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利用多颗卫星搭载不同的传感器，实现海洋的水色、动力环境、高分辨率图像等多要素的同步观测

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史书中的“没水采珠”

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水文工作者在海底安置设备

文/羊城晚报采访人员孙磊
图/广东科技出版社出版供图
【奥秘|海洋立体观测时代到了】500年前达·芬奇设计过潜水服， 150年前凡尔纳写过科幻小说《海底两万里》，而我国早在明代就有宋应星所著《天工开物》中提到关于潜水“没水采珠”活动的记载。人类对于海洋深处一直充满好奇。
随着科技的发展，人类深入认识海洋的时代已来临。
近日，由广东科技出版社出版，中国科学院南海海洋研究所、中国科学院声学研究所等七家海洋科研单位的38位海洋科学家潜心打造推出了国内第一本海洋观测科普读本《探海观澜——海洋观测的奥秘》。可以看到，我们已走进一个“海洋立体观测时代” 。
A.为什么要探测海洋的奥秘？
海洋调查是海洋科学研究的基础。海洋观测技术的不断发展进步，不仅直接促成海洋科学的重大发现，还会带来海洋科学研究的变革。
人类正在逐步展开由近海向深海大洋的科学研究探索。同济大学教授、中国科学院院士汪品先曾在一篇科普文章中归纳过人类为什么要探测深海奥秘的理由：从科学角度看，探索深海能够帮助人类深入了解海洋的奥秘、地球的奥秘。水深超过2000米的深海，占据地球表面的3/5 ，无论温室气体排放的归宿，还是气候长期变化的源头，都要追溯到海水深层。揭示板块运动的规律、窥探地球内部的真相，也要到深海底部进行探索；从经济角度看，深海蕴藏着丰富的矿产、油气和生物资源。海底有待开发的资源非常丰富，现在的开发还只是起步阶段。比如海底的微生物可能会解开人类尚不知道的“长寿基因”的秘密，等等。
汪品先说：“深海开发是人类面向未来的事业。如果说16世纪的‘地理大发现’人类是在横向上进入海洋， 21世纪人类将是在垂向上进入海洋。 ”他指出深潜、深钻、深网是当今探索深海奥秘的三大手段，即深潜科学考察、国际大洋钻探和国家海底科学观测网建设。
我们关注的重点当然不止深海，还应有更立体的探索。作为一个拥有300万平方千米海洋国土和3.2万千米海岸线的海洋大国，我国现在已逐步建立起海陆空全方位的海洋立体观测网，同时拥有不少海洋观测利器，如海洋卫星、科考船、潜水器等。
我们已走进一个“海洋立体观测时代” 。
B.我国已搭起“海洋立体观测网”
1992年，世界气象组织（WMO）已联合国环境规划署（UNEP）、国际科学理事会（ICSU），协助政府间海洋学委员会（IOC）执委会正式提出建立全球海洋观测计划。诸如台风、飓风、风暴潮、海啸等海洋灾害侵袭，该如何及时预报预警？渔业捕捞、远洋运输、海上石油开采要顺利进行，又该如何准确预报海温、海流、海浪等海洋环境要素？等等。这些都需要依托“全球海洋立体观测网” 。
据《探海观澜——海洋观测的奥秘》一书描述，目前我国海洋观测已初步具备全球海洋立体观测雏形。
我国已拥有包括海洋站（点）、雷达、海洋观测平台、浮标、移动应急观测、志愿船、标准海洋断面调查和卫星等多手段的海洋观测能力。近岸近海观测已初步覆盖管辖海域，极地和大洋热点海域观测已有效开展，卫星遥感观测手段趋于成熟，海洋观测数据传输效率大幅度提高，海洋立体观测体系更趋完善。
我国的海洋立体观测网主要包括空天基观测、陆基观测和海基观测。
其中，空天基观测系统包括海洋卫星遥感和航空遥感，海洋卫星遥感又包括海洋水色遥感和海洋动力环境遥感。我国已发射的海洋水色系列卫星（“海洋一号”系列）、海洋动力环境系列卫星（含“海洋二号”系列和中法海洋卫星）和海洋监视监测卫星（“海洋三号”系列），搭建起的卫星平台可通过搭载不同的传感器来实现不同的观测目的。这些传感器就像是海洋卫星的“眼睛” 。
陆基观测包括雷达和岸基海洋观测台站。
海基观测则包括浮标、潜标、水下滑翔机、拖体装置、“东鲲”系列自主研发观测仪器、自主研发水体体散射函数测量仪、自主研发海水营养盐原位快速测量仪、海底地震仪、沉积物捕获器以及海底平台。
C.海洋立体观测意义重大
我国搭建的“海洋立体观测网”中，现在不仅拥有大量海洋卫星，可以执行各种海洋遥感观测，同时也有好几类海洋上的“移动实验室”——科考船，比如综合类科考船“科学”号、极地调查科考船“雪龙”号系列和有载人潜水器支持保障母船的“深海一号”、“探索二号”等科考船，此外，还有“蛟龙号”载人潜水器、“深海勇士”号载人潜水器、“奋斗者”号载人潜水器和“海马”号无人深渊遥控潜水器。
有了这些“大国重器” ，我国科研人员可以开展大量的海洋观测与调查工作，在区域海洋学理论研究、解决关键科学问题、提升海洋观测技术以及海洋仪器的研发应用等方面做出更多突出贡献，为我国海洋强国战略、“一带一路”伟大倡议和粤港澳大湾区建设提供更多帮助。
我们所获取的信息，不仅能为研究海洋提供了大量数据，还能在提供更多切实的服务，比如在恶劣天气下为船只、飞机提供海况信息，帮助拯救生命。
举几个例子：热带海洋环境国家重点实验室相关科研团队开发的新一代南海海洋环境实时预报系统（NG-RFSSME），每天会进行4次预报，能够提供未来5天大气要素（包括风场、气温、气压、湿度等）和海洋要素（包括温度、盐度、海流、风暴增水、海浪等）的预报结果，并通过相关网站进行展示；海洋水文环境实时监测系统，曾助力港珠澳大桥沉管铺设工程，让工作人员在办公室通过电脑就创造了“半个月内连续安装两节沉管”“极限3毫米对接偏差”等多项纪录；此外，通过海洋立体观测的数据分析，一门新兴的交叉学科——“计量海洋生态学”还为大亚湾核电站环境监测问题提出了很好的解决方案，证明了核电站温排水对大亚湾核电站周围海域的生态环境虽然存在一定影响，但不会影响大亚湾生态系统的变化趋势，而氮磷比才是大亚湾生态系统变化的关键驱动因子——由此平息了国际上有关核电站温排水对生态系统影响与否的长期争论。

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