今日風流人物，協(xié)手探洋西太
——記中國科學院海洋研究所研究員、西太平洋環(huán)流學術帶頭人袁東亮

李 剛

神秘的海洋不僅孕育了最早的生命，而且為人類的生存和發(fā)展提供了資源。進入現(xiàn)代，海洋甚至決定著一個民族的繁榮與衰敗。中國是世界海洋大國，在當前百年未有之大變局下，研究和利用海洋，既關乎國家命運，也關乎人類未來，我國建設海洋強國的夢想從未像今天一樣迫切。西太平洋環(huán)流關系著“一帶一路”倡議的構想，對其開展科學研究具有重大的意義。

中華民族是最早開始大海洋航行的民族。在西方的教科書里，鄭和下西洋作為人類最早的大規(guī)模遠洋航行事件，被看作是人類探索海洋的壯舉和開始。鄭和七次下西洋，標志著海上絲綢之路發(fā)展達到頂峰。不幸的是，中國在現(xiàn)代工業(yè)化進程中落伍了，其探索海洋的活動也戛然而止，中國人關于海洋的神話長期停留在東海和南海。

近30年成功的現(xiàn)代化進程重新喚醒了中國人關于海洋探索的夢想，但是當我們打開國門，放眼世界時，發(fā)現(xiàn)西方世界的海洋研究已經(jīng)遙遙領先了，中國人的海洋夢無法與鄭和的夢相連。西太平洋是中國由近海走向大洋必須最先面對的藍色海域，但是邁向西太平洋的步伐，卻曾一度躑躅。

作為國際前沿的海洋研究學者，2006年，曾在美國航天總署戈達德飛行中心擔任高級科學家的袁東亮響應國家號召回國。他連續(xù)8年擔任國家自然科學基金委西太平洋開放共享航次首席科學家，總航程50000余海里，領導建成國際上有史以來最大規(guī)模的西太平洋-印尼海潛標陣列，為中國人的海洋夢想譜寫了優(yōu)美的篇章。作為學術帶頭人，他長達十余年帶領創(chuàng)新群體湍行于蔚藍深處，在西太平洋環(huán)流的科研中，勇爭國際一流，不斷攀登一個又一個科學高峰，為中國建設海洋強國的戰(zhàn)略作出了巨大貢獻。

無懼雄關漫道，艱辛耕海探洋

現(xiàn)代海洋學研究，靠的是以工業(yè)為基礎的科考船和傳感器。第二次世界大戰(zhàn)后，海洋觀測技術和手段不斷進步，海洋學研究得到了快速發(fā)展。而從20世紀60年代起，大規(guī)模的海上立體觀測實驗，如中美黑潮聯(lián)合研究（CSK）計劃、全球海洋環(huán)流實驗（WOCE）計劃、熱帶海洋與全球大氣（TOGA）計劃、世界氣候研究計劃（WCRP）等，以及人類在海洋環(huán)流、大氣環(huán)流和海洋與大氣的相互作用的數(shù)值試驗研究，使海洋學研究從以描述為主過渡到定量的研究階段。

1988年，袁東亮于北京大學力學系畢業(yè)，獲得學士學位，隨后他考入中國科學院海洋研究所攻讀碩士學位，師從胡敦欣院士，從此開始了在物理海洋專業(yè)上的求索。當時國內(nèi)的海洋學研究多是定性的描述，有著數(shù)學和物理專業(yè)優(yōu)勢的袁東亮強烈希望學習先進的理論和技術，碩士畢業(yè)后，他赴美留學，在美國佛羅里達州立大學海洋系攻讀博士學位。

1995年，拿到博士學位后，袁東亮留在大學進行了兩年的博士后研究，隨后被聘到美國NASA戈達德空間飛行中心做海洋研究。NASA主要借助衛(wèi)星做海洋和氣候的觀測，借助NASA的平臺，袁東亮重點開展印度洋和太平洋環(huán)流的動力學研究。早在那時，他就已經(jīng)關注西太平洋的復雜環(huán)流結構和變異過程，這為他后來帶領“西太平洋海洋環(huán)流動力過程”創(chuàng)新群體開展國際前沿研究打下了基礎。2006年，袁東亮響應國家號召，受“百人計劃”支持，回國加入中國科學院的海洋研究（簡稱“中科院海洋所”），任職中國科學院海洋研究所研究員。

隨著我國國力不斷提升，我國面臨的國際壓力也在不斷增加，國家從“十二五”開始，在西太平洋海洋研究上不斷加大投入。從2010年開始，中國在停止西太平洋調(diào)查15年之久的背景下，開始了新一輪的西太科考活動。但是，由于缺乏“懂海”的首席科學家，前幾個大規(guī)模西太調(diào)查航次出現(xiàn)了重大失誤，中國的西太海洋科考面臨再次停滯的危險。

袁東亮臨危受命，擔任2011年國家自然科學基金委西太平洋開放共享航次首席科學家，帶隊出航赤道西太并圓滿完成各項海洋科考任務。之后，從2011年至2018年，袁東亮連續(xù)擔任國家自然科學基金委西太平洋開放共享航次首席科學家，多次帶隊遠赴熱帶西太平洋開展科學調(diào)查，為我國的西太海洋環(huán)流研究掀起了一浪又一浪高潮。

剛開始的幾年里，由于條件艱苦，團隊成員要克服巨大的困難展開科考。當時使用的“科學一號”科考船是20世紀80年代的老船，電路不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)電路板燒壞停電的情況，在海上有時只能摸黑工作；最慘的一次是有一次冬季出海回來，頂著僅次于臺風強度的季風航行，窄瘦的科考船在海浪中前后顛簸加水平搖擺，幅度很大，袁東亮和絕大多數(shù)考察隊員都暈船臥床，幾天不能進食。當時能工作的螺旋槳只剩下一個，一旦停機，整個科考船就有顛覆的危險。在這些困難面前，袁東亮從未退縮。

海水對于無線電波是不透明的，海洋水下環(huán)境的時間序列觀測主要依靠沉在水下的潛標，每年回收一次，從中獲取數(shù)據(jù)。袁東亮帶領團隊首次在菲律賓以東的西邊界流6100米深海域成功回收并重新布放深海潛標，取得了國際上西太海洋觀測絕無僅有的重要科學數(shù)據(jù)。

菲律賓海溝最深處超過1萬米，為了安全起見，潛標要放在較淺的海域，而西邊界流寬度只有100千米左右，因此，投放潛標的位置只能選擇靠近菲律賓一側的海底陡坡，還不能進入菲律賓領海和毗鄰海區(qū)。經(jīng)測量，他們發(fā)現(xiàn)有一片1公里見方范圍的水深約6100米的平臺。要從海面上把潛標錨定重物放在平臺內(nèi)，最大的難題是當時的科考船沒有無極定位，受到海風的影響，船一直在移動。潛標從開始釋放到最后拋重物，需要數(shù)個小時，期間不能開動螺旋槳，以防掙斷潛標纜繩。因此事先要反復討論作業(yè)方案，最后才能成功錨定，對于科考團隊是一個極大的腦力和體力考驗。

在廣袤的大洋里調(diào)查，人員、設備、數(shù)據(jù)，每一樣都不能出問題，這對于團隊領頭人來說，是個巨大的考驗。每次出海之前，袁東亮總會把準備工作做得很細，在團隊的精密配合下，每一次操作都100%成功。當海上潛標成功回收并獲得全部數(shù)據(jù)的消息傳回中科院海洋所時，中科院院士、著名物理海洋學家胡敦欣終于能睡得踏實了。

從2014年開始，國際上最先進的海洋科考船之一——“科學號”投入使用后，熱帶西太平洋的科考條件和調(diào)查水平大大提高。2013年至2015年間，袁東亮擔任中科院海洋先導專項A的物理海洋項目負責人，負責設計在西太平洋建設主流系潛標陣列，包含5個斷面近20套潛標，要求一次完成。

當時，時間緊任務重，袁東亮親自抓細節(jié)落實，經(jīng)過艱苦努力，終于在2014年領導建成超大規(guī)模的西太平洋潛標陣列。2015年11月15日，利用“科學號”，袁東亮和團隊完成了熱帶西太平洋主流系和暖池綜合考察，成功回收并進行維護后重新布放所有潛標，開創(chuàng)了單一科考航次布放、回收深海潛標套數(shù)和觀測設備數(shù)量最多的世界紀錄，初步建成熱帶西太平洋潛標觀測網(wǎng)。

西太平洋潛標陣列需要與印尼貫穿流（Indonesian Throughflow，簡稱ITF）觀測同步進行，才能取得最佳的研究成果。ITF是世界上唯一一支熱帶洋際洋流，它從熱帶西太平洋經(jīng)過印度尼西亞海域流向熱帶東南印度洋，是全球海洋大輸送帶的熱帶回流分支，強烈影響著印太海盆的海氣耦合過程和氣候變化。

袁東亮積極開展國際走訪，加強互信，提出創(chuàng)新性的合作模式，終于與印尼科學家達成合作協(xié)議，在印尼內(nèi)海對ITF開展觀測。2014—2018年連續(xù)5年使用印尼科考船，建成了包含10套潛標在內(nèi)的國際上最大規(guī)模的印尼海潛標陣列，并對印尼內(nèi)海開展了大規(guī)模的綜合性科學考察，為國際上開展西太環(huán)流和ITF研究提供了寶貴的觀測數(shù)據(jù)。

目前，袁東亮已經(jīng)獲得中科院先導專項B項目的支持，擔任物理海洋項目的負責人，還得到基金委重點國際合作項目和重大計劃重點項目的資助，未來5年將繼續(xù)推進西太平洋環(huán)流的研究。

發(fā)現(xiàn)新的洋流，提出新的理論

在大型國際合作計劃“西北太平洋海洋環(huán)流與氣候?qū)嶒灐保∟POCE）的框架下，袁東亮和團隊對西太平洋海洋環(huán)流動力過程開展合作研究，在揭示西太平洋環(huán)流三維結構的基礎上，不斷發(fā)現(xiàn)和揭示一系列西太平洋環(huán)流的季節(jié)內(nèi)至年際、年代際變異規(guī)律，引起國際廣泛關注。在西太平洋海洋環(huán)流的結構和變異等課題研究上，取得了許多國際領先成果。

經(jīng)過多年研究，團隊對太平洋西邊界流研究進行了總結，并對其未來變化趨勢進行預測，系統(tǒng)全面地揭示太平洋西邊界流系的三維結構及其對ENSO的響應，還探討了西邊界流系統(tǒng)在年代際和更長時間尺度上的變化規(guī)律及其氣候效應，論文發(fā)表在《自然》雜志上。

通過西太平洋-印尼海潛標陣列，團隊直接觀測到西太上層1000米范圍內(nèi)的流速剖面，揭示了西邊界流和北赤道流及其潛流的平均結構和變化規(guī)律；對菲律賓以東海域全水深的流場垂向結構及其季節(jié)變化進行了先導性研究；通過定常流和熱平衡假設，計算得到了太平洋西邊界流的經(jīng)向熱、鹽輸送等。

袁東亮帶領團隊，發(fā)現(xiàn)并命名了一支全球超長、超強的赤道外大洋次表層潛流——太平洋北赤道次表層流（NESC），位于北赤道逆流之下，向西流動進入ITF源區(qū)，是赤道太平洋水團通過印尼海進入印度洋的唯一通道，在北太平洋次溫躍層環(huán)流中起重要作用。

此外，袁東亮和團隊在國際上首次提出了大洋次溫躍層環(huán)流的動力學理論。他們使用連續(xù)層化模型，證明大洋次溫躍層環(huán)流由靜壓平衡和海面、海底邊界約束決定，其動力機制是風旋度強迫低階斜壓模態(tài)疊加而成，該理論改進了經(jīng)典大洋環(huán)流理論無法刻畫次溫躍層環(huán)流動力過程的不足。經(jīng)典理論基于約化重力模型，存在東邊界影響的環(huán)流靜止區(qū)——“陰影區(qū)”，與觀測事實不符。他還發(fā)現(xiàn)了熱帶大洋的非Sverdrup環(huán)流結構，指出其由非線性過程驅(qū)動。

而通過對印尼海入口海流的長時間序列觀測，袁東亮和團隊發(fā)現(xiàn)了ITF的兩個新的分支——馬魯古海分支和哈馬黑拉海分支，前者流向西太，為印度洋流向太平洋的印尼貫穿逆流提供了關鍵證據(jù)和動力機制；后者將南半球上層高溫、高鹽海水帶入全球海洋大輸送帶，顯著提升了對全球海洋環(huán)流和氣候過程的認識。

提出“海洋通道”，填補國際空白

從事海洋研究最有說服力的還是觀測數(shù)據(jù)，但海洋科研的數(shù)據(jù)不像氣象站的數(shù)據(jù)那樣容易獲得，中國科學家只能“口渴打井自己挖”。在美國讀博士研究生時，一位年紀很大的美國科學院院士Melvin Stern曾經(jīng)說過這樣一句話，袁東亮至今記憶猶新。“他說一個人如果能夠做出一種科學推斷或者論斷，最后用事實證明，這本身就是一件非常了不起的事情。”

ITF的熱量輸送相當于整個西太平洋暖池的海面凈熱通量，其與南極繞極流共同形成橫跨南大西洋、南印度洋和南太平洋的南半球副熱帶超級環(huán)流，決定全球海洋熱量的輸送和分配，關系著全球變暖的減緩或者加速。

與ITF有關的環(huán)流和輸運一直是國際海洋學界極為重視的前沿課題，著名的海洋大輸送帶就是依據(jù)在印尼內(nèi)海望加錫海峽的觀測提出的。袁東亮針對ITF及其與西邊界流的相互作用開展集中研究，抓住了大洋環(huán)流的瓶頸。

通過多年的研究，袁東亮和團隊在國際上首次提出印度洋偶極子（IOD）通過ITF影響太平洋ENSO可預報性的“海洋通道”機制，填補了國際空白，對印度洋乃至太平洋年際氣候變化的研究和預報具有指導意義。他們發(fā)現(xiàn)，正IOD期間，東印度洋海平面下降強迫ITF加強，將赤道太平洋上層暖水更多地運往印度洋，造成西太平洋溫躍層抬升并向東傳播，引起顯著的海氣耦合響應。由此，可以對部分（＞50%冷舌區(qū)海面溫度異常的標準差）ENSO事件跨過春季做出高于統(tǒng)計信度的預報。

早在美國NASA工作期間，袁東亮就通過數(shù)模和理論研究，對經(jīng)典的羅斯貝波西邊界反射的線性理論提出了質(zhì)疑，但是一直缺乏觀測數(shù)據(jù)證實。通過全球變化研究國家重大科學研究計劃項目，袁東亮和團隊啟動了在西邊界流和ITF的觀測，經(jīng)過數(shù)年觀測證明，非線性反射和“海洋通道”機制的科學假設是完全正確的，這有著極其重要的科學意義。如今，對世界上唯一一支熱帶洋際洋流——ITF的突破性觀測正成為中國科學家們在全球氣候變化研究中的突出貢獻。

對于中國來說，對印尼海域的狹窄通道海流以及南海和太平洋之間的水交換研究，也有利于維護海上運輸線，以及油氣資源和生物資源的開發(fā)，對于維護國家安全和海洋權益有重要意義。

繼承學術傳統(tǒng)，爭創(chuàng)國際一流

西太平洋環(huán)流一方面通過影響暖池的低頻變異影響全球和東亞氣候，另一方面還通過西邊界流與中國近海的交換，將氣候變化信號直接輸送到近岸海區(qū)。袁東亮和團隊揭示了太平洋副熱帶環(huán)流的西邊界流——黑潮與我國近海環(huán)流相互作用的過程與機制。

黑潮是北太平洋副熱帶環(huán)流的西邊界流，是全球大洋流速最大、流量最強的海流之一，其物質(zhì)和能量輸運對北太平洋乃至全球大洋和氣候變化有重要影響。黑潮通過與邊緣海交換，獲得大量淡水和近海有機碳及污染物等，同時將大洋內(nèi)區(qū)風強迫的旋度耗散掉，從而能夠重新參與北太平洋副熱帶環(huán)流。黑潮通過呂宋海峽與南海發(fā)生交換，以及通過跨陸架環(huán)流與黃東海交換是大洋與邊緣海交換的兩類重要的動力過程。

袁東亮在美國長期從事大洋西邊界流動力學及其與邊緣海交換研究，研究海域涉及中國近海、美國墨西哥灣和南大西洋灣等，2006年全職回國以來，他繼承老一代科學家的科研傳統(tǒng)，帶領團隊在黑潮與亞洲邊緣海交換領域做出了突出的研究成果。

袁東亮在國際上首次揭示了呂宋海峽黑潮路徑的季節(jié)內(nèi)變異特征，并揭示其機制。發(fā)現(xiàn)了呂宋海峽黑潮的甩渦和夏季流套，揭示并命名了“呂宋暖渦”（Luzon Warm Eddy）現(xiàn)象。

除此之外，袁東亮還發(fā)現(xiàn)了閩浙近海一類新的海洋學現(xiàn)象，命名為近海“跨陸架穿刺鋒面”（Cross-shelf Penetrating Fronts）；揭示了黃東海內(nèi)陸架與黑潮跨陸架交換的主要途徑和動力機制。研究成果被國際學術期刊Deep Sea Research II在2010年10月以封面文章介紹。

袁東亮揭示了跨缺口西邊界流路徑受中尺度渦旋等擾動而發(fā)生狀態(tài)躍遷的非線性動力機制；發(fā)現(xiàn)了交匯的西邊界流在缺口處的非線性遲滯（hysteresis）和分岔行為，并揭示了其動力機制。這些基礎理論成果，是大洋西邊界流理論研究的重要進展。

在取得的一系列創(chuàng)新成果之上，未來幾年袁東亮團隊還將集中研究西北太平洋海洋環(huán)流與氣候?qū)嶒炗媱澋暮诵目茖W問題——西太平洋海洋環(huán)流動力過程，并有望取得國際一流的突破性科研成果。

迄今，袁東亮已經(jīng)獲得國家自然科學基金委杰出青年基金的資助，并榮獲國家“新世紀百千萬人才工程國家級人選”和中科院優(yōu)秀“百人計劃”等稱號，獲得山東省國際合作獎、留學人員歸國創(chuàng)業(yè)獎等獎勵，為中科院海洋所爭取到首個全球變化研究國家重大科學研究計劃（973）項目，擔任首席科學家。2014年，以他為首的科研團隊獲得國家自然科學基金委創(chuàng)新研究群體項目資助，表明他們已經(jīng)成為我國西太平洋環(huán)流研究領域里具有最高學術水平的科研團隊。

2015年擔任首席科學家，開展基金委西太平洋開放共享航次調(diào)查。

袁東亮所領導的創(chuàng)新研究群體可謂群星閃耀，由中國科學院海洋環(huán)流與波動重點實驗室的骨干科研人員組成，其中中國科學院院士2名，國家杰出青年基金獲得者2名，國家中青年科技創(chuàng)新領軍人才入選者1名，中國科學院“百人計劃”擇優(yōu)支持者6名，全部都是博士生導師，有海外工作經(jīng)歷，他們也是國內(nèi)最早開展西太環(huán)流研究的學者。

過去5年里，這支團隊有成員先后獲得國家人才項目支持和山東省“泰山學者”特聘專家的稱號，成果獲得山東省自然科學獎一、二等獎，“熱帶太平洋西邊界流研究”成果獲得中國科學院杰出科技成就獎等。

如今，他們計劃在NPOCE實驗區(qū)，與中科院海洋專項、科技部重點研發(fā)計劃項目和基金委重大計劃重點項目和開放航次項目等相結合，進行關鍵海區(qū)的強化觀測試驗。

袁東亮認為，通過考察船走航觀測和深海潛標陣列觀測，結合衛(wèi)星資料分析和數(shù)值模擬，將確立中國在國際西太平洋海洋環(huán)流動力過程研究的主導地位，還要建立西太平洋環(huán)流、東印度洋和中國近海環(huán)流時空結構和變異機制的理論體系，同時打造一支具備國際學術水平的創(chuàng)新團隊，引領國際西太平洋環(huán)流研究。

21世紀是海洋世紀，此后100年乃至更長時間里，海洋將是國際競爭的主要領域。袁東亮與中科院海洋所“西太平洋海洋環(huán)流動力過程”創(chuàng)新群體正在西太平洋科研的“戰(zhàn)場”上全力拼搏、開拓前進，不斷取得豐碩成果，正在實現(xiàn)著中國人在海洋科研領域趕超國際先進水平的夢想。