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学者专栏▏海洋为什么神秘——透明海洋和数字海洋的批判

 蓝林观海 2023-12-29 发布于中国香港
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如果说宇宙神秘是因为太过于遥远了,我们无法触及只能远远地观看。那么在我们身边触手可及的海洋就不应该是神秘的,而应该是透明的。然而,长久以来人们却偏偏为海洋蒙上了一层神秘的色彩。因为,至今为止有太多与海洋相关的事我们既说不清楚也道不明白。

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孩子眼中绚丽多彩和神秘的海洋生物

千百年前,人们就开始用肉眼观察星空,同时也在观察近在咫尺的海洋。通过观察太阳和月亮的运动轨迹,感受一年四季的冷暖变化,创立了指导农耕的二十四节气,解决了吃饭的问题,我们成为最会种地的民族。对于海洋,人们通过观察认识了潮涨潮落,看到了波涛起伏,也感知到了海流的存在,在一次次的渔获中认识了一些海洋生物,但是除了赶海、潮汐和渔获的一些口诀外,与观天形成历法和节气相比有不小的差距。

千百年来,天文观测获得的信息只有光和电波,而亮度和颜色却容易受到大气层的干扰,为了尽量避开陆地灯光和大气的干扰,将天文望远镜放在了高山上。如今,直接发送到外太空彻底消除了大气层的影响。不过宇宙太大了以至于我们难以看得过来,但天文观测技术的每一次进步都让我们看到了更为遥远的天体,并不断改变着我们对宇宙的认知。百年来,我们一直在海洋里观测海洋,通过接触方式进行着海洋观测,尽管获得的信息要比天文观测丰富得多,但基本不透明的水体和深海的无光环境,大幅度地限制了我们观察的距离和感知的能力。这与对连光也难逃逸的黑洞观测有些类似,海洋观测如同“盲人摸象”,不仅缺少理论的指导,而且有一定的观测难度。比如,从颠倒温度计到CTD的革命性技术进步,我们用了近100年,如今又过去了近半个世纪,我们却丝毫也看不出下一次革命性技术进步的蛛丝马迹。在海洋里观测海洋,让我们失去了对完整海洋的观察机会,只能通过获取局部观测数据去理解、拼凑、推测和认知完整的海洋,难免出现偏差。

空间上,海洋的观测尺度无法与太空观测相比,海洋仅是包裹在地壳上的一层薄膜,其变化取决于地下炽热的岩浆和上空遥远的太阳,而对内外能量的变化我们了解的并不多。在时间上,海洋的年际变化以及受地球环境影响的长期变化,同样也无法与天体的长期变化相比。与我们无法观测无光的天体类似,不透明的水体和暗黑无光的深海以及接触性测量的方式,大大地限制了我们探测和认识海洋的速度、深度和广度,所以至今为止被人类测量过的海域很有限。因此,我们既不知道海洋里有多少种生物,也不知道有多大的生物量;我们只能粗略了解海底地形和岩石、矿物、沉积物的大致分布状态;概略地了解大洋环流的形态,以及冷暖海流交汇后形成的大渔场;尽管我们可以准确地预测天文潮,但大洋海面的高低差异是不久前我们才刚刚意识和感知到的存在……

总之,我们对近在身边海洋的了解程度并不比对太阳系更多,至今为止有很多海洋现象我们还未知,甚至是没有感知到它的存在,所以无法揭开海洋的神秘面纱。对于人类现在的海洋还是不透明的,更谈不到数字海洋。至今为止,世界海洋研究和海洋调查的基本使命任务仍与“挑战者”号的环球探险活动类似,即进行海洋普查。认识海洋依然是我们长期而艰巨的工作。

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在地心、地幔、地壳、海洋和大气中海洋仅是一层薄膜

当“旅行者”航天器回望地球时,地球不过是一个小小的光点。对于地球,海洋是一层承上启下的薄膜,但对人类而言,海洋既宽广又深奥并且十分巨大。我们观察太空和海洋已有千百年的历史,在近几百年里进步得很快,尤其是在19和20世纪,天文观测技术得到了快速的发展,在航天技术发展后,天文观测技术发生了质的飞跃,离开大气观测太空已经成为现实。与天文观测相比,海洋观测和采样的进步却很缓慢,直到20世纪末期,海洋声学探测技术才有了较大的进步,大大加快了海底地形的探测速度和精度。通过航空遥测和海洋卫星遥感技术,实现了对大区域洋流和大尺度涡旋的观测。获得了海洋表面生物、温度等大区域分布及变化信息,初步实现了整体窥视海洋。然而,被我们忽视的海洋里普遍存在的热液喷口和深海生物群落,让我们重新审视观测海洋和认识海洋的过程。我们已经认识到海洋观测技术的进步并不能满足我们对海洋的认知欲望,难以满足海洋研究的基本需求,尽管海洋观测技术的进步空间很大,但难度同样也不小。如今,在海洋里观测海洋的技术已经遇到了发展瓶颈,离开海洋观测海洋的遥感遥测技术则应用时间较短,其观测能力还有待于进一步提高,因此发展海洋观测技术是今后很长一段时间的重要任务。

当发明电报后才有了地面天气图,在此基础上才能逐步发展到天气数值预报。如今,依靠远比海洋里分布密集的长期气象观测站以及观测数据快速传输网络,在数据更新为小时尺度条件下的数值分析计算才基本具备对大尺度气旋和寒潮的预报能力,但对局地天气的预报仍不够准确。在海洋里并不具备这样的基本条件,海洋观测的便捷程度要比陆地气象站差很多。即便“透明海洋”是一个努力的方向,我们首先要有足够的耐心等待海洋观测的革命性技术进步,这是先决条件。

在“透明海洋”中淡化了我们对海洋的认知程度不高的现实,用我们还相差甚远的以点带面的理想海洋观测状态去获取海洋研究资料;现在的海洋基础理论还很薄弱,系统性和完整性不足,不能像相对论那样推测出“黑洞”和引力波的存在。在没有先决条件、海洋基础理论不足、丝毫看不到海洋观测革命性技术进步的情况下,推进“透明海洋”“数字海洋”无疑会让国家的投入打水漂,不仅忘记了赫崇本先生“节俭办科学”的教诲,也与全球海洋观测网试验(Argo计划)用廉价设备获取多点、同步、连续海洋观测信息相差甚远。重形式轻内容,拔苗助长好大喜功,大趋势判断错误,将无助于海洋事业的健康发展。

由于获取海洋观测信息的难度、数量和信息维度的不足,阻碍了我们对海洋的认知,所以我们才会感觉--海洋很神秘。

2023年12月17日,吉国,于青岛

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【作者简介】吉国,1956年出生,男,济南市人,1982毕业于山东海洋学院海洋系水文专业,大学毕业分配到烟台烟台海难救捞局,1984年调入(原)国家海洋局北海分局,1992年起任国家海洋局北海分局环海海洋工程勘察研究院副院长,2005年起任国家海洋局北海分局大洋调查设备技术管理中心/潜航管理办公室主任,正高级高级工程师。从事海洋调查工作三十余年,熟悉水体、地质、物探、ROV等各类海洋调查技术装备的使用和装备技术管理;曾多次主持和参与了“中日黑潮合租调查”、“中韩水动力循环调查”、“126 专项调查”、“西北太平洋环境调查”、“南极科学考察12次队”、“大洋深海资源勘查”、“首次北极科学考察”、“首次大洋环球科考”等国家大型海洋调查任务,主要从事海洋水体调查和调查数据处理与分析工作;2004年以后,主要从事“大洋一号”船绞车收放系统、深海摄像、深海拖曳体、ROV、AUV等大型海洋调查技术装备管理,参与“大洋一号”船多波束选型和多波束安装,参与7000m载人深潜器海试母船(向阳红09船)技术改造并负责实验室和调查设备改装,主持“大洋一号”船多项技术改造等。曾获教育部“3500米深海观测和取样型 ROV 系统”科学技术进步一等奖(第5完成人),中国船舶重工集团公司“中国载人深潜潜航员培训体系创建与实践”二等奖。退休后,主要从事近海海洋环境技术装备研发,作为专家参与了万米ARV海上试验验收工作,等等。本文编发已经取得了作者授权。

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