“透明海洋”:走向海洋强国的重要科技支撑
2018-04-19 13:44:10

 

建设海洋强国是我国在新世纪的宏伟战略目标,而挺进深远海是我国从海洋大国走向海洋强国的必由之路。西太平洋-南海-印度洋这一关键海区不仅关乎国家安全、资源、环境、气候等方面的核心利益,而且涵盖一带一路倡议构想中的“21世纪海上丝绸之路通过建立集卫星遥感平台、水下机动平台和固定观测平台为一体的,覆盖西太平洋-南海-印度洋的海洋观测系统,实时或准实时地获取这一海区不同空间尺度的海洋环境综合信息,研究其能量物质输运过程多尺度变化的机理,并在此基础上建立海洋环境和气候变化的预报和预测系统,从而实现海洋的状态、过程和变化透明(即透明海洋),是我们国家当前实施海洋强国战略所面临的迫切任务。

 

一、实施透明海洋计划的重要意义

 

透明海洋计划的重要性体现在以下三方面:首先,构建深远海水下环境安全保障体系、维护海防安全与海洋权益都需要实时、准确地获取和评估海洋多学科环境信息并建立可验证的四维海洋数值模型,实现海洋和海底状态、过程和变化的透明化;其次,该海区蕴藏着丰富的油气和重要经济鱼类资源,这些资源的形成机理及开发过程均需要对海洋动力过程和海底构造有全面了解;最后,该海区是影响东亚天气和气候变化的关键海区,也是灾害多发地带,建设透明海洋可以提高对台风、季风、厄尔尼诺,以及地震、海啸等海洋地质灾害的预测能力,从而为应对气候变化、气候谈判和防御海洋、气象及地质灾害提供重要的决策依据。

 

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二、透明海洋计划的主要内容

 

透明海洋是一个大科学计划,该计划应国家海洋强国战略需求提出,是可持续发展的必经之路。透明海洋计划将分步骤、有序来进行推进,而努力推进透明西太平洋-南海-印度洋透明两洋一海透明海洋计划全面实施的近期和中期的重点任务。为实现透明两洋一海这一重大建设任务,目前从四个方面进行了战略性的规划。一是技术突破。在现有观测技术难以支撑国家海洋发展要求的情况下,着重加强深海观测系统关键设备与技术研发,特别是水下浮力平台观测技术,形成核心自主产品,提升观测能力,突破国外封锁。二是观测网拓展。着力提高观测网的时空分辨率,从单一观测拓展为多要素综合观测,形成立体、实时、多学科的观测网。三是理论突破。深入开展西太平洋-南海-印度洋环境、气候、资源的协同研究,力争在海洋环境多尺度变化机理及气候资源效应等方面取得重大原始创新。四是预测构建。逐步有序构建起西太平洋-南海-印度洋气候预测系统以及针对国家具体要求的区域预测系统,即多层次、多学科、多目标的预测体系。

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三、透明海洋计划已经取得的阶段性进展

 

在国家海洋强国建设战略的有力支持下,经过不断地与国际接轨、与海洋科学前沿接轨,透明海洋计划的实施取得了一系列的阶段性进展。

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针对我国海上丝路安全需求,自主发展了4000米深海Argo、深海水下滑翔机、核心海区水下观测系统无人布放技术、水下目标声学探测技术等一批透明海洋水下关键观测技术与装备,构建两洋一海综合立体观测网;发展海洋环境精细化预报系统,初步建立透明海洋两洋一海预测系统,以实现重点海区环境信息透明化,提高海洋环境灾害及突发事件的预报预警水平和应急处置能力,提升我国海洋环境安全保障能力,实现核心海区环境信息透明化;在小尺度混合与能量传递、中尺度涡、大洋西边界流、全球变暖减缓特征及机制等方面取得了一批具有国际引领性的认知海洋研究成果,在ScienceNature系列顶级学术期刊发表。为加快推进透明海洋、智慧海洋、安全海洋建设,透明海洋计划取得了以下诸多成效: 

(一)初步建成了南海-西太平洋大规模定点观测系统。其中,完成对世界上最大规模的区域海洋潜标观测网南海潜标观测网的维护及扩充,并在国际上首次实现了对蕴含丰富多尺度动力过程的南海深海盆的全面覆盖及完整监测;初步建成热带西太平洋潜标观测网,奠定了我国在全世界对该海域观测研究的核心地位;万米深海行动计划取得突破性进展,在马里亚纳海沟成功完成万米深海研究科考任务,通过自主研发的海洋仪器装备,获得了诸多珍贵海洋观测资料,填补了多项海洋科研领域空白。

(二)开发了国际领先的深海浮标、潜标等综合观测设备与系统组网技术。其中面向全球深海大洋的系列深海浮标的研发及国产化,将为实现我国深海大洋观测研究跨越式发展,为防灾减灾、深海生物资源开发、关键海区的水下环境安全保障提供重要支撑;深海资源探测技术手段获得新突破,研制的海底电磁采集站在我国南部海域成功完成4000米水深海底大地电磁数据采集试验,填补了我国在这一方面的空白,使我国成为美德日之后第四个有能力在水深超过3000米以上海域进行海上电磁场测量和研究的国家。

 

(三)构建了覆盖近海、深远海及两极的精细化数值模拟系统,逐步建成立体化、综合化、智能化、实时化、精细化的海洋观测、预测和实时预报体系。突破了高效并行算法和全要素高效数据同化等核心技术,在国际上率先建立了全球高分辨率海浪-潮流-环流耦合模式,为提高海洋环境预报保障以及气候系统的预测奠定了坚实的科学基础;在极端气候事件演变与预测取得重要进展,自主研发了中等复杂程度海气耦合模式并成功进行了预测预报,该模式也成为我国首个入选国际极端气候事件实时预报系统的模式,成果凸显了我国极端气候事件研究已经进入了国际最前沿。

 

 

四、透明海洋计划未来发展的构想

 

在系统的规划指导下,透明海洋计划的实施取得了卓有成效的进展。下一步,透明海洋计划将建立以重大任务为驱动,以大科学平台为支撑的海洋观测、机理研究和模拟预测相互融合的协同创新机制,解决目前海洋观测缺乏连续性与综合性、资料共享程度低以及科学与技术协同不够等突出问题。通过顶层设计、总体规划、协同实施、资源共享,实现对现有南海、西太平洋、印度洋观测系统的统一规划和整合,协同构建基于系统观测和资料共享的综合性大科学平台。

 

透明海洋计划在未来围绕以下四个方面聚焦。一是形成一批海洋观测、探测和预测的关键设备的研制技术,带动我国海洋仪器产业的发展。二是构建西太平洋-南海-印度洋观测和预测系统,建成透明西太平洋-南海-印度洋,形成支撑海洋科学与国家重大海洋战略需求的能力。三是建立西太平洋-南海-印度洋多尺度能量、物质输运和交换的重大基础理论,形成具有国际水平的海洋环境、资源与气候新的前沿交叉学科体系,引领我国深海科技的发展。四是建立3-5个世界一流的深海研究创新团队,创建培养深海复合型人才的新模式,形成满足海洋科学与技术协同创新需求的人员聘用、人才培养新模式,成为国际海洋领域交流与合作最为活跃的平台之一。

 

海洋科学传统上包括物理海洋、海洋地质、生物海洋、化学海洋四个学科。但今天海洋科学的发展不仅需要四大学科的深度交叉,而且也需要分子、机器人、通信、纳米、卫星等技术学科的支撑,以及大气、数学、信息、生命、管理等相关学科的融合渗透。只有各学科有效交叉结合,我们才能做好海洋科学研究,满足国家战略发展需求,解决全人类共同的问题。促进海洋科学的发展、海洋强国建设,每个人都可以找到用武之地,这需要我们共同的努力。

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 林霄沛简介 

林霄沛,19765月生,教授,海洋国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室主任,中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室副主任,美国德州农工大学兼职教授和美国Woods Hole海洋研究所长期客座研究人员。在西边界流系统变异机理及其气候效应方面取得一系列原创性成果,在Nature及子刊等学术期刊发表相关论文近80篇,2013年入选CLIVAR太平洋委员会并于2016年接任联合主席,这是中国科学家首次担任该委员会联合主席;担任PICES气候变化工作组委员、西太平洋-热带太平洋 观测系统2020WP-TPOS2020)工作组委员;担任OSNAP科学指导委员会委员并参与这个计划的观测,是我国科学家首次在北大西洋深层水的形成源区(也是AMOC的关键区)参与大规模长时间的观测;还发起和作为联合主席主持了联合国海委会西太分委会AIKEC国际计划项目, 这是中国科学家首次在中纬度西边界流区 领导国际计划项目。2012年入选首批自然科学基金优秀青年基金和中组部青年拔尖人才计划,2013年入选科技部中青年创新领军人才计划。近5年获国家科技进步二等奖一项、教育部自然科学一等奖两项和海洋工程科学技术一等奖一项。

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 陈朝晖简介 

陈朝晖,男,19849月出生,教授,海洋国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室副主任,中国海洋大学物理海洋实验室副主任。作为本土培养的物理海洋优秀人才,近年来围绕透明海洋重大战略任务,在海洋多尺度过程机理研究和海洋观测与仪器研发等方面做了一系列重要工作,在NatureNature Climate ChangeScientific ReportsGRLJPOJGR等权威学术期刊发表论文21篇。主持国家自然科学基金2项,国家重点研发项目子课题1项,省部级项目2项。2015年获得教育部自然科学一等奖(第五位),2016年获得基金委优秀青年基金资助,2017年选为国际CLIVAR NPOCE计划科学指导委员会委员。

 

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原创

 来源:林霄沛 陈朝晖  海洋国家实验室