深遠(yuǎn)海數(shù)據(jù)的連續(xù)和實(shí)時(shí)觀測(cè)能力建設(shè)對(duì)海洋與氣候預(yù)報(bào)和海洋環(huán)境安全保障意義重大, 世界海洋大國(guó)紛紛致力于其關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)集成的攻關(guān)(Cravatteet al, 2016; Fischeret al, 2017)。在中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”(以下簡(jiǎn)稱“海洋專項(xiàng)”)的支持下,中國(guó)科學(xué)院自主建成了國(guó)際領(lǐng)先的西太平洋潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng), 現(xiàn)已成功獲取西太平洋代表性海域連續(xù)3年的溫度、鹽度和海流等數(shù)據(jù), 并在 2016年航次中首次實(shí)現(xiàn)了深海觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回傳, 成功破解了這一海洋觀測(cè)難題。

深海觀測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)積累和實(shí)時(shí)化傳輸,將加快我國(guó)海洋與氣候預(yù)報(bào)和環(huán)境保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)步伐, 提升我國(guó)深海探測(cè)和科學(xué)研究能力, 為實(shí)施“21世紀(jì)海上絲綢之路”倡議、保障國(guó)家海洋環(huán)境安全提供重要基礎(chǔ)支撐。

1　構(gòu)建西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的戰(zhàn)略意義

熱帶西太平洋擁有全球海洋中最大的暖水體——熱帶西太平洋暖池, 是驅(qū)動(dòng)大氣環(huán)流系統(tǒng)的主要熱源地之一, 是全球最強(qiáng)勁的 Walker環(huán)流和Hadley環(huán)流的對(duì)流中心和上升流分支。暖池在赤道太平洋上東西移動(dòng)及相應(yīng)的大氣環(huán)流變化, 深刻影響厄爾尼諾和南方濤動(dòng)(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)氣候現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展, 并通過季風(fēng)系統(tǒng)對(duì)我國(guó)的氣候變化、特別是我國(guó)旱澇和冷暖異常等重大氣候?yàn)?zāi)害的形成具有極為重要的影響。熱帶西太平洋和暖池周邊海域的表層和次表層海洋環(huán)流復(fù)雜、多變, 由數(shù)支赤道流和西邊界流組成的環(huán)流系統(tǒng), 直接影響和調(diào)制暖池自身的變異和暖池區(qū)海洋-大氣相互作用過程, 同時(shí)在海洋緯向和經(jīng)向的熱量和質(zhì)量輸送、熱帶印度洋-太平洋水交換、南北半球水交換等過程中均起關(guān)鍵作用(圖 1,王凡等, 2012, 2016)。

圖1　熱帶西太平洋和暖池區(qū)域上層和中深層海洋動(dòng)力過程概述圖Fig.1 Schematic showing dynamic processes in the upper, intermediate, and deep layers of the tropical western Pacific and the warm pool

深海動(dòng)力過程對(duì)全球氣候系統(tǒng)年代際和更長(zhǎng)時(shí)間尺度的變異起決定性作用, 中深層環(huán)流對(duì)海洋熱量的輸運(yùn)和再分配決定全球氣候的變化趨勢(shì), 在當(dāng)前全球變暖日趨嚴(yán)重的背景下, 深海動(dòng)力過程與海洋碳、氮等生源物質(zhì)循環(huán)之間的關(guān)系等已成為新的科學(xué)前沿。近年來研究指出工業(yè)時(shí)代以來全球海洋熱含量的增加量, 在1950年基本都存儲(chǔ)在2000m以淺的水層內(nèi), 而在2013年約14%進(jìn)入了2000m以深的深海大洋(Gleckleret al, 2016)。深層大洋存儲(chǔ)熱量的增加被認(rèn)為和全球變暖的停滯密切相關(guān)(Trenberthet al,2013), 并也深刻影響我國(guó)的氣候變異, 關(guān)乎我國(guó)的國(guó)家安全、資源、環(huán)境等各方面的核心利益。因此開展深海動(dòng)力過程觀測(cè)研究對(duì)于解密全球和我國(guó)氣候系統(tǒng)長(zhǎng)期變化至關(guān)重要, 同時(shí)也孕育著海洋和氣候?qū)W研究中的重大理論突破和發(fā)現(xiàn)。

與此同時(shí), 熱帶西太平洋毗鄰我國(guó), 是我國(guó)戰(zhàn)略性物資的主要海上運(yùn)輸通道之一, 是我國(guó)近海動(dòng)力環(huán)境和生態(tài)環(huán)境變化的重要外部驅(qū)動(dòng)因子, 對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)平穩(wěn)發(fā)展和國(guó)家安全保障至關(guān)重要, 是我國(guó)海洋核心利益的重要組成部分。開展熱帶西太平洋上層和中深層海洋環(huán)流的系統(tǒng)科學(xué)調(diào)查研究, 不僅可以擴(kuò)展和提升我國(guó)海洋環(huán)境綜合保障能力, 還可促進(jìn)海洋科學(xué)發(fā)展、服務(wù)我國(guó)氣候預(yù)測(cè)與防災(zāi)減災(zāi)需求。隨著我國(guó)國(guó)力的日益提升和國(guó)家利益的不斷拓展,作為我國(guó)從近海挺進(jìn)大洋的必由之路, 熱帶西太平洋成為我國(guó)必須重點(diǎn)關(guān)注的海域。因此, 在“一帶一路”倡議和深海戰(zhàn)略的實(shí)施中, 迫切需要對(duì)大洋全水層海洋動(dòng)力過程進(jìn)行長(zhǎng)期、系統(tǒng)、綜合的觀測(cè), 掌握西太平洋的海洋環(huán)境、特別是水文和動(dòng)力過程的變異規(guī)律, 具有毋庸置疑的重要性和緊迫性！

2　西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的規(guī)模和內(nèi)容

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”于 2013年啟動(dòng), 構(gòu)建西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)是專項(xiàng)的重點(diǎn)任務(wù)之一。西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)西太平洋赤道主流系及其與西邊界流關(guān)聯(lián)區(qū)、中深層環(huán)流大規(guī)模同步連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè), 填補(bǔ)國(guó)際上在西太平洋赤道流系和中深層環(huán)流同步觀測(cè)的空白。2013年, 項(xiàng)目組對(duì)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)規(guī)劃。2014年, 項(xiàng)目組開始組織實(shí)施西太平洋綜合考察航次, 進(jìn)行了大規(guī)模的深海潛標(biāo)布放和大面站綜合調(diào)查作業(yè)。2015年, 西太平洋綜合考察航次成功進(jìn)行了第一次潛標(biāo)數(shù)據(jù)回收,并進(jìn)行了設(shè)備維護(hù)和潛標(biāo)的再布放, 標(biāo)志著科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)初步建成。2016年, 西太平洋綜合考察航次再次成功實(shí)現(xiàn)了潛標(biāo)的維護(hù)和數(shù)據(jù)回收, 標(biāo)志著科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行, 并成功進(jìn)行了深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化傳輸升級(jí), 破解了這一海洋觀測(cè)技術(shù)難題。

圖2　2014—2016年(自左向右)西太平洋綜合考察航次站位Fig.2 Research stations in the western Pacific cruises in 2014, 2015 and 2016

圖3　西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)潛標(biāo)位置圖Fig.3 Locations of subsurface moorings in the western Pacific

3年來, 西太平洋綜合考察航次總航程25519海里, 科研人員共成功布放和回收潛標(biāo) 73套次, 建成了由16套深海潛標(biāo)組成的我國(guó)西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行, 獲取西太平洋代表性海域連續(xù)3年的溫度、鹽度和洋流等數(shù)據(jù)。16套深海潛標(biāo)主要分布在130°E斷面北赤道流的流軸上、140°E和142°E斷面北赤道逆流的流軸上、雅浦-馬里亞納海溝連接區(qū)等(圖3)。圖4給出了西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)潛標(biāo)的典型結(jié)構(gòu)圖。在400m左右, 潛標(biāo)主浮球裝載了兩臺(tái)分別向上和向下測(cè)量的75kHz多普勒流速剖面儀, 用于獲取表層至 1000m左右的三維流速的高時(shí)空分辨率變化數(shù)據(jù)。在1000m以深以500m左右為間隔布放了若干單點(diǎn)海流計(jì), 用于獲取大洋中深層流速的連續(xù)變化數(shù)據(jù)。在400m以深配置了若干溫鹽深儀, 用于獲取大洋水體溫度和鹽度的連續(xù)變化數(shù)據(jù)。在潛標(biāo)底部配置了 2—3臺(tái)聲學(xué)釋放器, 實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)的測(cè)距、定位和回收。通過和國(guó)際同行潛標(biāo)觀測(cè)比較, 我國(guó)西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)西太平洋上層赤道流系及其與西邊界流關(guān)聯(lián)區(qū)、中深層環(huán)流的同步觀測(cè),其中上層海流觀測(cè)的垂直分辨率達(dá)到 8m, 中深層海流和溫度鹽度觀測(cè)的垂直分辨率達(dá)到 500m, 全部要素的觀測(cè)時(shí)間分辨率達(dá)到1小時(shí)。我國(guó)西太平洋潛標(biāo)網(wǎng)觀測(cè)的時(shí)空分辨率已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

3　西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行技術(shù)

西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行具有三個(gè)主要特點(diǎn)。一是穩(wěn)定, 3年來潛標(biāo)布放成功率100%, 回收成功率96.6%。二是高效, 16套潛標(biāo)800余件觀測(cè)設(shè)備的回收和再布放、70余個(gè)綜合站位的調(diào)查歷時(shí)54天完成, 工作效率實(shí)現(xiàn)歷史性飛越。三是活力, 建立了一支成熟可靠、年輕有為的專業(yè)科考團(tuán)隊(duì), 航次首席隊(duì)長(zhǎng)平均年齡34歲, 科考隊(duì)員平均年齡29歲。西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和高效,一是得益于形成了一支有活力的海洋觀測(cè)團(tuán)隊(duì), 二是得益于建立一整套行之有效的潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)工作流程。我們基于大數(shù)據(jù)分析, 量化評(píng)估各項(xiàng)工程技術(shù)指標(biāo), 用于科學(xué)計(jì)劃, 優(yōu)化設(shè)計(jì), 合理采購(gòu), 理順流程, 提高效率。經(jīng)過三年多的建設(shè)和運(yùn)行, 我國(guó)的西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了建設(shè)與維護(hù)批量化、標(biāo)準(zhǔn)化和常態(tài)化, 可為我國(guó)大洋觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)提供示范。

圖4　西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)潛標(biāo)結(jié)構(gòu)Fig.4 Schematic diagram of the configuration of the subsurface mooring in the western Pacific

圖5　2016年各潛標(biāo)站位布放設(shè)備類型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)(上)、潛標(biāo)設(shè)備密度和布放速度統(tǒng)計(jì)(中)、以及潛標(biāo)設(shè)備密度和布放速度的線性擬合關(guān)系(下)Fig.5 The type, position, and number of subsurface moorings deployed in 2016(upper); instrument density and deployment velocity statistics(middle); and the linear correlation between instrument density and deployment velocity(bottom)

以下給出西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行技術(shù)幾個(gè)例子。圖5上圖給出了2016年14套潛標(biāo)布放設(shè)備類型和對(duì)應(yīng)的數(shù)量、以及布放地點(diǎn)水深等信息。2016年西太航次累計(jì)布放潛標(biāo)設(shè)備803件, 平均每套布放 57件, 每套潛標(biāo)包含的設(shè)備數(shù)量和布放地點(diǎn)的水深成正比。圖5中圖給出了每套潛標(biāo)的設(shè)備密度(即每米的設(shè)備數(shù)量)和潛標(biāo)布放速度的關(guān)系圖, 從圖上可以看出布放速度和設(shè)備密度成反比, 進(jìn)一步計(jì)算得到線性擬合關(guān)系式, 兩者相關(guān)系數(shù)的平方達(dá)到0.7(圖5下圖)。通過這一統(tǒng)計(jì)關(guān)系式, 我們就可以根據(jù)每套潛標(biāo)設(shè)計(jì)的設(shè)備密度, 合理安排作業(yè)時(shí)間, 有效掌控整個(gè)航次的作業(yè)進(jìn)度和安排。

每套潛標(biāo)在布放前首先根據(jù)科學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)設(shè)備數(shù)量和布放深度, 初步設(shè)計(jì)完成后將對(duì)潛標(biāo)布放在海水中的姿態(tài)進(jìn)行仿真計(jì)算, 分別考慮在布放地點(diǎn)氣候態(tài)流速下、5倍、10倍、20倍和50倍氣候態(tài)流速下的潛標(biāo)姿態(tài)(圖 6), 確保在極端流速環(huán)境下, 潛標(biāo)仍可以錨定在原位置, 并能保證潛標(biāo)在海水中的姿態(tài)正常, 所有觀測(cè)設(shè)備在正常耐壓深度范圍內(nèi)。

4　西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)

深海數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸對(duì)海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)的完善和科研成果的加速產(chǎn)出意義重大, 各國(guó)紛紛致力于研究攻關(guān)。上世紀(jì) 90年代, 海洋衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了海洋表層數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。例如1992年美法合作發(fā)射了 TOPEX/Poseidon衛(wèi)星, 科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)獲取海洋表層流場(chǎng)和海表面高度場(chǎng)等數(shù)據(jù)。1982—1983年強(qiáng)厄爾尼諾事件及其引起的全球氣候?yàn)?zāi)害, 使科學(xué)家開始關(guān)注熱帶太平洋海氣相互作用和海洋上層海洋動(dòng)力過程。隨后, 美國(guó)太平洋海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)室歷經(jīng)10余年的建設(shè), 于1994年建成了70套浮標(biāo)組成的赤道太平洋浮標(biāo)陣列, 后 2000年日本海洋地球科學(xué)技術(shù)中心加入, 稱為TAO/TRITON浮標(biāo)陣列, 該陣列提供了實(shí)時(shí)的海氣通量和上層100m左右海洋溫度等數(shù)據(jù), 為監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和理解厄爾尼諾和拉尼娜海洋氣候現(xiàn)象做出了貢獻(xiàn)。海表和海氣界面的觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸后, 海洋學(xué)家亟待解決深海數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸問題, 這對(duì)提高氣候預(yù)報(bào)精度具有重要意義。

深海潛標(biāo)最上面一個(gè)浮體距離海平面還有四五百米, 這些數(shù)據(jù)很難穿透海水傳輸?shù)叫l(wèi)星上。如何實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)觀測(cè)、數(shù)據(jù)水下采集和傳輸、衛(wèi)星通信等多系統(tǒng)集成, 并設(shè)置好其工作程序, 降低功耗實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作是深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)碾y點(diǎn)。海上現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)具有很大的不確定性和工程難度, 潛標(biāo)的布放是一個(gè)壓力和張力快速變化的過程, 如何在這一過程中保證實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)設(shè)備的正常工作是另一個(gè)難點(diǎn)。

圖6　在布放地點(diǎn)氣候態(tài)流速下、20倍和50倍氣候態(tài)流速下(從上至下)潛標(biāo)姿態(tài)仿真計(jì)算Fig.6 Simulation of mooring postures when subjected to 1×, 20×, and 50×climatological current velocity of the deployment locations(from top to bottom)

針對(duì)上述問題, 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所組織開展了技術(shù)攻關(guān), 研發(fā)了潛標(biāo)數(shù)據(jù)采集、無線水聲通信傳輸、水面實(shí)時(shí)通訊、潛標(biāo)布放等一系列技術(shù)方案。在 2016年航次中, 科考隊(duì)員在其中一套潛標(biāo)系統(tǒng)安裝了水面實(shí)時(shí)傳輸浮體, 深海觀測(cè)數(shù)據(jù)首先進(jìn)行成功采集后, 將通過無線水聲通信方式傳輸給水面浮體, 水面浮體再將其發(fā)射到衛(wèi)星上, 衛(wèi)星反饋回陸地實(shí)驗(yàn)室。最終, 無線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨斧@得了試驗(yàn)成功。截至 2017年 9月, 深海數(shù)據(jù)已成功連續(xù)實(shí)時(shí)回傳260余天, 深海數(shù)據(jù)的成功回傳率在 95%以上, 創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)外有明確文獻(xiàn)記錄的實(shí)時(shí)獲取深海數(shù)據(jù)的最長(zhǎng)工作時(shí)間。圖7給出了 140°E赤道站位大洋上層 1000m緯向流速的實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)。

通常潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)每年只能采集一次, 科考船前往潛標(biāo)站位后, 科考隊(duì)員向位于潛標(biāo)底部的聲學(xué)釋放器發(fā)射指令, 使?jié)摌?biāo)系統(tǒng)釋放并上浮至海表面,再將潛標(biāo)系統(tǒng)回收至船甲板, 通過電腦連接設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的回收。而深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸后, 科學(xué)家和業(yè)務(wù)用戶可以通過電腦或手機(jī)終端實(shí)時(shí)掌握深海大洋的動(dòng)力狀況, 對(duì)深海數(shù)據(jù)的查看模式從“錄像回放”變成了“現(xiàn)場(chǎng)直播”。

圖7　142°E赤道站位大洋上層1000m緯向流速的實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)Fig.7 Real-time transmission of time-depth variation of zonal velocity in the upper 1000m at 0°, 142°E. Red and blue denote eastward and westward currents

5　西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)已取得的數(shù)據(jù)

3年來, 西太平洋綜合考察航次共完成大面觀測(cè)站位270余個(gè)(圖2), 獲取原始觀測(cè)數(shù)據(jù)100多個(gè)GB,調(diào)查內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科、多尺度、多水層全覆蓋, 更加突出對(duì) 2000m以深深層大洋的加密觀測(cè), 最深觀測(cè)深度達(dá)到 6000m。16套深海潛標(biāo)獲取了西太平洋代表性海域連續(xù)3年的溫度、鹽度和海流等數(shù)據(jù), 潛標(biāo)累積獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)量達(dá)到約25個(gè)GB。圖8給出了其中一套潛標(biāo)觀測(cè)獲取的西太平洋上層 1000m內(nèi)緯向流速的時(shí)間-深度變化。圖 9給出了其中一套潛標(biāo)觀測(cè)獲取的 1000m以深中深層緯向和經(jīng)向流速的時(shí)間變化。

6　西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)應(yīng)用和展望

西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)成功回收后, 中國(guó)科學(xué)院海洋所正在建設(shè)和完善深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收、集成與挖掘平臺(tái), 實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析, 可對(duì)深海長(zhǎng)時(shí)序環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和展示, 提供深海環(huán)境保障基礎(chǔ)信息服務(wù)。2017年 6月,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所、國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心和中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所三方簽署了“西太平洋深海實(shí)時(shí)化潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)使用戰(zhàn)略合作協(xié)議”, 依托各自在相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì), 對(duì)深海實(shí)時(shí)化觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了拓展性應(yīng)用。國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心主要負(fù)責(zé)應(yīng)用西太平洋實(shí)時(shí)化潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù), 將該資料與現(xiàn)有深遠(yuǎn)海海洋環(huán)境預(yù)報(bào)模式相融合, 及時(shí)修訂溫鹽流和短期氣候預(yù)報(bào)產(chǎn)品, 提高海洋環(huán)境預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度, 提高國(guó)家海洋環(huán)境安全保障能力。中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所主要負(fù)責(zé)利用西太平洋實(shí)時(shí)化潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)展和改進(jìn)海洋動(dòng)力模式, 開展深海海洋環(huán)境參數(shù)化和模式數(shù)據(jù)同化等研究, 對(duì)現(xiàn)有潛標(biāo)站點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。兩方將根據(jù)數(shù)據(jù)使用情況向中科院海洋所提供關(guān)于西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化和升級(jí)的建議和意見。

圖8　142°E赤道站位潛標(biāo)在2014年8月—2016年12月觀測(cè)的上層1000m范圍內(nèi)緯向流速Fig.8 Time-depth variation of zonal velocity in the upper 1000m at 0°, 142°E

圖9　15.5°N, 130°E站位潛標(biāo)在2014年9月—2015年9月觀測(cè)的中深層流速變化, 藍(lán)色表示緯向流, 紅色表示經(jīng)向流。Fig.9 Time series of zonal (blue) and meridional (red) velocities at various depths of deep ocean at 15.5°N, 130°E

西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)的連續(xù)積累和實(shí)時(shí)獲取將產(chǎn)生如下幾方面的重要意義。一是將為探索研究熱帶西太平洋環(huán)流的三維結(jié)構(gòu)、暖池變異及其對(duì)氣候變化的影響提供寶貴數(shù)據(jù)資料, 提升我國(guó)海洋探測(cè)和深?？茖W(xué)研究能力。二是將加速我國(guó)海洋預(yù)報(bào)和環(huán)境保障新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的完善, 提升我國(guó)海洋環(huán)境和氣候的預(yù)測(cè)能力。三是將滿足海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)、“一帶一路”倡議的實(shí)施對(duì)海洋環(huán)境安全保障的重大需求?！笆濉睍r(shí)期, 我國(guó)正全面推進(jìn)深海進(jìn)入、深海探測(cè)和深海開發(fā)的深海戰(zhàn)略, 深?？茖W(xué)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)技術(shù)和深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)對(duì)我國(guó)深海探測(cè)能力的提升意義重大。

幾十年來, 北美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家一直在進(jìn)行大洋觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)。TAO/TRITON陣列自1994年建成后, 由美國(guó)太平洋海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和日本海洋地球科學(xué)技術(shù)中心至今維護(hù)了23年。加拿大貝德福德海洋研究所建設(shè)的用于監(jiān)測(cè)大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流和全球氣候變化的北極區(qū)拉布拉多海 AR7W 觀測(cè)斷面, 自1990年以來至今已堅(jiān)持維護(hù)了27年。這些觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)不但為全球氣候變化研究提供了數(shù)據(jù)支撐,還增加了這些國(guó)家在全球氣候變化政策制定和科學(xué)研究中的話語權(quán)。

通過中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的實(shí)施,我們國(guó)家的西太平洋深海觀測(cè)網(wǎng)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了“彎道超車”, 上世紀(jì)國(guó)外科學(xué)家建立了海洋表層和海氣界面觀測(cè)網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸, 而在本世紀(jì)中國(guó)科學(xué)家沒有再次將解決海洋觀測(cè)技術(shù)難題的機(jī)會(huì)拱手相讓, 成功實(shí)現(xiàn)了深海數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸, 并連續(xù)獲取了高質(zhì)量高時(shí)空分辨率的深海數(shù)據(jù)。

深海大洋不只是人類了解地球亟待填補(bǔ)的空白,也是國(guó)家資源和安全保障之所系。我國(guó)要自主建設(shè)深海大洋觀測(cè)網(wǎng), 并使其長(zhǎng)期運(yùn)行, 這是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn), 需要大量的人力投入和長(zhǎng)期持續(xù)的經(jīng)費(fèi)支持。

王 凡, 汪嘉寧, 2016. 我國(guó)熱帶西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)初步建成. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 31(2), 258—262

王 凡, 胡敦欣, 穆 穆等, 2012. 熱帶太平洋海洋環(huán)流與暖池的結(jié)構(gòu)特征、變異機(jī)理和氣候效應(yīng). 地球科學(xué)進(jìn)展,27(6):, 595—602.

Cravatte S, Kessler W, Smith Net al, 2016. First report of TPOS 2020. GOOS-215, 200, http://tpos2020.org/first-report

Fischer A, Lindstrom E, Johnson G Cet al, 2017. Consultative draft V5-1: deep ocean observing strategy. GOOS, 55,http://www.deepoceanobserving.org/reports/consultative-rep ort

Gleckler P J, Durack P J, Stouffer R Jet al, 2016. Industrial-era global ocean heat uptake doubles in recent decades. Nature Climate Change, 6(4): 394—398

Trenberth K E, Fasullo J T, 2013. An apparent hiatus in global warming? Earth’s Future, 1(1): 19—32