工作人員正在下放溫鹽深儀，用于探測(cè)海水溫度、鹽度和深度。 資料圖片

“透明海洋”工程，通過(guò)立體觀測(cè)系統(tǒng)，獲取海洋環(huán)境綜合信息

兩千米下深海 照樣看得透(厲害了，中國(guó)科技)

本報(bào)記者 肖家鑫

猶如對(duì)浩瀚星空的癡迷，人類(lèi)對(duì)于海洋深處的探索也從未止步。靜水流深，在廣袤神秘的深海，海水的運(yùn)動(dòng)有著怎樣的規(guī)律？海溫變化如何影響氣候？如何更加清晰地觀測(cè)海洋的動(dòng)態(tài)并進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)？

近日召開(kāi)的“透明海洋”科技創(chuàng)新工程新聞發(fā)布會(huì)，讓“透明海洋”的概念走近公眾。“透明海洋”就是通過(guò)建立海洋立體觀測(cè)系統(tǒng)，獲取海洋環(huán)境綜合信息，建立預(yù)測(cè)系統(tǒng)，掌握海洋環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)海域“看得清、查得明、報(bào)得準(zhǔn)”。透明海洋工程實(shí)施4年了，目前進(jìn)展如何？

構(gòu)建了全球首個(gè)馬里亞納海溝觀測(cè)網(wǎng)，成功回收萬(wàn)米綜合潛標(biāo)

馬里亞納海溝是目前世界上已知的最深海溝，位于菲律賓東北、馬里亞納群島附近的太平洋洋底，最深處深度約為1.1萬(wàn)米，堪稱地球第四極。

這里歷來(lái)是世界深海研究的焦點(diǎn)，更是難點(diǎn)。海溝的特殊性質(zhì)使其海洋動(dòng)力過(guò)程、生物地球化學(xué)過(guò)程、生物種群分布及起源、地球深部碳循環(huán)與開(kāi)闊大洋相比具有不同的特性。馬里亞納海溝是探索海洋動(dòng)力過(guò)程、物質(zhì)與能量輸運(yùn)、生物地球化學(xué)過(guò)程、殼幔結(jié)構(gòu)及極端環(huán)境下物種起源的最佳天然窗口，同時(shí)是研究深海科學(xué)與技術(shù)的最佳場(chǎng)所。

作為“透明海洋”工程的重要成果之一，科學(xué)家們正是在這里，實(shí)現(xiàn)了首次將“人類(lèi)的眼睛”放入萬(wàn)米深海——他們構(gòu)建起全球第一個(gè)馬里亞納海溝海洋科學(xué)綜合觀測(cè)網(wǎng)，還成功回收了世界首套萬(wàn)米綜合潛標(biāo)，使深海狀態(tài)變化不再神秘。

山東省科技廳巡視員徐茂波在會(huì)上宣布了包括這一成果在內(nèi)的一系列成績(jī)：已經(jīng)成功研發(fā)三項(xiàng)世界首創(chuàng)性技術(shù)，研制出兩項(xiàng)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的技術(shù)，并有兩項(xiàng)技術(shù)打破國(guó)外壟斷。

青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室由中國(guó)海洋大學(xué)等5家駐山東高校和科研單位共同發(fā)起籌建，也是目前“透明海洋”工程的實(shí)施者。據(jù)中科院院士、青島海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任吳立新介紹，海洋占地球表面的71%，84%的海洋水深超過(guò)2000米。遺憾的是，人類(lèi)對(duì)2000米以下的海洋的了解多局限于“點(diǎn)和線”，不夠全面和立體。吳立新希望通過(guò)“透明海洋”工程，可以把2000米以下海洋看通看透。

徐茂波介紹，目前，“透明海洋”工程從四個(gè)方面進(jìn)行了規(guī)劃：一是技術(shù)突破。著重加強(qiáng)深海觀測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù)研發(fā)，特別是水下浮力平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)，形成核心自主產(chǎn)品，提升觀測(cè)能力，突破國(guó)外封鎖。二是觀測(cè)網(wǎng)拓展。著力提高觀測(cè)網(wǎng)的時(shí)空分辨率，從單一觀測(cè)拓展為多要素綜合觀測(cè)，形成立體、實(shí)時(shí)、多學(xué)科的觀測(cè)網(wǎng)。三是理論創(chuàng)新。深入開(kāi)展西太平洋—中國(guó)海—印度洋與極地環(huán)境、氣候、資源的協(xié)同研究，力爭(zhēng)在海洋環(huán)境多尺度變化機(jī)理及氣候資源效應(yīng)等方面取得重大原始創(chuàng)新。四是預(yù)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建。逐步有序構(gòu)建起西太平洋—中國(guó)海—印度洋氣候預(yù)測(cè)系統(tǒng)以及針對(duì)國(guó)家具體要求的區(qū)域預(yù)測(cè)系統(tǒng)，形成多層次、多學(xué)科、多目標(biāo)的預(yù)測(cè)體系。

想把海洋看通透，需要穩(wěn)定的全球觀測(cè)系統(tǒng)。為此，青島國(guó)家海洋實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國(guó)海洋大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)，成功研制出4000米深海自沉浮式剖面探測(cè)觀測(cè)浮標(biāo)，使我國(guó)具備了對(duì)全球海洋4000米持續(xù)觀測(cè)能力。項(xiàng)目組還成功完成對(duì)世界上最大規(guī)模的區(qū)域海洋潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)——南海、西太平洋潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)的維護(hù)及擴(kuò)充，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)蘊(yùn)含豐富多尺度動(dòng)力過(guò)程的南海深海盆的全面覆蓋及完整監(jiān)測(cè)。這些研發(fā)加速了觀測(cè)裝備國(guó)產(chǎn)化，有的子項(xiàng)目甚至可以做到所用設(shè)備均為自主研發(fā)。

降低海洋災(zāi)害強(qiáng)度，帶動(dòng)工程裝備等產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

據(jù)青島海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室不完全統(tǒng)計(jì)，“透明海洋”工程相關(guān)課題目前已獲得了超過(guò)6億元科技資金支持。除了加深對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)，還有一項(xiàng)重要功能就是開(kāi)展海洋科技基礎(chǔ)性、公益性的關(guān)鍵技術(shù)研究和突破，影響和改善民生。

青島海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授陳顯堯介紹，近年來(lái)，由大型綠藻滸苔形成的綠潮在南黃海連年暴發(fā)，長(zhǎng)達(dá)10年之久，對(duì)山東、江蘇沿岸的旅游業(yè)和海水養(yǎng)殖業(yè)造成了巨大危害。每年夏季，受綠潮影響的地區(qū)，政府部門(mén)都需要投入大量人力、物力，對(duì)沿海一線綠藻進(jìn)行收集、打撈和處理。“透明海洋”工程構(gòu)建了渤黃東海高分辨率精細(xì)化短期預(yù)報(bào)系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)星遙感反演的滸苔生物量和其他觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立了滸苔漂移的短期預(yù)報(bào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一周內(nèi)滸苔的漂移路徑及覆蓋范圍的定量預(yù)報(bào)。2017年系統(tǒng)進(jìn)一步應(yīng)用到黃海滸苔的預(yù)警預(yù)測(cè)中，基于系統(tǒng)預(yù)報(bào)的滸苔漂移路徑及覆蓋范圍影響，有關(guān)單位向青島市政府提出在滸苔漂移過(guò)程中對(duì)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行先期打撈攔截，減緩了滸苔大范圍侵入青島沿海，從而降低了災(zāi)害強(qiáng)度。

徐茂波表示，近幾年，美國(guó)、加拿大、日本、歐盟等國(guó)家和地區(qū)，都在加快制訂并實(shí)施全球海洋立體觀測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃，因此建設(shè)中國(guó)的全球海洋立體觀測(cè)網(wǎng)的需求十分迫切。這不僅對(duì)國(guó)家海洋國(guó)土安全、海洋資源利用和海洋保護(hù)開(kāi)發(fā)具有重大意義，對(duì)山東省發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)同樣具有推動(dòng)作用。

山東省科技廳海洋科技處處長(zhǎng)孫高祚認(rèn)為，“透明海洋”工程可以及時(shí)反映近海以及遠(yuǎn)洋海洋資源開(kāi)發(fā)狀況和開(kāi)發(fā)潛力信息，為實(shí)現(xiàn)海水養(yǎng)殖、遠(yuǎn)洋漁業(yè)等合理有序開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)；可以及時(shí)提供海洋的環(huán)境和氣候信息，為港口運(yùn)輸、海上捕撈、海上油氣開(kāi)發(fā)等作業(yè)活動(dòng)提供安全生產(chǎn)保障。還可以通過(guò)對(duì)海洋資源環(huán)境信息的綜合運(yùn)用，對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景作出預(yù)測(cè)。對(duì)于山東來(lái)說(shuō)，“透明海洋”工程產(chǎn)生新技術(shù)、形成新動(dòng)能，將會(huì)帶動(dòng)山東省海洋觀測(cè)、海洋工程裝備、海洋油氣資源開(kāi)發(fā)等產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，將建立準(zhǔn)確的海洋模擬系統(tǒng)

根據(jù)吳立新的構(gòu)想，“透明海洋”工程共分為海洋星簇、海氣表面、深海星空、海底透視、海洋模擬器5個(gè)子計(jì)劃，分別通過(guò)衛(wèi)星遙感、水下機(jī)器人、超算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋表層、海洋深處、海底等的立體觀測(cè)，建立可靠準(zhǔn)確的模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的透視。

“這是一項(xiàng)復(fù)雜的大科學(xué)工程，需要諸多學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新。”吳立新說(shuō)，這絕不是一個(gè)省份、一所科技機(jī)構(gòu)所能支撐的。

以深海星空計(jì)劃為例，吳立新希望能制造出綜合多種傳感器、智能可控的幾千個(gè)水下機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)水下組網(wǎng)與導(dǎo)航。這項(xiàng)工作不僅難度大、花費(fèi)高，更需要材料、能源、自動(dòng)控制、通信等多個(gè)學(xué)科的協(xié)同研發(fā)。在海洋深處，如何完成大數(shù)據(jù)高速傳輸、如何實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)續(xù)航、智能觀測(cè)等技術(shù)，都是吳立新團(tuán)隊(duì)目前正在攻關(guān)的難題。

2017年底，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局公布了“海基物聯(lián)網(wǎng)”構(gòu)想，根據(jù)該構(gòu)想，美國(guó)海軍可以通過(guò)部署數(shù)量眾多的小型低成本浮標(biāo)傳感器來(lái)形成分布式網(wǎng)絡(luò)，從而在廣闊的海洋上實(shí)現(xiàn)持久的態(tài)勢(shì)感知。這一構(gòu)想與我國(guó)“透明海洋”工程大致相似，“我們提出時(shí)間更早，并已經(jīng)成功開(kāi)展前期研究工作，我們已經(jīng)走在了前面。”吳立新說(shuō)。

吳立新這樣描述“透明海洋”工程的未來(lái)：“科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室就能知道全球海洋正在發(fā)生的事情，如海洋的溫度變化、水聲通道的變化、魚(yú)群的變化等，并能做出預(yù)測(cè)，國(guó)家海洋利益拓展到哪里，‘透明海洋’工程就建設(shè)到哪里。”