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两千米下深海 照样看得透

2018-01-05 09:42 来源:人民日报 肖家鑫

  工作人员正在下放温盐深仪,用于探测海水温度、盐度和深度。

  犹如对浩瀚星空的痴迷,人类对于海洋深处的探索也从未止步。静水流深,在广袤神秘的深海,海水的运动有着怎样的规律?海温变化如何影响气候?如何更加清晰地观测海洋的动态并进行准确的预报?

  近日召开的“透明海洋”科技创新工程新闻发布会,让“透明海洋”的概念走近公众。“透明海洋”就是通过建立海洋立体观测系统,获取海洋环境综合信息,建立预测系统,掌握海洋环境变化,实现目标海域“看得清、查得明、报得准”。透明海洋工程实施4年了,目前进展如何?

  构建了全球首个马里亚纳海沟观测网,成功回收万米综合潜标

  马里亚纳海沟是目前世界上已知的最深海沟,位于菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋洋底,最深处深度约为1.1万米,堪称地球第四极。

  这里历来是世界深海研究的焦点,更是难点。海沟的特殊性质使其海洋动力过程、生物地球化学过程、生物种群分布及起源、地球深部碳循环与开阔大洋相比具有不同的特性。马里亚纳海沟是探索海洋动力过程、物质与能量输运、生物地球化学过程、壳幔结构及极端环境下物种起源的最佳天然窗口,同时是研究深海科学与技术的最佳场所。

  作为“透明海洋”工程的重要成果之一,科学家们正是在这里,实现了首次将“人类的眼睛”放入万米深海——他们构建起全球第一个马里亚纳海沟海洋科学综合观测网,还成功回收了世界首套万米综合潜标,使深海状态变化不再神秘。

  山东省科技厅巡视员徐茂波在会上宣布了包括这一成果在内的一系列成绩:已经成功研发三项世界首创性技术,研制出两项填补国内空白的技术,并有两项技术打破国外垄断。

  青岛海洋科学与技术国家实验室由中国海洋大学等5家驻山东高校和科研单位共同发起筹建,也是目前“透明海洋”工程的实施者。据中科院院士、青岛海洋国家实验室主任吴立新介绍,海洋占地球表面的71%,84%的海洋水深超过2000米。遗憾的是,人类对2000米以下的海洋的了解多局限于“点和线”,不够全面和立体。吴立新希望通过“透明海洋”工程,可以把2000米以下海洋看通看透。

  徐茂波介绍,目前,“透明海洋”工程从四个方面进行了规划:一是技术突破。着重加强深海观测系统关键设备与技术研发,特别是水下浮力平台观测技术,形成核心自主产品,提升观测能力,突破国外封锁。二是观测网拓展。着力提高观测网的时空分辨率,从单一观测拓展为多要素综合观测,形成立体、实时、多学科的观测网。三是理论创新。深入开展西太平洋—中国海—印度洋与极地环境、气候、资源的协同研究,力争在海洋环境多尺度变化机理及气候资源效应等方面取得重大原始创新。四是预测系统构建。逐步有序构建起西太平洋—中国海—印度洋气候预测系统以及针对国家具体要求的区域预测系统,形成多层次、多学科、多目标的预测体系。

  想把海洋看通透,需要稳定的全球观测系统。为此,青岛国家海洋实验室联合中国海洋大学等科研机构,成功研制出4000米深海自沉浮式剖面探测观测浮标,使我国具备了对全球海洋4000米持续观测能力。项目组还成功完成对世界上最大规模的区域海洋潜标观测网——南海、西太平洋潜标观测网的维护及扩充,在国际上首次实现了对蕴含丰富多尺度动力过程的南海深海盆的全面覆盖及完整监测。这些研发加速了观测装备国产化,有的子项目甚至可以做到所用设备均为自主研发。

  降低海洋灾害强度,带动工程装备等产业转型升级

  据青岛海洋国家实验室不完全统计,“透明海洋”工程相关课题目前已获得了超过6亿元科技资金支持。除了加深对海洋的认识,还有一项重要功能就是开展海洋科技基础性、公益性的关键技术研究和突破,影响和改善民生。

  青岛海洋国家实验室教授陈显尧介绍,近年来,由大型绿藻浒苔形成的绿潮在南黄海连年暴发,长达10年之久,对山东、江苏沿岸的旅游业和海水养殖业造成了巨大危害。每年夏季,受绿潮影响的地区,政府部门都需要投入大量人力、物力,对沿海一线绿藻进行收集、打捞和处理。“透明海洋”工程构建了渤黄东海高分辨率精细化短期预报系统,根据卫星遥感反演的浒苔生物量和其他观测数据,建立了浒苔漂移的短期预报,可以实现对一周内浒苔的漂移路径及覆盖范围的定量预报。2017年系统进一步应用到黄海浒苔的预警预测中,基于系统预报的浒苔漂移路径及覆盖范围影响,有关单位向青岛市政府提出在浒苔漂移过程中对关键区域进行先期打捞拦截,减缓了浒苔大范围侵入青岛沿海,从而降低了灾害强度。

  徐茂波表示,近几年,美国、加拿大、日本、欧盟等国家和地区,都在加快制订并实施全球海洋立体观测系统计划,因此建设中国的全球海洋立体观测网的需求十分迫切。这不仅对国家海洋国土安全、海洋资源利用和海洋保护开发具有重大意义,对山东省发展海洋经济同样具有推动作用。

  山东省科技厅海洋科技处处长孙高祚认为,“透明海洋”工程可以及时反映近海以及远洋海洋资源开发状况和开发潜力信息,为实现海水养殖、远洋渔业等合理有序开发提供科学依据;可以及时提供海洋的环境和气候信息,为港口运输、海上捕捞、海上油气开发等作业活动提供安全生产保障。还可以通过对海洋资源环境信息的综合运用,对海洋经济发展前景作出预测。对于山东来说,“透明海洋”工程产生新技术、形成新动能,将会带动山东省海洋观测、海洋工程装备、海洋油气资源开发等产业转型升级。

  多学科协同创新,将建立准确的海洋模拟系统

  根据吴立新的构想,“透明海洋”工程共分为海洋星簇、海气表面、深海星空、海底透视、海洋模拟器5个子计划,分别通过卫星遥感、水下机器人、超算等技术,实现对海洋表层、海洋深处、海底等的立体观测,建立可靠准确的模拟系统,实现真正意义上的透视。

  “这是一项复杂的大科学工程,需要诸多学科的协同创新。”吴立新说,这绝不是一个省份、一所科技机构所能支撑的。

  以深海星空计划为例,吴立新希望能制造出综合多种传感器、智能可控的几千个水下机器人,可以实现水下组网与导航。这项工作不仅难度大、花费高,更需要材料、能源、自动控制、通信等多个学科的协同研发。在海洋深处,如何完成大数据高速传输、如何实现超长续航、智能观测等技术,都是吴立新团队目前正在攻关的难题。

  2017年底,美国国防部高级研究计划局公布了“海基物联网”构想,根据该构想,美国海军可以通过部署数量众多的小型低成本浮标传感器来形成分布式网络,从而在广阔的海洋上实现持久的态势感知。这一构想与我国“透明海洋”工程大致相似,“我们提出时间更早,并已经成功开展前期研究工作,我们已经走在了前面。”吴立新说。

  吴立新这样描述“透明海洋”工程的未来:“科学家在实验室就能知道全球海洋正在发生的事情,如海洋的温度变化、水声通道的变化、鱼群的变化等,并能做出预测,国家海洋利益拓展到哪里,‘透明海洋’工程就建设到哪里。”

(责任编辑:王蔚)

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