写在前面 新年伊始，把2015年前后写的文章做一下修订，主要是更新部分陈旧的内容，毕竟已是十年，从知识应时性的角度出发也该进行一次自我学习了，虽然蹉跎在奔五路上，但也绝不能慢慢活成年轻时的自己最厌恶的样子。 这个系列主要聊海洋技术，结合这些年从事的工作谈谈我个人的认识，力求让大家都能看懂并产生兴趣。 文章只讲我知道尤其是亲自上手干过的内容，水平不高能力有限，难免有纰漏，欢迎读者朋友们指出来，可以做一些有价值的探讨。
白话海洋科学
海洋科学是一门建立在观测、探测数据积累、处理和分析基础上研究海洋水体及水体与岩石圈、大气圈、生物圈之间相互作用，包括多介质空间动态形貌特征和物质、能量的储运、交换过程过程中各种现象空间赋存状态、发展规律等的自然科学学科，是地球系统科学的重要分支。 蒲师傅手绘“海洋科学” 海洋作为地球表面最大的物质和能量储运系统，无时无刻都处于运动之中，所以表征海洋环境要素的数据既要有空间分辨力又要有时间分辨力，统称“时空分辨力”，而海洋科学研究所涉及“现象”的基础样本就来源于依托海洋技术的“观测”和“探测”。 海洋科学与海洋技术 “观测”和“探测”同属于方法和途径，一样常见的概念还有“测量”、“测验”、“勘测”和“调查”等，在海洋科学领域虽然都是出海干活儿采数据，但各自的内涵还是存在一定差异的，简单说一下： Ø“测量”——量化描述对象的赋存状态，针对当前状态； Ø“测验”——量化描述现象的周期型特征，强调重复性； Ø“观测”——量化描述现象的变化过程，反映趋势； Ø“探测”——量化非确定目标的部分特征，弄清有无； Ø“调查”——通过空间、时间二者抽样描述综合物理场。 所以海洋调查中常说的“探”和“测”是两个不同的概念，比较笼统但全面的表达可以用“海洋调测（Oceanographic Survey）”，这里就不展开了。 调查船示意 先说观测，天上的、岸上的、水面的、水下的、机动的、固定的……讲究的是“原位”和“连续”。所谓原位，简单来说就是现象在哪儿站位就要在哪儿；所谓连续，就是观测时间要完全覆盖现象存在的时间，且观测数据空间分布要具有代表性。说起来好像挺简单，但由于海洋系统三维流变性和时空差异性导致的复杂性，想要做到这两点实际上有很大难度。 盲人摸象 再说探测，声、光、电、热、磁几种物理学原理，讲究的是“位-场”理论。所谓位，就是位置，可以引申为定位导航，空间位置要有足够的准度和精度；所谓场，就是传感器所能采集到的场强，目标要和周围一定空间范围存在差异，否则发现不了。虽然有那么多手段可以用，但原理的局限性叠加各种各样影响因素产生不可避免的误差，数据普遍具有多解性。 未雨绸猫 由于工作对象的一致性和工作方法的相似性，某种程度上讲，观测和探测是紧密联系的，并非一定按物理海洋、海洋地质、海洋生化等不同学科来划分内涵边界或定义工作目标，都是为了获取海洋环境要素的数据，只是关注点和侧重点不同而已。 既然认识海洋靠海洋技术，但一方面海洋在天体引力、科氏力、日照等能量不断输入的作用下，呈现显著的三维流变性和时空差异性，且大量现象难以复现，海洋技术又有这样或那样的“靠不住”，那我们还怎么研究海洋？ 底质取样 从大地学观的角度出发，海洋科学最底层的技术逻辑就是“针对连续时空系统的模式研究”。“模式”是一个统计学概率，“连续时空系统”则表示所有现象在时间、空间上高度统一，具体表现为其时间均值等于空间均值。 虽然地球系统从来没有所谓的“恒态”，但在一定时期内会表现出相对的“稳态”，而“稳态”则是由一系列规律的“瞬态”组成。 冰期和间冰期 那么在海洋中发生的现象留下的痕迹，在一定时间范围内，其特征就具有一致性或相似性，所以那些岁月的痕迹，就可以作为研究海洋的依据。显微镜下的有孔虫化石和深渊里的钙质软泥一起经历了斗转星移，黄土高原上的沉积地层和南海珊瑚礁的岩芯共同见证了沧海桑田，南极的冰层和鲸鱼的耳屎都能讲述人类文明发展的故事。
光阴的故事 在大量数据的统计分析之下，我们就有了对各种“稳态”接近真实、准确的定量的描述，这就是“模式”。如果用一个公式表示，那么可以将R0认为是研究对象真实的状态，Rn是从数据的种类、数量两个维度对研究对象状态的表达，随着技术的进步、时间的积累，Rn会无限接近R0，但只是接近，因为R0也是发展变化的。 *.所以如果你通过研究发现了一种前所未有的新模式，那么结果有且只有两个，要么是你要红了，要么是你要黄了…… 为了追求这个极限，海洋科学研究对数据的要求也越来越高。海底1m厚的沉积物可以记录100年的历史，大气中的水10~15天就会更新一次，随着对海洋中现象关注的尺度越来越精细，我们希望得到高准度、高精度、全时域的实时数据，而对于一些范围小、发育快、消亡也快的较小尺度的现象，数据的时空分辨力和实时性就更加重要了，这也意味着更高的数据获取难度和成本。 还好数据不咬人 都说“十年陆军，百年海军”，调查船动辄一天十几万甚至几十万的运行费用，随便一套设备就要几百上千万而且一不小心就丢给你看，世界上靠海的国家不少，但真正有能力搞海洋科学研究的却寥寥无几，想下海没钱可不成。 声震华夷，威加宇内 既然海洋科学研究那么烧钱，为什么要搞呢？ 首先是国家战略安全需要。我们国家的战略安全威胁实际来自海上，这里就不展开讲了。海军作为一种技术密集型兵种，其战术设计严重依赖海洋环境信息保障工作，再牛逼的航母编队遇上超强台风也得绕着走，灭国神器战略核潜艇碰上内波也脆弱得像一根火腿肠，所以预设海战场在哪里，调查力量、技术装备就应该出现在哪里，为可能发生的战争做准备； 疯狗来了也不好使 其次是应对气候变化挑战。这几年大家普遍感觉气候反常，极端天气数量增多，好像分分钟就要进入“后天”的场景。这些变化实际上与海洋环境的变化息息相关，海水升温、酸化，对全球生态系统产生了一系列的影响，研究海洋科学，能够让我们在面对气候变化的时候更加从容和有的放矢，如果气候真的回到西周时期那样，那就尽早调整规划向西北发展呗~ 丁院士怼柴犬名场面 再次是为战略性资源开发做准备。有一种说法，如果石油价格涨到200美金一桶，那么去北极钻井采油都有利可图。海洋中蕴藏着巨量的资源，从化石能源到稀有金属、稀有元素再到优质蛋白质，如果陆地上的某种资源接近枯竭或无法获得，那么去海里开发就成了一种可能的选项，尤其是会卡脖子的战略资源，即使再贵该上也得上，仓里有粮手里更得有猎枪。 捕猎者才会劝你卸下武装 最后是为星际开拓做技术储备。未来人类必将成为星际生物，走出太阳系寻找类地行星建立家园繁衍生息，而是否有液态水形成的“海洋”可能成为目标星球是否宜居的重要评估标准。因为巨量的液态水不仅能提供饮用水，还能对星球表面的温湿度进行调节，稍加改造就可以形成一个比较稳定的生态系统，而对地球上海洋的研究，可以为这项工作提供依据。 我们的征程，是星辰大海 今天就到这里，下周我们开始聊海洋技术。
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