冷疏影等 ：推动海洋空间综合认知 以国家战略引领中国海洋科学发展

海洋科学是研究海洋的自然现象、变化规律, 及其与大气圈、岩石圈、生物圈的相互作用和开发、利用、保护海洋有关的知识体系. 该学科的主要研究对象是占地球表面 71%的海洋, 包括海水与其包含的物质、海洋中的生物、海底沉积和岩石圈, 海面上的大气边界层和河口海岸带等.海洋科学通常划分为物理海洋学、海洋化学、海洋生物学和海洋地质学等分支学科. 海洋观测仪器的研制、开发与应用也属于海洋科学的任务. 此外, 为了满足经济、社会发展需求, 学术界还建立了海洋技术科学、海洋工程学、海洋社会科学等学科, 以深入探讨应用性的问题和涉及海洋立法、管理等方面的问题.

推动海洋空间综合认知的初步思考

海洋科学结合了空间的客观性和社会性: 一方面, 海洋科学强调空间是地球过程(如物理、化学、生物、地质过 程)的载体, 客观性是学科基础; 另一方面, 该学科的研究 对象——海洋空间, 内含丰富的资源、环境、政治、经济 和社会意义, 社会性日益增强.

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从当前海洋研究的特点看, 绝对空间研究和相对空间研究并存, 相对空间内要素的相 互作用研究日益加强, 海洋科学与海洋工程技术和海洋空 间开发利用结合得越来越紧密, 海洋研究包容科学、社会 与技术等多种特点已成为必须接纳的现实. 但是, 目前对 于海洋研究的多种特点仍重视不足, 海洋空间综合认知程 度还不高. 因此, 亟待丰富和完善海洋空间内涵, 加强学科交叉, 吸纳不同研究范式, 促进海洋空间研究的系统性,提升海洋空间综合认知水平. 主要体现在以下几个方面:

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(1) 加强海洋时空观测能力.

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海洋科学本质上是一门 以观测为基础的科学. 而由于海洋环境的复杂性、观测手 段的独特性以及考察船运行费用昂贵等困难, 观测资料缺 乏一直是制约海洋科学发展的重要瓶颈.

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现代海洋学大体 经历了 3 个观测平台. 20 世纪中晚期之前, 以船基、岸基 的观测为主要手段, 被称为“采样不足的世纪”.其后遥感 技术的发展为海洋提供了太空观测平台, 锚系与浮标则提 供了在海洋内部的连续观测. 其中尤其值得一提的是 Argo 剖面浮标. 国际 Argo 计划已在全球多个海域投放了约 1.5 万个自动剖面浮标, 可提供 2000 m 以上的海温、盐度等资 料[161]. 而海洋观测最严峻的挑战来自深海空间. 深海空间 研究在世界范围内均处于初级阶段, 整体上是海洋观测的 盲区. 海底观测网因而成为第三个海洋观测平台. 海底观 测网以光电缆传送能量和信息, 连接传感器和分析设备, 相当于将观测站和实验室建在海底[162]. 深海空间不仅作 为深部地球过程的载体, 同时也是极端环境下生物资源、 能源和矿产资源赋存区域. 在深海观测探测技术的支持下, 研究地球深部动力过程及物质能量迁移转化, 研究资源短 缺甚至枯竭情景下深海资源储备及其开发利用潜力, 对从 根本上认知地球演化规律及人类社会发展命运将具有重 要意义.

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(2) 加强海洋的气候效应研究.

海洋作为地球圈层中 热量、能量、水、碳等的巨大储库, 在气候系统充当减震 器的角色. 如果没有海洋对热量和碳的吸收, 那么工业革 命以来的全球气候变化将远比目前的情况剧烈得多. 近期 工作进一步指出, 几乎所有时空尺度的海洋过程, 包括以 往被忽视的海洋潮汐、海洋内部混合过程等, 都与气候变 化有密切关联. 古气候研究也指出, 大洋经圈环流在冰期 气候突变过程中出现了截然不同的平衡态. 而与海洋对气 候系统的重要性不相称的是, 目前对于海洋内部过程、海 洋与其他圈层(尤其是大气圈层)相互作用的研究仍是碎片 化和不完备的[163].

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(3) 加强陆海统筹研究.

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海洋既是全球共享的开放空 间, 也是国家陆域国土的延伸. 海洋资源开发利用不仅带 动海洋工程技术进步、海洋资源相关产业布局调整, 也将 关联国际海洋资源立法、国际贸易和全球环境治理政策. 海上权力、海洋控制、海上军事活动在很大程度上则反映 出国家安全需求和国家全球战略布局.海岸带是国家陆域 国土内对外开放程度较高、经济较为活跃、人口和经济总 量较为集中的地区, 同时也是全球变化影响最敏感、海洋 环境保护最艰巨、灾害风险等级最高的区域之一.因此, 陆海统筹研究就是要全面研究海洋经济、政治、资源、生 态、环境及社会要素之间的相互作用关系, 为区域可持续 发展和国家全球战略架起科学与决策的桥梁.

(4) 科学与技术融合共同促进海洋开发利用.

海洋空间综合认知能力的提高依赖于技术进步. 海洋空间研究的需求必将拉动技术创新. 技术创新和科学认知共同促进海 洋开发利用. 深海资源蕴含巨大开发潜力, 海底油气资 源、可燃冰资源、多金属结核和富钴锰结壳资源等均可为 未来能源的重要来源. 到目前为止, 深海能源开采仍局限 于少数发达国家主导的少数地区, 且除了油气资源, 其余 资源仍基本处于未开发状态甚至未认知状态. 深海资源开 发的难度不仅是因为一国主权海域之中可能并无深海资 源储备, 而且主要是由于探测、开采技术与成本的要求非 常高, 从而使得诸多国家均难以在当下实现深海资源开采 与管理. 深海探测技术发展必将加深对地球深部过程的认 知, 促进深海能源资源形成演化与开发利用研究, 并与海 洋产业布局、陆海统筹规划、海洋权益保护以及全球海洋 (空间)治理战略研究紧密结合.中国深水资源探测技术已经实现了长足发展, 以“蛟 龙”号载人潜水器、“海龙”号无人有缆潜水器和“潜龙”号无 人无缆潜水器组成的体系, 成为深海资源“深潜”探测的主 力军, 深海装备产业水平不断提高. 青岛海洋科学与技术 国家实验室自主研发的无人无缆自主观测与探测装备“海 燕-10000 m”水下滑翔机下潜 8213 m, 极大助力我国海洋 国土安全维护. 该实验室主导实施的“透明海洋”计划已取 得成效, 在“世界第四极——马里亚纳海沟”构建起全球第 一个马里亚纳海沟海洋科学综合观测网, 并成功回收了世 界首套万米综合潜标. 2017 年, 由同济大学牵头、建设周 期为 5 年的国家重大科技基础设施“国家海底科学观测网” 正式立项. 该观测网侧重于生态环境和海洋灾害观测, 建 成后将为深入认识东海和南海海洋环境的演变规律和变 化机理提供优质的长期连续观测数据和原位科学实验平 台.2018 年, 中国将加快设计和建造全球第 3 条大洋钻探 船“梦想号”, 并计划于 2021 下水. “梦想号”将带着中国思 想和中国方案, 汇聚中国地球科学界力量, 为构筑新世纪 地球系统科学研究平台, 实现人类探索地幔的梦想, 同时 为深海新资源勘探开发、环境预测和防震减灾等目标作出 中国贡献.

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但是, 总体上, 我国深海远洋探测能力还很薄弱, 极 大制约了对海洋垂直空间和广阔大洋的认知和利用. 因此, 亟待加强海洋科学与观测探测技术的高度融合, 以科学问 题拉动技术创新需求, 以技术突破深化科学研究水平. 技 术要素的融入既包括现有学科所产生的技术, 如广泛吸纳 地球物理学及其地球探测技术研究深海大洋问题, 也包括 开发研制新技术, 如广泛吸纳机械、电子、信息、材料、 化学、生物等领域科学家参与深海大洋观测、探测、信息 传输、探测平台支撑与维护等方面的技术研发.

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(5) 探索海洋空间的象征意义.

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目前海洋空间的演进 极少与人类的精神世界相连, 进而未能赋予海洋空间以象 征意义. 在海洋空间的发展过程中, 同样可以对其赋予象 征性的含义, 将海洋空间由物质研究领域拓展到精神研究 领域. 凯文林奇可以将城市中的空间赋予不同的象征意义,而不同的海洋空间也可以具有差异化的精神含义. 不同地 理位置的海洋对不同区域的人类具有怎样的自然、经济与 文化属性;而固定位置的海洋空间在不同群体的人类眼中 又具有怎样差异化的精神象征. 虽然人并不直接生活在海 洋空间内, 但相比于地质空间的隔绝与大气空间的虚无, 海洋是除陆地外与人类联系最紧密的空间, 除了现实主义 驱动下的研究外, 挖掘海洋空间的精神能量也是其完善的 一个重要方向.

以国家战略引领中国海洋科学发展

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当前, 世界各国纷纷把目光聚焦海洋, 我国海洋科 技发展既面临赶超跨越的难得历史机遇, 也面临差距进一 步被拉大的风险”.

长期以来, 美国、法国、俄罗斯、 英国、日本、澳大利亚等国在内的著名海洋研究机构一直 引领着国际海洋科学与技术的发展趋势. 近年来自然与社 会结合的海洋科学研究产生了一些重要国际成果, 如人类 活动尤其是海洋渔业对海洋空间的影响和海洋空间 变化对人类经济生活与政策制定的作用等. Woods Hole 研究所还设立了海岸研究和海洋政策研究两大研究 中心, 承担美国国家战略与国际合作计划的研究与制定. 另一方面, 自 21 世纪初以来, 由上述国家的科学家主导的 全球实时海洋观测计划(Argo)和综合大洋钻探计划(IODP)极大推动了海洋科学与技术的融合, 提升了对深海空间和 开阔大洋的观测探测能力及综合认知水平 . IODP 2013~2023 提出的 14 个重点挑战中, 既有冰原与海平面对 气候变暖的响应机制等以海洋空间客观性为基础的研究, 也包括生态系统和人类社会对环境变化的敏感程度等以 海洋空间的社会性为基础的研究. 且该计划强调需要将成 果普及至公众, 从而用于政策制定和工业生产. 我国海洋 科学有幸抓住了发展的重要机遇期, 积极参与上述国际计 划且显示度正在提高. 在国际大洋钻探 2017 年论坛会上, 中国方面建议由中国牵头共同讨论 2023 年以后大洋钻探 新阶段的科学计划“IODP beyond 2023”, 得到会议的支 持. 到 2018 年 5 月, 中国 Argo 计划已在太平洋、印度 洋、南大洋和地中海等海域布放了 416 个剖面浮标, 约占 全球 Argo 浮标数量的 2.5%. 虽然已成为国际 Argo 计 划的重要组成部分, 但必须认识到, 中国布放的浮标数量 远远落后于美国、澳大利亚、法国和日本等国家. 目前, 国 际 Argo 计划正由“核心 Argo”向“全球 Argo”拓展, 并相继 形成了“BGC-Argo”(生物地球化学 Argo)、“DEEP-Argo”(深 海 Argo)等子计划, 我国应以此为契机, 积极推进南海等区 域海洋观测网建设, 力争早日建成覆盖“海上丝绸之路”的 区域 Argo 海洋观测网.

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鉴于上述挑战和机遇, 我国突出了以海洋科学等为代 表的基础研究对国家创新进程的重要性.

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2018 年颁布的 《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》指出, 世界主要发达国家普遍强化基础研究战略部署, 全球科技 竞争不断向基础研究前移. 为了不断增强海洋科学服务国 家重大需求的能力, 必须加强顶层设计, 全面提升海洋科 学的战略地位, 在人才培养体系、研究基地与平台建设、 大科学计划和大科学工程设计、科学基金资助格局等方面 全面营造和完善海洋科学发展氛围.

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成立国家海洋发展战略咨询专家组

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加强全球及区域 海洋科技发展战略研究, 顶层设计中国海洋科技跨越式发 展路径, 从“关心海洋、认识海洋、经略海洋”等方面推进 建设海洋强国的战略布局, 为构建人类命运共同体作出中国海洋科学的应有贡献.

大力宣传海洋空间认知的综合性、复杂性和战略意义,

引导从地球科学、资源环境科学、工程技术科学、人文社会科学等多个视角和学科方向加强海洋科学学科体系建 设; 在地球科学内部, 以加强海洋空间与大气空间、深部 固体空间的相互作用为突破口, 推动学科交叉研究.通过 综合引导, 培养具有综合知识结构和认知能力的海洋教 育、研究、应用与决策咨询的高素质人才.

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进一步总结和深化国家实验室的带动作用

加大对海 洋科学研究平台的支持力度, 探索军民融合研究、高校联 合研究、省部及地方联合研究平台的建设,充分发挥前国家海洋局研究机构及国家测绘地理信息局涉海研究机构的积累, 构建多层次的包含全球及区域海洋研究、观测探 测工程、信息储备分析、应急与决策咨询全链条的综合研 究平台.

高度重视远洋深海的重要资源能源、环境效应和生命 过程研究, 发展远洋深海观测探测技术, 积极参与并争取 主导国际海洋大科学计划; 进一步突出近海及海岸带的区 域特色, 将国家权益与国土安全、陆海统筹、经济发展、 生态文明与防灾减灾研究融合并聚焦于近海及海岸带可 持续发展与空间规划研究. 统筹远海和近海, 以大科学工 程促进海洋科学与技术能力的全面提升.

完善科学基金资助格局, 拓展学科交叉研究队伍, 引领海洋空间综合认知的发展方向,

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将地球科学对海洋过程的研究视角与资源环境科学对海洋效应的研究视角紧密结合,促进海洋科学对地球过程的深入理解和对海洋空间 综合认知水平的提高.将海洋物理过程、海洋化学过程、 海洋生物和生态过程以及海洋地质过程研究与气候变化、 海洋环境保护、深海能源资源形成演化与利用、海洋生物 资源形成演化与利用、海岸带与海岛可持续发展、海洋经 济政治与全球(空间)治理战略研究融合发展,并着力加强 海洋遥感与资源环境信息系统研究、深海大洋观测与探测 技术研究, 继续为科学基金海洋研究项目提供稳定、可靠 的坚实保障, 推动海洋科学调查资料和数据共享.

文章来源:中国科学杂志社