用“十八般武藝”給海洋做“體檢”

龍上敏 孫晨祎 趙時長

海洋是珍貴的資源寶庫和氣候調(diào)節(jié)器。但它和人類一樣，也會“生病”，因此需要定期“體檢”。那“海洋醫(yī)生”是如何給這占地球表面積70.8%的大塊頭“望聞問切”的呢？

我們使用體重、血壓、血糖、血脂等指標(biāo)表述人體健康狀態(tài)。對海洋來說，則用熱含量、海平面高度、海冰范圍和冰架體積、海水酸堿度、溶解氧含量、海水水質(zhì)、海洋物種數(shù)量等指數(shù)，作為評估海洋健康狀況的指標(biāo)。

評估這些健康指標(biāo)，需要測量海洋從海表到海底的溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽、生物量等各項參數(shù)。

雖然有了衡量海洋健康狀況的指標(biāo)，但對于海洋這個龐然大物來說，顯然沒有足以容納它全部體積的“醫(yī)院”。所以，我們要利用各種設(shè)備對海洋進(jìn)行采樣測量，以便出具“體檢”報告。

海洋“生病”的原因（供圖/ 孫晨祎）

對此，研究人員會綜合使用近岸雷達(dá)、海洋衛(wèi)星、表面浮標(biāo)、Argo浮標(biāo)、水下滑翔機、海洋動物傳感器、海底潛標(biāo)、水下機器人等，定期、持續(xù)地監(jiān)測和記錄海洋內(nèi)部健康狀況的變化。

以海水測溫為例，海洋Argo浮標(biāo)（包括生物地球化學(xué)浮標(biāo)BGC-Argo）會幫我們獲取較接近海洋上層2000米的溫度、鹽度和生物化學(xué)數(shù)據(jù)；深海浮標(biāo)（Deep-Argo）則能讓我們獲取2000米以下深海的狀況。

例如，海洋Argo浮標(biāo)觀測網(wǎng)主要由30多個沿海國家貢獻(xiàn)的約3900個中小型、自由漂移的自動探測設(shè)備（Argo剖面浮標(biāo)）組成。它們大多由商船、調(diào)查船和帆船等布放，通常布放一個浮標(biāo)只需幾分鐘的時間。

大部分Argo浮標(biāo)在海洋上層1000米處停留，并漂移到全球各地（包括船只稀少的偏遠(yuǎn)海域）。每個浮標(biāo)在海洋中可以運行3～6年，且每隔10天從1000米下潛到2000米的深度，再上浮至海面，從而完成一次自2000米往上的海洋環(huán)境要素（例如溫度、鹽度、溶解氧、營養(yǎng)鹽和生物光學(xué)參數(shù)等）剖面的測量。

Argo浮標(biāo)上浮到海表后，在20分鐘內(nèi)會將觀測數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳回陸上。這些數(shù)據(jù)在24小時內(nèi)被共享，并通過互聯(lián)網(wǎng)向全世界免費提供——可以用于日常天氣和海洋環(huán)境預(yù)報，以及長時間海洋內(nèi)部狀況的診斷。Argo浮標(biāo)是對海洋內(nèi)部進(jìn)行“體檢”的主要觀測儀器設(shè)備，目前還沒有其他實用技術(shù)可以替代Argo浮標(biāo)的全球觀測作用。

?各類“體檢”設(shè)備和方法（供圖/趙時長）

此外，我們也有不少水下自主觀測的新型裝備，例如水下滑翔機。它們通過吸入和排出海水改變自身浮力，以波浪式前進(jìn)和上下滑行，在一定時間內(nèi)不斷采集海洋內(nèi)部信息，從而實現(xiàn)對深海大范圍、長時序的觀測。

綜合來看，海洋觀測日益趨于綜合化、自動化、全球化和立體化，從一種設(shè)備只能測量單個或少數(shù)指標(biāo)提升到可以同時測量多項指標(biāo)，測量范圍從單點或少數(shù)航線擴展到全球各海域，從海表或淺層海域深入到海洋內(nèi)部和海底。

通過先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備、技術(shù)與數(shù)值模擬，我們得到了海洋“體檢”報告單上的指標(biāo)。基于監(jiān)測數(shù)據(jù)，科學(xué)家會定期發(fā)布海洋熱含量報告；聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）會發(fā)布?xì)夂蜃兓摹绑w檢”報告，對海洋各方面的評估是其中的重要內(nèi)容。

不同類型的“體檢”報告雖然“體檢”方式和側(cè)重點略有不同，但都不約而同地指出，在過去的百余年間，海洋已經(jīng)發(fā)生了顯著而廣泛的系統(tǒng)性變化。例如，過去40年，全球平均海表溫度上升已超過0.8攝氏度，全球海洋上層2000米水體的熱含量不斷攀升——海洋正在“發(fā)燒”，海洋極端高溫?zé)崂耸录l發(fā)；近幾十年，北極海冰面積下降、冰架不斷融化、溶解氧含量下降——海洋正在“長高長胖”、海洋內(nèi)部的“呼吸”愈發(fā)困難；在人類活動影響下，沉積在海洋底部的微塑料總量增加了兩倍——海洋正在“營養(yǎng)不良”……

海洋部分“體檢”報告（供圖/ 趙時長）

面對如此棘手的“體檢”報告，我們能做些什么？

從短期來看，我們需要世界各國一起實現(xiàn)海洋的大“體檢”——全球海洋觀測系統(tǒng)計劃，構(gòu)建與完善海洋觀測、預(yù)警與評估系統(tǒng)，提升海洋健康狀況的監(jiān)測和預(yù)測能力，為實現(xiàn)可持續(xù)利用和發(fā)展海洋的目標(biāo)不斷努力。

從長期來看，各國要為實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的長期目標(biāo)（將全球平均氣溫較前工業(yè)化時期上升幅度控制在遠(yuǎn)低于2攝氏度的水平，并盡量限制在1.5攝氏度以內(nèi)）而共同努力。例如，中國明確提出在2030年實現(xiàn)碳達(dá)峰，在2060年實現(xiàn)碳中和等。

對于青少年朋友，大家需要踐行節(jié)能減排生活方式，少用、不用塑料制品，不使用含磷洗衣粉、不向海洋丟棄垃圾、宣傳海洋環(huán)保知識等，來共同守護(hù)海洋的健康。

與人體檢時使用的豐富多樣的醫(yī)學(xué)手段相比，海洋的“體檢”手段仍相對較少。事實上，除了溫度、鹽度的觀測，其余參數(shù)的觀測仍難以做到全球覆蓋，更缺乏長時間的觀測記錄，尤其是深海。我們亟須建立全球覆蓋、多要素覆蓋并囊括海與空、海表與水下、近岸與遠(yuǎn)海的立體觀測系統(tǒng)等，做到未雨綢繆。

海洋為人類提供了無窮的資源，面對海洋，我們不能一味索取。在海洋健康狀況日益惡化的今天，我們更應(yīng)擔(dān)負(fù)起保護(hù)海洋的責(zé)任，努力使海洋變得健康和美好！

海洋的現(xiàn)在與不被保護(hù)下的未來（供圖/ 趙時長）