时间: 2024-01-23 15:04:33 | 作者: 圆管带式输送机
西太平洋是全球海温最高的水体暖池的主体所在地,全球海洋大输送带在此流过,将太阳辐射热量带到高纬度海域,对全球气候产生重要影响。
从“十三五”开始,我国开始对西太平洋进行大规模调查研究。在国家自然科学基金创新研究群体项目“西太平洋海洋环流动力过程”(以下简称创新群体项目)支持下,中国科学院海洋研究所(以下简称中科院海洋所)研究员袁东亮带领该创新群体取得了重要突破性成果:发现了一支迄今赤道外最长、最强的,横跨北太平洋海盆的次温跃层潜流北赤道次表层流,揭示其进入印尼海的路径以及动力机制,纠正了经典理论存在“阴影区”的错误;发现了连接太平洋和印度洋环流的一支洋流印尼贯穿流的两个新分支,为太印交换和全球海洋大输送带提供了新格局认识;同时揭示了北太平洋副热带环流西边界流黑潮与近海环流相互作用对我国沿海环境的影响。该团队在国际上发起并引领的NPOCE(西北太平洋海洋环流与气候实验)国际合作计划得到国际学界的高度认可。
随着一声悠长的汽笛,“科学号”考察船缓缓离开港口,奔赴西太平洋执行国家自然科学基金委今年的共享航次计划。
“科学号”渐渐驶向浩瀚大海,一点点变小,最终消失在海平线。与此同时,中国的海洋学研究正一步步走向深蓝
这支30多人的科考队伍要在未来80多天里,回收去年布放的潜标,收集观测数据,维护并重新布放潜标,按照国际GO-SHIP计划标准开展物理、化学、生物、地质等多学科考察。
“每次出海都有新挑战。”本航次负责人、中科院海洋所研究员张林林对《中国科学报》说,“早期出海科考,所里会举行个仪式,领导致辞、新闻媒体报道、同事送别,仪式简短而隆重。近年来这些仪式都省略了,大家只是握握手,强调安全事项。”
因为出海前科考队进行了充分的准备,对设计的具体方案反复思考、讨论,他们心里有了底儿。
海洋环流研究高度依赖观测,科考队的重要任务之一就是取得海洋状态的实测数据,这中间还包括布设和回收深海潜标,进行长时间序列观测。
“最开始我们都没有做过这样的一个东西(潜标)。”袁东亮对《中国科学报》说,“在湍急的西边界流内布设6000多米的深海潜标,当时在国际上也是首次,包括观测系统怎么设计、海上怎么操作、采取什么技术方案,都无经验可借鉴。”
在经历无数次研讨、设计、尝试和修改后,该团队终于拿出了一套成熟的观测方案。
一套潜标观测系统,像一串硕大的珍珠项链静静地挂在海里。在长约6公里的“绳”上,最下端是近两吨的重物,将潜标固定在海底,沿着这条绳向上,每隔一段距离设置一个仪器和浮球,让潜标在海里保持竖直“站立”。潜标上挂着30多个昂贵的仪器设施,用来监测洋流、水温、盐度等数据。
在“无风三尺浪”的大洋中,让这个近两吨重的“大项链”竖在海里并非易事。科考队员先放下浮球,然后以低速开动科考船,一边前进一边挂仪器、调整状态,小心放入海中。
“海上作业很复杂,风向、洋流都要最大限度地考虑,否则放出去的绳摆来摆去,如果碰到仪器、磨损绳子都可能会导致失败。”另一位创新群体项目成员、中科院海洋所研究员胡石建告诉《中国科学报》,“每次布放潜标,科考队员要连续在甲板上工作七八个小时。使用先进的科学号调查船后,布放一次能控制在三四个小时内。”
“这一整套东西放进海里,配重、浮球、仪器、绳子及各部分的连接部件,任何一个环节都不能出错,任何一个小问题都可能会引起潜标没办法回收,或拿不到想要的数据。”袁东亮说,“因此,这不仅是个技术活,更是对体力、耐心、细心和团队协作能力的考验。”
20世纪60年代,国际海洋学研究进入大规模海上立体观测实验阶段,但受限于资金、技术、仪器设施等因素,我国海洋学研究总体上还处于摸索阶段,连“跟跑”的条件都不具备。
2009年,我国西太海洋环流研究奠基人、中科院院士胡敦欣获得国家自然科学基金重点项目资助,在国际大规模西太平洋科考停滞15年的背景下,开启了新一轮西太平洋环流科考。
2011年,袁东亮担任国家自然科学基金委西太平洋开放共享航次首席科学家,带队赴西太平洋开展科学调查,圆满完成各项任务,从此开启了长达10年,至今还在延续的西太平洋科考篇章。
“早期,我们在胡敦欣院士带领下,摸索着开展潜标观测和研究,为后来获得创新群体项目打下了基础。”袁东亮说,“那时候潜标很贵,每次出海只布放或回收一套(潜标)。”
2014年,我国开始在西太平洋和印尼海大规模布放潜标。此时袁东亮带领的创新群体项目团队已经经验比较丰富,“比较有信心了”。2015年底,创新群体项目负责人袁东亮带队去回收潜标时,我国在西太平洋已经布放了16套,在印尼海布放5套,形成20余套潜标组成的观测阵列。这一量级上的变化,奠定了我国开展海洋连续观测研究的基础。
此后,袁东亮又领导建设印尼海观测系统,到2018年,形成了印尼海10余套、西太平洋20余套的规模。目前,我国在西太平洋和印尼海已有30多套同步潜标,观测到大量珍贵数据,发现了很多前所未见的新现象,取得了一批重要成果。
“我们一步一个台阶,每次都有不小的挑战。”胡石建说,“经过10多年探索,我们的一些理论和研究方法,慢慢的变成了一种范式,成为国际上其他研究团队的参考。”
“我们在国际合作方面做了大量工作。”袁东亮说,“不仅领导着NPOCE国际合作计划,还在印尼的内海,建起覆盖关键海峡的潜标阵列,获得了国际上仅中国才有的海洋观测数据。”
要研究印尼贯穿流就必须在印尼的内海开展观测,一定要通过国际合作才能实现。袁东亮介绍说,“通过国际会议和开展学术培训等活动,我们与印尼科学家建立起互信的伙伴关系,通过大量的沟通,并创新合作范式,使用印尼科考船完成了印尼海潜标阵列的建设。”
在印尼科考船上工作,研究人员不但要克服自然条件带来的困难,还要适应当地的生活和习惯。创新群体项目成员李峣曾在赤道地区四五十摄氏度的甲板高温下,因为衬衣纽扣敞开被晒出了燎泡,创新群体项目成员、首席科学家王晶则经历过追踪失窃航标的惊险
“这些年轻人成长很快,已经褪去了初出茅庐时的青涩劲儿。”袁东亮说,“他们中有两人获得了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目资助,有8人曾任航次或者航段首席,可完全派出去独当一面。”
袁东亮:海洋环流是全球物质和能量传输,尤其是热量输送的重要载体。西太平洋暖池直接影响我国东南沿海的水汽输送,对研究我国中长期气候平均状态随时间的变化和短期气候预测有及其重要的作用。此外,认识和研究海洋对国家环境安全很重要,同时便于人们开发海洋,更好地服务经济社会持续健康发展和人类生活进步。
袁东亮:在海洋研究方面,我国从观测手段、研究方法到仪器装备都有了很大的进步,也取得了一批重要成果。这些年,我们和印尼紧密合作,取得很多有价值的观测数据。在西太平洋印尼海海域,我们总体上处于国际前沿。
袁东亮:2007年,中科院组织并且开展“至2050年中国海洋科技发展路线图”的研究,我是海洋环境领域的规划者和主要撰写人。按照该路线年前,我们实现了在西太平洋东印度洋海域布设观测阵列,形成局部研究优势的目标;下一步,至2035年,我们计划将观测网拓展到整个印太海盆。目前国际上在太平洋已经有了一些规划,我们会加强国际合作,形成“十字”观测网并参与国际热带太平洋观测系统TPOS计划;到2050年,我们的祖国的发展必然要求我们将海洋观测扩展到全球。那时候,我们将把全球海洋连起来形成“完整的故事”。