中日韓聯合開展海上觀測，探秘「海洋中的河流」

浩瀚的海洋中，除了有潮漲潮落、波浪起伏，還有一部分海水，像是陸地上的大江大河，朝著一定的方向奔流。這就是海流，被稱為「海洋中的河流」。

海流在全球海洋物質輸送和熱平衡中起著重要作用。因此，海流的研究，對於氣候變化、生態環境、漁業捕撈、海上運輸、油氣勘探……都有著極為重要的現實意義。

中方科研人員布放觀測設備現場。受訪者供圖

近期，自然資源部衛星海洋環境動力學國家重點實驗室副研究員趙瑞祥在英國學術期刊《科學報導》上發表了關於中日韓聯合開展琉球海流觀測的論文，闡述了琉球海流結構和時空變化特徵。該論文通訊作者為實驗室研究員朱小華，實驗室兼職「海星」學者、韓國仁荷大學教授Park Jae-Hun為該論文合作者。

朱小華介紹，海水大規模的定常運動形成了海洋環流，西邊界流是海洋環流的重要組成部分,在全球海洋物質輸送和熱平衡中起著重要作用。琉球海流與黑潮（日本暖流）同屬北太平洋西邊界流，琉球海流沿琉球群島東側向東北流動，對我國氣候變化產生了重要的影響。
科學認識待加強

琉球群島海域是連通我國東海與太平洋之間的重要通道，也是全球檯風活動較為頻繁的地區。因此，了解掌握琉球群島周邊海域的海洋動力環境是開展海洋環境預測預報的重要基礎。

朱小華說：「琉球島鏈位於東海陸坡外沿，將西北太平洋的西邊界流分成東海黑潮、琉球海流兩個部分。琉球群島被這兩支西邊界流包夾起來，如同一個『三明治』。」

黑潮以強流而聞名、琉球海流以潛流而著稱。這兩支動力特徵迥異的西邊界流通過島嶼間的海峽進行物質和能量交換。

慶良間海峽、吐噶喇海峽是琉球島鏈中最深和最寬的關鍵通道，在太平洋和東海水交換過程中扮演了重要角色。研究琉球島鏈關鍵通道的水交換過程及其機制，對保障我國東海海洋漁業發展、海上運輸安全、海上油氣勘探等具有較大的現實意義。

黑潮通過自南向北的熱量和水量輸送，在全球氣候變化中發揮了重要作用。琉球海流作為北太平洋重要的西邊界流，彌補了日本四國島以南黑潮流量和東海黑潮流量的差，是一支可和黑潮相匹敵的海流。

近期研究發現，雖然琉球海流流量小於黑潮，但由於其特殊的潛流結構，營養鹽輸送量和黑潮相當。因此，黑潮和琉球海流對於全球氣候變化、海洋物質循環具有重要的科學意義。

多年來，我國研究人員對黑潮尤其是東海黑潮開展了長期系統的研究，取得了一系列研究進展，加深了對黑潮的科學認識。我國對於琉球海流的研究起步較晚，上世紀90年代開始對琉球海流的特徵、變異、與黑潮的水交換等科學問題有了一定的研究和認識。由於我國對黑潮和琉球海流的長期系統觀測還較缺乏，對這一海區的海洋動力過程缺乏詳盡的了解和認識。
聯合觀測獲進展

上世紀80年代，中日科研人員合作開展黑潮觀測，為雙方聯合開展琉球海流研究奠定了基礎。

據朱小華介紹，上世紀80~90年代，中日海洋科學家聯合開展了「中日黑潮合作調查研究」和「中日副熱帶環流合作調查研究」兩個海洋科技合作項目，中國科學院院士、自然資源部第二海洋研究所研究員蘇紀蘭負責中方科技研究項目的組織實施。海洋二所研究員袁耀初與日本筑波大學、九州大學、鹿兒島大學、廣島大學的科研人員開展了多次聯合觀測和研究項目，在國際合作方面取得了一系列成果。自1986年起，中日海洋科學家開展了為期7年的黑潮聯合調查研究。按照安排，雙方每年組織4個航次大規模海上調查，蘇紀蘭擔任該課題中方首席科學家。

2000~2006年，朱小華在日本工作期間隨日本鹿兒島大學水產學院「鹿兒島丸」號船（舊船），參與了黑潮和琉球海流的海上觀測航次。2014年10月，海洋二所與鹿兒島大學水產學院籤署合作協議，就聯合開展黑潮和琉球海流觀測達成合作共識。

2015年6月，中日韓科學家對日本宮古島附近的琉球海流開展了首次聯合海上觀測，在琉球群島東側海域開展了22個站位的CTD（溫鹽深儀）、LADCP（下放式聲學都卜勒儀）等觀測，布放了7套PIES/CPIES（倒置式回聲儀）和3套ADCP（聲學都卜勒儀）錨系浮標等，獲取了宮古島附近琉球海流區和黑潮區的水文觀測資料。

2016年6月，在第二次聯合觀測航次中，科研人員首次進行了CPIES遙測，完成了多個點位的深水錨系浮標的回收、布放作業，獲取了宮古島附近琉球海流區和黑潮區的CPIES、CTD和ADCP等水文觀測資料。

2017年6月，在第三次聯合觀測航次中，科研人員收回了之前布放的錨系設備（包括7套CPIES、3套ADCP、2套錨系海流計潛標），開展了CTD觀測和ADCP觀測。航次期間，科研人員完成了46個站位的CTD和LADCP觀測。

「通過這次聯合觀測，我們獲取了為期兩年的連續觀測資料，包括海底壓力、聲傳播時間和海流數據等。」朱小華說，聯合觀測為研究琉球海流時空變化獲取了極佳的觀測資料，對於闡明琉球海流起源等科學問題具有舉足輕重的作用。

為進一步加強中韓海洋科學交流合作，2017年7月，海洋二所與韓國海洋科學技術研究院籤訂合作研究備忘錄。

2017年底，海洋二所聯合韓國海洋科學技術研究院在棉蘭老流海區開展了錨系陣列觀測。2019年底，科研人員將之前布放的儀器全部回收，相關數據分析和研究工作正在進行中。
國際合作再深化

中日韓聯合觀測發現，琉球群島周邊海域存在以次表層流核為特徵的琉球海流。流核大致位於500米深度，平均流速達19.4釐米/秒。從太平洋西傳的中尺度渦（海洋中的一種渦流）致使琉球海流存在很強的近100天周期變動。

研究發現，琉球海流相比同緯度的海流展示出更強的正壓特徵，首次基於錨系觀測證實了琉球海流穩定地存在於衝繩以南海區。科研人員認為，琉球海流極有可能起源於臺灣東北海區的黑潮東分支。

該實驗室研究人員劉昭君基於觀測資料和HYCOM（混合坐標海洋模式）再分析資料，揭示了慶良間海峽「深水瀑布」的時空變化特性及機制。研究發現，慶良間海峽「深水瀑布」的變化不僅受海峽兩側（東海和太平洋側）密度差的影響，還受琉球島鏈東側琉球海流強弱及位置的影響。

目前，實驗室琉球海流研究團隊的「琉球島鏈關鍵通道水交換及機制」項目已獲得國家自然科學基金重點國際（地區）合作研究項目資助。

據介紹，項目將通過中日韓國際合作，進一步在琉球島鏈關鍵通道開展具有針對性的觀測作業，在前期合作觀測獲得的長期錨系陣列觀測資料基礎上，結合走航ADCP、Argo浮標、衛星遙感資料和數值模式，研究琉球島鏈兩側黑潮與琉球海流的相互作用及關鍵通道水交換的時空特徵，闡明中尺度渦對西邊界流和水交換的影響機制，分析與評價琉球島鏈兩側水交換等過程對東海海洋動力環境的影響。

研究團隊認為，項目的實施將對北太平洋西邊界流及琉球群島周邊海洋環境研究具有重要的科學意義，對我國東海環境預測預報等具有較大的現實意義。

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記者：方正飛