“透明海洋”深刻影響中國未來訪中國科學院院士、中國海洋大學教授吳立新

本刊記者 段雯娟

“縱觀中國歷史，我們從來沒有像今天這樣重視海洋；海洋強國之夢，也從來沒有像今天這么近！我們從事海洋研究的人，應該有這樣的責任和信心，在國家海洋戰略發展的重要時期，承擔起歷史賦予我們的責任。”中國科學院院士、中國海洋大學教授吳立新近日在接受《地球》記者采訪時慷慨陳詞，言談中流露出滿滿的信心和熱情，令人動容。他對于建設“透明海洋”的殷切期望和深入解析，也引起了我們深深的思考。

專家簡介：

吳立新，物理海洋學家，中國海洋大學教授、中國科學院院士。1966年生，本科畢業于清華大學工程力學系，北京大學力學系碩士、博士，留美11年從事科學研究，2005年回國至今任中國海洋大學“筑峰工程”第一層次教授。國家杰出青年基金獲得者，教育部“長江學者”特聘教授，國家自然科學基金委創新群體學術帶頭人，科技部重點領域創新團隊學術帶頭人。

中國海洋研究必須走向深遠海

《地球》：氣候變化是當前全世界普遍關心的一大重要課題，請分析一下海洋與氣候之間存在什么聯系？

吳立新：21世紀是海洋的世紀，習近平總書記講得更直接——“21世紀是太平洋世紀”。從這個角度講，把海洋列為國家整個大的發展戰略，既是民族復興之路，也是時代之所需。我們常說海洋是生命的搖籃，是風雨的故鄉，是氣候的調節器，是資源的寶庫，是交通的要道，等等，但今天看海洋，實際是一個非常復雜的系統，里面包含有各種不同尺度的運動，承擔著海洋中能量與物質的輸運。盡管我自己從事海洋研究多年，今天從全球的角度看海洋，依然感覺非常奇妙。

21世紀人類到底面臨怎樣的問題？第一個大的問題就是氣候。2014年的APEC會議上，我們國家提出2030年碳排放達到峰值，美國承諾到2025年在2005年基礎上碳排放減少28%，“中美兩國合作好了，可成世界穩定壓艙石”。所以，今天氣候是非常重要的問題，而且常常決定了經濟、社會等多個層面的關系。

第二個是水資源問題。現在地球上淡水資源越來越少，過去在全球所有大的水循環研究計劃里面，很少考慮海洋，這不僅是科學上的誤區，而且是管理層面的誤區。實際上，全球水循環中，86%的蒸發來自海洋，78%的降水是到海洋里面，從這個角度講，海洋控制著全球的水循環。

第三個是能源的問題，這常常決定著國家之間的關系。美國能源全方位戰略調整影響到其對中東的戰略。我們講能源，特別是可持續清潔能源，一個非常重要的來源是海洋。另外一個是食品的問題。據統計，海洋中生物資源總量高達400到600億噸，生物物種達18萬種之多，是陸地物種的3倍，能夠為人類提供1000倍于現有耕地所能提供的食物，是未來人類攝取蛋白質的主要來源。

21世紀海洋科學的前沿問題可以歸納為以下6個方面：

一是認識今天正在變化的海洋、氣候和水循環。

二是海洋觀測與預測，即觀測海洋中發生的現象、過程以及預測與這些有關的事件。

三是復雜的近岸問題。現在全球幾乎40%的人口居住在離海岸100公里的范圍內，日益加劇的人類活動對近岸、近海環境帶來巨大影響。

四是非平衡生態系統問題。建設海洋強國不能以犧牲海洋環境為代價，否則不可持續。

五是研究海洋的底部，熱液和冷泉的發現讓我們對海底有了新的認識，海底是漏的。

六是洋殼與板塊動力學。

在這些科學問題的背后，有人類居住的環境問題，有食品的問題，有礦產資源和能源的問題等。科學與人類社會、經濟發展的需求是相輔相成的。

就海洋與氣候問題而言，可以說海洋與氣候是今天的一個超級科學，因為它幾乎包含了各個學科層面的問題。我們現在關心碳排放與全球變暖問題，實際上大約50%的人類活動所排放的碳被海洋吸收，超過90%的由于溫室氣體增加所造成的盈余熱量被海洋吸收，所以海洋既是碳匯，也是熱匯；海洋的蒸發是大氣中水汽的主要來源，也是大氣環流的重要驅動力；海洋與大氣的熱量交換，是地球氣候系統能量流最重要的部分之一，可以調控氣候的長期變化。

我國地處東亞季風區。水汽主要來自西太平洋、南海和印度洋，只要這些海域的海溫有變化，就會影響東亞地區水汽輸送通道的變化。研究不透這些水汽輸送大動脈的變化，就沒有辦法預測我們國家氣候的變化。

還有臺風問題。一般強度的臺風沒有什么可怕的，但如果是超級臺風，那就不一樣了。2005年的“卡特里娜”颶風將新奧爾良市一夜之間變為廢墟，2013年的“海燕”造成數千人死亡。未來這樣所謂的超級臺風發生的頻率會不會增加，目前還沒有答案，但這是國家可持續發展必須要搞清楚的事情，這就需要我們研究海洋。

1998 年對中國人是很難忘的，幾乎半個中國處在一片汪洋之中。如果未來再發生類似的洪水，整個國家的經濟發展將面臨巨大的挑戰。1998年的中國洪水滾滾，澳大利亞卻沙塵滿天，如此的旱澇不均，一個重要的誘因是赤道太平洋的海溫的變化，就是常說的“厄爾尼諾”現象。這樣的超級“厄爾尼諾”現象發生的頻率在未來會不會增高？不幸的是，我們最近的研究發現，隨著二氧化碳不斷增加，像1997年、1998年這樣的超級“厄爾尼諾”現象會變得越來越頻繁。

西北太平洋同樣也存在著海溫的變化。20世紀70年代中期發生一次從冷到暖的變化，這就是所謂的70年中期氣候突變。最早發現這一現象的不是海洋與氣候學家，而是漁業學家，因為他們在北太平洋發現一些三文魚的種類及數量在這個時期發生了很大的變化，實際上這種變化在大西洋乃至全球都能檢測到。

搞清楚未來西北太平洋這種海溫突變的頻率以及持續時間會發生怎樣的變化，對海洋漁業資源管理與開發將會提供重要的科學指導。但遺憾的是，我們目前對西北太平洋海溫為什么會發生突變，以及持續多長等問題認識很有限，更談不上預測。如果可以構建起西北太平洋海洋觀測與預測系統，使其變成“透明”，就可以對這個海區環境、氣候、資源的變動有很好的把握。

中國海洋研究必須走向深遠海。拋開國際形勢不說，在過去的50年，全球平均地表溫度增加了0.5～0.8℃，大家感覺暖和了一點，但不是特別明顯。但是，如果沒有深海大洋對熱量的平衡，氣溫增加的也許是5～8℃，那就大不相同了，甚至會帶來社會、經濟結構根本性的變化。

最近十多年，國際上有一個一直在爭論的重大氣候變化問題。溫度統計數據顯示，20世紀90年代末以來，盡管二氧化碳在持續增加，但全球平均氣溫不再有明顯的增暖趨勢，即所謂的“增暖停滯”現象。如果這樣的停滯趨勢能持續二三十年或更長時間，對我國經濟的發展及減緩碳排放壓力會有所幫助。

所以，不管是從國家還是全球發展的角度，對全球變暖停滯發生的機理、持續時間及社會、經濟和環境效應等方面要及時開展研究，搞清楚。最近我們物理海洋教育部重點實驗室的陳顯堯教授在《Science》（美國科學雜志）發表論文，提出了全球變暖停滯與熱量被北大西洋深層吸收緊密相關，在全球引起巨大反響，以至于這個過程被稱之為“深海炸彈”。

這些熱量到了深海，跑哪兒去了？北大西洋作為全球重要的熱匯，會不會飽和？什么時候飽和？這種“深海炸彈”對深海環境會造成什么影響？電影《后天》展現了隨著全球氣候變暖，深層環流的停滯帶來了一系列災難及冰河時代的來臨。很遺憾，我們目前對全球2000米以下的海洋幾乎一無所知，我們有沒有可能在未來的5到10年，讓2000米以下的海洋變成“透明”？

如果說深遠海目前是戰略問題，那么近海是我們每天都要面對的問題。中國近海目前面臨著多重壓力，近海生態系統的健康問題很突出：富營養化、污染嚴重……另外，中國近海在近30年，增溫非常顯著，其速率大約是全球平均的5～10倍，這種快速增溫帶來了漁業資源、海底天然氣水合物資源不穩定等一系列問題。

如水母喜歡高溫，溫度越高，生長越快，也就是說未來幾十年，如果近海增溫速度不變，中國近海將有可能被水母占領，從而改變中國近海的生態結構，使漁業資源面臨巨大挑戰。

今天的海洋科學研究，一定要把氣候、環境、資源結合起來進行研究。近海可再生清潔能源開發是應對氣候變化的一個重要舉措。海洋局908專項對中國近海的調查預估，中國近海蘊藏大概15萬億千瓦的發電量。但是我們做海洋能源開發，不管是海流能、波浪能、溫差能、潮汐能，甚至是海洋生物燃料能等，都要把海洋狀態、過程、變化搞清楚。

今天我們談可持續發展，實際上涉及三個方面：經濟、社會，地球生命支撐系統，這三個方面互相關聯。而對于海洋來說，就是藍色經濟、海洋與人類社會，以及海洋生命系統。海洋可持續發展今天帶給我們的一個重大科學問題就是：在全球變化背景下的海洋環境多尺度變化及氣候資源效應預測問題，這是由海洋系統本身的復雜性所決定的。要解決這一重大科學問題，我們需要將海洋變成“透明海洋”。

我有一個夢想

《地球》：目前要將海洋變成“透明海洋”，還存在哪些瓶頸？

吳立新：“透明海洋”是指針對特定海區，實時或準實時地獲取和評估不同空間尺度海洋環境信息，研究其多尺度變化及其氣候資源效應機理，并以此為基礎，預測未來特定一段時間內海洋環境、氣候及資源的時空變化，使其成為“透明海洋”。

因此，“透明海洋”包含狀態透明、過程透明、變化透明三個密切關聯的層面，其實現途徑包括觀測、認知、預測三位一體的研究。我不覺得這個概念有多新，只是我們國家在過往的發展戰略里面，沒有很好地將這三個方面有機結合起來。

要實現“透明海洋”，需要開展四個方面的協同研究，包括觀測、機理與預測的協同、科學與技術發展的協同、海洋系統多學科交叉協同，以及海洋研究與人才培養的協同。而在我們國家，由于機制體制問題，觀測、機理與預測三方面的聯系松散、觀測資料缺乏連續性、系統性，共享程度低，關鍵觀測儀器受國外封鎖，科學與技術發展脫節，科學研究與人才培養結合不緊密，多學科交叉的人才培養體系亟待完善……這些已成為制約“透明海洋”實現的瓶頸。

海洋觀測非常復雜而且昂貴，在一定的程度上體現了一個國家的經濟實力。海洋觀測系統包括水下移動平臺、固定平臺、衛星觀測平臺，以及數據集成與產品四個組成部分。特別值得一提的是全球海洋Argo觀測網，可以說是海洋觀測史上一次革命性的進展，它首次讓科學家在自己的辦公室就可以知道全球海洋上2000米正在發生的變化。Argo觀測網計劃在全球布放4000個左右的浮標，目前已基本實現，大部分來自發達國家，我們國家目前的貢獻大約在100個左右，這與一個大國的地位和身份很不相稱。

現在的Argo浮標只能觀測到海洋的上2000米，國際上正在醞釀第二輪Argo計劃，向2000米以下的深海推進。目前美國、日本、法國等正在大力研發深海Argo浮標技術，以占領新一輪深海競爭的制高點。作為一個負責任、有擔當的大國，在新一輪深海Argo觀測大計劃中，我們應該怎么辦？這不僅是挑戰，更是一次難得的機遇，是我國深海大洋研究實現跨越式發展、搶占制高點的契機。把2000米以下的深海大洋變成“透明”，揭開深海大洋的神秘面紗，讓我們對深海環境、深部生物圈、資源等有很好的認知和把握。

在相當長的一段時間，西北太平洋關系到我們國家的海洋核心利益。但是這么多年過去了，這個地區的海洋觀測系統一直沒有建立起來。我們今天的航天事業發展很迅速，可以飛得很高、很遠，作為海洋學家，我希望我們也可以下得很深、很遠。

我一直有一個夢想，希望能在西太平洋、南海、印度洋構建起支撐我們國家海洋戰略的觀測系統。作為一個負責任、有擔當的大國，我們應當為全球的海洋可持續發展作出應有的貢獻。熱帶太平洋錨定浮標陣列可以實時把海洋表層和次表層溫度、風速等測出來，并通過衛星傳到地面，這為ENSO（厄爾尼諾——南方濤動）預報提供了極為重要的資料。但現在，由于缺乏資金維護，有幾乎一半的浮標不能工作，西太暖池區的浮標原來由日本布放和維護，但現在由于經費原因，也面臨困境。在這個問題上，我們怎么做？需要好好思考和籌劃。

如今的海洋觀測，實際上不單單是簡單的傳統儀器，更需要海洋新技術的革命。上半年習近平總書記在兩院院士大會上，講創新驅動發展的時候提到了“機器人技術”以及“大數據技術”，這兩樣技術對實現“透明海洋”尤為重要。

與觀測同樣重要的是預測。馬航MH370飛機失蹤后，全世界都希望能找到殘骸，這可以通過粒子追蹤技術，反推失事海區。法航447的搜尋就是一個很好的例子。20世紀全球最快的計算機是日本的“地球模擬器”，是當時的日本政府根據氣候學家的意見投資建造的，再后來就是歐洲的“活的地球模擬器”、美國的“藍基因”計算機，目前全球最快的計算機“天河二號”在中國天津。這些全球最快的計算機很重要的一個用途是用來模擬和預測地球氣候系統的變化。而海洋作為地球氣候系統的重要組成部分，其模擬和預測需要這些超級計算機的支撐。“透明海洋”的實現離不開超大規模計算機的支撐。

有人問什么是“透明海洋”，是不是原來有污染不透明的海區，通過修復變成透明？當然不是。“透明海洋”是通過復雜的觀測和數據預測系統把海洋的狀態、過程和變化搞清晰。海洋如此之大、之深、之復雜，實現“透明海洋”必須做好規劃。

《地球》：建設“透明海洋”有哪些計劃？

吳立新：“透明海洋”是一個大科學計劃，需要分步驟、有序來進行推進，要從透明陸架海、透明南海，向“透明西太平洋—印度洋”以及南大洋和兩極推進。前段時間我在天津大學新成立的海洋科學與技術學院訪問交流時，談到未來發展方向時，我問他們是否能夠整合天津的科研力量實現“透明渤海”。環渤海的經濟發展給渤海的生態系統帶來巨大的壓力，渤海的環境承載能力已很有限。“透明渤海”是掌握在人類活動與氣候變化雙重脅迫下渤海環境與資源變化的關鍵途徑，是科學管理渤海，保持環渤海經濟可持續發展的重要保障。

不只是渤海，實際上如果能實現我們國家“透明陸架海”，將對我國東部陸架海的可持續開發利用及管理提供重要的支撐。但到目前為止，我國陸架海的長期觀測系統以及預測系統很不完善，這種不完善主要體現在學科交叉以及長期連續觀測能力上。如黃海冷水團是我國東部陸架海最為突出的一個現象，其溫度及空間區域變化對漁業資源影響巨大，但我們尚未形成對這一重要現象的多學科長期連續觀測系統，這制約了我們對其變動以及隨之產生的漁業資源變化的預測水平。

海洋觀測的一個重要任務是要為預測服務。中國海洋大學作為國家的一所戰略型大學，不僅要實現“透明陸架海”，更要放寬視野，努力推進“透明西太平洋—南海—印度洋”計劃的全面實施。為此我們充分利用青島作為國家重要海洋研究基地的優勢，聯合上海交通大學、中國科學院海洋研究所、國家海洋局第一海洋研究所、北京大學等重點涉海科研單位，創立了海洋科學與技術青島協同創新中心，為實現“透明南海—西太平洋—印度洋”這一重大建設任務，從四個方面進行了戰略性的規劃：

一是技術突破。在現有觀測技術難以支撐國家海洋發展要求的情況下，著重加強深海觀測系統關鍵設備與技術研發，特別是水下浮力平臺觀測技術，形成核心自主產品，提升觀測能力，突破國外封鎖。

二是觀測網拓展。著力提高觀測網的時空分辨率，從單一觀測拓展為多要素綜合觀測，形成立體、實時、多學科的觀測網。

三是理論突破。深入開展“西太平洋—南海—印度洋”環境、氣候、資源的協同研究，力爭在海洋環境多尺度變化機理及氣候資源效應等方面取得重大原始創新。

四是預測構建。逐步有序構建起“西太平洋—南海—印度洋”氣候預測系統以及針對國家具體要求的區域預測系統，即多層次、多學科、多目標的預測體系。

在國家海洋強國建設戰略的有力支持下，經過不斷地與國際接軌、與海洋科學前沿接軌，“透明海洋”計劃的實施取得了一系列的階段性進展。受觀測網建設需求的驅動，一批關鍵技術迅速發展，形成了海洋科學與技術的良性循環發展機制。初步建成了“西太平洋—南海—東印度洋”觀測系統，深海觀測能力快速提升。海洋變化透明機理研究取得突破性進展，近三年來，針對全球變暖與“西太平洋—南海—印度洋”的相互作用研究取得了一批原創性成果，國際影響力不斷提升。模式系統的協同發展為預測系統的建立奠定了良好的基礎。國際合作大計劃的發起使一大批科學家登上了國際領軍舞臺。

2014 年10月，中心借中國海洋大學90周年校慶之機在青島召開了全球海洋峰會，該次會議簽署了“未來海洋青島共識”，圍繞李克強總理在希臘談到的中國海洋科學發展觀問題，通過國際研究機構的合作，構建和平、和諧、合作關系，將“透明海洋”計劃推向了更深更遠的層次。

《地球》：你認為“透明海洋”的未來是怎樣的？

吳立新：在系統的規劃指導下，“透明海洋”計劃的實施取得了卓有成效的進展。“透明海洋”的建設要完成什么目標？下一步的路該如何走？我認為主要是四方面：

一是形成一批海洋觀測、探測和預測的關鍵設備的研制技術，帶動我國海洋儀器產業的發展。

二是構建“西太平洋—南海—印度洋”觀測和預測系統，建成“透明西太平洋—南海—印度洋”，形成支撐海洋科學與國家重大海洋戰略需求的能力。

三是建立“西太平洋—南海—印度洋”多尺度能量、物質輸運和交換的重大基礎理論，形成具有國際水平的海洋環境、資源與氣候新的前沿交叉學科體系，引領我國深海科技的發展。

四是建立3～5個世界一流的深海研究創新團隊，創建培養深海復合型人才的新模式，形成滿足海洋科學與技術協同創新需求的人員聘用、人才培養新模式，成為國際海洋領域交流與合作最為活躍的平臺之一。

海洋科學傳統上包括物理海洋、海洋地質、生物海洋、化學海洋四個學科。但今天海洋科學的發展不僅需要四大學科的深度交叉，而且也需要分子、機器人、通信、納米、衛星等技術學科的支撐，以及大氣、數學、信息、生命、管理等相關學科的融合滲透。只有各學科有效交叉結合，我們才能做好海洋科學研究，滿足國家戰略發展需求，解決全人類共同的問題。海洋科學的發展、海洋強國建設，每個人都可以找到用武之地，需要我們共同的努力。

“透明海洋”計劃應國家海洋強國戰略需求提出，是可持續發展的必經之路。希望我的解讀能帶來更多思考、更多挑戰，使“透明海洋”從概念到理論到實踐都更加明確。