——记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”

　　2015年中印尼联合航次科考（左三为袁东亮）。研究团队供图

　　■记者 张双虎

　　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。

　　出海

　　11月21日上午，青岛薛家岛码头。

　　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、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，其中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，都没有经验可借鉴。”

　　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多个昂贵的仪器设备，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。

　　“海上作业非常复杂，风向、洋流都要充分考虑，否则放出去的绳摆来摆去，如果碰到仪器、磨损绳子都会导致失败。”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导致潜标无法回收，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。”

　　历程

　　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、仪器设备等因素，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大项目资助，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，已经成为一种范式，成为国际上其他研究团队的参考。”

　　合作

　　“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，必须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，完全可以派出去独当一面。”

　　《中国科学报》：研究洋流、弄清洋流规律和机理有哪些重要意义？

　　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变化和短期气候预测有重要作用。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发展和人类生活进步。

　　《中国科学报》：我国洋流研究目前在国际上处于怎样的水平？

　　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。

　　《中国科学报》：下一步我们有什么研究计划？

　　袁东亮：2007年，中科院组织开展“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。按照该路线图，2020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，我们国家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”。