走向深藍需要“透明海洋”
—— 訪中國科學院院士吳立新

□ 本刊記者 邢 華

走向深藍需要“透明海洋”
—— 訪中國科學院院士吳立新

□ 本刊記者 邢 華

吳立新，物理海洋學家，中國海洋大學教授，中國科學院院士，青島海洋科學與技術國家實驗室主任，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(chuàng)新群體學術帶頭人，科技部重點領域創(chuàng)新團隊學術帶頭人。

本刊記者 孫大勇/攝影

記者：吳院士，您好！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。作為著名海洋學家，您能談一談為什么要如此重視和發(fā)展海洋嗎？

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(fā)展戰(zhàn)略，既是民族復興之路，也是時代之所需。

我們講海洋的可持續(xù)發(fā)展，首先要看21世紀人類面臨哪些問題。第一是氣候問題。隨著高度工業(yè)化和經(jīng)濟全球化的發(fā)展，人類對自然災害的抵抗能力在某種程度上越來越弱。比如，一場超級颶風可以一夜之間把一座城市夷為平地。再比如，現(xiàn)在困擾人們的霧霾、極端天氣，等等。所以，氣候問題是整個社會發(fā)展不可回避的，每一次世界重要的首腦會議談的核心問題之一就是氣候問題。第二是水資源問題。現(xiàn)在地球上淡水資源越來越匱乏，過去在全球所有大的水循環(huán)研究計劃里面，很少考慮海洋。實際上，海洋控制著全球的水循環(huán)。第三是能源問題。能源，特別是可持續(xù)清潔能源，一個非常重要的來源就是海洋。現(xiàn)在美國在中東的投入不像過去那么大。為什么？過去美國依賴中東的石油，但現(xiàn)在開始發(fā)展自己的頁巖氣等，對中東地區(qū)石油的依賴變得稍微弱一點。能源需求的變化，導致了大國之間的關系變化。第四是健康問題。海洋里面有一系列天然的、有可能對人類重大疾病有治療作用的天然藥物，由此可見，未來海洋在人類抵擋疾病的層面上，有非常重要的潛力和空間。還有食品問題。據(jù)統(tǒng)計，海洋中的生物資源能夠為人類提供1000倍于現(xiàn)有耕地所能提供的食物，是未來人類攝取蛋白質(zhì)的主要來源。

綜上所述，氣候、環(huán)境、健康、安全、食品、能源等一系列問題的背后，都跟海洋密切聯(lián)系在一起。所以，海洋強國夢的實現(xiàn)需要深度認知海洋，需要海洋科技的發(fā)展，需要在開發(fā)海洋、利用海洋、保護海洋、管控海洋方面，有強大的綜合實力。

記者：當前，海洋科學有哪些前沿問題？

吳立新：21世紀的海洋科學可以歸納為6個方面：一是認識正在變化的海洋、氣候和水循環(huán)。二是海洋觀測與預測，即觀測海洋中發(fā)生的現(xiàn)象、過程以及預測與這些有關的事件。三是復雜的近岸問題。日益加劇的人類活動對近岸、近海環(huán)境帶來巨大影響。四是非平衡生態(tài)系統(tǒng)問題。建設海洋強國不能以犧牲海洋生態(tài)環(huán)境為代價，否則不可持續(xù)。五是研究海洋的底部，熱液和冷泉的發(fā)現(xiàn)，讓我們對海底有了新的認識。六是洋殼與板塊動力學，與礦產(chǎn)資源密切相關。由此可以看出，科學與人類社會、經(jīng)濟發(fā)展的需求是相輔相成的，研究海洋一定要把氣候、環(huán)境、資源結合起來進行研究。

記者：您在全球最早提出了“透明海洋”計劃，開拓了當今世界海洋研究的新視野，在國家海洋強國建設戰(zhàn)略的支持下，這個計劃已經(jīng)取得了一系列的階段性進展。您能給我們科普一下什么是“透明海洋”計劃嗎？

吳立新：海洋占地球表面的71%，84%的海洋水深超過2000米。深海巨大的熱容量和碳儲存量是地球氣候系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，對地球系統(tǒng)的生物地球化學循環(huán)和水循環(huán)有重要的調(diào)控作用。可以說，對氣候系統(tǒng)中長期變化的預測能力與水平，在很大程度上取決于對深海大洋的巨大熱容量及熱輸送能力變化的觀測、機理認識以及預測能力。海洋科學研究中的重大發(fā)現(xiàn)和科學問題，如大洋環(huán)流、中尺度渦旋、厄爾尼諾現(xiàn)象等，往往都是氣候長期預測所關注的內(nèi)容。所以，海洋與氣候是今天的一個“超級科學”，它幾乎包含了各個學科層面的問題。

因此，要解決海洋科學對氣候預測影響這一重大科學問題，我們需要將海洋變成“透明海洋”，即針對特定海區(qū)，實時或準實時獲取和評估不同空間尺度海洋環(huán)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(nèi)海洋環(huán)境、氣候及資源的時空變化。它是一個大科學計劃，包含六大體系建設，即核心技術體系、觀測體系、認知體系、預測和預報體系以及信息服務體系，需要分步驟、有序推進，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。

目前，國際上已經(jīng)建立了覆蓋全球的海洋Argo計劃浮標觀測網(wǎng)，讓科學家在辦公室里就可以知道全球海洋水深2000米以上發(fā)生的變化。Argo計劃浮標觀測網(wǎng)在全球布放了約4000個浮標，其中大部分來自發(fā)達國家，我國的貢獻大約為200個。目前，國際上正在醞釀第二輪Argo計劃，向2000米以下的深海拓展。對我國來說，這不僅是挑戰(zhàn)，更是一次難得的機遇，應抓住機遇，發(fā)展深海觀測技術特別是面向全球深海大洋的移動觀測技術，以搶占深海大洋研究的制高點，實現(xiàn)我國深海大洋研究跨越式發(fā)展。

氣候預測是長期而艱巨的任務，離不開海洋科學的支撐。我國的深海大洋研究起步晚，基礎較為薄弱，有很長的路要走，要將其融入國家發(fā)展戰(zhàn)略，融入“一帶一路”規(guī)劃中，推進我國海洋強國建設，提高海洋環(huán)境與氣候變化預測能力，服務國家安全，增強我國在氣候國際談判中的話語權。

記者：海洋中蘊藏著巨大的能量，只要海水不枯竭，其能量就生生不息。作為新能源，海洋能源雖然吸引了越來越多人的興趣，但在開發(fā)研究上，肯定會存在一些難題。您能介紹一下嗎？

吳立新：海洋有一個非常重要的產(chǎn)業(yè)，即海洋能源。但目前對海洋能源的認知、開發(fā)、探測，面臨一個非常重要的問題，就是能源問題。一方面，我們觀測、探測、開發(fā)海洋缺少能源。比如海底觀測網(wǎng)，需要在海底鋪設光電纜，來解決觀測與探測的供電與通訊問題。另一方面，海洋里面的能源又是巨大的，包括潮汐能、海流能、溫差能量、波浪能甚至化學能，是清潔能源，也是可持續(xù)能源，但如何高效捕獲這些環(huán)境能源，是一個巨大的難題。

另外一個問題就是海水里面的通訊。陸地上，光是照明、通訊和探測的手段，在海水里，普通的可見光基本上是穿不過去的，藍綠光最多穿透100米左右；容易透過大氣的電磁波在海水中的衰減非常迅速，難以用于對海洋中目標物的探測以及通訊；聲波是目前海水中通訊與目標探測的最重要手段。

上天容易下海難。今天我們可以登月，可以到太空去，但是對于深海缺乏系統(tǒng)的認知。未來相當長的一段時間里面，我們對2000米以下深海的巨大戰(zhàn)略空間，應該加大觀測與探測力度。今天，國家把海洋提到這么高的高度，一方面是因為需要，另一方面是因為能力到了。做海洋研究，復雜而昂貴，如果國力到不了，就很難去做這件事。

記者：之前聽得比較多的是國家重點實驗室，它與國家實驗室有什么不同？

吳立新：國家重點實驗室是針對某一個學科的，比如物理海洋或者海洋化學。目前，我們國家重點實驗室有250多個。國家實驗室是針對某一個領域，比如海洋領域。在全球，比較有名的海洋科技研究中心大概有6個。最頂尖的兩個分別是美國的伍茲霍爾海洋研究所和SCRIPPS研究所，確確實實為美國的海洋科技發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。當前我國進入運行的國家實驗室，只有落戶在山東的海洋國家實驗室。“十三五”期間，海洋國家實驗室有五大戰(zhàn)略任務，分別為“透明海洋”“藍色生命”“海底資源”“深遠海與極地”“健康海洋”，致力于打造全球海洋科技高地。圍繞戰(zhàn)略任務，海洋國家實驗室啟動了一批重大科學平臺建設，包括大型深遠海科考船隊、海洋模擬器、海洋藥物篩選平臺、分子生物學平臺、海洋高端儀器研發(fā)平臺、濱海實驗平臺等。