通过冰湖水色“看见”水质变化，海康威视助力雪域科研取得新进展

极地冰盖消融、雪域脉络渐细、冰川退缩成湖，全球变暖的影响在高原冰冻圈清晰可见。科考队的每一次出发，都是与时间赛跑：那些藏在冰芯气泡里的远古大气成分，冰湖水质变化折射的生态信号，都可能成为解读气候系统的关键钥匙。

然而这段科研之旅的起点，是大部分人类活动的终点，难度极大。中国科学院青藏高原研究所研究员张强弓第一次前往冰川，就是唐古拉山脉主峰格拉丹东峰，主峰海拔超过6000米。“北京的海拔大约50米，相当于一直往天上走，走6公里，还要带上大型设备，一趟下来是很崩溃的。”张强弓回忆道。

更难的还是研究工作本身——冰川研究周期漫长，获取冰芯以年为周期；冰湖研究需要频繁采集水样，靠人力效率低，数据精度也受多变环境影响。“多年研究成果汇聚在一起，只能揭示冰冻圈变化的冰山一角。”

为了寻找更持续、有效的冰川冰湖监测方式，2022年起，中国科学院青藏高原研究所研究员张强弓研究小组联合海康威视STAR科技公益，开始探寻通过视频感知设备监测冰川消融和冰湖水环境变化，研究背后环境信息的可行性。3年多来，团队处理分析超百T图像数据，成功验证 RGB 图像与深度学习结合的监测模式有效性。“视频监测以创新、经济的方式，实现高海拔水系统的实时动态追踪，为高山环境研究带来突破性进展。在偏远冰川湖水质长时、高分辨率监测领域展现巨大潜力。” 张强弓研究小组在发表于国际学术期刊的研究成果中这样写道。

01

消失的1982-2005

无法确定的冰芯带来研究转变

回首20余年研究事业，最先浮现在张强弓心头的，还是那根“无法确定时间的冰芯”。

2005年，还是研究生的张强弓跟随导师康世昌的带领，踏上冰川取冰芯，第一次就直接走到了长江的源头，历经一个多星期，团队齐心取出了一支147米长的冰芯，在牦牛的帮助下运回营地，之后又成功地运回到实验室，锯成了3000多块进行研究。

费尽九牛二虎之力拉回实验室的冰芯，是地球重要的“往事档案馆”，一年一年的积雪，一层一层的冰冻，让它得以“定格”时间：测量出某一层冰的厚度，可以知道对应那年下了多少雪；里面如果有沙尘颗粒，可以知道那一年曾经历过沙尘暴；通过检测里面的化学组分，还能知道气温和大气环境如何变化，从而建立一条过去的气候环境趋势。

张强弓当时的目标，就是记录这根冰芯的完整历史。“当时我们团队得到了各种化学指标，只差一步就可以完成，那就是年代。”而这需要找到火山爆发等大事件在冰芯中出现的信号，以此作为年代坐标，在张强弓的预想中，这个信号大概会在冰芯10-20米的地方出现。

但无论怎么尝试、反复寻找，张强弓始终没有找到预期中的信号。因为这段“消失的冰芯”，他不得不暂时转变研究方向，之后又花了整整两年时间，才辗转找到关键的信号，最终确定这根冰芯的顶部对应的是1982年。但按理来说，顶部对应的应该是钻取时的2005年，消失的23年去哪了？

“原来全球气候变暖，冰川开始渐渐地消融、退缩，对应1982-2005年的冰川已经消融。我当时是很崩溃、绝望的，作为研究者，研究的对象都要没有了，我该何去何从呢？”张强弓回想起当时的迷茫，还是忍不住感慨。

直到他从资料里发现并论证，虽然冰川身体消融了，但那些“记忆”也融进了与之相连的冰湖里。当湖水从浑浊的黄色变成清澈的蓝色、再从蓝色变成绿色，这些绚烂多变透露着冰川消退和流域环境的快速变化，也许蕴藏着地球气候和环境的信息，张强弓因此有了新的研究焦点。

而且随着全球变暖，冰冻圈内湖泊面积持续增加，它们代表了新兴的水生态系统，变化迅速，但科学家对它们的规律了解却才刚开始。如果它们发生溃决，可能对下游造成重大灾害；而冰川快速消融会导致冰湖和下游水质突变，进而对区域内脆弱的生态产生影响；冰湖水体的盐度、酸碱度的变化，还可能导致区域生物多样性锐减。张强弓说：“在同一海拔下，现在已经有下游的放牧业受到影响了，牛羊吃草的地方越来越局限，带来了很多的麻烦。而我们现在要做的是更多地走近它们、了解它们，才能知道如何去保护它们和生态。”

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科技带来更高效、实时的监测方式

成功捕捉到快速变化关键节点

“目前青藏高原上约有2万个冰湖，还在不断增加。”说这话时，张强弓有些迫切，因为每一次前往单个冰湖观测，都是一场磨炼。“这些冰湖都发育在冰川的末端，一般海拔都在5000、5500米以上，相当于往天上走5公里路。它们就在天上‘飘着’，初来者很难适应这里的环境。”张强弓说道。每次出发，团队需要先辗转抵达拉萨站点，再带上监测设备、用于湖水采样的皮划艇向冰湖深处前进。湖中央的水质相对稳定，是关键样本的来源，采集后还需长途转运，部分样本甚至要跨越千里送到检测中心，路途遥远、过程周折。

为期7天的强化观测更是一场对身体和耐力的双重考验。湖上天气瞬息万变，晴空下突降的狂风暴雨是常态，组员需要7天7夜驻守冰湖，每隔数小时采集一次水样，昼夜不停。张强弓研究小组博士研究生路子建记得，有次在纳木错监测，一位师兄采样时船身侧翻，坠入数百米深的冰湖。还好同行中有北海来的队员，凭借出色水性将人救起，上岸后两人缓了好久。“那可是冰湖啊，透心凉，大家都吓坏了。”

辛苦之余，他们最担忧的还是无功而返。冰湖的变化和高原的天气一样捉摸不透，水质也跟着瞬息万变，有可能驻守7天都无法捕捉到冰湖突变的过程。张强弓介绍：“研究冰川的时候，我们会取完整的冰芯回带实验室，里面蕴含着很多信息，但冰湖水样是否有效就说不准了。更何况广袤高原上，成千上万个冰湖亟待探索。全靠人工去做完冰湖监测，太慢了。”

2023 年，借助海康威视 STAR 科技公益的支持，张强弓研究小组在廓琼岗日、枪勇、珠峰绒布等典型冰川-冰湖区成功布设臻全彩视频监测设备，实现长期、实时、高分辨监测冰湖变化。“通过连续的高分辨率观测，我们发现湖水颜色和实测水质关联特别强。”路子建清晰记得针对枪勇冰川冰湖在2024年5月与7月出现的观测峰值。冰湖水色在这两个月显著改变，经过反演模型分析，精准捕捉到浊度变化。相比以往人工监测的耗时费力，这套远程监测系统极大提升了效率。

“有时候冰湖结冰又融化，时间很快，颜色在几小时内就可能发生突变，这是人力蹲守观测很难捕捉到的。”张强弓介绍，现在他们通过RGB 影像与深度学习模型协同的冰湖水质监测方法，得以洞察冰湖水质的快速波动及其驱动因素。

“我们甚至可以有效地监测最偏远的小型冰川湖，捕捉湖水环境的快速变化，并直接估算某些关键水质参数，例如浊度。”张强弓研究小组发表在国际学术期刊的论文中提道，这一创新成果为探索高原生态环境变化提供了全新技术路径。如此一来，该技术有望复制到数以万计的冰湖监测研究，更全面地研究气候变化、区域小气候及其对下游的影响。

03

起源的力量不断汇聚

守护高原的初心从未改变

提起张老师最初的视频监测冰湖想法，路子建觉得有些天马行空。“因为毕竟从来没有人试过这样的方法嘛，”他回忆道，“当时我们围坐在一起，看着张老师在白板上画出那些复杂的监测方案，心里既兴奋又忐忑。后来大家一起慢慢做，一步一步越来越有底气和盼头。” 每次设备成功运行，或者数据顺利传输回来，路子建心中的成就感就像黑暗中的光，一点点照亮前行的路。

青藏高原是科研人员的广阔天地，但也是一份“苦行僧”式的事业。有一次组会，张强弓和学生们开玩笑，说团队做研究的过程就像“辫状水系”。辫状水系，是指河流刚起源时，支流较多、彼此交织、形似编辫的河道。“尽管它流速比较慢。”张强弓一边比划一边说，“但它分明在积蓄着一种力量：起源的力量。”

路子建还记得，有一次他们在冰湖边架设设备，狂风呼啸，冰冷的湖水拍打着岸边，大家的手都冻得通红，但没有人抱怨。那一刻，他仿佛看到了辫状水系中那些涓涓细流，虽然微小，却汇聚成河。他也从一次次艰难中体悟到，这些事总得有人做，而且得有很多人做。“冰冻圈研究不是一蹴而就的事，需要不断积累，也许短时间看不到什么大的进展，但不做只有遗憾和空白。”

从上世纪第一次青藏科考，需要骑马进入冰川进行科考，到如今第二次青藏科考，已经有了科技进入偏远腹地，科考方式发生了翻天覆地的改变——全天候伫立在冰湖旁的视频监测设备、无人机在空中盘旋、卫星遥感数据精准地传回地面……几千支队伍，做着不同的研究，除了从事冰川冰湖研究的张强弓研究小组，还有从孢粉中寻找古生态的线索的科研团队、在湖泊下探寻万年的气候变化的团队、研究冰川消融对周边生态影响的团队，大家经历着相似又不同的挑战，朝着同一个目标不断前行。

人的生命长度，在冰川的纪年面前不值一提，在冰冻圈的变化面前显得如此渺小。一批又一批科研人员用研究结果去累积。如今路子建马上快博士毕业，他的下一步会研究什么，还没有完全想好。“但我相信，像导师、像导师的导师他们一样，这些研究成果总能为后人铺路，为科学的发展添砖加瓦。”

今年是国际冰川保护年，也是冰冻圈科学行动十年的元年，人们对雪域的关注度正越来越高。而有了科技加持，未来的科考之路将更有底气、更加高效，也更充满希望。但不管科技怎么发展，科研人的初心始终没变。他们扎根雪域，用脚步丈量冰川，以数据守护生态，只为守护这片高原，让人类与自然和谐共生的愿景更早一点照进现实。