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构建新一代海洋环境保障平台 |
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——记中科院知识创新工程重大项目“关键海域中尺度物理海洋过程的预报模式及关键技术研究” |
■本报记者 廖洋 实习生 代彤 通讯员 申辉 刘彬
为响应国家海洋战略，大力发展海洋事业，中国科学院以知识创新工程为契机，于2008年启动了创新三期资源海洋基地重大项目“关键海域中尺度物理海洋过程的预报模式及关键技术研究”。该项目由中国科学院海洋研究所主持，联合中国科学院南海海洋研究所、声学研究所、大气物理研究所、地理科学与资源研究所共同合作攻关。据悉，该项目是“十一五”以来，资源与海洋科技创新基地在海洋领域启动的第一个物理海洋学重大项目。
据项目主管、中国科学院海洋研究所研究员侯一筠介绍，项目启动以来，积极促进多学科交叉合作，搭建起一个高效的创新合作和管理平台，并集中各研究所优势力量，取得重要创新性研究成果。构建了处于国际先进水平的中尺度过程数值同化预报模式，为发展我国新一代先进的海洋业务预报系统、提升中国近海海洋环境保障水平提供重要支撑。
锁定国家重大需求 瞄准海洋中尺度过程
国家“十二五”海洋科学与技术战略规划提出，“要显著增强海洋探测及应用研究能力和海洋资源开发利用能力，进一步完善近海海洋科技研究体系”的要求。《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020》中提出开发高精度海洋动态环境数值预报技术的需求，在其着重发展的前沿技术中更是明确提出要发展“对海洋环境要素进行同步监测的技术”，“重点研究海洋遥感技术、声学探测技术”和“发展海洋信息处理与应用技术”。
项目的科学意义还体现在，海洋中尺度过程是国际前沿热点科学问题，是海洋能量链中重要的一环，海洋大尺度过程的能量通常通过中尺度过程传递给小尺度过程；中尺度过程也是促使海洋水体内部混合，形成温、盐细微结构的重要因素之一。中尺度过程是海洋中的“天气过程”，尤其应引起动力学研究的重视。
对我国近海中尺度过程的监测、机理及测报模式开展系统的基础研究，不仅在科学上而且在应用上均具有重要的意义。
因此，当前迫切需要开展中国近海以中尺度涡旋、锋面、跃层和内波为代表的中尺度动力过程的机理和测报方法与模式研究，以揭示我国近海中尺度动力过程的时空特征和生消演变规律及其水声学效应，研制我国近海中尺度动力过程影响下的声场测报模式，最终提供我国近海中尺度动力过程测报评估保障系统，为国家经济建设国防安全提供准确的海洋环境保障和科学决策依据。
集合优势力量 搭建创新合作平台
项目共设置4个研究课题，分别由不同研究所主持和参与，充分发挥各方优势力量，实现优势互补。项目聘请侯一筠担任项目主管兼第四课题负责人；南海海洋研究所副所长、热带海洋环境动力学国家重点实验室主任、研究员王东晓担任首席科学家兼第一课题负责人；声学研究所副所长、研究员潘锋担当项目首席技术专家兼第二课题负责人；大气物理研究所副所长、研究员朱江作为项目的第三课题负责人。
其中，“关键海域中尺度物理海洋现象的过程、机理及其声学效应”课题，以满足项目总体目标为依据，开展关键海域中尺度过程的生成机制、三维结构、非线性随机特征、演变规律、与其他动力过程间的相互作用机制及其声学效应等研究。
“关键海域中尺度物理海洋过程的声学反演及其快速评估技术”课题，旨在建立适合我国关键海域的声场快速预报模型；研究和掌握我国南海等关键海域的涡旋、锋面／跃层、内波等中尺度海洋环境现象条件下的声场规律和声场时空相干特性规律。
“关键海域中尺度物理海洋过程的预报模式”课题，研发重点海域中尺度现象的数值预报/模拟模式系统和与之匹配的海洋资料同化系统，实现关键海域中尺度海洋环境试验预报。
“关键海域中尺度物理海洋过程的实验研究与信息集成”课题，开展海洋学和声学的同步观测试验和卫星遥感海洋中尺度海洋现象的信息提取研究；开展海洋动力环境与中尺度动力信息的系统集成技术研究，综合集成项目中多源长时间序列数据，建立时空数据库，为多源数据分析提供集成接口/平台。
服务经济、社会 着力原始创新
项目注重原始创新，在中尺度过程机理、数值模式、声学反演等方面取得重要成果。
在现场观测方面，成功组织实施了两次南海北部现场调查试验，获取两个航次70多个站位的海洋学观测资料、在南海深水区获取截至观测时间为止最长时间10个月的深水潜标连续观测资料。并成功实施海洋—声学联合试验，捕获了海洋中尺度过程影响下的声场特性观测结果。
在机理方面，系统阐明黑潮入侵南海非线性动力学特征及机理；揭示了南海中尺度涡的生消特征、季节变化以及涡动能的时空分布及其演变特征。
在方法创新方面，建立了海面气温及海气界面通量的遥感反演新方法；将卫星遥感资料同化到数值模式中，开发了关键海域中尺度数值同化预报模式，进行了预报试验及检验，预报精度达到国际先进水平。
在社会效益方面，该项目为不同学科，特别是为海洋学与水声学的交叉合作提供了一个平台和合作机制。来自两个不同领域的科学家可在同一个实验室内合作研究，优势互补，把我国的应用海洋学提高到一个新水平。
海洋信息集成和数字海洋技术是当前海洋信息科学的发展前沿，各国纷纷开展相关工作。数据在线分析技术是海洋生态环境和动力环境快速分析的关键技术之一，这部分的研究将有助于提高我国海洋环境快速分析能力和海洋动力环境高维数据分析能力。
据介绍，该项目拟提供的集成软件系统将为中国近海中尺度动力过程实时监测和短期预报提供技术和方法。项目取得的系统化产品还可为科研部门、海洋工程技术、交通部门提供信息服务，实现经济效益和社会效益的双赢。
此外，项目在着力提升原始创能力的同时，坚持科研与教育相互促进，还培养了一大批青年科技力量和不同学科领军人才，形成了既出高水平创新成果又出高水平人才的崭新局面。
《中国科学报》 (2012-01-01 B15 专题)
