【中国科学报】探脉海洋 解码波流奥秘——中科院海洋所科技报国70年系列报道之四

  

  ■记者 冯丽妃 廖洋 

  4月的青岛春意融融,与中国科学院海洋研究所(以下简称海洋所)一路之隔的黄海涛声隆隆,海潮每一次拥抱海岸都掀起无数浪花。

  70年前,中国海洋科学的第一批“弄潮儿”从这里出发,欲透过波涛汹涌的海表,窥探潜流暗藏的海洋不平静的内心世界。

  历史的浪涛滚滚,海洋所几代物理海洋学人勇立潮头,从近海水文气象到全球大洋环流与海气相互作用,解码波流奥秘,推动着现代中国物理海洋学不断发展。

  在艰难中开创 

  1950年中国科学院水生生物研究所青岛海洋生物研究室(海洋所前身)成立之初,海洋物理研究组便应运而生,1959年扩建为研究室,逐步形成研究特色。

  学科建立之初,研究基础十分薄弱。1954年,我国物理海洋学的奠基人之一毛汉礼先生放弃美国的优厚条件,克服重重阻力回到祖国,和管秉贤、任允武等老一辈科学家,带领海洋物理组的研究人员,克服设备简陋、经费不足等困难,一步步开创和发展了我国的物理海洋学研究。

  今年84岁的中国科学院院士胡敦欣依然记得60年前毛汉礼先生指导他们在海上测量水温的情形:先把温度计装在颠倒采水器里,每隔5至20米一层放到水下,感温后,手摇绞车将其取出读温,一个测温站要放十几层水温表。“测温后要两人读数,如果前后读数差大于0.02℃,就必须重读。当年调查船小,晕船很厉害,有时一支水温表读下来就得呕吐几次……”胡敦欣回忆。

  物理海洋室的老一辈科学家们,正是用这些“小米加步枪”的初级调查研究装备,为我国的物理海洋学发展做出了许多奠基性和开创引领性的成果。

  上世纪50年代末,毛汉礼先后领导了我国第一次烟威外海鮐鱼渔场海洋学调查、第一次大型综合海洋考察渤海及北黄海西部综合调查;联合筹建了我国第一个海浪观测小麦岛海浪站;翻译出版了《海洋科学》《动力海洋学》等我国第一批现代海洋专业教材。他与日本海洋学家吉田耕造合作于1957年发表的上升流理论模式迄今仍被广泛采用。

  1958至1960年,海洋所全程参加了首次全国海洋综合调查这一里程碑事件。毛汉礼担任这次调查专家组组长。他带领物理海洋研究室和其他单位开展了中国近海温度、盐度和密度等相关调查研究,揭示了黄海冷水团的成因、变化规律和中国海海流系统的结构及其与外海流系相互关系等,奠定了我国物理海洋学的学科基础。

  在继承中创新 

  1978年全国科学大会召开,迎来了我国科学发展的春天。海洋所物理海洋学研究也逐步走上多元化发展的快车道。

  这一时期,物理海洋研究室设立了水文、海流、气象、波浪、潮汐潮流、海洋物理等6个研究组,取得了一系列重要成果,可谓“全面开花”。

  毛汉礼等第一次从多方面阐述了黄东海区域海洋学中的一些重要现象及基本特征;管秉贤发现了南海北部冬季存在着逆风向东北的南海暖流;胡敦欣在太平洋发现并命名“棉兰老潜流”等三支潜流,这是我国首次发现大洋海流,改变了有关西太平洋环流动力结构的传统认识;袁业立首次导出了波面主要部分的演化方程,实现了国外期望得到而未得到的结果;方国洪提出了潮汐准调和分析理论……这些成果和发现有力推动了物理海洋学的发展。

  同时,海洋所的物理海洋学研究迅速与国际接轨。如参加了中美长江口联合调查研究,与美国伍兹霍尔海洋研究所联合开展南黄海环流与沉积动力学考察研究。此后成立了中国海洋通量研究委员会,在国际上首次开展陆架海洋通量研究,揭开了我国海洋通量研究的序幕,并与全球海洋通量联合研究计划接轨。

  进入新世纪,在中科院知识创新工程背景下,海洋所物理海洋学再次迎来发展机遇。2000年,原来的物理海洋学研究室和海洋环流与海气相互作用研究实验室合并,并于2006年获批成立中科院海洋环流与波动重点实验室,聚焦环流、波动和遥感三大研究方向。

  海洋所所长王凡表示,这是学科发展的需要,不管研究近海还是大洋,海洋动力学作为一个系统不能割裂,整合是为了更好地促进物理海洋学各方向交叉融合,更容易一个拳头发力。

  这一时期,海洋所的物理海洋学家把目光进一步聚焦于西太平洋环流与气候系统。这里聚集了许多全球“之最”,如最大的暖池、最强的热带对流、最多的水汽含量等等,是我国从近海挺进大洋的“必经之路”。在胡敦欣的带领下,经过长达6年的系列国内外研讨会,海洋领域第一个由中国科学家发起并领导的大型国际合作计划“西北太平洋海洋环流与气候实验(NPOCE)”于2010年诞生,中、美、日、澳、韩、菲、印尼、德等8国的19个研究机构参与其中。

  2013年,海洋所牵头实施的中科院海洋领域首个战略先导专项“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及影响”使我国在西太平洋环流与气候领域的观测研究迈上了新台阶。

  在新时代奋进 

  博观而约取,厚积而薄发。党的十九大以来,海洋环流与波动重点实验室科研人员始终不忘初心,砥砺前行,面向世界科技前沿和国家重大需求,瞄准解决关键核心技术和重大科学问题,取得了一系列丰硕成果。

  “比如,建立了西太平洋主流系潜标观测阵列,证实了‘棉兰老潜流’等潜流的存在,发现了新的次表层海流北太平洋次表层潜流,系统揭示了环流季节内到年代际的多尺度变异及机制,揭示了西太暖池分裂现象及对厄尔尼诺(ENSO)的影响,提出了印度洋—太平洋相互作用的‘海洋通道’机制,提出首个中科院海洋所冠名的ENSO预测模式并在国际发布……”实验室主任尹宝树举例说。

  特别是,2017年实验室成功在西太平洋构建了全球最大的实时传输科学观测网,并于2019年进一步实现了基于北斗卫星的深海6000米潜标数据的实时传输,突破双向通信技术,实现观测频率可调,显著提高了深海数据实时传输的安全性、自主性和可靠性,在许多重要领域得到应用。

  此外,科研人员首次从多学科观测结果找到了黑潮入侵中国东海陆架近岸的证据,提出了大洋入侵陆架的地形β螺旋动力学理论,阐明了连接西太平洋和东海陆架区的黑潮分支对我国近海生态环境的影响。

  这些成果确立了中国在西太平洋海洋环流与气候观测研究领域的国际学科优势和引领地位。今年1月,由海洋所牵头申报的中科院B类先导专项“印太交汇区海洋物质能量中心形成演化过程与机制”立项,它将带领中国物理海洋学迈向新的国际前沿。

  在笃行中传承 

  学科发展,人才是关键。早在上世纪50年代,毛汉礼等就主持开办海洋调查培训班,培养了一大批海洋调查骨干力量。1961年他开始招收国内首批物理海洋学研究生,提倡“以老带新、互教互学、能者为师”,培养了以胡敦欣、袁业立为代表的一批物理海洋学家,为我国物理海洋学的后续发展播下了人才的“种子”。

  胡敦欣依然记得1961年在莱阳路25号二楼研究生办公楼学习的情景。“毛先生对研究生要求极为严格。他强调做科学就像小和尚打坐念经一样,首先要坐得住。”近60年后,胡敦欣仍记得恩师的教诲。正因为有这样的“严师”,胡敦欣和师兄弟的俄文、英文成绩在所里都是最拔尖的。

  在后来的学习、科研生涯中,胡敦欣将沉心坐下来学习、做科研比喻为科学上的“意守丹田”,又把它传给了王凡等弟子们。“只有始终坚持培养年轻人发扬刻苦钻研、持之以恒的精神,科研方有持续后劲。”胡敦欣说。

  继往开来,王凡表示,物理海洋学的发展首先要传承老一辈的科学精神,包括淡泊名利、追求真理的科学精神,不断开拓、勇于跟踪和引领国际前沿的探索精神,以及以开放的心态团结协作、推动学科发展的合作精神。

  未来,人才仍是海洋所物理海洋学发展的重中之重。目前,海洋环流与波动重点实验室已涌现出一批在国内物理海洋领域崭露头角的优秀青年科学家。“他们拥有国际化的思维方式和研究能力,将在国际舞台上绽放新的光彩。”尹宝树对未来充满信心。

 

  《中国科学报》 (2020-04-29 第3版)

 

 

  


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