尽管处于9月，但在遥远的南极，冰雪依然覆盖了99%的广袤大地。为了深入研究这些冰雪覆盖区域对全球气候的影响，科学家们展开了多次科考任务。中国气象科学研究院的研究团队不仅参与了这些任务，还自主研发了便携式雪粒径测量装置和雪硬度计，以更精确地测量雪粒径与雪的硬度，为全球气候研究提供了重要数据支撑。
由于被大范围冰雪覆盖，南极让人仿佛置身于一片连绵的白色世界。虽然表面看上去是相似的白色，但实际上冰雪厚度、颗粒大小和软硬程度都各不相同。以雪粒径为例，其参数在不同区域存在非常大的差异。雪粒径指的是雪的光学等效直径，是影响雪面反照参数的重要因素之一。雪粒径的大小直接影响到可见光、近红外和微波波段的反照率和吸收率，而雪面的反照率在全球气候系统中发挥着重要作用，因此，准确掌握雪面和雪层的雪粒径信息至关重要。
此前，测量雪粒径常用方法是通过摄像拍摄雪面和雪层的图像，有经验的观测者通过与标准尺子比较从而得出雪粒径。但这种方式太过于依赖观测者自身及拍摄条件，具有测试时间长、人为因素影响大、主观性强等缺点，因此迫切需要一种可以快速测量雪粒径的手段。
田彪参加39次南极科考时，使用便携式雪硬度计服务于国家极地重大需求任务。 田彪供图
中国气象科学研究院极地与气候变化研究所所长、研究员丁明虎带领团队发明的便携式雪粒径测量装置，通过漫散射原理，获得雪面反射率，再结合雪面密度，可以间接测量冰雪的颗粒大小。丁明虎介绍，由于漫散射原理，近红外光经过粗糙的表面会被无规律地向各个方向反射，造成光强度减弱，光减弱的大小跟表面的粗糙相关，而积雪表面的粗糙程度是由粒径决定的。使用光学方法检测雪面的反射率，再结合雪面密度可以计算出雪粒径的大小。这种方法更加快速、客观，可以在短时间测量同一区域或断面上不同点的雪反照率和雪粒径，从而了解雪粒径分布规律，更加深入地了解雪特性。
此外，在南极科考中要寻找适合搭建建筑或者开展作业的地方，还需要了解不同雪层的机械性能，雪的硬度测试便成了反映冰雪强度的重要指标。过去主要是采用人工判断的方法，通过监测探针触探反馈的手感判断冰雪质量，同样很容易受到主观因素干扰。
丁明虎团队自主研发的雪硬度计，采用精密电机驱动，测量部分使用了微机技术，可以同时测量冰雪硬度及其所处的深度。
团队成员田彪介绍，为了在冰雪中开展探测，一方面，团队在便携、简易上下功夫，雪硬度计自重非常轻，仅有10千克，方便携带,仪器还设置了数据锁存功能，在恶劣条件下也可简便操作，获得读数。另一方面，考虑到雪硬度仪在低温环境下工作，团队还为仪器安装了可在低温环境工作的电池，使得低温下设备续航能力得到提升。
在第39次、40次南极科考中，便携式雪粒径测量装置和雪硬度计得到了充分检验。队员通过自研制雪粒径仪、雪硬度计完成南极内陆冰盖特定点位相关积雪参数测量工作，积累大量南极雪质相关数据，为保障国家极地重大需求作出气象贡献。
（作者：张艺博责任编辑：）
