 7 人加入,以帮助进行数千次的地面测量,我们需要这些地面测量来检查机载激光雷达产品的准确性。飞机将在一个星期后到达。
今天,我们正在驾驶两辆车向北行驶,牵引着雪地摩托拖车。我们的皮卡车和 SUV 都装满了东西,拖车上装有三辆雪地摩托、四个塑料雪橇和一个用于地面激光雷达的特殊雪橇(稍后也会详细介绍)。一切都被覆盖起来,因为我们预计这是一次泥泞的旅程。
我们于上午 8:30 从费尔班克斯出发。从费尔班克斯出发,旅程的第一部分(245 公里)是沿着埃利奥特高速公路穿过育空塔纳高地的云杉和桦树覆盖的山丘。接下来,它沿着道尔顿高速公路行驶,该高速公路穿过布鲁克斯山脉的阿蒂根山口(图4)。
后者也被称为运输公路,因为它是在修建跨阿拉斯加管道时为了将材料运往北方而建造的。道尔顿高速公路比普通高速公路更陡峭,大部分是泥土路(或者曾经是),主要由前往普拉德霍湾油田的卡车司机通行。
对于那些观看冰路卡车司机(第 3 季)的人来说,它详细介绍了卡车司机在这段路上的磨难……并大大夸大了它们。就我个人而言,我想我冬天已经开车越过阿蒂根山口 40 多次了,虽然需要小心,但它比危险更美丽。
几个小时的车程将我们带到了育空河。在克朗代克(1898 年)淘金热期间以及随后的 40 年里,这条伟大的河流是阿拉斯加和育空地区的交通要道,由明轮蒸汽船航行。
现在,它由一座在管道建设期间建造的向下倾斜的特殊桥梁(图 5)连接起来,而且它非常安静。在九月,驼鹿猎人将来到这里发射他们的船只,但一年中的其他时间,乘船旅行者将独自拥有这条伟大的河流。
当布鲁克斯山脉映入眼帘时,旅程开始变得更加激动人心。我们总是在科尔德富特(图 6)加油,在我看来,这标志着这座大山脉的南缘。科尔德富特大约于 1902 年被创建为一个金矿小镇。传说中,渗透到这么远的矿工“胆怯”了,然后向南返回,害怕即将到来的冬天和缓慢的饥饿。
多年以后,著名的艾迪塔罗德雪橇犬赛手迪克·麦基创立了今天仍然存在的卡车停靠站/咖啡馆/旅游景点。许多游客在夏天来这里,因为这里是前往布鲁克斯山脉的旅行的起点。不远处是另一个古老的金矿小镇怀斯曼,因鲍勃·马歇尔的著作而出名(图7)。马歇尔于 1929 年来到这个国家,并在布鲁克斯山脉进行了多次长途露营和探险之旅(夏季和冬季)。
当时,怀斯曼几乎是世界上最偏远的地方。他对“荒野”的想法很感兴趣,并且对他在怀斯曼周围发现的白人矿工和因纽皮亚特居民和谐相处的社会感到非常着迷。他的两本书……都是非常好的读物……分别是《阿拉斯加荒野》和《北极村》。他对荒野的概念以及荒野在社会中的地位今天仍然具有影响力。
从科尔德富特出发,我们蜿蜒穿过布鲁克斯山脉,沿着科育库克河的流域向上游方向行驶,经过苏卡帕克(图8)和斯诺登山,并爬上昌德勒地带。
这里的野生动物变得壮观……数百只驯鹿(图9)在路边吃草,全身雪白的雷鸟(图10)在苔原上享受晴朗的一天,甚至还有一些戴尔绵羊。从地带出发,我们继续向上攀登至 4739 英尺(1444 米)的山口。当我还是一名学生刚开始在北坡研究积雪时,我的导师和朋友卡尔·本森博士总是在峰顶这里停下来,谈论布鲁克斯山脉如何成为世界伟大的气候分界线之一,将针叶林与寒冷的北方苔原分隔开来。
今天,山口名副其实:在南部,道路泥泞不堪,气温在零度以上。在北部,气温远低于冰点,道路被雪覆盖,并且刮着强风。
感受到本森博士的教诲的分量,我简短地向我的同伴宣布这是一个“伟大的气候分界线”,然后我们回到车上,小心翼翼地沿着山口陡峭的北侧下降。再开车 45 分钟,我们到达了图利克湖野外站。
营地很安静,而且一如既往,我们受到了热烈的欢迎。我们卸下装备,在宿舍里铺开睡袋,并开始考虑即将到来的活动。
明天:在北极苔原上建立一个控制网络。