王凡在海上科考 

　　周末人物·中國新聞名專欄　　這位土生土長的青島籍科學家，從事大洋環流研究30多年，組織和參與了9航次西太平洋科學考察。他和他的　團隊，突破了很多不可能，但前方仍有更多未知，“今天你把這個事兒解決了，真是輕松愉快。但更長的時間，你的　狀態是，怎么也解釋不了，怎么也想不通?！彼f，這就是科學探索的艱辛，也是科學探索的魅力。 

　　說起“厄爾尼諾”，人們并不陌生。1998年長江洪水、2016年我國南方洪災、2019年澳大利亞極端干旱引發森林大火，都是它惹的禍。對厄爾尼諾的研究和預測，是氣候學家和海洋學家共同的課題。在中國，就有這樣一群海洋學和氣候學家，他們直探西太平洋暖池這個“全球氣候心臟”，揭示海氣作用的機理，他們的成果幫助我國成功預報了2015年來的多次厄爾尼諾事件。

　　中國科學院海洋研究所所長王凡研究員，就是這些科學家的代表。這位土生土長的青島籍科學家，從事大洋環流研究30多年，組織和參與了9航次西太平洋科學考察。2020年7月，他作為首席科學家主持完成的“熱帶西太平洋暖池熱鹽結構與變異的關鍵過程和氣候效應”項目，獲山東省自然科學一等獎。日前，大眾日報記者來到青島，請他講述自己獨特的探洋人生。

　　時時“聽”得到太平洋的濤聲 

　　中國科學院海洋研究所坐落于青島匯泉灣畔一個寧靜的院落里。王凡辦公室的窗外，就是波光粼粼的黃海。在這處寧靜的所在，他卻時時“聽”得到太平洋的濤聲。10多套實時化深海觀測潛標，每個小時，都會把幾千里之遙的西太平洋的溫度、鹽度、洋流等實時數據發到他的手機上。而這些數據中，就蘊含著預測氣候變化的重要訊息。

　　1989年，王凡從中國海洋大學本科畢業后，師從著名物理海洋學家、中科院院士胡敦欣等教授攻讀研究生，從此結緣大洋環流，致力于與全球氣候變化相關的海洋環流動力學研究。而暖池這個課題，是王凡團隊2009年開始研究的。

　　熱帶西太平洋，存在著一個多年平均海表溫度28℃以上的全球最大暖水區，被稱為熱帶西太平洋暖池（以下簡稱暖池），它是驅動熱帶大氣環流的主要熱源，也是東亞季風和厄爾尼諾現象的策源地。暖池中有1%的熱水流到太平洋東岸，就可能會引發厄爾尼諾事件。

　　以往，人們研究暖池，聚焦的多是100米以淺的海表層溫度的“準二維”分布，對海面以下的深層結構和鹽度結構并不了解。而王凡團隊把目光投向100米以下的“次表層”，更加關注鹽度，抓住了“熱鹽變異”這個關鍵，決心為暖池做個“三維CT”。

　　2010年，王凡團隊首次在暖池核心區域——菲律賓海一帶成功布放了兩套6000米深的深海潛標，后來逐年增至30多套。通過對觀測數據的分析，暖池的三維熱鹽結構漸漸清晰。他們在暖池內部發現了一個新的水團。這個水團的特點是鹽度低，與其南、北兩側的高鹽水團之間構成了兩道密度鋒面，鋒面好似一堵“墻”，水通常只能順著鋒面流，很難跨越鋒面進行交換。這兩道鋒面就好似兩堵“墻”，框住了暖池水，有利于暖池的保溫。但這個“墻”并非滴水不漏，在太平洋內區，王凡他們發現“墻”出現了“豁口”：在那里水團間熱量交換通暢，暖池的暖水也無法維持，因而形成了暖池的東邊界。他們將這個通道稱為“內區通道”。

　　在暖池內部，王凡他們還發現了豐富的中小尺度熱鹽結構——中尺度渦旋和小尺度熱鹽入侵結構。前者狀似漩渦，直徑百公里，是由鋒面兩側的水團時刻博弈“抖落”出來的；后者狀似螺絲，長度幾十米，是由鋒面兩側的水團交錯嵌入形成的。反過來，通過渦旋的攪動和熱鹽入侵結構的“犬牙交錯”，水團間進行有限的交換和混合。而在大尺度上，“莽撞”的大洋環流有時突然變道，把鋒面一側的水強力地“灌”到另外一側；洋流的輸送也決定了暖池水的變化。

　　在刻畫三維熱鹽結構的基礎上，王凡團隊揭示了暖池熱鹽變異的主要機理，并發現了暖池變異對厄爾尼諾現象和我國華南降水變化的重要影響，揭示了暖池的鹽度變化影響厄爾尼諾事件發展的完整過程，闡釋了暖池海溫異常增暖造成我國華南秋季嚴重干旱的機理。

　　“?！崩锏某晒?，很快用在了“天”上。作為本次獲獎項目的參與者，大氣物理研究所的鄭飛研究員等氣候學家，根據王凡團隊對暖池熱鹽結構的細致刻畫，將厄爾尼諾預報模式增加了一個鹽度模塊，從而顯著提高了其預報準確率。2015年3月，這個模式在國際上多種厄爾尼諾預報模式中表現極為出彩，提前9個月即成功預報了厄爾尼諾的暴發、發展和強度，在國際上獨樹一幟?！昂Ｑ竽芰拷粨Q主要在水下，實時化潛標數據對開展精準的中長期氣候預報至關重要?！贝髿馕锢硌芯克八L朱江如此評價王凡團隊的貢獻。

　　2015-2016年超強厄爾尼諾發生后，全球出現了連續兩次拉尼娜事件，接著又出現連續兩次厄爾尼諾事件，而中科院的預報模式都給出了成功的預報。中國“?！薄皻狻笨茖W家聯手，把論文寫在了海天之間，為我國的防災減災事業作出了重要的貢獻。

　　從望洋興嘆到“深海直播” 

　　王凡永遠忘不了2010年的那一天，在浩瀚無垠的太平洋上，他們第一套成功布放的深海潛標發回了第一串美妙的數據。在多年的望洋興嘆之后，中國科學家終于擁有了自己的西太連續觀測數據。

　　王凡今年53歲，研究大洋環流30多年。但其中的十幾年時間，他們的西太研究處于要經費沒經費、要數據沒數據、要出海出不去的“三難”狀態，可謂板凳坐得十年冷。

　　其實，我國的大洋研究起步并不晚。1985年，在TOGA(熱帶海洋與全球大氣)國際研究計劃框架下，中美實現了熱帶西太平洋海洋大氣相互作用合作調查研究。從1986年起，胡敦欣院士先后組織了5次西太平洋科考調查，發現和命名了第一支由中國人發現的洋流——棉蘭老潛流，獲取了國內第一批西太平洋的一手資料。但20世紀90年代，TOGA項目結束，我國的海洋科研當時以近海為主，國家這方面的支持就很少了。

　　1990年至2005年的十多年間，胡敦欣、王凡所從事的西太平洋研究拿到的都是十幾萬、二三十萬元的小項目，而在深海布放一套潛標需要二三百萬元。國外公開的數據資料又已經被人研究過多少遍了，要作出原始創新很難?？粗鴩H上西太研究突飛猛進，王凡體會到了什么叫作“望洋興嘆”。

　　2000年，王凡受邀到美國得克薩斯農工大學做了半年訪問學者。當時美國很重視大洋研究，對科研院所的資助力度很大，在美國能夠輕易查到最新的數據資料和研究文獻，數值模擬的條件也比國內強很多?？蒲腥藛T的待遇更是天差地別，即使是最底層的科研人員——博士后在美國一年的工資也有3.5萬美元左右，是當時王凡在國內收入的幾十倍。巨大的落差讓他感到無能為力：“不是我不喜歡，也不是不想研究大洋了，而是當時好像確實不具備這個條件了?！?/p>

　　為了維持實驗室和課題組的運轉，王凡等人大量承接了近海的研究課題。但他一直沒有放棄西太的研究。他堅信，西太不僅是影響我國氣候的關鍵海域，更是我國走向深海大洋的出口，戰略意義十分重要。一個海洋大國，是不能光在近海打轉的！

　　2005年，中國海洋大學牽頭和中科院海洋所聯合申報的一個西太研究課題獲“973”項目立項，經費2000萬元。大洋研究終于重啟，終于可以直接觀測了！王凡和同事們歡欣鼓舞。他們不遠萬里，到西太平洋布放了4套觀測潛標。哪知第二年去回收，一套也找不到了，一年的期盼打了水漂。

　　“當時，我國還沒有在深海布放過潛標，在近海布放的潛標也不深于100米。我們參照近海標準做的設計，低估了大洋的海況?！蓖醴舱f。

　　王凡他們決心優化設計。潛標好似一根海帶，根部拴一個重物，落到海底起固定作用；上面用纜繩串上一串測溫度、鹽度、海流等的儀器；儀器附近還要掛上浮球，確?；厥諘r任何一處斷掉，所有儀器能浮上來。根部的重力錨要多重、纜繩要多粗，才能經得住海流拉拽？每一臺設備多重、多大，要配幾個、多大的浮球，才能確保浮上來？這些都要精確計算。其中，浮球在不同海流下會產生傾斜，他們為此專門開發了計算軟件去算姿態，非常精細。材料方面，儀器怕銹，就安裝了鋅塊當犧牲陽極；所有的不銹鋼連接件都包覆上一層工程塑料。設備方面，布放潛標時不能磨損儀器和纜繩，科考船上的起吊裝置也進行了改造……

　　一切準備就緒，2010年，王凡作為首席科學家，帶隊搭乘“科學一號”科考船出海，去西太平洋布放潛標。靶點處于菲律賓海溝的西側斜陡坡上，海溝最深處1萬多米，布放的理想區域只有2公里見方。在這里布放潛標，就好似從狂風呼嘯的萬米懸崖上，向崖底的一張方桌上扔一串石頭。

　　10多次方案論證、無數次演練后，布放開始了?？瓶即媪髀?，王凡指揮科考隊員站在甲板上，把纜繩、儀器、浮球等擺了一甲板。他們用“A”形架先把“海帶梢”——主浮球放到海表面上，一邊走一邊放纜繩；每隔一段，串上儀器、掛上浮球，放到海里。6000多米長的繩子，帶著球和儀器漂在海上，船行不能太快，否則繩子繃得太緊會拉斷；也不能太慢，慢了繩子會絞成一團。而“科學一號”是1980年服役的老船了，沒有動力定位，沒有無級變速，一起步，“嘩”地躥出去了，船長趕緊吆喝“停！”停船滑行了一會兒，又太慢了，船長再吆喝“前進！”就這樣一步一咯噔，反復開船、停船不下200次。王凡一顆心懸在半空，生怕這艘老船的發動機受不了，“趴了窩”。

　　放了四五個小時，最后，重力錨入水了，它拖拽著纜繩，緩緩沉向海底。

　　這一刻，好似跟自己的孩子在人群中撒手，王凡的心提到了嗓子眼：重力錨千萬別拽著潛標滑到海溝里去呀！時間一分鐘一分鐘過去，突然，船載接收機的屏幕一亮，安裝在主浮球上面的聲學通信機傳回了第一串信號，潛標正常工作了！甲板上頓時沸騰了，科考隊員一齊爆發出歡呼聲。

　　王凡的博士生李元龍這時在船上負責繪圖。根據接收到的潛標數據，把水下的流速、流向畫出來。僅靠1分多鐘聲學通信收回的數據，就畫出了棉蘭老潛流，而且比以往用地轉動力計算公式推算的還要強勁！“棉蘭老潛流是胡院士一生中最重要的科學發現，但以前是通過溫鹽等水文數據反演推算出來的，從未被直接觀測到。這次，我們親手‘逮’到了它！這一刻，我替胡院士感到高興！”王凡說。

　　王凡和學生們趕緊把這張圖用衛星傳真發給了身在青島的胡院士。胡院士高興極了。自己的科學發現，在學生手中得到了實測驗證，還有什么能比這件事更令人高興的呢！

　　潛標布放成功與否，要看第二年能否收上來。第二年這個航次，王凡沒有去。學生們在海上不斷地發信給他：“潛標還在原地！”“主浮球浮出海表面了！”“兩套潛標全部回收成功！”王凡心里樂開了花?！巴俗约菏窃鯓邮治枳愕噶?，總之真是高興，”他說，“中國科學家終于又有了屬于自己的第一手數據了！”

　　打那，王凡他們好似一下子“開掛”了。2015年，王凡率隊出海，一口氣回收了15套潛標，維護后布放了13套?，F在，西太平洋已經有了30多套潛標，構建了我國首個大洋科學觀測網。近6年來，潛標的成功回收率達97.1%，形成了標準化流程。

　　2015年，潛標實現了數據實時回傳，“定期回放”變成了“現場直播”。這是一個革命性的進步。國家海洋環境預報中心科研處處長仉天宇說：“海洋環境預報的基礎是實時數據，沒有數據基本不敢報。長期以來，水面以下實時數據均是空白。因此，只能靠海表面數據反推水下數據，或根據歷史數據預報，很不準確。而水下環境預報又有很多用途，沉船打撈、水下礦產資源勘探開發和潛水器下潛等水下作業均需要精確的預報信息?！?/p>

　　有了一手數據，王凡團隊成果頻出。中科院海洋所統計，1980年到2010年，該所的西太研究團隊共在國際一流期刊上發表了19篇論文；而2011年至今，發表了百余篇。這些研究成果，初步奠定了我國在西太平洋海洋與氣候變化研究領域的領跑地位。

　　“遇到惡劣海況， 

　　就是在拿命換數據”

　　出海觀測，是海洋科研的基礎。1998年至今，王凡出過9次海，最長的一次90天。

　　2015年，就是去西太平洋回收15套、布放13套潛標的航次，王凡作為首席科學家，乘坐“科學”號從廈門出海。就要出發了，預報將有兩個臺風臨近。是在廈門避風呢，還是頂風出海？船長找王凡商量。避風就得等10多天，而科考航程排得滿滿的，誤點就要“砍站”，舍棄一些實驗。王凡決定，不等了，趁第一個臺風還沒過來的時候，把船開出去，往南開；等第一個臺風過去，再從它的“尾巴”里沖出去，這樣就能打出一個時間差。

　　呂宋海峽本來就是無風三尺浪，何況臺風剛過，大浪滔天。王凡他們全都被顛趴下了，絕大多數人只好在船艙里躺著。王凡本來就不耐暈船，渾身冒虛汗，胃里翻江倒海，抗暈船藥也沒用了。但他還是咬牙爬起來，搖搖晃晃地到各個船艙走走看看，鼓勵大家按時起來吃飯，吐也得吃，保持體力。3天后，船好歹沖出了臺風的余浪，還測到了一些惡劣海況下的稀缺數據。

　　這一航次，還出現了一個意外。水手長在給船除銹時，戴著護目鏡，銹渣還是扎到眼睛里去了。隨船醫生怎么也找不到這根小刺，最后，用女隊員的長發絲，總算把銹渣刮了出來。當時，船已經開到暖池核心區，險些因為這件事返航。

　　船上晃晃悠悠，磕磕碰碰很平常。王凡的兩條小腿脛骨上，腳面上方一拃高的地方，各有一個指甲大的小坑，就是在船上上臺階時留下的。他說，海上潮濕，傷疤老是不干，不容易結痂。收潛標、放潛標，甲板上的儀器設備都有楞有角，這樣的小傷都不是事兒。

　　王凡遇到最危險的一次，是在南黃海做一個近海調查。夏天的下午3點，好好的天突然烏云密布，起了風，海上翻起了白浪。這時，還有一個站位沒有取樣、測量。王凡想，若放棄不做，這個斷面就不完整了，天氣預報也沒有臺風，于是決定堅持做。沒想到一個小時的工夫，風浪越來越大，天竟完全黑了。當時的科考船“金星二號”是一艘服役20多年的老船了，二副找到王凡，說好幾處電路冒了煙。為了防止失火，他們決定斷電。

　　電一斷，全船一片漆黑。王凡躺在床上，他的床跟船行方向是垂直的，船往這邊晃，他感覺自己站起來了；往那邊晃，他感到自己要倒立了?？ㄔ诖策叾凡劾锏呐瘔乇凰Φ桨肟?，“啪”的一聲摔碎在地上，桌上的東西掉落一地，椅子也被甩到一邊去了?！拔蚁?，這次要交代了。但不知道為什么，心里反倒特別平靜，腦子特別清醒?！彼f。

　　事后他才知道，他們遇到的是溫帶氣旋。這種氣旋比臺風等熱帶氣旋發生得少，在海上迅速生成、迅速消失，很難預報。斷電后，船長怕老船扛不住，就沒敢逆風穩舵，而是冒險向附近的石島港開去?；蝿幼畲蟮臅r候，正是船在拐彎。

　　“遇到惡劣海況，就是在拿命換數據?！蓖醴舱f。

　　經常解釋不了想不通， 

　　但從未覺得枯燥

　　在一片混沌的大洋中，通過蛛絲馬跡發現科學現象，再解釋其發生機理、產生的影響，研究海洋是很“燒腦”的。

　　1983年出生的青年學者李元龍，現在是王凡團隊的研究員。2006年，他跟王凡讀碩士研究生，研究西太平洋暖池溫鹽變異的機理。頭兩年，他搜集了全世界能找到的所有公開數據，甄別、訂正不可靠的數據，然后把數據集中在一起，進行各種各樣的統計分析，把西太海域和世界上其他海域進行對比，找到特有的現象。他跟王凡研究了好幾年，老有一個東西困擾著他們：好像溫度是溫度，鹽度是鹽度，兩者是割裂的，融不到一起。寫出的論文，投稿給學科一流期刊時，編輯往往覺得不新、不透，遲遲未能發表。

　　2011年底，再有半年，李元龍就要博士畢業了，論文還是沒發出來。焦急的他幾次找到導師王凡，希望嘗試一些低端的期刊把研究成果發表了，畢業算了。王凡堅信他們的成果是重要的科學發現，不甘心半途而廢，李元龍也做好了延遲畢業的準備。

　　就在這時，李元龍在查閱一篇寫其他海域的文獻時，發現了“澀度”這個概念：相同密度下，高溫高鹽為高澀度，低溫低鹽為低澀度。他突然眼前一亮、茅塞頓開：“這不就是我想說的東西嗎？鋒面、渦旋、熱鹽入侵，恰好發生在高溫高鹽和低溫低鹽的水團之間，這就把溫度和鹽度統一起來了，能準確地定義、找到鋒面了，也把暖池的特征說明白了！”引入“澀度”概念后，文章立馬通透了，很快發表在學科的國際權威期刊《物理海洋學報》上，李元龍這才如期畢了業。

　　“今天你把這個事兒解決了，真是輕松愉快。但更長的時間，你的狀態是，怎么也解釋不了，怎么也想不通?！蓖醴舱f，一個問題解決了，下一個問題又跟著產生，這是科學探索的艱辛，也是科學探索的魅力。

　　“30多年，我曾經感到迷茫，但從未感到枯燥。探索未知，樂在其中?！蓖醴舱f?，F在，他們對暖池的研究更加深入了，把目光投向了太平洋中部的暖池、冷舌交匯區，試圖揭示中部型厄爾尼諾的產生機理，也開始研究印度洋暖池。

　　海邊生、海邊長，學海洋，研究海洋，王凡仍不敢說自己了解海洋。他看著辦公室窗外的黃海說，這兩年遼寧、山東出現的養殖海參集中死亡，就跟海溫的異常增高有關，盡管在科研調查中發現并作出了預警，但僅限于很小的區域，并未形成常態化的預報?？梢娂幢闶羌议T口的海洋，我們也遠談不上熟悉。人類對海洋的認知程度，還不如外太空。探索海洋的秘密，仍然任重而道遠?！　?/p>