以人工智能开拓冰川研究——约瑟·库克和他的“生命之冰”

　　在这一期的故事中，我们通过更多的采访，越来越感受到气候意识正在迅速成为全球主流，无论是冰川融化的创新科研方式、罕见的高原鱼调研，还是传统的荒漠化及区域生态修复——本期三位人物都展现出了各自的真性情及专业度，挑战着从北极到北半球高原及沙漠的极地极境研究。
　　对于热爱攀岩和爬山等户外运动的科学家来说，格陵兰岛（Greenland）简直是个“天堂”——至少，约瑟·库克博士（Dr Joseph Cook）是这样认为的，他甚至喜欢观察半夜的太阳，看着它“就那样直接从地平面跃起”。
　　2012年完成博士学位后，这位冰川微生物学家（Glacial microbiologist）不仅成为英国自然环境研究委员会（UK Nalural Environment Research Council）的“Black and Bloom prolect”的研究员，专注于量化生物生长在加速格陵兰冰盖融化中的作用，更是至少五次前往格陵兰岛，对北极圈冰川及冰盖生物进行深入研究。
　　2017年7月，约瑟·库克再次来到格陵兰岛，他对着BBc（英国广播公司）的摄像镜头描述了自己的感受：踏上厚达一公里的冰层，就像“踏上了月球（stepping Ohto the Moon）”，而科研团队可在大帐篷里享用肉酱意大利面。
　　但是，现实并不是攀岩爱好者们的愉快荒野露营，敏感的北极是气候暖化的受害者，格陵兰冰川的情况也很糟糕，“冰川融化得更快了，它的颜色变得愈来愈深”。
　　两年之后的2019年，约瑟·库克撰文表示，这是很关键的年份，“将成为应对气候变化的分水岭”。我们甚至能从BBC的“气候变化：事实真相”（Climate changle：The Facts）和网飞（Netflix）的“我们的星球”（Our Planet）等节目中看到，气候意识正在迅速成为全球主流。
　　值得一提的是，其实早在2016年，约瑟库克凭借专业研究和非凡成就，已经受到了很重要的外部关注，他是那一年劳力士雄才伟略大奖的得主之一，由此在2017年得到资助。正是在劳力士大奖的资助下，库克和他的团队才得以登上格陵兰冰原，考察冰层微生物如何在这种恶劣的环境中维持生命力、它们对气候的影响，以及造福人类的潜在机会。约瑟库克表示，自己的发现或会“对我们的未来有着深远影响”，并将以电影、讲座、专题文章及展览等方式向公众分享自己的热诚与发现。这其中还包括了携手Proudfoot Media制作了《生命之冰》（Ice Alive）的纪录片。
　　格陵兰冰川及生命
　　格陵兰岛曾是挪威王朝的属地，在1979年获得丹麦政府给予的内部自治权。这里储存了全球10%的冰层，并拥有难以置信的复杂生态系统。
　　约瑟·库克博士（Dr Joseph Cook）
　　英国人，气候学家，生态学家，地理学家，攀岩爱好者，2016年劳力士雄才伟略大奖获得者。兴趣领域还包括人工智能和极地科学，研究并量化生物生长在加速格陵兰冰盖融化中的作用。
　　早在2016年马拉喀什联合国气候大会上，就有报告指出日益攀升的气温已对北极地区造成了重大破坏，格陵兰岛冰盖也深受影响，并以远超预期的速度融化。
　　约瑟·库克表示，格陵兰岛是太阳辐射的巨大反射器，“如果我们失去了它，那么我们就会加剧气候变暖，并向海中释放大量的水。”
　　2019年12月11日，《自然》（Nature）杂志在线发表了一项由96位极地科学家联合完成的气候变化研究报告，1992年至2018年间格陵蘭岛冰盖质量减少了3.8万亿吨，导致全球海平面上升10.6毫米。
　　为研究冰川融化问题之根源，约瑟·库克将航空遥感数据（satellite remote sensing data）作为格陵兰冰川实地研究的重要方法。在两年中，他用网格模式和无人机器航拍绘制了整个冰盖的地图。通过采集到的不同光反射数据（即光谱测量），可分析冰层中生物量浓度各不相同的所有藻类，并研究它们对于冰川融化的作用。
　　约瑟库克表示，人类目前对于这个地区依然知之甚少，而他制作的纪录片《生命之冰》正是因此忧思而诞生。航拍格陵兰冰川的画面配有悠然的钢琴曲，希望让人“深入了解这个鲜为人知的生态系统，和它们对全球气候与养分及碳循环的影响”。
　　在他的描述中，格陵兰冰川野营科研工作严谨有序。帐篷来自谢菲尔德的CragX攀岩商店;2017年时，他们还提前准备了至关重要的新设备ASD FieldSpec——以高分辨率测量电磁辐射，可以了解杂质如何改变冰面的能量平衡。 　　约瑟库克曾在博客中写道，自己的研究证明了无形小生物的共同作用可以影响一个大陆冰盖的命运，“这始终令我感到惊讶”。这种复杂性、跨尺度的因果关系和非线性的例证，在格陵兰岛始终发生。
　　而约瑟·库克引起外界关注的原因更在于他对冰川研究的创新性。在一篇《连线》（Wired）杂志的报道中，这位英国人甚至自学编程、运用人工智能更好更快地分析自己所获取的冰川数据——“速度”是他最迫切去解决的问题。
　　他的科研工作的前提之一是借助Matlab和Python实现数字模式的算法。Matlab是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的科学计算语言和编程环境;“网红”Python则是近些年随人工智能发展而流行的计算机程序编程语言，易学且功能强大。
　　约瑟·库克曾经撰写过一篇文章叫作“AI Adventures In Azure”（未知的AI冒险），旨在分享自己所努力开发的工作系统“Al for Earth”。
　　这个“AI for Earth”系统基于格陵兰冰原上的卫星图像进行算法、反向辐射传输模型（inverted radiative transfer model）、反照率计算（albedo calculation）和能量平衡模型（energy balance model）。这种昂贵且极其消耗内存的运算，迫使他采取一些方法来确保系统的高速工作。譬如，许多操作都必须在Python中将数据保存于RAM。此外，他只将实际正在处理的图像保存在计算机本地，所有其他图像和关联的输出文件都保存在Azure存储容器的云中。速度是关键因素，从Azure VM的上传和下载速度非常惊人，将IGB文件传输到Blob存储中或从其中存储出来仅需要数秒。
　　“我们可以将其应用于更敏感和更复杂的冰川，和具有更多复杂因素的冰流。”毫无疑问，人们也期待着约瑟·库克的创新型冰川研究尽快助力地球，在未来采取有意义的行动。

心有山川湖海，她向往自由——豆豆：从高原冰潜到挑战“未登峰”

　　与冰川微生物学家约瑟·库克露营的格陵兰冰原研究相似，豆豆的高海拔自由冰潜也是为了一个科研环保目的——携手中科院水生所共同研究高原鱼，同时准备自己的探险纪录片。
　　中国农历春节的大年三十晚上，豆豆在微博“D姑娘早安”贴出了最新行程“失联几日”，她给自己的新年礼物是PADI Shark Feeder Program课程。这门特殊课程让她在巴拿马的拿骚学习了角翠鲨鱼，也让她拍摄到了许多鲨鱼保育纪录片的素材。
　　豆豆很少时间固定生活在上海，她的时间属于不间断的探险：在北极等待半个月，拍摄出生后第一次出洞的北极熊宝宝;在雨季的亚马逊，潜入食人鱼活动范围拍摄巨蟒;同因纽特人生活数周，拍摄传统捕猎;在美国，每天18个小时追逐并拍摄龙卷风;在加拉帕戈斯群岛连续拍摄了17天。
　　“心有山川湖海，向往自由”，这句话可以很好地诠释这位年轻女性的心性。尤其是“热爱潜水”这一标签，表现在她曾于2014年夜潜墨西哥Lapz海域，与“魔鬼鱼”（Mobula Ray）鱼群迎面相遇;在2018年2月10日，于海拔5106米、零下3摄氏度的湖中，实现了一个高原冰潜自由潜的纪录;又在2019年远征南极拍摄斑海豹捕猎企鹅……她一直以来的心愿是：“这般辛苦，无非是想能记录更多生态的美丽，使其得到人们的尊重与保护。”
　　最近两年，豆豆的高原冰潜和调研得到很多朋友的支持，“他们会跟我探讨，这样的事情应该怎样形成系统化，去做得更好，甚至更有影响力——我不需要多，只需要改变身边的哪怕一个人。”

　　从舞者到高原冰潜的探险人生
　　在山水间探险的豆豆，原本从六岁开始练舞，青少年时也顶多去楠溪江户外徒步，骑摩托车。如今，她的身份却变成了看似简单却极有分量的一个：探险家。最近正计划在2020年举办名为“山海经”的摄影展览。
　　豆豆
　　祖籍温州，新锐探险家，野生动物摄影师，自由潜水爱好者，完成了南极、北极和西藏“三极”潜水。美国国家地理频道纪录片《极致中国Extreme China》的出镜记者。 　　我们问豆豆，什么是探险？
　　豆豆说，是对于自然的热爱、好奇心和行动力。她也曾在一次演讲中谈过这个主题：探索未知的世界，探险不是冒险。并且，她认为要从技能、经验、知识这三大储备以及风险认识方面去做准备。
　　尤其是她的高原冰潜计划：一方面，是为了拍摄自己的纪录片;另一方面，能将所有资料提供给中科院水生所，用于高原鱼研究。
　　经过初步调研，豆豆发现，这海拔五千多米处生存的高原鱼是非常稀有的物种，且它们的存在事实和海外生物学家认为的“4800米以上是鱼类生存的临界点”相左。
　　“第一次尝试高原冰潜是2018年，刚好遇到了冬季。我准备了一个系列的拍摄，包括水底下的环境。”目前，她和团队正在跟科研机构做更多沟通，故而未有数据可公布。
　　但是，豆豆预估，也许要花八年时间去实施高原冰潜凋研。这意味着，不仅是时间和金钱要大量投入，还需要自己的稳定的身体状态。冰潜现场情况是常人无法想象的，“常人只要出现在高海拔地区就已经容易产生高原反应，在缺氧状态下，你还要再去做闭气运动，身体很难承受。”
　　豆豆指出，在寒冷的高原湖，要下水，会“非常疼”，“我们会穿一种特制的潜水服，厚度在9毫米以上。那种感觉，让我形容的话，就是你被502胶水给胶住了'然后，你还得在五千米高海拔中进行潜水。”
　　我们看到高原冰潜视频素材中，豆豆和合作伙伴要在结冰湖面打出进口和出口两个洞，下水前反复用湖水清理潜镜上冻起的冰，“在这个过程中风险极大，有可能中途晕厥，或者没办法从另外一个洞里出来”。如此艰难的潜水过程教会了豆豆“放弃”和“权衡”的重要性。
　　拥有各种保险的豆豆还表示，最麻烦的事情是，此前从未有人做过如此高海拔的潜水，没有前人的经验可以依循，“你不知道身体会发生什么。”冰潜之后，她不可避免地出现了中耳炎和耳膜内陷，搭乘飞机时耳朵疼得“龇牙咧嘴”。
　　继续寻找挑战，“未登峰”计划
　　2019年5月23日上午8时17分，豆豆记下了自己登顶珠穆朗玛峰的时间。但她觉得自己的登珠峰之举并不算一种挑战，“我只是想体验一下它，更多的是锻炼，我需要知道大山是个什么概念。”登顶时，她除了给队友拍照就是望着远方发呆，“总觉得还没够。”
　　豆豆半开玩笑说自己“天赋异禀”，在海拔5100米处，她的血氧含量为98，再闭气三分钟后，血氧含量仍为80+。即便平时背负60公斤的设备下海潜水，这位体重不到45公斤的姑娘也能扛得住。
　　她希望把很多运动项目结合起来，登山加潜水、登山加滑翔伞，而从2013年开始系统学习攀冰之后，她还爱上了登山加攀冰——2018年1月在四川省阿坝藏族羌族自治州挑战夜攀。
　　谈到“挑战”，豆豆最近另有所想，比如她的“未登峰”计划，要“跟世界、跟你自己握手言和”。
　　什么是“未登峰”計划？
　　“如今爬珠峰似乎变成一种潮流，那种氛围我不喜欢，而且，珠峰上的环境污染也越来越严重了。对我来说，这次我攀珠峰只是打个基础，就像练体能一样去感受这个地方，我更愿意选择去攀登一些‘未登峰’，我国那些不知名的、从未有人爬过的山峰。”她在2019年调研了川西诸多海拔5000米至6000米的山峰，“我要看一下地形合不合适，它们的攀登难度怎么样？全部调研结束之后，还要拿到许可证，做好所有的准备后再去攀登。”
　　在川西调研的十多天行程中，红衣白帽的豆豆在贡嘎的山谷、星空、湖泊边休憩的影像令人印象深刻，“贡嘎山的形状要比珠峰漂亮得多，而且不同的角度看，它有不同的样子。”而甘孜藏族自治州的塔公草原、亚丁国家级自然保护区的卓玛拉措雪山湖景，都让豆豆的一百多万微博粉丝们纷纷点赞。
　　2019年深秋，吴向荣团队进行当年最后一季种树的时期，腾格里沙漠中，一位种植花棒树苗的当地妇女。
　　最后，豆豆不忘谈“环保”，“我们与自然万物是共存的关系，你带什么东西进去，就带什么出来。我觉得，不一定故环保非要那么严肃，我们可以用更幽默轻松的方式去做。”

十六年种树种心，修复区域生态的开始——吴向荣为家乡腾格里沙漠“锁边”

　　如果说格陵兰冰川的极地科研是前瞻性的工作，那么，吴向荣十六年来不懈的沙漠锁边种树工作却更像是为了未来：修复整个区域的生态环境。他和团队始终同当地牧民保持交流，希望有更多力量积极参与已种下的沙漠植被的管护，包括2020年在通额公路推进的八公里的草方格种树。
　　吴向荣
　　阿拉善人，大气环境治理和经济学专业出身，阿拉善腾格里沙漠锁边生态公益项目基地创始人及负责人。于2003年开始在家乡种植沙漠锁边林，积极和当地牧民社区携手恢复区域生态。
　　阿拉善，是吴向荣的家乡，这里沙漠戈壁广泛分布，可说是中国沙漠最密集的地区之一。
　　阿拉善地处高原，东抵贺兰山，南至腾格里沙漠南部边缘，这个高原的气象条件是几条强冷空气的主要交汇处，非常容易形成沙尘暴天气。但是，大气环境治理专业出身的吴向荣于2003年决定回家乡做一件很难的事情：种树，即“沙漠锁边林”。
　　在吴向荣团队进行2019年最后一季种树的首日，我们见证了中国绿化基金会“百万森林”当时的秋季造林种植区开工，他们提早以拖拉机开沟，两端耸起的土堆可为3500亩、175000株树苗提供保水保护。
　　午间，人们或蹲或站，分享馒头、榨菜、苹果、半干红枣和水。半干红枣来自吴向荣一手创建的沙漠锁边基地，他曾陆续种下几千棵枣树，最终存活的灰枣、酸枣、大圆枣等让我们尝到了酸甜不一的多层次清香。吴向荣说：“喜鹊知道最甜的枣树是哪一棵。”每天，数千只喜鹊会在日落时分落脚基地树林，这一片聒噪声印证了沙漠中的生物多样性。 　　而基地培育的花棒树苗是目前耗水量最低、最适宜在沙漠生存的植物。吴向荣说，人类活动应更多去尊重自然，“沙漠”本是地球自然一种地貌存在，不需要被治理;“荒漠化”的趋势治理，才是真正需要长期投入的事情。
　　水，水，水
　　对于年降水量低于100毫米、蒸发量超过3000毫米的阿拉善地区来说，水资源是吴向荣和团队需要每日面对的重要问题，“在最早开始做这个项目的时候，我们就先盯住一种植物来进行生态修复，那么，种哪种植物最直接有效？”
　　答案是花棒。這种植物的蒙古语意为“77层皮”，即一年褪一层树皮、可生存七十七年，当地人还称其为“沙漠姑娘”。

　　“沙漠锁边计划”要种的植物绝非需要人工灌溉的乔木或其他对于水分需求量大的“霸水”植物。而花棒树苗一旦一年存活，三年保存，之后就无须费心打理了，它们会自身慢慢在沙漠中固定沙丘。因而，他们多种植花棒，其他如梭梭树的种植比例低于20%，有经济价值的沙棘也不在名单上。
　　种植花棒树苗有讲究。首先，吴向荣团队自行育苗，“它们更容易从深处吸取水分”。其次，以农业播种工具钎插为主、将树苗根系送入土层深处，掩埋踩实。第三，苗与苗之间保持距离，避免竞争。
　　“从秋种到立冬，几条线上的种树工作都在紧张而有序地进行”，吴向荣在立冬当日写下这段描述，那一天，他们在荒漠里吃上了饺子。
　　说实话，阿拉善寒冷的11月并非种植花棒树苗的最佳时机，但考虑到花棒在冬季低耗水的生长特性，吴向荣团队依然将这个季节定为年度工作的最后阶段。
　　他直言，3月中旬开始的春季种树有80%的成活率，11月份的成活率仅为30%，但后者又非常必要：一，可弥补其他种植季的死亡率;二，在秋冬季存活下来的树种拥有“最好的基因”，基地会将其种子用于每年5月的育苗。
　　生态修复，种树的终极目标
　　在别人看来，吴向荣这个人很奇怪，“还有种树不浇水的？”
　　吴向荣说，“当你真正了解沙漠之后，你对生态的认知会发生根本性的变化。”他给我们看了一些航拍照片，看似散落在沙丘之间的稀疏植物却足以固沙，也就是说，“种树并不是把沙漠变成绿洲，不是从我们需要什么出发，而是要让沙漠恢复到一个平衡、自然所需要的地貌，这个过程中，还要减少自然资源的使用，包括地下水。”
　　当然，草方格也是目前很重要的种树技术。
　　自阿拉善盟首府巴彦浩特镇去往额尔克哈什哈苏木，一路黑色柏油马路蜿蜒着伸展。我们随吴向荣团队在这个通额公路的北侧、一路清点着路边的草方格并补种花棒树，“我们特别着急要在这样一条带上把沙子锁住。”
　　虽然，这个草方格种树项目仅启动了两年，“但是这条公路的状况很好，管理和养护变得更容易，这对整个荒漠化的防治非常有效，明年我们会在路的北边继续推进8公里左右，在沙漠化比较快的地区做出一个示范、提供一个可能性。”
　　穿越盐碱地和牧民散养骆驼的区域，我们在阿拉善左旗的沙漠边缘看到了很多成活的花棒树苗。面对那些仅露出地面6厘米的树苗和远处的无垠沙漠，吴向荣仍有着对未来的担忧，“如果没有管护，可能这片树林在半年内就会彻底毁了——这种种树后的管护，似乎没有太多人关心，但却是尤其重要的，我们需要有更长远的眼光，思考怎么去维护。”
　　目前，他和团队始终在同周边牧民们保持交流，希望管住牧民们的羊群，“最理想的状态是，分享我们的技术、经验、生态修复理念给周边更多牧民，让我们种的树最终变成由他们来管护、来放牧生活的环境。”
　　而在团队开始运作之后，确实有附近的牧民主动来联系、希望改变自己家所在的沙漠环境。仅在数年中，吴向荣团队就帮助其中一家牧民种植了400亩土地的花棒树。从牧民家院子门口一路走到沙漠，吴向荣数着这些低矮的花棒丛，“种子落下来，在花棒树旁边长出了一个小苗，这是我们最希望看到的。”超过十六年的沙漠种树实践和经验，使他更坚信，“一旦大家都提高了认知，改变起来速度是很快的。自然而然地，他们就会放弃一些传统或者不好的东西。”