追踪能量在大洋中的“足迹”
——访2018年度国家科技奖自然科学二等奖获得者吴立新团队
2018年度国家科技奖揭晓，中科院院士、民盟青岛市委主委、中国海洋大学副校长吴立新团队的项目“大洋能量传递过程、机制及其气候效应”获得自然科学二等奖。这是我省在海洋领域首次获得自然科学奖，沉甸甸的奖项饱含着岛城海洋科技工作者对那一片蔚蓝世界的深情和上下求索。
“过去十多年，我们团队在《科学》《自然—地球科学》《自然—气候变化》等国际顶级刊物上发表了一系列学术论文，主要就是探究一件事：深海大洋如何获取能量？这些能量如何从海洋表层传递到海洋深层？如何导致环流所带来的热量输送的变异？这种热量输送的变化最终又如何影响气候？”中国海洋大学教授、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是该奖项的第三完成人，作为“80后”青年专家，他特别擅长用通俗易懂的语言将这样一件专业性极强的科研工作向记者娓娓道来。
摸清楚能量在海洋中的传导过程
已有的科学研究显示，海洋吸收了大量的热量和二氧化碳，在气候变化方面发挥了关键作用。目前国际上针对海洋能量传递的某些具体过程取得了一些进展，但是缺乏对能量输运机制的系统研究，这制约着人们对海洋温度和热含量变异及其气候效应的认识。“我们的获奖成果对这个过程作了清晰的描述。”陈朝晖说，团队通过定量的数据分析，确定了风输入到海洋表面的能量量值，发现风既可以通过大洋环流向海洋输入能量，又可以通过海浪向海洋中输入机械能。进入海洋的能量可以穿透海洋的主温跃层在1000米以下的深海激发混合，并引起深海混合低频变异。也就是说，当风输入海洋的能量产生变化时，海洋环流就会发生相应的改变，导致海洋里面热量分配发生改变，最终表现为海水特别是海表面的温度异常。
上述研究工作揭示了深海大洋热量变异关键海区对大气环流及区域气候的重要调节作用，为正确预测未来海洋环境与气候变化提供了理论基础。“海洋有好几千米深，而且具有明显的分层特征，能量不可能直接从表面到达海底，而是需要多种途径或者机制来实现它的传递。我们摸清楚了这个路径，也就能合理地解释大洋西边界的‘热斑’、全球变暖停滞等现象，也能够解释为什么地球上有的地方变得更加寒冷、有的地方更加温暖、有的地方更加湿润、有的地方更加干燥。”
“今天的全球深海大洋有三件事大家需要注意：一是增暖，二是酸化，三是缺氧。海洋占了地球表面的71%，但今天我们对海洋的了解跟陆地相比的话，差得太远了。”前不久，吴立新做客中纪委《大学》栏目，分享了《海洋科技创新、海洋强国建设与构建人类命运共同体》的专题。他说，习近平总书记提出“要在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术”，而海洋试点国家实验室提出来的“透明海洋”计划，就是要知道今天的海洋正在发生什么，明天的海洋将会发生什么。
“家门口的暖气通道”受影响最大
吴立新团队的研究成果对我国海洋和气候的影响最为密切。他们在研究中发现，近百年来海洋升温最显著区域主要集中在全球大洋副热带西边界流区，其增暖趋势大约是全球平均速度的2至3倍，尤其是在西北太平洋黑潮区域升温速率可以达到全球平均速率的5倍以上，呈现出一种“热斑”效应，很容易引起冬季风暴、夏季梅雨以及局地大气环流等显著变化。
陈朝晖把西太平洋的边界流比喻成我国“家门口的暖气通道”：“它的幅宽很窄，大约只有100公里，但是流量却特别大，相当于长江净流量峰值时期的千倍量级。”陈朝晖说，过去60年，这个“暖气管道”的起源地（即太平洋北赤道流分叉点）不断南移，因而“暖气管”不断加长，就不断把低纬度海水的热量输送到了中高纬度，这股暖流就是我们所熟知的“黑潮”（因比其他正常海水颜色深而得名）也不断加强。而“黑潮”对我国东部沿海的气候影响很大，对我国近海生态环境和渔业资源的影响也十分关键。“我们的研究成果，首次将深海大洋的环流热输送过程与最近气候变化联系在一起，凸显了海洋热输送及热容量在气候系统中的重要性。”
自主研发4000米级深海Argo浮标
据了解，由于海洋观测难度大，观测手段落后以及观测成本较高，深海大洋的观测数据严重匮乏，人们对深海大洋的热量变化知之甚少。自1998年开始，全球海洋观测试验项目（Argo计划）推出，各个国家在全球各大洋布放了大约4000枚自持式剖面观测浮标（简称Argo浮标），将人类对于深海温度、盐度、PH值、溶解氧等数据的获取能力，从过去七八百米深拓展至2000米，而且观测数据实现了全球共享。
吴立新团队正是抓住了这个机遇，充分利用观测数据对深海大洋不同尺度运动过程之间的能量传递、响应机制进行了深入研究，为全球海洋与气候研究打开了一扇新的窗户。但他们并不满足于已经取得的成绩，目前团队成员参与到4000米级深海Argo浮标的研发和科学应用中，力争实现4000米深海大洋的“状态透明”。
据了解，海洋试点国家实验室已经与澳大利亚共建了国际南半球海洋研究中心，将以南大洋海洋观测为重点，构建深海观测浮标系统，推进南大洋气候变化和生物多样性及生态系统研究。“希望在第二轮国际Argo计划当中，我们能够将自主研发的深海Argo浮标投入到全球深海大洋，从而在国际海洋观测探测计划中占据一席之地，掌握深海大洋科学研究的主导权。”