《科学画报》
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飞上高空看冰川
2021-06-10 14:21:00远远望去，南极大陆似乎除了一片皑皑冰雪，再无其他。其实南极并不像看上去那样贫瘠。冰川之下隐藏着像落基山脉那么高的山，跟北京市面积差不多大的湖泊。冰川蕴含着大量的水，如果全部融化，会使全球海平面上升58米。
南极的冰川之下隐藏了多少秘密?美国斯坦福大学的冰川学家达斯廷·施罗德决定一探究竟。不过，他的研究方法并不是在冰川上钻洞，然后深入冰川内部去观察，而是飞上高空，用雷达来“看透”冰川。
秘密视角
了解冰川内部对于预测冰川的行为至关重要。冰川的内部是什么样的，它的温度有多冷，它的下方是海水还是基岩，都会极大地影响冰川的行为。而冰川的行为，决定了它是会悄无声息地融化，还是会发生天崩地裂般的坍塌。
别看冰川巨大无比，似乎难以撼动，其实它们每时每刻都在地表漂移。如果冰川下方是纯净的、沉积物很少的海水，它就很容易“随波逐流”;如果冰川下方是坚固的基岩或陡峭的悬崖，它就会漂移得慢一些。边缘较厚的冰川比起边缘较薄的冰川，漂移速度也会快得多。即使是最小尺度的冰晶，其结构也会影响整个冰川的漂移速度。所以，要想计算冰川的漂移速度，就必须搞清楚冰川的下方是什么，以及这座冰川有多厚。
另一个同样重要的问题是冰川如何融化。每年，冰川都随着季节交替不断地生长和融化。如果冰川基座周围的海水温度较高，它就会融化得更快。冰川的融化不一定都是从最上方的表面或者最下方的基座开始的，有些冰川内部有孔洞，也有可能从孔洞里开始融化。所以，要想知道冰川的融化速度，就必须看看它们的内部是什么样的。
研究手段的变化
大部分传统的绘图技术都只能测量并绘制冰川的表面特征，怎样才能看到冰川内部的样子呢?总不能直接在冰川上钻洞吧?
科学家决定让雷达来帮忙。雷达技术可以测量信号到达物体再反射回来的时间，根据这一时间就可以计算距离。
科学家发射出一连串无线电波，这些电磁波的波速接近光速，它们抵达冰川内部再反射回来的过程非常快，所以发射信号的装置和接收信号的天线完全可以设计成同一个仪器的两个部件。仪器搭载在一架飞机上，让飞机飞越冰川上空，就可以沿着飞行路线得到一张雷达图，图上绘制的就是冰川内部的样子。按照施罗德的说法，雷达的反射信号会由于冰川密度和内部组成物质的差异而出现细微的变化，从而展现冰川基岩的轮廓。
这种方法在几十年前才刚刚起步，算是一门很新鲜、很年轻的学科。像施罗德这样利用雷达来研究冰川的科学家也有一个很新鲜的身份——无线电冰川学家。
漫长的准备时间
无线电冰川学家跟其他地理学家最大的不同在于，他们必须要跟飞行员合作才能完成科研任务。
在起飞之前，施罗德会和飞行员一起制定详实、周密的飞行计划，一旦起飞，就不能轻易改变路线了。他们往往要花几个月的时间研究地图，从而确定最佳路线。南极上空的天气条件残酷又多变，留给他们测量数据的时间是有限的，所以他们必须充分利用在空中飞行的每一分钟。另外，对于遭遇恶劣天气时如何返航、半途中如何替换零件、发生突发情况如何抢修等类似的问题都要做好预案。
回溯历史数据
虽然施罗德可以得到充沛的数据，但是这些数据只能告诉他冰川现在是什么样子的。如果想利用这些数据预测冰川未来的行为，还要根据以往的历史数据来修正模型。
那么，以往的历史数据从哪里找呢?
其实，早在20世纪六七十年代，科学家就已经使用雷达技术得到了一些数据，但是那些数据的格式很难进行后续处理。后来也有人提出了一些改进方法，改进后的技术倒是跟如今施罗德采用的技术差不多，但是，当时得到的数据信息不能以数字化的形式储存，更不要说像今天这样实时上传并储存在计算机里。在那个年代，最好的办法也无非是把数据信息刻录在一卷一卷的胶片上，然后像放映电影一样把它们播放出来。虽然冲洗胶片并不难，但是这些胶片的分辨率实在是太高了，人的眼睛根本看不见。
为了解决这个问题，施罗德购买了一台高分辨率的胶片扫描仪，并且组建了一支由艺术历史学家组成的专家队伍，让他们帮忙扫描、复原这些数据。过程当然不是一帆风顺的，有时碰到棘手的难题，施罗德甚至要请教奥斯卡组委会的电影专家，借鉴影片复原和润色的经验来恢复这些数据。
施罗德和他的团队之所以坚持不懈地进行着恢复数据的工作，是因为这些数据能够让科学家看看从前的冰川是什么样子的——这就好像给了他们一次回到过去的机会。施罗德等无线电冰川学家已经通过当下的大量数据建立了冰川行为模型，历史数据可以让他们知道自己的模型准不准。通过测试模型对于过去的数据的契合程度，他们就可以优化模型，从而更好地预测冰川在未来几十年间的变化。
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