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

　　兩千米下深海照樣看得透

　　猶如對浩瀚星空的癡迷，人類對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，海水的運動有著怎樣的規(guī)律？海溫變化如何影響氣候？如何更加清晰地觀測海洋的動態(tài)并進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報？

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

　　構(gòu)建了全球首個馬里亞納海溝觀測網(wǎng)，成功回收萬米綜合潛標(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1.1萬米，堪稱地球第四極。

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

　　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，實現(xiàn)了首次將“人類的眼睛”放入萬米深海——他們構(gòu)建起全球第一個馬里亞納海溝海洋科學(xué)綜合觀測網(wǎng)，還成功回收了世界首套萬米綜合潛標(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上宣布了包括這一成果在內(nèi)的一系列成績：已經(jīng)成功研發(fā)三項世界首創(chuàng)性技術(shù)，研制出兩項填補國內(nèi)空白的技術(shù)，并有兩項技術(shù)打破國外壟斷。

　　青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室由中國海洋大學(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”工程的實施者。據(jù)中科院院士、青島海洋國家實驗室主任吳立新介紹，海洋占地球表面的71%，84%的海洋水深超過2000米。遺憾的是，人類對2000米以下的海洋的了解多局限于“點和線”，不夠全面和立體。吳立新希望通過“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”工程從四個方面進(jìn)行了規(guī)劃：一是技術(shù)突破。著重加強深海觀測系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù)研發(fā)，特別是水下浮力平臺觀測技術(shù)，形成核心自主產(chǎn)品，提升觀測能力，突破國外封鎖。二是觀測網(wǎng)拓展。著力提高觀測網(wǎng)的時空分辨率，從單一觀測拓展為多要素綜合觀測，形成立體、實時、多學(xué)科的觀測網(wǎng)。三是理論創(chuàng)新。深入開展西太平洋—中國海—印度洋與極地環(huán)境、氣候、資源的協(xié)同研究，力爭在海洋環(huán)境多尺度變化機理及氣候資源效應(yīng)等方面取得重大原始創(chuàng)新。四是預(yù)測系統(tǒng)構(gòu)建。逐步有序構(gòu)建起西太平洋—中國海—印度洋氣候預(yù)測系統(tǒng)以及針對國家具體要求的區(qū)域預(yù)測系統(tǒng)，形成多層次、多學(xué)科、多目標(biāo)的預(yù)測體系。

　　想把海洋看通透，需要穩(wěn)定的全球觀測系統(tǒng)。為此，青島國家海洋實驗室聯(lián)合中國海洋大學(xué)等科研機構(gòu)，成功研制出4000米深海自沉浮式剖面探測觀測浮標(biāo)，使我國具備了對全球海洋4000米持續(xù)觀測能力。項目組還成功完成對世界上最大規(guī)模的區(qū)域海洋潛標(biāo)觀測網(wǎng)——南海、西太平洋潛標(biāo)觀測網(wǎng)的維護(hù)及擴充，在國際上首次實現(xiàn)了對蘊含豐富多尺度動力過程的南海深海盆的全面覆蓋及完整監(jiān)測。這些研發(fā)加速了觀測裝備國產(chǎn)化，有的子項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)害強度，帶動工程裝備等產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級

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

　　青島海洋國家實驗室教授陳顯堯介紹，近年來，由大型綠藻滸苔形成的綠潮在南黃海連年暴發(fā)，長達(dá)10年之久，對山東、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)，政府部門都需要投入大量人力、物力，對沿海一線綠藻進(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)報系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)星遙感反演的滸苔生物量和其他觀測數(shù)據(jù)，建立了滸苔漂移的短期預(yù)報，可以實現(xiàn)對一周內(nèi)滸苔的漂移路徑及覆蓋范圍的定量預(yù)報。2017年系統(tǒng)進(jìn)一步應(yīng)用到黃海滸苔的預(yù)警預(yù)測中，基于系統(tǒng)預(yù)報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程中對關(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)害強度。

　　徐茂波表示，近幾年，美國、加拿大、日本、歐盟等國家和地區(qū)，都在加快制訂并實施全球海洋立體觀測系統(tǒng)計劃，因此建設(shè)中國的全球海洋立體觀測網(wǎng)的需求十分迫切。這不僅對國家海洋國土安全、海洋資源利用和海洋保護(hù)開發(fā)具有重大意義，對山東省發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)同樣具有推動作用。

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

　　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個子計劃，分別通過衛(wèi)星遙感、水下機器人、超算等技術(shù)，實現(xiàn)對海洋表層、海洋深處、海底等的立體觀測，建立可靠準(zhǔn)確的模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)真正意義上的透視。

　　“這是一項復(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，這絕不是一個省份、一所科技機構(gòu)所能支撐的。

　　以深海星空計劃為例，吳立新希望能制造出綜合多種傳感器、智能可控的幾千個水下機器人，可以實現(xiàn)水下組網(wǎng)與導(dǎo)航。這項工作不僅難度大、花費高，更需要材料、能源、自動控制、通信等多個學(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、如何實現(xiàn)超長續(xù)航、智能觀測等技術(shù)，都是吳立新團(tuán)隊目前正在攻關(guān)的難題。

　　2017年底，美國國防部高級研究計劃局公布了“?；锫?lián)網(wǎng)”構(gòu)想，根據(jù)該構(gòu)想，美國海軍可以通過部署數(shù)量眾多的小型低成本浮標(biāo)傳感器來形成分布式網(wǎng)絡(luò)，從而在廣闊的海洋上實現(xiàn)持久的態(tài)勢感知。這一構(gòu)想與我國“透明海洋”工程大致相似，“我們提出時間更早，并已經(jīng)成功開展前期研究工作，我們已經(jīng)走在了前面。”吳立新說。

　　吳立新這樣描述“透明海洋”工程的未來：“科學(xué)家在實驗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、魚群的變化等，并能做出預(yù)測，國家海洋利益拓展到哪里，‘透明海洋’工程就建設(shè)到哪里。”