揭开近海环流形成之谜

——访中国工程院院士、国家海洋局第一海洋研究所研究员袁业立

来源:王建高 郑晓伟   发布时间:1900-01-01 00:00:00 
编者按 “中国近海环流形成和变异机理、数值预测方法及对环境影响的研究”是国家设立“973”计划之后确立的第一个海洋基础研究项目,也是迄今为止海洋领域“973”计划经费支持强度最大的项目。在这个项目中,汇集了我国最优秀的研究海洋环流的单位和科学家。五年时间过去了,这个项目进行的怎么样,科学家们是否不辱使命?“我们在一些基础理论和技术上取得了重大突破,可以向世界宣告:中国是有能力解决重大的海洋科学基础研究问题的。”这是该项目首席科学家、中国工程院院士、国家海洋局第一海洋研究所袁业立研究员的回答。

记者:这个项目的研究对象是海洋环流,您能不能先简单解释一下什么是海洋环流?

袁业立:海洋环流是海洋最基本、最重要的运动形态。所有的海洋现象都与海水运动,也就是环流有关。我国近海海洋环流具有独特的地域特征,有世界上最宽阔、最典型的陆架海。另外,我国近海内侧有黄河、长江、珠江的大量淡水流入海洋,由于淡、盐水的重叠造成巨大的浮力,使近海环流得到新的驱动力。同时,我国近海处于东亚季风区,海洋环流具有明显的季节和年际变异特征。由于多种物理过程的存在,我国近海的环流现象丰富,极具典型性。

记者:这个项目的意义何在呢?

袁业立:研究我国近海环流和变异的机理对世界其他近海环流的研究具有指导意义,是我国物理海洋学赶超世界先进水平的突破口。

过去,我国的海洋研究重视的是,能否为国民经济带来好处,也就是对末端技术研究较多,但投入也不够。其实,对海洋前端的海洋生物、海洋资源包括海水运动等问题的研究同样重要,虽然它们属于基础研究范围,但可以解决涉及国民经济的一些重大问题,比如中国近海环境的问题、全球气候变暖的问题等,而且海洋中的诸多物理、化学和生物过程,均与海洋的流动状态即海洋环流有关。

这个项目简单地说有几方面的意义:一是减少海洋污染灾害。海洋对污染物质有一定的净化能力,主要由海洋环流相伴随的水体输运和扩散过程决定,但污水量超过海洋的自净能力就会造成灾害性的环境恶化。如渤海不科学的排污,已造成严重的环境后果。二是解决海洋气候变化问题。黑潮及我国近海海水冷暖将影响东亚和我国的气候,东海环流变异直接影响台风北上的时间差异,而南海的海温是影响季风暴发的一个重要物理因子。三是保证重大海上工程的进行。随着海洋工程向深海转移、工程规模扩大,海洋环流将成为海洋工程设计的控制性环境参数。四是推动渔业捕捞和海水养殖业的发展。渔场多形成于海洋环流中的锋区和上升流区,我国的大渔场舟山渔场等的鱼群生长主要靠上升流和河口环流提供营养物质,海洋环流的变异直接关系到渔业资源的盛衰。当然,中国近海环流的研究还有着保护国家安全的意义。

记者:您能不能举个具体的例子?

袁业立:海洋的运动,决定了上层海洋的状态,因而最终会决定着天气的变化。比如,黑潮经过中国的东海,它的流量是长江口入海流量的300倍,黑潮的摆动及中国近海海水冷暖将影响东亚和我国的气候,东海环流变异还会影响台风北上的时间差异,而南海的海温是影响季风暴发的一个重要物理因子。

人们经常关心天气的变化,希望天气预报准确率高一点,以往,我们对于上层海洋的预报能达到的准确度大概是63%,而通过我们的研究,实现了理论和预报上的重大突破,预报的准确度可以达到93%。这个课题是整个海洋科学领域的基础课题,意义非常重要。人类的生产、生活乃至军事活动,大部分都直接与上层海洋密切相关,无论石油开采、航运业、养殖业还是海洋渔业都离不开近海和上层海洋,所以该研究又与应用密切相关。

记者:我们了解到,这个项目不仅是我国最大的海洋基础研究项目,汇集了我国最优秀的物理海洋科学家,而且研究成果对世界海洋科学研究将会起到重要的推动作用。

袁业立:这个项目突出有两个最强势的地方:第一,这是国家设立“973”计划之后确立的第一个海洋基础研究项目,也是迄今为止海洋领域“973”计划经费支持强度最大的项目。国家对这个项目寄予了很大的期望,国家有关部门在项目执行过程中,对项目进行了持续的跟踪和评价。第二,这个项目共分12个子课题,我国最优秀的研究海洋环流的单位和科学家都参与了这个项目,是中国物理海洋科学家的一次大联合,大协作。

研究中国近海环流和变异的机理是我国物理海洋学赶超世界先进水平的突破口。比如通过该项目所建立的海浪—环流耦合理论及耦合数值模式相关成果属于原始创新,处于该领域世界领先水平。在国内外迅速引起反响。另外,该项目在南海环流研究、黑潮研究以及黄海冷水团的观测与研究方面均取得了重要突破。总体来讲,该项目的成果对其他国家近海环流的研究是具有借鉴意义的。

记者:这个项目在研究过程中是不是有不少创新的地方?

袁业立:是。黑潮的稳定性揭示运动本质的理论是我们独立提出的。通过研究,我们创造性地发展了黑潮动力学;我们将海浪的物理混合过程引入海洋环流中,在国际上率先建立了海浪—环流耦合理论;我们的研究发展了全球和中国近海高分辨率海浪—潮流—环流耦合数值模式,结果表明耦合模式不但对于我国近海海洋环境的数值模拟有本质提高,而且改变了全球上层海洋的模拟能力,基本解决了上层海洋模拟结果与实际观测不相符合的经典难题,引起了国内外同行专家的高度关注。

记者:您作为首席科学家,对这个项目的执行过程和成果有何感想呢?

袁业立:揭开环流形成的谜底之后,我们取得了重大的研究成果,这是有形的成果,还有更重要的是无形成果。一方面,通过参与项目的研究,促进了科技人员思想的大解放。过去,我们对于海洋前沿的基础研究一直没有太大的自信,由于国外一些国家的研究水平比我们高,所以我们多少年来一直是在赶人家。现在,我们在一些基础理论和技术上取得重大突破,可以向世界宣告:中国是有能力解决重大的海洋科学基础研究问题的,特别是我们在海洋领域对数值模拟技术的研究,在耦合领域已经站在世界的最前沿,通过国家的进一步支持,就完全有可能在上层海洋预报、全球气候变化等领域处于世界前列。另一方面,中国海洋科学研究,还存在很多有待解决的问题,通过该项目的研究,我们增强了争取新的突破的信心。

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