走进热带海洋环境国家重点实验室：他们在探寻海洋动力的秘密

: k8 f. E) U' k3 f7 t- a) S2 E

湛蓝的海平面，远不是我们所看到的平静。海水时刻在不停运动，搬运着海洋营养元素、浮游动植物，促使泥沙输运冲淤。这深深影响着海洋生态过程、海洋地质环境、海洋生物资源的分布、油气资源开发乃至与人类休戚相关的气候天气。无穷的未知和奥秘蕴藏在海洋动力过程中，等待着人们去探索。

/ {$ T5 e8 |" h

热带海洋环境国家重点实验室，长期针对南海及邻近热带大洋的海洋动力过程及其环境效应等国际前沿问题开展科学研究。

8 w# K+ h$ r5 m0 R$ h

+ q0 g) g( Y. }$ |, a

要建设海洋强国，唯有进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋。对于中国而言，南海与印度洋为代表的热带海洋则具有重要战略地位。而依托于中国科学院南海海洋研究所建设的热带海洋环境国家重点实验室，长期针对南海及邻近热带大洋的海洋动力过程及其环境效应等国际前沿问题开展科学研究，也面向国家在粤港澳大湾区、南海和印度洋在资源开发、环境安全与海洋权益维护等方面的重大需求开展应用研究。

4 X( M8 |1 r; q7 ^

这是中国目前唯一专门从事热带海域海洋动力过程及其环境效应研究的国家重点实验室，在国家重点实验室体系中发挥着不可替代的作用。

b P! W. D- ~

向海洋寻找地球的“答案”

6 @% c+ L0 R8 [3 ]; q

2020年6月，长江流域的降水破了1979年以来的记录，这造成中国南方地区超过1200万人次受灾，78人死亡或者失踪，直接经济损失超过250亿元。如此极端的天气，到底是因何而起？

, h4 u# O- K& s7 B# ?' B5 ?

! ]: F5 C; ^1 `! T: W+ r4 x

热带海洋环境国家重点实验室副研究员郑佳喻与研究员王春在于今年三月发表的研究成果引起中外科学界的震动，并被美国科学促进会（世界最大的非营利科学组织，世界权威学术杂志——《科学》杂志的主办者和出版者）介绍并报道。

" A+ I# [6 Z# \- M, f- d, Q/ E

! ?2 w5 R. L5 |7 B/ K d0 P

6 t: R& _% @$ o5 \" Z

研究表明，太平洋、印度洋和大西洋的海温对这次强降水具有协同影响，但起到主导作用的却是距离最远的大西洋。去年5月，西北大西洋的海温正异常，引起大气运动，进而横跨欧亚大陆影响长江流域的降水。

6 b. h* [" [7 S+ c, Z$ F

0 A9 [) b6 b' W0 Q4 B1 D

2 _" H- I$ j. h0 \

三大洋相互作用过程示意图。“大气桥”过程用粗曲线箭头表示。单向曲线箭头表示单向影响过程。双向曲线箭头意味着两个气候模态可以相互影响。“海洋通道”是印尼贯穿流（ITF），塔斯曼溢流（TL），厄加勒斯溢流（AL），由红色箭头绘制和显示。AWP和TNA分别代表大西洋暖池和热带北大西洋。

/ x* M6 i& A' z5 I+ d1 {

! `, o4 W p* l) e$ D

3 p5 f' D9 e K

“科学研究中常常会有一些不可思议的结论，海洋面积占地球表面的71％。地球上很多问题，需要从海洋中寻找答案，但我们对海洋的认知还远远不够。”王春在对记者说。他是热带海洋环境国家重点实验室主任，也是当今世界研究气候变化与台风最著名的专家之一。

2 F) J1 ^0 ~# q0 Z

研究海洋动力过程，就是向海洋寻求答案的重要方式，更是国际海洋研究的前沿方向之一。

1 ]* t9 F* H+ r- b; u

: N) O r3 X( A0 f% o; | @$ T, Z

/ C h! q! T `( H" q6 f! S

中国南海跨越热带和亚热带，是中国海洋上的南大门，毗邻粤港澳等中国最发达的经济区，不仅是当代海上丝路贸易的重要通道，也是国家油气能源的储备库和战略重地，所以对南海及邻近热带大洋的海洋动力过程及其环境效应等问题的研究及其重要。

, z2 T O* s* [) J4 f( D: L

& f! M: V6 W' W) a8 z+ G9 e

@* ~9 e% L+ i- g+ j# P/ ~

比如，热带海洋动力过程能极大影响天气与气候，比如台风就大多形成于这些热带海洋，其发生、发展、消亡都与热带海洋动力过程密切相关；海洋热浪（海洋温度达到极端温度5天或以上的现象）发生的频率正不断上升，也会直接冲击我国的海洋牧场，影响渔业的经济效益，导致珊瑚礁白化等。此外认知南海和印度洋的海洋动力学理论，也是实现水下环境保障的前提。因为海水在运动中会产生海洋内波，这些海洋内波会产生巨大的能量，直接影响船只与潜艇的安全；

9 i% S! @% c( A7 v8 u) B5 f. w( F

* M: t5 y" W' j! f( f/ K7 l# B" A0 J4 E2 L

热带海洋环境国家重点实验室一直专注于南海水动力过程的研究。他们的研究方向有“南海环流与中小尺度动力过程”、“热带海洋-大气过程与气候效应”、“热带海洋动力过程的环境效应”，全面覆盖了围绕南海水动力过程所产生的延伸影响。

7 C6 Z; S) D5 ~0 d; b" g. t3 P, ?

据王春在介绍，海洋水动力过程从时空尺度上可以划分为大尺度环流、中尺度涡旋和内波及其小尺度湍流混合等过程，其中小尺度湍流混合是当今世界难题之一。“南海环流与中小尺度动力过程”这一方向已经涵盖了南海水动力过程研究中的热点物理海洋科学问题。

; U, `) K4 ~+ }- u3 T a7 {4 V

热带海洋环境国家重点实验室主任王春在

2 k; O; @3 }# L# ]# x+ y

& X/ c& N {: \3 t

H6 D, J& }) ]+ T& z

同时，南海不是一个孤立的系统，它不仅通过各个海峡水通道与邻近的太平洋、印度洋相通，而且受季风及天气尺度的台风乃至三大洋相互作用的影响，因此，“热带海洋-大气过程与气候效应”显而易见也成为实验室重点研究的第二个研究方向。

8 Y' }7 q2 [ s* d

; X3 v0 f( A4 g) u+ L5 C! T

“仅研究前述两个方向的动力过程显然是不够的，我们还要将这些动力过程的研究成果应用于解释它们对海洋生态环境的影响特征和规律，从而形成‘热带海洋动力过程的环境效应’这个第三研究方向。”王春在说，这三个研究方向之间并不是独立的，而是形成一个紧密关联的整体。

从海量计算中摸索海洋规律

8 v# E* Q1 O" \& t

( P* @# P8 K$ O3 E

人们对海洋科研工作者常怀有浪漫的想象，认为他们能享受一望无际的湛蓝风景，也能经历乘风破浪的壮怀激烈。但现实并非如此，热带海洋环境国家重点实验室是一家从事海洋科学基础研究为主的机构，基础研究离不开数学和物理。海洋科学家要面对是海量的数据计算，“宁静致远”的心态非常重要。

& }7 w" |6 m/ S* `( u3 w7 u

! R: K2 ~/ h7 E6 v( p, i

海洋研究常通过观测海洋和模拟海洋两种方式进行。观测海洋意味着出海获取观测数据，那意味着长期远离家庭、忍受孤寂，还要面对突如其来的自然灾害。

# K' o; D6 m s3 |$ M

, X" F# ?1 s' l

但观测到海洋的现象还远远不够，背后需要用数理知识去解释这些现象。而模拟海洋，则是借助超级计算机来模拟海洋的动态，从中摸索海洋的规律。科学家们要沉下心坐下来，与各种数据、数学物理方程组打交道，工作量巨大。所以，海洋科学家同时也是计算机、物理、数学等领域的专家。

4 A! G _7 ]4 c; o

在热带海洋环境国家重点实验室的一楼大堂，实时更新着南海及邻近海域的盐度、温度、海面高度、海流等数据分析图。这些范围广、层次多的观测数据通过卫星传回，饱含着几代海洋科研工作者的心血。实验室依托4艘大型科考船主导了从南海至印度洋的数十个航次的海上现场科研调查，投放了几十套长期观测潜标，建立7个野外台站（其中3个国家级野外台站），构建了南海和印度洋为代表的热带海洋水文、气象和生态立体综合观测体系，积累了国内最全面系统的南海观测数据。

2 q1 c; y: ]2 O

1 i# ^1 I$ O7 A' K0 I4 m) [/ D2 U% X

实验室一楼大堂的海洋数据分析图

5 w# k8 ^9 m3 T& C/ M

, ^7 D; T* O4 v) X: U$ u/ B, S

依据这些观测数据结合数值模式模拟等多种研究手段，过去5年，实验室在南海环流与内波混合、热带印度洋环流动力过程与海洋-大气耦合模态、ENSO动力学与三大洋之间的相互作用、中尺度涡及其生态环境效应等四个大方向上都取得了重大进展。

^$ I2 |) r" r

2 @: R! \- h; f6 o* V

比如实验室研究的南海贯穿流，打破了20世纪90年代以前认为“印尼贯穿流是两大洋唯一通道”这一大洋环流理论的局限性，形成了“南海贯穿流”理论。该成果获2014年度国家自然科学奖二等奖。实验室王友绍研究员团队项目“红树林对极端环境响应及其分子生态学适应机制”则揭示了红树林对异常气候变化响应与适应机制，阐明了红树林湿地物质循环过程及其微生物调控机制，建立了红树林生态系统评价与修复技术体系，研究成果填补了国际红树林分子生态学研究的空白，并获得2019年度海洋工程科学技术奖基础研究类一等奖。

. ?! ~# w. h9 c- \7 x; e+ l

6 S$ }. s) n+ F' `9 f

在2020年中国科学院开展的学科国际评估中，海外专家一致认为实验室的研究水平属于国际一流，处于国际前10位（A档），发表的论文总量与学术影响力都居于国际12家同类知名机构前列，特别是南海动力学研究全面领先国际同类机构，在印度洋环流、ENSO动力学方面成果也处于相对领先水平。

4 C# O( I( P( l4 _6 ?1 V$ O

4 I8 r; d# _! A$ y) U6 X3 d) e# y* G

原创成果不断惠及国计民生

! @6 ?0 g: y# @' r, P2 Q

港珠澳跨海大桥被世界誉为“超级工程”，工程所处海域环境条件复杂，施工难度大。实验室为大桥建设提供环境预报保障，为隧道沉管的顺利安装作出重要贡献。实验室的研究项目“南海及邻近海域藻华形成演变过程机制与遥感监测方法”，为红潮提供预测及预警方法，渔民收到信息及时将藻华捞起来，保障渔业安全……这些成果的应用，让人们实实在在感受到海洋科技正在惠及民生。

' @; w9 U% c# @, s, W

不仅如此，热带海洋环境国家重点实验室的系列原创成果，也在经略海洋方面也实现了多渠道服务国家需求。

" M; K, _, e6 L6 J4 W2 P/ A

王春在向记者介绍研究成果。

7 {; }" ]) j% B

实验室构建了南海和印度洋为代表的热带海洋水文、气象和生态等多参数立体综合观测体系，建立了国内最全面系统的南海观测数据库，积累了200多个数据集，并通过南海及邻近海区科学数据中心、Science Data Bank等渠道实现了数据共享，服务气象、国防等领域的科研和业务单位5000多人次。

' o; x6 O/ z/ c o# Y

( G; p( A# @- h, M* L

实验室关于海洋环境预报成果及其衍生的新一代南海海洋环境实时预报系统则多次应用于国防、地方气象等部门。近来实验室发展的南海物理-生态耦合模拟系统，可以再现南海和西北太平洋关键物理及其生态环境效应等过程，未来可望为粤港澳大湾区和南海周边的生态环境保障提供技术支撑。

) J' D; L1 m7 ~" M; i- J

9 `2 W7 d/ f9 d1 ]

实验室在“一带一路”建设中同样发挥了积极作用。实验室在全国率先开展了印度洋航次，构建了热带海洋环境观测体系，建立了热带海洋环境预报和预测系统。实验室同时研究“一带一路”航路的海洋环境，为海丝路环境保障提供了重要科技支撑。

# K2 ?3 V7 \/ i6 D+ m4 e! z

) m) k4 {' ~$ B3 x2 x

斯里兰卡曾饱受海啸等自然灾害的困扰，实验室作为重要力量推动成立了中国科学院中-斯联合科教中心，在斯里兰卡建立了印度洋海洋环境观测平台，开展中-斯联合航次，为斯方培养了大量海洋科技人才。

( T; C" ]: w( }

让青年科学家承担实验室的管理

~" Q I ]5 B* C

创新文化是一家实验室的灵魂，这点很大程度上取决于管理体系。通过梳理热带海洋环境国家重点实验室的规章制度，记者发现其中有“青年委员会”的设置。青年委员会不仅协助实验室主任做好实验室的运行管理工作，还能推荐 2 名代表进入室务委员会，参与实验室的管理运作决策，在与青年科研人员相关的重大决策中具有2票否决权。

6 N0 _: _8 [7 }' f! N/ T

王春在告诉记者，青年委员会的设置，一方面是让更多的青年科学家参与或承担实验室的管理工作，从中得到锻炼的机会；另一方面是通过青年委员会架起实验室管理层和青年科学家之间的桥梁，实验室可以通过青委会及时了解青年科学家团体的诉求，解决他们面临的困难和问题，促进青年科学家这股中坚力量的快速成长。

, }1 d, H$ J& L: p$ v# d

青委会不仅参与管理，也在实验室青年论坛、科学传播、开放课题、自主项目等方面发挥积极的作用。青年科学家新奇想法和思路的加入，也让实验室各项事务都充满能量和活力。

- s2 z1 j9 H. ~! \0 L) E

8 G1 ]7 y- x& F# ]8 L

S8 k& C6 d# w% `0 I8 F# o- R/ G# I

此外实验室还非常重视对海洋科研人才的培养，面向研究生和年轻科研人员每年举办物理海洋学讲习班，至今已经举办了12届，而对已经成为骨干的青年科学家，则定期举办青年论坛，让实验室年轻科学家与国内优秀年轻科学家就当前前沿科学问题进行深入学术交流，促进年轻科学家的成长；另外，在科研经费方面，实验室的自主研究项目主要面向45岁以下的青年科学家，让年轻科学家获得更多的经费支持，保证他们安心科研。

1 P1 _/ k4 T6 H0 O X( p

; g& T6 x. ~0 c; M3 l* Y0 [

“有资历的科学家可以在外面争取经费，我们实验室自主研究经费都给了青年科学家。按照国际上评价实验室的标准，年轻人非常重要。我们注重青年科学家的发展，就是为实验室争取未来。”王春在说道。

( W% y$ Z5 w% S/ B1 v

. I- ^( z' M7 d

文/广州日报·新花城记者：龙锟

7 l! k. n! f" @4 W; n8 F. P/ |0 F

图/广州日报·新花城记者：邱伟荣

视频/广州日报·新花城记者:邱伟荣、龙锟

! j- F* s, k0 \5 Q5 W5 w

" y) x+ b8 X5 B" j

广州日报·新花城编辑：林玮琳

本文来源：广州日报

举报/反馈

) W! |9 c& d! `. ^2 q. C1 e

0 j( [, H8 g; N' T 2 t- z, ?: y. n $ |! S! @$ X8 S; j' h