地球卫星以大约22年的椭圆周期围绕地球运行
中国南极测绘科学考察22年的成就与贡献
二十二年来,在国家测绘局的领导和大力支持下,在国家海洋局极地办的直接指导下,中国南极测绘研究中心(5438年6月+2005年10月国家测绘局极地测绘科学重点实验室成立)为中国南北极科学考察提供测绘保障,利用3S技术(GPS-全球定位系统、RS-卫星遥感技术、GIS-地理信息系统)及其集成,开展了南极圈层动力学研究,监测极地冰盖环境变化和冰川运动,研究海平面变化,在中国互联网上建设极地空间信息和极地考察管理信息服务平台。我们应用技术创新突破极地地质研究难题,创造性地探索出符合中国国情的独特极地测绘技术体系和测绘途径,为中国测绘科学开辟了新的南北极研究领域。取得多项成果,填补了国内相关研究领域的空白,达到国际先进水平。南极地图的覆盖和中国地名的命名,对于国家维护国家南极权益具有重要意义。
一是为我国测绘科学开辟了新的南北极研究领域。
65438-0984年,参加中国首次南极科考,承担中国极地测绘科学考察重点项目研究22年。地球两极的自然环境极其恶劣,每一次“首次”考察都是高度危险、最艰苦、最困难的。中国派出的22个南北极科学考察队中,只有4个是“第一”,分别是1984年中国第一次南极考察队建立的长城站、1988年中国第一次南极考察队建立的中山站、1999年中国第一次北极科学考察队、2004年中国第一个北极黄河站。测绘学科圆满完成了这“四个第一”的测绘保障,3人被国家南极考察委员会授予极地考察建站二等功。
22年来,从无到有,在我国没有极地测绘的情况下,建立了我国西南极和东南极大地原点、高程系统和完整的测绘基准。同时建成了中国境外独立的、有利于中国空间技术发展和应用的南极长城站、南极中山站、北极黄河站三个GPS卫星跟踪站。探索出了适应地球两极特殊自然环境的完整技术体系,开展南极地球动力学、极地重力场、极地冰雪环境变化与物质平衡、南大洋海平面变化研究,建设极地互联网GIS服务平台,实施基础测绘保障,开辟了我国测绘与遥感信息工程科学新的极地研究领域,填补了国际上相关研究领域的空白。
1991年,经国家南极考察委员会和国家测绘局联合批准,成立了中国南极测绘研究中心(以下简称中心),1人担任19年国际南极研究科学委员会(SCAR)常驻中国代表,与加拿大、澳大利亚、新西兰、德国开展了多项国际南极合作研究。
该中心还承担了中国第一张南极地图——长城站地形图的确定,中国第一个南极地名——长城湾的命名,国家测绘标志设置在北极进行大地测量。
22年来,该中心完成了中国首次南极测绘科学考察、现代南极地壳运动与遥感制图、拉斯曼丘陵小影像航空摄影测绘、南极冰貌环境变化与海平面变化及南极动态大地测量研究、南极测绘与遥感应用研究、中国首次北极科学考察研究、南极地理信息获取及其动态过程研究。中国南极考察区基础测绘和建立北极卫星跟踪站及动态空间信息系统等重点项目,其中1989获国家科技进步二等奖,2002年获何李地球科技进步一等奖,获省部级一等奖6项。
二、应用技术创新,突破极地地学研究难题,并取得国际先进水平的成果。
1.为解决我国在南极人迹罕至地区考察对冰图的迫切需求,我们组织中心科技人员进行技术攻关,突破了无地面控制点的卫星影像数字化成图难题,摸清了卫星遥感冰雪面辐射强度信息与海拔高度的相关性,建立了高程反演模型,在室内绘制了人工难以到达的南极冰地形图。这种创新的理论和方法在南极研究中尚属首次。
2.在现代南极地壳运动研究中,早在1986年,我国第一个南极科考站——长城站刚刚建立,比当时其他国家的南极考察都要早。在极地自然环境下,测绘创造性地利用地面和卫星相结合的技术,在乔治王岛建立了第一个监测南极地壳断层运动的形变网。自1996以来,我国参与了国际组织监测南极板块运动的大型卫星GPS全南极战役的观测工作,使我国在南极地球动力学研究方面跻身国际先进行列,在我国长城站和中山站地壳动力学过程研究方面取得了国际先进水平的成果。
3.在南极GIS研究方面,1998建立了中国南极互联网服务系统,引起了国际南极研究科学委员会(SCAR)的关注。2000年,在武汉召开了南极乔治王岛地理信息系统国际会议,推广中国的先进成果。2004年,南极研究科学委员会在武汉大学举办了南极地理信息系统国际研讨会。到目前为止,SCAR已经举办了三次南极地理信息系统国际研讨会,其中两次在武汉举行,为中国的极地测绘赢得了国际荣誉。
4.在中国首次北冰洋科学考察期间,利用差分GPS技术研究了北冰洋浮冰的精确动态变化过程,首次在北冰洋冰面上成功进行了绝对重力测量实验,填补了国际相关领域的空白。
3.创造性地探索符合中国国情的独特的极地测绘和制图方法。
1.在我国无法花费大量资金用常规方法实现南极地区航空摄影测量成图的情况下,为保证国家多学科考察急需地图,该中心创造性地设计了技术方案,以直升机为发射平台,采用普通非公制120相机航拍和地面放样控制,历时三个南极夏季考察时间,克服了南极环境的艰苦,仅花费少量资金。成功测绘了南极国际拉斯曼丘陵第一套符合规范要求的大比例尺地形图,探索了南极裸露区小影像航拍测绘方法,解决了东南极科考所需的地形图问题。这项成果被专家评价为开创了符合国情、具有中国特色的南极测绘方法,为国家节省了巨额资金。
2.为了获得具有国际影响力的科研成果,中国首次组织多学科综合考察队,向被称为生命禁区的东极内陆冰盖格罗夫山高寒地区冲刺。该中心组织课题组,冒着冰裂缝纵横的危险,采用DGPS先进技术,在野外高精度测量了14000个GPS点,成功绘制了南极内陆冰盖高原上的世界第一幅1:60。
3.在国际ITASE中国计划实施期间,该中心承担了国家下达的导航任务。为了保证内陆冰盖考察队能够在南极复杂的气象和自然环境下,进入人类未曾到达的深冰盖区域,绝对能够安全返回。经过反复研究,它采用卫星定位和雷达定向相结合的技术,摸索出一套导航方法,保证了科考队的安全可靠。中国内陆危险区多次顺利考察,在国际上获得了用于研究南极冰盖物质平衡的中山站至DOME-A 1300km剖面高程数据,开创了国际南极对人类从未到达地区研究的先河,填补了一项空白。
4.南极地图的覆盖和中国地名的命名,填补了中国的历史空白,维护了国家的权益。
南极洲陆地面积654.38+04万平方公里,国际上有领土主张。22年来,测绘在南极覆盖面积近20万平方公里,各种地图象征着国家领土,大量具有空间坐标的永久性测绘标志埋藏在中国境内。作为国际SCAR大地测量与地理信息工作组的中国代表单位,负责按照国际SCAR指南的要求命名中国南极地名。在“中心”承担的各类南极地图上,有300多个中国南极地名被国际南极研究科学委员会认可并出版,不仅填补了南极自古以来没有中国命名地名的历史空白,也维护了国家在南极的权益。
五、培养极地科研的年轻一代,教育年轻人崇尚科学,做出突出贡献。
22年来,“中心”先后70余次考察地球两极,培养了一支善于战斗、适合极地的团队精神科研梯队骨干。“中心”的居民和科研人员在包括港台省在内的全国各地进行了近500次极地考察和科普报告,受众达30多万人,在教育青少年热爱祖国、崇尚科学方面取得了良好的社会效益。中心科研人员先后获得党员、湖北省劳动模范、湖北省科技精英、有突出贡献的中青年专家、五一劳动奖章、全国先进工作者等荣誉称号。
“十五”期间极地考察和科学研究的新成就与贡献
1.“3S技术集成在极地冰环境与地壳动力学过程中的应用研究”获2004年湖北省科技进步1奖。这一成果被专家评价为具有国际领先水平,主要体现在:
(1).在国际上率先将星载合成孔径雷达干涉测量技术应用于南极内陆冰盖研究,在格罗夫山地区利用雷达图像和相干特征成功提取了蓝冰、冰裂缝和冰川流向的分布信息。为我国在南极高危冰盖地区建立地面数字高程模型、监测冰盖运动和变形、保障科考队生命安全找到了一条有效途径。
(2)利用各种卫星传感器在不同时期获得的空间信息,记录了东南极人类无法到达的D'Arc和Polar两个冰川17年的变化过程,并在国际上首次公布了其入海流量,为研究南极环境物质平衡提供了理论依据。
2.“中国首次北极科学考察”获2004年国家海洋局海洋创新成果奖1。该项目是由国家海洋局中国极地考察办公室直接主持的大型综合极地考察项目。
3.《南极全图》2004年获中国测绘学会(国家测绘局)优秀地图作品二等奖。这张地图(包括电子地图)是第一张用于科学调查的全面的全比例地图,它信息量大,直观,具有时代感。2003年春节,国家极地考察办公室把这张地图作为礼物送给了国务院。
二、为我国南北极重大科学考察活动做出了新贡献。
1,为成功发现和确定我国南极冰盖最高点做出了巨大贡献。
2004/2005年南极夏季,在引起国内外高度关注的“中国十三勇士进军南极穹丘-A”重大科学考察活动中,中心派出博士生张圣凯参加寻找南极冰盖最高点的任务。DOME-A是南极四大地理特征之一,最有利于科学考察,可以获得国际影响研究成果。南极洲有四个地理特征:南极、南磁极和地球冷极,分别被美国、法国和俄罗斯占领过,但最后一个地理特征——冰盖最高点——被称为无法到达的南极穹A,其他国家都没有到达过。因此,考虑到中国的南极考察大国地位,中国应不惜一切代价抓住这一点,在DOME-A建立第三个南极科考站,并计划在2006年进行科考准备工作。然而,知道欧洲的一些国家也盯上了DOME-A,中国决定先行一步,在2005年6月派出13勇士抢占DOME-A。因此,该国将导航进入DOME-A的路线和寻找南极冰盖最高点的艰巨任务分配给了测绘。
DOME-A是一个面积很大的冰雪覆盖的高原。因为人类还没有到达这个地区,危险性很大,中国又无法自救,所以国家规定在目的地停留时间也很短。这是一项有风险的艰巨任务,不能出任何差错。如果找错了方向,到不了最高的区域,或者温度极低,根本测不到最高点。这不仅会给国家造成巨大的经济损失,还会影响国家的国际声誉。因此,“中心”组织科研人员查阅了大量国际资料,建立了多种冰盖地面高程试验数字模型(DEM),反复研究分析,制定了多套方案。根据22年来南极考察的技术实施体系,以中山站建立的常年卫星跟踪站为基础,决定采用地面方法,利用DGPS技术,雪地车从大本营中心辐射流动,仪器保温措施,现场快速圈定区域。在勇士们的帮助下,张胜凯博士在生命极具挑战性的禁区发扬了不怕苦、不怕死的精神,在高原严重缺氧、极端自然环境下克服了难以想象的艰辛,在国家预定时间内完成了全线导航和南北高地的判别,最终在70多平方公里范围内进行了数千次卫星定位。最后,在全国人民的等待下,成功准确地确定了南极冰盖。22' 00 ",东经77?21′11″,海拔4093米。中央电视台和新华社于2005年6月5438日+10月65438日+8月向国内外公布了这一成果。这是人类首次测量到以前从未到达过的南极冰盖最高点。至此,中国永久测绘标志立起,中国国旗第一次飘扬。这一宝贵成果不仅为我国实现建设冰盖站的目标奠定了基础,也为国家赢得了南极权益,为国际社会填补了南极空白,为国家做出了新的贡献。
2.参与建立中国北极黄河站,开辟了北极新的研究领域。
2004年,该中心派出E·陈侗(65岁,队员中年龄最大的)和艾松涛(队员中年龄最小的)作为中国第一个建立北极站的科考队队员,前往北极斯瓦尔巴群岛的新奥尔森,参与了中国北极第一个科考站——黄河站的建设。同时,为了系统地比较南北极的地球动力学和环境动力学过程,在北极建成了第一个常年卫星GPS跟踪站。2004年7月28日,黄河站建成,胡锦涛主席专门写了贺信。
中国北极首个GPS卫星跟踪站的建成,为中国参与北极相关领域的国际合作奠定了基础。
三是成功举办了2004武汉东南极GIS国际研讨会。
由于中国南极测绘研究中心是建设中国极地网络GIS的国际先进水手,国际南极研究科学委员会(SCAR)于2000年在武汉举办了首届南极地理信息系统国际研讨会,以推广中国的经验。2004年5月,受SCAR委托,在武汉大学成功举办了由美国、德国、意大利等9个国家代表参加的“东南极地理信息系统研讨会”(04GIS)。南极研究科学委员会已经举行了三次关于南极地理信息系统的国际会议。除了一次在德国,还有两次被中心关押在武汉。在同一个地方举办了两次国际GIS大会,提高了中国在南极这一领域的国际地位,扩大了国际影响。