【青岛经略海洋④】让人类的视线穿透万米深海

2018年11月02日 13:54   来源:青岛日报/青岛观/青报网

  引领“透明海洋”工程,构建综合立体、实时观测探测预测体系

  让人类的视线穿透万米深海

  ——来自青岛经略海洋一线的报道(4)

  ■“科学号”考察船上的人员正在布放深海潜标。资料照片

  前两天,记者去青岛海洋科学与技术试点国家实验室采访,听说田纪伟又率队出海了。田纪伟是中国海洋大学教授,他率队组建南海潜标观测网,实现了100%潜标回收率;又带领团队向地球“第四极”进发,执行“万米深海行动计划”,构建了国际上首个马里亚纳海沟海洋科学综合观测网,成功布放并回收国际上首套万米综合观测潜标。

  静水流深,在广袤的大海深处,无数未知的神秘期待着人类的探索。“透明海洋”科技创新工程,期冀打破这份神秘,在空、天、地、海间构建起综合立体、实时观测探测预测体系,最终让海洋“看得清、查得明、报得准”。

  “国家海洋利益拓展到哪里,‘透明海洋’工程就建设到哪里。”中科院院士、海洋试点国家实验室主任吴立新这样描述“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以及未来将要发生的事情,如海洋的温度变化、水声通道的变化、鱼群的变化等,并能做出科学预测。”“透明海洋”工程将成为人类认识海洋、开发海洋、建设海洋强国实现可持续发展的必由之路。

  6亿资金支持“透明海洋”工程

  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。而实际上,吴立新团队更早提出了“透明海洋”的设想,并于2014年在海洋试点国家实验室理事单位中国海洋大学主办的第一届“全球海洋科研院所领导人峰会”上正式提出了“透明海洋”工程,开拓了当时世界海洋研究的新视野。

  “这是一个庞大的系统工程,必须通过协同创新来完成。”据海洋试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室副主任陈朝晖教授介绍,自“透明海洋”工程启动以来,人工智能、云计算、新材料、新能源、机械制造等学科交叉融合,除了涉海科研院所和企业,天津大学、西北工业大学、中船重工、国家超算中心等国内知名高校院所和央企也纷纷加盟,围绕“透明海洋”的各项目需求贡献智慧与解决方案。海洋试点国家实验室还联合澳大利亚、美国等海洋强国在全球范围内建设综合海外研究中心,分别成立了国际南半球海洋研究中心、国际高分辨率地球系统预测实验室,汇聚国际高端资源开展协同攻关。

  据了解,“透明海洋”工程相关课题目前已获得超过6亿元科技资金支持,通过集聚国内外优势学科力量与科研人才,初步构建了世界上最大规模的区域海洋潜标观测网,突破了潜标实时传输这一全球性难题,首次实现深海数据长周期稳定实时传输并共享应用;“白龙”浮标成功布放印度洋,数据上传GTS实现全球实时共享;国内最大规模海洋智能装备立体组网观测在南海成功进行;高分辨率“两洋一海”海洋—大气耦合预报系统研制成功并进入常态化预报。

  在南海构建最大规模潜标观测网

  “在海洋领域,任何一次实质性的突破都离不开海洋观测。”陈朝晖说,“透明海洋”工程最重要的任务是构建 “两洋一海”(西太平洋—中国海—印度洋)立体观测系统。截至目前,海洋动力过程与气候功能实验室已在“两洋一海”布放了100多套潜标、浮标,获取了大量宝贵的观测资料。其中,南海潜标观测网是国际上规模最大的区域潜标观测网。

  “深海是海洋开发的重点。”田纪伟曾多次提到这个观点。近十年来,他先后率队开展21个航次,总航时700余天,组织开展潜标作业累计超过10000天,在南海成功布放系列潜标322套次,潜标回收成功率100%,这在国际上也是首屈一指。我国已经具备了对南海多尺度动力过程的系统长期连续观测能力,为南海环境安全保障、资源开发利用、生态环境保护、气候变化应对提供了重要的平台和数据支撑。

  在构建大规模区域潜标观测网的同时,田纪伟团队也在不断向地球“第四极”——万米深海挺进。2016年9月,海洋试点国家实验室“万米深海行动计划”首航任务结束,成功布放并回收国际上首套万米多学科综合观测潜标,还获得了马里亚纳海沟水深10500米处的400多升水样。田纪伟说:“我们利用自主研发的万米声控采水器,解决了超万米大体积采水技术问题。这些珍贵的数据和一手资料在世界范围内也是罕见的。”

  2017年12月,在西北工业大学马远良院士和中国海洋大学田纪伟教授的指导下,国内首套万米全水深声学观测潜标在马里亚纳海沟挑战者深渊实验成功,实现了海沟声学特性的全水深观测,声学传感器覆盖深度范围为200米至9300米。

  世界上首次3000米海底“现场直播”

  每天,中科院海洋所副研究员汪嘉宁会定时打开手机,查看西太平洋科学观测网发回来的温度、盐度、三维流速等实时数据。他告诉记者,这种实时数据已经稳定接收了250多天。

  远隔千万里,从深海大洋实时回传数据,在国际上是一项技术难题,大多数国家的科考船都只能靠每年回收一次潜标来获取相关数据。在中科院先导专项支持下,海洋动力过程与气候功能实验室在西太平洋代表性海域布放了30套深海潜标并实现稳定运行,同时研发了无线水声通信和有线数据传输两种方案,可将深海观测数据进行实时采集并通过卫星传输回岸基办公室。

  2016年底,西太平洋1套潜标成功实现了深海1000米实时数据回传,大洋上层洋流观测的垂直分辨率达到8米,大洋深层洋流和温度观测的垂直分辨率达到500米,全部观测要素的时间分辨率达到1小时。

  2017年底,西太平洋的10套深海潜标进行了数据实时化传输升级,实现了深海3000米实时数据回传,建成了国际首个深海实时科学观测网,项目科研人员和国家海洋业务部门可以通过电脑或手机终端实时掌握深海大洋的水文和动力状况。中科院海洋所所长王凡说:“我们对深海数据的查看模式从过去的‘录像回放’变成了‘现场直播’。”

  “未来,‘透明海洋’观测发展趋势将更加精细、更注重时效、更加多元。”陈朝晖说,海洋试点国家实验室将致力于自主发展一批核心观测平台(如Argo浮标、水下滑翔机)、传感器、通讯技术,建设多时空尺度、多学科综合的立体观测系统,分步推进透明中国海、透明西太平洋、透明中东太平洋的、透明印度洋及南大洋、透明北冰洋目标的实现。

  (青岛日报/青岛观/青报网记者 王 娉 实习生 姬晓娜)

编辑:张露露