劉傳玉：以海洋之深成科學之美

本刊記者　杜月嬌

劉傳玉在辦公室

地球海洋面積約為3.6億平方公里，約占地球表面積的71%，她不僅是生命的搖籃，大氣的襁褓，資源的寶藏，也是國家商貿的窗口，國防的前哨，具有深遠的研究意義。

中國是世界上利用海洋最早的國家之一。古人很早就已從海洋收取“漁鹽之利”和“舟楫之便”，同時不斷地觀察和認識海洋，積累了大量的海洋知識。特別是自20世紀50年代以來，中國的海洋科學研究逐步展開并取得了大量成果，為開發利用海洋資源，振興經濟，作出了越來越多的貢獻。

遼闊的海洋，美麗而又神秘。從事科研以來，中國科學院海洋研究所劉傳玉研究員正是將海洋作為自己的研究對象，在中小尺度的海洋運動層面，以海洋數據同化及應用作為主要方法，以海洋混合作為研究主線，進行科研創新，助力我國的海洋事業發展，在蔚藍的海洋中激起了朵朵科研的浪花。

踏上海洋研究的征程

海納百川，有容乃大。劉傳玉從小就對大海充滿了向往。大學時，他就讀于中國海洋大學海洋系海洋科學專業，在海洋科學的基本理論、基礎知識和基本技能方面打下了堅實的基礎。“一般提起海洋研究，人們自然而然地便會想到波浪、潮汐等與人們切身相關的東西，而除此之外，還有一些科研方向亟待人們去探索、發掘。比如，海洋熱量如何通過1米到100公里尺度的海洋運動而實現再分布的問題就是其中之一。”劉傳玉說。而他的研究方向就是由此而展開的。

物理海洋學是以物理學的理論、技術和方法，研究海洋中的物理現象及其變化規律，并研究海洋水體與大氣圈、巖石圈和生物圈的相互作用的科學，是海洋科學的一個重要分支，在資源開發、環境保護、軍事活動、海岸設施和海底工程等方面有重要的應用。從19世紀末開始，一些杰出的物理學家和數學家就開始對海洋中的重要物理現象進行過研究，為物理海洋學的形成和發展奠定了觀測和理論基礎。大約從上世紀中葉開始，我國的海洋科學家們在該領域開始了持續的研究工作并獲取了一系列重要成果，激勵了一批又一批的年輕人投入其中。

從中國海洋大學畢業后，劉傳玉前往中國科學院海洋研究所物理海洋學專業進行碩博連讀，繼續在這一領域中開拓、創新，積累了豐富的研究經驗。進入新世紀以來，伴隨著國家實力的增強和各行各業的蓬勃發展，我國的海洋事業也迎來了嶄新的發展期，更堅定了他進行海洋研究的決心。為了學習更多新的科研方法，開闊科研思路，博士畢業后，他毅然前往德國漢堡大學海洋研究所進行進一步的學習研究，在海洋的中小尺度的模擬、海洋模型的建立以及數據修正方面，展開了一系列的科研攻關。

海洋科研中的新突破

遠離家鄉，漂洋海外，劉傳玉的心中只有一個目標，就是學習先進的科研知識，在科研方面取得更多創新性突破。工夫不負有心人，在德國研究、工作的6年間，劉傳玉通過自己的不懈努力，在海洋同化和海洋混合等方向做出了一批創新性成果。

溫躍層是海水溫度隨深度而遞減，在遞減率（或溫度梯度）最大處的一定厚度的水層，是生物以及海水環流的一個重要分界面，對于厄爾尼諾的發生和變異機理研究及模擬預測具有重要意義。

將此作為研究對象，劉傳玉和合作者們利用Argo高垂向分辨率溫鹽資料和TAO（熱帶大氣海洋）觀測陣列的高時空分辨率溫鹽流資料，發現了赤道東太平洋冷舌區溫躍層內存在著普遍的、較強的垂向混合。這些混合可以發生在從溫躍層上部到下部的所有區域，也能發生在赤道潛流流核以下的區域。該研究為改進垂向混合參數化方案提供了觀測依據，同時也為備受世人關注的厄爾尼諾動力學研究提供了新的視角，成果發表在Nature Communications期刊上。

除此之外，劉傳玉和合作者們還改進了全球四維變分（伴隨）同化大洋狀態估算系統GECCO(German version of Estimate the Circulation and Climate of the Ocean)，對海洋內部參數進行了優化估算。GECCO系統（其前身是ECCO系統）是國際上僅有的少數幾個大洋估算系統之一，主要功能是通過同化觀測數據矯正海洋模式的海表面驅動場、初始場及海洋參數等。

“在天氣預報的播報過程中，我們能在云圖中看到云朵飄來，也能看到風的吹動，這些都是計算模擬出來的。與之相同的是，海洋也有自己的計算模型，在建立模型之后，也會對其進行一系列的修正，讓計算結果變得更加準確。”劉傳玉說。

在這一研究中，劉傳玉和合作者在準確模擬海洋大尺度狀態的基礎上，首次優化了較高分辨率海洋模型中海洋內部參數，即表征模式次網格過程對大尺度影響效應的混合系數，引領了新的研究方向。他們利用GECCO系統給出的最優估算，闡明了全球大洋中尺度渦致側向混合系數（等密度層厚度擴散系數和粒子沿等密度面擴散系數）的空間結構和形成機制。發現了上述混合系數與當前海洋環流模式普遍采用的空間均一的系數具有很大的差異，其空間結構依賴于中尺度渦的統計特征和局地線性不穩定性等物理機制。通過這項研究，他們指出了海洋內部混合系數本身也體現出物理規律，也需要參數化，而不能僅僅采用經驗常數。證明了優化的海洋系數可以很大程度地改進海洋模擬的精度，是改進現有海洋模式精度的研究方向。這些成果發表在Journal of Physical Oceanography和Ocean Modelling等期刊上，引起了領域內的強烈關注。該項成果為海洋中尺度過程對大尺度過程的研究提供了新的視角。

回國在海洋研究中繼續馳騁

對劉傳玉來說，出國，是為了自己的遠大志向，是對科研知識學習的無限渴望。廣博的海洋中，蘊含著美妙的科學規律，等待著人們的探索。植根于寬廣的海洋，作為一名海洋學研究者，若能揭示其些許的科學規律，都將是讓人倍感激動的美事。而回國則是本著一顆初心，為了將自己學習的科研知識更好地服務于祖國的海洋科研事業。劉傳玉說，現如今國內的科研環境越來越好了，也給了許多科研人員新的機會，回到祖國，他會有更大的空間，可以在科研領域大展身手。

來到中國科學院海洋研究所之后，劉傳玉基于中科院海洋所“一三五”規劃中“在熱帶西太平洋環流變異及其對氣候、環境的影響上要實現大突破”的目標，在自己已有研究成果基礎之上，開始了新的科研探索之路。2017年1月，劉傳玉成功入選了中央組織部“千人計劃”青年項目，在“面向“兩洋一海”的全球高分辨率海洋數據同化系統構建及應用”中展開了科研攻關。

“兩洋一海”（西太平洋、印度洋和南海的統稱）是我國直接毗鄰的海洋，其水氣動力輸送對我國氣候有重要影響，其海洋環流對我國近海的海洋環境也有著直接影響，另外，“兩洋一海”在全球氣候變化中也起著關鍵作用。這使它成為我國海洋學重點研究的區域。在這一項目中，劉傳玉將對自己參與研發的全球大洋四維變分（伴隨）大洋估算系統（GECCO）模式，進行進一步發展，使之面向“兩洋一海”進行進一步細化，以此來研究熱帶西太平洋環流變異對局地及遠程海洋參數的敏感性及響應機理，以及研究其他各類多尺度過程及其相互作用等。

此外，得到國家自然基金委資助的“全球大洋中尺度渦致側向混合系數各向異性分布規律及大尺度效應研究”項目以及科技部資助的“我國大洋觀測系統評估”項目也是劉傳玉團隊的重點方向之一。在這一研究中，劉傳玉團隊將通過利用低分辨率GECCO系統同化最近10年（2007-2016）顯著增加的Argo全球觀測數據和衛星觀測數據，以及我國在“兩洋一海”的觀測數據，確定中尺度渦致側向混合系數各向異性的重點發生區域、全球大洋的三維空間分布特征及物理機理，還會考察我國大洋觀測系統對數值模擬的改進效用及最優觀測布局，并進一步考察其對水團分布、熱量輸運的影響。

中國既是陸地大國，也是海洋大國。劉傳玉深知，為了那份“海洋強國”夢，他們所要做的工作還有很多。如今，他早已迫不及待地想要投入到這重重挑戰當中，為祖國的海洋科研事業貢獻自己的一份力量！