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热点72 南极天文观测站
南极天文台位于我国第三座南极科学考察站，也是第一座内陆考察站昆仑站附近，具体方位为南纬80度25分01秒，东经77度06分58秒，海拔4087米，位于南极内陆冰盖最高点冰穹A(DOME A)西南约7．3公里，最终耗资可能超过10亿元。已完整第一期计划即由南京天文光学技术研究所、紫金山天文台和国家天文台联合研制的自动天文观测望远镜“中国之星(CSTAR)”，南极高原国际天文观测站(PLATO)、30米高塔的一个自动气象站等。第二期将安装3台680毫米南极巡天望远镜，第三期将安装2.5米的光学望远镜和5米太赫兹望远镜。海洋是高质量发展战略要地。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央加快推进海洋强国建设，支持15个海洋经济创新发展示范城市新兴产业发展，推动16个海洋经济发展示范区建设，有序推进现代化海洋牧场综合试点，实施“蓝色海湾”整治等系列海洋生态修复项目，严格围填海管控，做好国家重大项目用海用岛保障。一项项重磅举措密集落地，海洋经济向质量效益型加速转变。
建设
中国南极天文中心派出商朝辉、胡中文两位科研人员参加南极科考。他们此行有四大科学任务，一是将中科院紫金山天文台研制的傅立叶分光光谱仪（FTS）装上冰穹A，进行水汽柱密度和亚毫米波段透明度测试，进一步获得冰穹A的观测数据。二是修复冰穹A天文观测设备支撑平台“高原观测台”，补充航空煤油、更换发动机、太阳能板等。三是为“中国星”小望远镜阵进行调焦，保证其观测的准确性。四是为在冰穹A上安装较大口径的望远镜进行地基工作。其中，将傅立叶分光光谱仪（FTS）装上冰穹A和为大口径望远镜做地基是最重要的任务。这两项工作直接关系到我国能否将更大的望远镜送上冰穹A，直至进行天文台的建设，进行全球最前沿的天体物理学研究。
海拔4093米的冰穹A是南极内陆冰盖距海岸线最远的一个冰穹，也是南极内陆冰盖海拔最高的地区，被称为“不可接近之极”。2007年10月11日，紫金山天文台副研究员朱镇熹和国家天文台研究员周旭跟随中国第24次南极科考队奔赴南极，这是我国天文学家第一次去南极。他们在冰穹A建立了天文自动观测站，观测站主要由4个145毫米口径反射式大视场望远镜、2个专业望远镜、2台监测大气活动情况的设备、1台声雷达、4台可以自动切换的发电机和1台中心控制计算机等设备组成。
设立天文自动观测站的目的有两个：一是进行天文寻址，测定天文选址参数，为下一步建立天文台作准备；二是积累在南极运行天文设备的经验。自动观测站的两个任务都执行得很顺利，实现了一年观测270多天，已经获得了很多气象数据（包括风速、大气边界层的高度）和天文观测数据（透明度、光学视宁度、水汽柱密度）。这些数据再次证明冰穹A是地球上天文观测条件最好的地方。两年时间里，该站观测到了数十颗变星（光度发生变化的星星），有关科研人员据此制订了变星星表。我国科研人员也掌握了应对天文设备在南极极端恶劣天气条件低温、低气压、电力供应困难等情况下的运行经验。
紫金山天文台正与东南大学合作研制南极冰穹A科考支撑平台。该平台各方面性能要超过正在使用的“高原观测站”。中科院南京天文光学技术研究所正在研制口径50公分以上的施密特望远镜。如果一切进展顺利，明后年我国天文学家就将把3台“施密特望远镜”架设到冰穹A上，届时望远镜阵将用于暗物质、暗能量、变星、双星和太阳系外行星等方面的观测。
中国在南极天文方面所取得的成绩已经得到世界天文学界的认可。美国、意大利、法国、德国、澳大利亚等国家的天文学家纷纷与中国南极天文中心联系，要求进行合作。
南极天文台的气象特点
第一，观测时间长。每年有135天，即4个半月连续全黑夜，而且晴天时间高达90%以上，很容易实现四个半月的连续观测而且达到相应的科学目标，即探测系外行星和测星震等。
第二，观测的大气环境可以与太空媲美。南极冰穹A大气稀薄、冷、干燥、尘埃少，可以媲美太空环境，不只对毫米波望远镜，对红外及光学波段望远镜都是地球上最佳的地面观测站址。
第三，风速小，大气湍动少，视宁度极好，中国南极科考队2005年1月设在冰穹A的自动气象站测得的数据表明：冰穹A平均风速低于2米/秒，超过4米/秒的风的情况极少，适合放置大型望远镜阵进行光干涉成像观测等。
第四，干扰少。南极是地面上人工光源干扰最少的地方。
第五，南极是天空视角最大的地点，比地面其他地方都适合天文观测，可以极大地提高观测效率。
【对点训练】
一、单选题
冷湖光学天文观测基地（39°N，93°E）位于我国柴达木盆地西北边缘的青海冷湖镇，平均海拔约4000米。这里的地理位置、气候、空气洁净度和海拔高度等影响天文观测的因素具有独特优势，冷湖具备世界级优良天文台址的发展前景。到2022年2月底，共有9个天文望远镜项目在此“扎堆落户”（如下图）。据此完成下面小题。
1．视宁度是望远镜显示图像的清晰度，冷湖天文观测基地的视宁度好的主要自然原因是（ ）
①空气稀薄②晴天多③地表植被好④昼夜温差小
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
2．为最大限度发挥好冷湖台址的科学效益，加强对台址资源的保护，台址周边应避免（ ）
①游览观光②灯光干扰③施工粉尘扬沙④地表震动破坏
A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④
3．五一小长假，在冷湖天文观测基地观测到北极星与地面的夹角（仰角）约为（ ）
A．39° B．51° C．61° D．83°
【答案】1．A 2．D 3．A
【解析】1．冷湖平均海拔约4000米，空气越稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用小，透明度更高，①正确。冷湖处于柴达木盆地西北边缘的青海冷湖镇，深居内陆，降水少，多晴天，大气视宁度度高，②正确。地表植被好坏对视宁度影响较小，③错误。昼夜温差大小与视宁度无关，④错误。因此①②正确，故选A。
2．冷湖台址的科学效益指的是光学天文观测基地，因此要尽量避免对台址周围的视宁度的人为影响，游览观光有利于增加大家对天文知识的了解，具有科普教育意义，不应该避免，①错误。灯光干扰会影响观测的效果，应该避免，②正确。施工粉尘扬沙会降低视宁度，也应该避，③正确。地表震动破坏会影响台址的稳定性，对基地的精确性造成影响，④正确。因此②③④，故选D。
3．北极星位于正北方向，是地球北极所指的方向。纬度为0°（赤道），则北极星在北方地平线上，仰角为0度；纬度为90度（北极点），则北极星在头顶，仰角为90度。北极星的仰角就是当地的地理纬度。因此，冷湖天文观测基地的纬度是39°，观测到北极星与地面的夹角应该39°，A选项正确，B、C、D选项错误。故选A。
我国将在青海省冷湖附近建设一座中国最大的天文观测基地，观测条件可以媲美国际公认的三个最佳光学天文观测基地（位于智利北部山区、夏威夷莫纳克亚峰和南极内陆冰穹）。同时，我国已获准在智利北部的文特峰建立光学天文观测站。下图为冷湖和文特峰观测站的位置示意图。据此完成下面小题。
4．影响材料中所有天文观测基地选址的共同区位因素有（ ）
①气温②降水③光污染④基础设施
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
5．与文特峰观测站相比，冷湖天文观测站的突出优势是（ ）
A．空气稀薄 B．人口稀少 C．土地廉价 D．夜长更长
6．我国建设文特峰观测站的主要原因包括（ ）
①实现全天候连续观测②获得更优的观测条件③为开展射电天文观测④利于观测南半球天空
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
【答案】4．B 5．A 6．C
【解析】4．光学天文观测基地的必要条件，要求大气透明度好，降水和光污染直接影响大气透明度，②③正确，B正确；气温、基础设施与光学天文观测基地选址关系不大，①④错误，A、C、D错误。故选B。
5．冷湖天文观测站的海拔高于文特峰观测站，海拔越高空气越稀薄，大气透明度越好，越有利于天文观测，A正确。人口稀少、土地廉价是两地均有的特征，不是比较优势，B、C错误。D选项因缺乏时间（夏半年或冬半年）的限制，难以确定冷湖观测站夜长更长，且黑夜长并不能说明一定是晴夜长，观测条件更优，D错误。故选A。
6．冷湖（94°E）与文特峰（72°W）时差近12小时，可实现全天候（24小时）连续观测，①正确；冷湖可以媲美文特峰的观测条件，②错误；文特峰观测站是光学天文观测而不是射电观测，③错误；文特峰观测站位于南半球，有利于观测天空的南天区，我国天文观测的是北天区，观测区域上互补，④正确。故选C。
下降风是指空气受重力作用形成的下坡气流，下降风在南极大陆广泛分布。下图中特拉诺瓦湾常年存在冰间湖（指达到结冰温度的天气条件下，仍长期或较长时间保持无冰或少冰的冰间水域）。下图中白色区域为冰盖（大陆冰川）、冰架（陆地冰）。完成下面小题。
7．南极大陆下降风分布广泛的条件是（ ）
①近地面气温低②地势高，地形崎岖③海洋摩擦力小④冰盖面积大
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
8．特拉诺瓦湾冬季仍存在冰间湖的主要原因是（ ）
A．下降风强烈，不断推动海冰 B．暖流影响，水温高
C．海域较开阔，海水流动性好 D．距离陆地近，海水不易结冰
【答案】7．D 8．A
【解析】7．南极大陆由于纬度高，近地面气温低，①正确；冰盖面积大、冰层厚，④正确；地形以高原为主，中间高四周低，斜坡多，②错误；冰面阻力小，冷空气在重力作用下易沿斜坡向下流动而形成下降风，③错误。故选：D。
8．冬季南极大陆出现极夜现象（无太阳辐射），地面辐射冷却作用增强，气温更低，（形成的）下降风更为强烈，A正确；（来自冰川谷地的下降风易在此汇集，受狭管效应影响，下降风得以加强，强烈的下降风可将海湾中的海冰不断向东推动，致使特拉诺瓦湾冬季大部分地区常处于无冰或少冰状态；特拉诺瓦湾海域较封闭，高纬度海冰难以进入海湾，因此特拉诺瓦湾冬季仍存在冰间湖，BCD错误。故选：A。
新鲜蔬菜的供应一直是困扰我国南极科考的难题。雪龙号科考船每年只能补给一次，成本高昂，且无法长时间储存，中山站通过建设温室蔬菜实验室（如下图）解决了这一难题。温室蔬菜实验室主要通过灯光照射和无土栽培方式培养蔬菜，由自控系统自动控制灌溉泵、温度湿度、培植灯以及营养液等。为了抵御南极严寒对植物造成的伤害，必须燃烧汽油为“植物温室”进行加热。据此完成下面小题。
9．影响中山站温室蔬菜实验室布局的主导因素是（ ）
A．气候 B．水源 C．科技 D．市场
10．中山站温室蔬菜实验室种植蔬菜过程中最可能出现的问题是（ ）
A．寒潮冻害 B．大气污染 C．病虫害多 D．光照不足
11．未来中山站温室蔬菜实验室的发展趋势可能是（ ）
A．随着市场需求的不断变化，营销手段不断增多
B．因为蔬菜的生产成本过高，该实验室被迫停止生产
C．随着中山站规模的扩大，温室蔬菜实验室将快速扩大
D．随着科技水平的不断提高，蔬菜种类和产量将会增加
【答案】9．C 10．B 11．D
【解析】9．由材料可知，温室蔬菜实验室主要通过灯光照射和无土栽培方式培养蔬菜，由自控系统自动控制灌溉泵、温度湿度、培植灯以及营养液等。故影响其布局的主导因素是科技，C正确。南极大陆纬度高，气温低，热量条件差，气候是制约南极大陆温室蔬菜生产的最主要因素，但不是影响中山站温室蔬菜实验室布局的主导因素，A错误。南极大陆冰雪覆盖，经加热可以作为灌溉水源，水源不是影响其布局的主导因素，B错误。中山站温室蔬菜实验室生产的蔬菜只供给科考人员，市场不是影响其布局的主导因素，D错误。故选C。
10．由材料可知，为了抵御南极严寒对植物造成的伤害，必须燃烧汽油为“植物温室”进行加热。汽油燃烧过程中会产生大气污染，B正确。采用燃烧汽油为“植物温室”进行加热的方式可以抵御寒潮冻害，A错误。南极气温低，病虫害少，C错误。温室蔬菜实验室主要通过灯光照射来满足蔬菜的光照需求，不存在光照不足的问题，D错误。故选B。
11．中山站温室蔬菜实验室生产的蔬菜是供科考人员食用，不是商品，A错误。南极科考人员饮食中需要食用蔬菜，实验室不会停止生产，B错误。由于受气候等条件的制约，温室蔬菜实验室规模扩大的速度不会很快，C错误。随着科技水平的不断提高，会逐渐克服自然条件的影响，温室蔬菜实验室种植蔬菜的种类和产量可能会增加，D正确。故选D。
二、综合题
12．阅读图文材料，完成下列问题。
材料一阿塔卡马沙漠位于南美洲西海岸中部，介于南纬18°～28°之间，在安第斯山脉和太平洋之间，南北绵延约1000千米。沙漠一直向西延伸到海边，在沙漠海岸区，时常会大雾弥漫。
材料二2013年3月13日，ALMA大型毫米/亚毫米波阵列望远镜在智利北部阿塔卡马沙漠的查赫南托尔高地（海拔5050米）文特峰建成并投入使用。
材料三1879—1883年智利、玻利维亚和秘鲁在阿塔卡马沙漠爆发了鸟粪战争。
材料四下图为阿塔卡马沙漠位置图。
(1)分析阿塔卡马沙漠海岸地区多浓雾的主要原因。
(2)简述查赫南托尔高地天文观测的优势条件。
(3)分析阿塔卡马沙漠鸟粪资源丰富的原因。
【答案】(1)纬度低，距海近，大气中水汽充足；气流经过秘鲁寒流海面上时，其中的水汽就会冷却凝结形成海雾；空气下层冷，上层热，形成逆温层，大气层稳定，对流作用弱，副热带高压影响，盛行下沉气流，风力小，浓雾难以扩散。
(2)地势高，空气稀薄，大气透明度高；附近地区人口稀少，大气污染少；气候干早，晴天多，无云层阻挡；纬度低，观测天空范围广。
(3)受沿岸上升补偿流的影响，使得营养物质上泛，浮游生物繁盛，饵料丰富，鱼类众多，为鸟类提供大量食物，吸引鸟类在附近聚集。
【解析】(1）雾的形成条件：一是有充足的水汽，二是有降温过程，三是有凝结核，四是大气稳定。本区域因临近海洋，纬度低，温暖空气中水汽含量大，为形成雾提供了水分条件；因有寒流经过，下垫面温度低，水汽遇冷易凝结，从而形成雾；沙漠植被缺少，气候干旱，风力较大，空气中多尘土，凝结核充足；因该地空气下层冷，上层热，形成逆温层，大气层稳定；副热带高压影响，盛行下沉气流，风力小，浓雾不易扩散。
(2)据材料可知，本区域气候干旱，晴天多，云层薄，有利于观测；沙漠地区，荒无人烟，光的干扰少，人类活动产生的大气污染极少，透明度高；从材料可知，查赫南托尔高地（海拔5050米）文特峰海拔较高，空气稀薄，大气透明度高。
(3)该地区位于南半球低纬度，东南信风从陆地吹向海洋，沿海表层海水向西流，导致深层海水上泛而形成补偿流，带来营养物质，促进浮游生物生长，饵料丰富，鱼类众多，为鸟类提供大量食物，吸引鸟类在附近聚集，从而产生大量鸟粪丰富。
13．阅读图文材料，回答相关问题。
长城湾位于中国南极长城科考站东南侧，属于半封闭型内湾，面积约3k㎡，最大水深约35m，海湾受南部布兰斯菲尔德（海峡与麦克斯韦尔湾相连）海流的影响，涨潮时湾顶与阿德雷湾相连。2010年12月至次年3月，科考队对长城湾海域监测发现，垂直方向上海流特征及海洋浮游植物群落分布均表现出显著差异，海水透明度也呈现“波动”变化。下左图为长城湾位置示意图，下右图为湾内12月～次年3月月平均余流分布图（注：余流为海面风及海水密度的变化等引起的海水运动）
(1)据图描述监测期长城湾表层海水流动的特征。
(2)说明监测期长城湾表层海水流动特征形成的原因。
(3)分析影响长城湾水体透明度变化的主要因素。
(4)监测发现湾内中层海洋浮游植物群落分布较表、低层丰富稳定，试分析原因。
【答案】(1)特征:①表层海流由湾内流向湾外(自西向东流）；②表层海流流速比中下层更快；③表层海流流速2月最快。
(2)原因：①表层海水夏季受西北风吹拂，形成风海流；②上升补偿流对表层海流有加速作用；③夏季湾区沿岸海冰融化，形成密度流；④该海湾区沿岸2月温度最高。
(3)因素：①云、雨、雪等天气因素；②浮冰、陆地径流含沙量；③浮游植物生长量；④科考船只数量（人类干扰）。
(4)原因：①中层受湾外上升流影响，营养盐较多；②表层受风力影响较大，营养物质不稳定；③底层阳光不足，光合作用弱、流速较慢。
【解析】(1)由右图可知，表层海流自西向东流，即由湾内流向湾外；表层受到海面风的影响，箭头最长，表明表层海流流速比中下层更快；从各月平均余流来看，表层海流流速2月箭头最长，表明流速最快。
(2)结合上题可知，表层流速最快，其中南半球的夏季（2月份）流速最快。结合所学知识可知，该地位于南半球高纬度，夏季风带南移，该地表层海水受西北风吹拂，形成风海流，表层流速较快；风从陆地吹向海湾，形成离岸风，导致上升补偿流对表层海流有加速作用；夏季陆地气温升高快，该海湾区沿岸2月温度最高，湾区沿岸海冰融化，海水表层产生密度差异，形成密度流。
(3)水体透明度的影响因素可从含沙量、生物、污染物、海水运动等角度分析。由图可知，该地位于南半球62°S附近，受极锋影响大，云、雨、雪等天气多；该地夏季时浮冰融化，陆上冰川融化，地表径流大，携带有泥沙进入该水湾，导致海水含沙量大；上升流与入海河流带来营养物质，利于浮游植物的生长，浮游植物多；该地科考船只数量多，海域受人类干扰大，污染大。
(4)由图可知，中层海水以上升流为主，受湾外上升流影响，营养盐较多，利于浮游植物的生长和繁殖；表层受盛行西风影响较大，海水运动强烈，营养物质不稳定，不利于浮游生物的繁殖；底层水深较深，阳光难以照射，阳光不足，光合作用弱，同时该地海水流速较慢，不利于带来营养物质。
