南极冰事（26）高极、冷极和干极

张武昌2023年9月28日星期四 中秋节前夜

到目前为止，我们已经讲到南磁极点、南极点、南地磁极点、不可接近之极都建了考察站，今天花好月圆，讲讲高极、冷极和干极。

高极

高极点即南极冰盖上最高的位置和区域内最高的位置。

 对于南极冰盖的最高点应该有多高，早在1909年，科学家就根据科学原理进行了估计。德国气象学家、地理学家Wilhelm Meinardus 根据（南极洲之外）世界气压估计了南极洲的平均高度。他发现不考虑南极洲在内，其他各地的平均气压，1月和7月的气压有一个小小的差异。而全球的平均气压在各个季节应该是相等的。根据这个道理，加上复杂的计算（我也看不懂，估计你也看不懂），估计南极平均高度为2464米，根据冰盖的蘑菇形状，最高点应为4000米。

Wilhelm Meinardus 

当凌绝顶、一览众小是人类自古就有的天性。在登上南极大陆之后，登临南极大陆最高点是探险家和科学家的一大愿望。最初不知道南极的最高点在哪里，但是可以大致估算。

南极冰盖是降雪累积造成的，假设千万年的累积使得现在的冰盖处于平衡状态，那么冰盖各个部分的高度符合沙堆原理，即

1，  相同形状的累积面，面积大的累积面达到的累积高度最大；

2，  累积面积相同时，圆形的累积面达到的高度最大；

3，  在圆形累积面的基础上进行变形，形成椭圆形直至长条形，如果长轴的增加速度大于短轴的减少（总体累积面面积增加），则沙堆累积高度增加，继续形变成长条形，则累积高度减少。

根据南极冰盖的平面形状，科学家将冰盖分为三部分：东南极、西南极和南极半岛。东南极面积最大、形状椭圆形，西南极面积较小、接近圆形。南极半岛面积最小、形状细长。

根据沙堆原理第一条和第二条，可以估计南极冰盖的最高点应该位于东南极。

在东南极，确定冰盖的最高点要使用沙堆原理第二条和第三条。

根据第二条，我们可以大致估计最高点位于最大内嵌圆的圆心，也就是不可接近之极pole of inaccessibility的位置（下图中圆点）。

在当时的条件下，对南极大陆的形状了解得不精细，所以无法根据第三条确定精细的位置。苏联当初在不可接近之极建站，有可能是预判南极的高极就在这里（https://blog.sciencenet.cn/blog-39359-1392566.html），因为不可接近之极其实没有任何地理意义。

南极点站和东方站及南极大陆周边建立科学考察站之后，其最基础、最重要的科考活动就是地理测绘，也就是搞清楚冰原的地形，最有吸引力的终极问题之一就是寻找最高点。

对于南极冰盖高度的测绘需要新技术，这一技术终于在1967年发展成熟。科学家在飞机上安装一个名叫Long-range airborne radio echo sounding (RES)的雷达，机载长距无线电回波探测雷达。

飞机沿着恒定的气压高度飞行，雷达回波显示冰面的高度，多断面扫描后制作等高线，寻找最高点。

机翼尖端下部挂载的雷达

 1967年在南极冰盖的雷达探测开始了，1971年，飞机上的雷达一次飞行可以获得冰面高度、冰的厚度和冰下基岩的起伏。

a是雷达剖面图，b是根据雷达剖面图得到的冰面高度ice surface和基岩

经过多年的观测，科学家发现了三个高点---冰穹Dome，这些枯燥无趣的科学家为它们起名为A、B、C。最高点Dome A 的高度为4100米，后来的计算得出平均高度2204米。

 上述数值与Wilhelm Meinardus估计的南极平均高度2464米，最高点应为4000米的数值十分接近。Wilhelm Meinardus一战封神，真是秀才不出门，便知天下事，看看有谁还敢小瞧科学家。

Dome A位置和高度的确定过程，蓝线是飞机的飞行路径，红线是等高线。

现在根据精确卫星资料计算得出的不可接近之极的坐标为南纬82 度53分14秒,东经55°4分30秒（不算冰架）或83 度50分37秒, 65度43分30秒（考虑冰架），距离1958年末苏联到达的不可接近之极约700千米。

在从Sovetskaya站前往不可接近之极的线路从Dome A的北侧穿过，离Dome A最近的距离为80 千米。

为了看上去像个名字而不是编号，Dome A 和Dome C常被称为Dome Argus和Dome Concordia （或Charlie），没有Dome D和Dome E，Dome F又名Dome Fuji。其他的Dome还有Dome Talos, Dome Taylor, Dome Titan （从南极点沿180度经线向北200千米处）。

 Dome A和 F之间是冰脊A（Ridge A），Dome A和B之间是冰脊B，有人将Ridge B和Dome B等同混用。

冰盖形势图

得益于现在卫星技术的发展，我们已经对南极冰盖的地形有了很好的了解，这些Dome，位于东南极的南极高原Antarctic Plateau之上。

南极高原等高线地图，所有Dome的形势都很清晰

冷极

常言道，高处不胜寒，随着海拔高度增加，气温（地上两米）会越来越低，所以南极冰穹是地球上地面气温最低的地方。多年来，科学家一直在寻找这一温度的数值。1983年7月21日，在东方站录得零下89.28度的低温，这是有史以来现场测温得到的最低记录。

现在，科学家利用测温卫星寻找南极高原的最低温度，这种方法的优点是覆盖整个高原，而有气象站（含自动气象站）的位置数目极为有限，并且有的自动气象站在低温下不工作，不能得到最低气温。

2003-2013年间，Aqua 卫星来探测温度，陆地卫星计划（Landsat）的第八颗卫星（Landsat 8）于2013年2月11号发射成功，其搭载的陆地成像仪（Operational Land Imager ，OLI）和热红外传感器（Thermal Infrared Sensor，TIRS）可以遥感地形和温度。

2004-2016年间，卫星遥感得出在100处地点发现了低于零下98度（雪上2米处为零下94度左右）的低温。

另一个衡量最低温度的指标是周年平均温度，在南极高原上的周年平均温度最低可达零下五十度。

干极

因为非常寒冷，南极高原上的水汽直接冻成冰降落下来，空气非常干燥，成为所谓干极。终年只下一场雪，一下就是一年，而且是天空晴朗，雪从天降。

南极年降水量（单位毫米）

南极的降水主要发生在南极大陆边缘，南极高原上的降水量只有几十毫米（几厘米）。从不可接近之极的房屋被雪埋住的速度粗略估算，房屋高度3000毫米（3米）被埋，发生时间2020-1960=60年，3000/60=50毫米。

温度对大气的容水量影响很大，温度降低1度，可容纳的水汽减少7%。

某一时刻，假设大气中所含的水汽都变成降水，此时的降水量被称为可降水水汽PWV(Precipitable water vapor)。南极大气中水汽含量是全球最低的之一。

周年平均，南极大陆的PWV为0-10毫米，而南极高原的数值最低，几乎为零。

NOAA-18卫星得出的2008-2010年冬季DOME A 和Ridge A的PWV为不到0.2 毫米。干极位于DOME A 和Ridge A的南面。

南极高原的空气从高空向下降落，干极也被称为下降风的源头。

图中线条等值线为高度（单位米），色彩等值线为PWV(色标在右侧，最白处为干极）

由于大气中水汽对电磁波有很强的吸收，所以干燥的地方有利于Terahertz （频率太赫，兆兆赫）电磁望远镜的天文观测。

2012年1月，科学家在此处安装了HEAT望远镜（High Elevation Antarctica Terahertz telescope）。

看看上图中这清澈的天空，不禁想到，南极的月亮也格外的圆吧。