今日風(fēng)流人物，協(xié)手探洋西太
——記中國科學(xué)院海洋研究所研究員、西太平洋環(huán)流學(xué)術(shù)帶頭人袁東亮

李 剛

神秘的海洋不僅孕育了最早的生命，而且為人類的生存和發(fā)展提供了資源。進(jìn)入現(xiàn)代，海洋甚至決定著一個民族的繁榮與衰敗。中國是世界海洋大國，在當(dāng)前百年未有之大變局下，研究和利用海洋，既關(guān)乎國家命運，也關(guān)乎人類未來，我國建設(shè)海洋強(qiáng)國的夢想從未像今天一樣迫切。西太平洋環(huán)流關(guān)系著“一帶一路”倡議的構(gòu)想，對其開展科學(xué)研究具有重大的意義。

中華民族是最早開始大海洋航行的民族。在西方的教科書里，鄭和下西洋作為人類最早的大規(guī)模遠(yuǎn)洋航行事件，被看作是人類探索海洋的壯舉和開始。鄭和七次下西洋，標(biāo)志著海上絲綢之路發(fā)展達(dá)到頂峰。不幸的是，中國在現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程中落伍了，其探索海洋的活動也戛然而止，中國人關(guān)于海洋的神話長期停留在東海和南海。

近30年成功的現(xiàn)代化進(jìn)程重新喚醒了中國人關(guān)于海洋探索的夢想，但是當(dāng)我們打開國門，放眼世界時，發(fā)現(xiàn)西方世界的海洋研究已經(jīng)遙遙領(lǐng)先了，中國人的海洋夢無法與鄭和的夢相連。西太平洋是中國由近海走向大洋必須最先面對的藍(lán)色海域，但是邁向西太平洋的步伐，卻曾一度躑躅。

作為國際前沿的海洋研究學(xué)者，2006年，曾在美國航天總署戈達(dá)德飛行中心擔(dān)任高級科學(xué)家的袁東亮響應(yīng)國家號召回國。他連續(xù)8年擔(dān)任國家自然科學(xué)基金委西太平洋開放共享航次首席科學(xué)家，總航程50000余海里，領(lǐng)導(dǎo)建成國際上有史以來最大規(guī)模的西太平洋-印尼海潛標(biāo)陣列，為中國人的海洋夢想譜寫了優(yōu)美的篇章。作為學(xué)術(shù)帶頭人，他長達(dá)十余年帶領(lǐng)創(chuàng)新群體湍行于蔚藍(lán)深處，在西太平洋環(huán)流的科研中，勇爭國際一流，不斷攀登一個又一個科學(xué)高峰，為中國建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略作出了巨大貢獻(xiàn)。

無懼雄關(guān)漫道，艱辛耕海探洋

現(xiàn)代海洋學(xué)研究，靠的是以工業(yè)為基礎(chǔ)的科考船和傳感器。第二次世界大戰(zhàn)后，海洋觀測技術(shù)和手段不斷進(jìn)步，海洋學(xué)研究得到了快速發(fā)展。而從20世紀(jì)60年代起，大規(guī)模的海上立體觀測實驗，如中美黑潮聯(lián)合研究（CSK）計劃、全球海洋環(huán)流實驗（WOCE）計劃、熱帶海洋與全球大氣（TOGA）計劃、世界氣候研究計劃（WCRP）等，以及人類在海洋環(huán)流、大氣環(huán)流和海洋與大氣的相互作用的數(shù)值試驗研究，使海洋學(xué)研究從以描述為主過渡到定量的研究階段。

1988年，袁東亮于北京大學(xué)力學(xué)系畢業(yè)，獲得學(xué)士學(xué)位，隨后他考入中國科學(xué)院海洋研究所攻讀碩士學(xué)位，師從胡敦欣院士，從此開始了在物理海洋專業(yè)上的求索。當(dāng)時國內(nèi)的海洋學(xué)研究多是定性的描述，有著數(shù)學(xué)和物理專業(yè)優(yōu)勢的袁東亮強(qiáng)烈希望學(xué)習(xí)先進(jìn)的理論和技術(shù)，碩士畢業(yè)后，他赴美留學(xué)，在美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)海洋系攻讀博士學(xué)位。

1995年，拿到博士學(xué)位后，袁東亮留在大學(xué)進(jìn)行了兩年的博士后研究，隨后被聘到美國NASA戈達(dá)德空間飛行中心做海洋研究。NASA主要借助衛(wèi)星做海洋和氣候的觀測，借助NASA的平臺，袁東亮重點開展印度洋和太平洋環(huán)流的動力學(xué)研究。早在那時，他就已經(jīng)關(guān)注西太平洋的復(fù)雜環(huán)流結(jié)構(gòu)和變異過程，這為他后來帶領(lǐng)“西太平洋海洋環(huán)流動力過程”創(chuàng)新群體開展國際前沿研究打下了基礎(chǔ)。2006年，袁東亮響應(yīng)國家號召，受“百人計劃”支持，回國加入中國科學(xué)院的海洋研究（簡稱“中科院海洋所”），任職中國科學(xué)院海洋研究所研究員。

隨著我國國力不斷提升，我國面臨的國際壓力也在不斷增加，國家從“十二五”開始，在西太平洋海洋研究上不斷加大投入。從2010年開始，中國在停止西太平洋調(diào)查15年之久的背景下，開始了新一輪的西太科考活動。但是，由于缺乏“懂?！钡氖紫茖W(xué)家，前幾個大規(guī)模西太調(diào)查航次出現(xiàn)了重大失誤，中國的西太海洋科考面臨再次停滯的危險。

袁東亮臨危受命，擔(dān)任2011年國家自然科學(xué)基金委西太平洋開放共享航次首席科學(xué)家，帶隊出航赤道西太并圓滿完成各項海洋科考任務(wù)。之后，從2011年至2018年，袁東亮連續(xù)擔(dān)任國家自然科學(xué)基金委西太平洋開放共享航次首席科學(xué)家，多次帶隊遠(yuǎn)赴熱帶西太平洋開展科學(xué)調(diào)查，為我國的西太海洋環(huán)流研究掀起了一浪又一浪高潮。

剛開始的幾年里，由于條件艱苦，團(tuán)隊成員要克服巨大的困難展開科考。當(dāng)時使用的“科學(xué)一號”科考船是20世紀(jì)80年代的老船，電路不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)電路板燒壞停電的情況，在海上有時只能摸黑工作；最慘的一次是有一次冬季出?；貋?，頂著僅次于臺風(fēng)強(qiáng)度的季風(fēng)航行，窄瘦的科考船在海浪中前后顛簸加水平搖擺，幅度很大，袁東亮和絕大多數(shù)考察隊員都暈船臥床，幾天不能進(jìn)食。當(dāng)時能工作的螺旋槳只剩下一個，一旦停機(jī)，整個科考船就有顛覆的危險。在這些困難面前，袁東亮從未退縮。

海水對于無線電波是不透明的，海洋水下環(huán)境的時間序列觀測主要依靠沉在水下的潛標(biāo)，每年回收一次，從中獲取數(shù)據(jù)。袁東亮帶領(lǐng)團(tuán)隊首次在菲律賓以東的西邊界流6100米深海域成功回收并重新布放深海潛標(biāo)，取得了國際上西太海洋觀測絕無僅有的重要科學(xué)數(shù)據(jù)。

菲律賓海溝最深處超過1萬米，為了安全起見，潛標(biāo)要放在較淺的海域，而西邊界流寬度只有100千米左右，因此，投放潛標(biāo)的位置只能選擇靠近菲律賓一側(cè)的海底陡坡，還不能進(jìn)入菲律賓領(lǐng)海和毗鄰海區(qū)。經(jīng)測量，他們發(fā)現(xiàn)有一片1公里見方范圍的水深約6100米的平臺。要從海面上把潛標(biāo)錨定重物放在平臺內(nèi)，最大的難題是當(dāng)時的科考船沒有無極定位，受到海風(fēng)的影響，船一直在移動。潛標(biāo)從開始釋放到最后拋重物，需要數(shù)個小時，期間不能開動螺旋槳，以防掙斷潛標(biāo)纜繩。因此事先要反復(fù)討論作業(yè)方案，最后才能成功錨定，對于科考團(tuán)隊是一個極大的腦力和體力考驗。

在廣袤的大洋里調(diào)查，人員、設(shè)備、數(shù)據(jù)，每一樣都不能出問題，這對于團(tuán)隊領(lǐng)頭人來說，是個巨大的考驗。每次出海之前，袁東亮總會把準(zhǔn)備工作做得很細(xì)，在團(tuán)隊的精密配合下，每一次操作都100%成功。當(dāng)海上潛標(biāo)成功回收并獲得全部數(shù)據(jù)的消息傳回中科院海洋所時，中科院院士、著名物理海洋學(xué)家胡敦欣終于能睡得踏實了。

從2014年開始，國際上最先進(jìn)的海洋科考船之一——“科學(xué)號”投入使用后，熱帶西太平洋的科考條件和調(diào)查水平大大提高。2013年至2015年間，袁東亮擔(dān)任中科院海洋先導(dǎo)專項A的物理海洋項目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)設(shè)計在西太平洋建設(shè)主流系潛標(biāo)陣列，包含5個斷面近20套潛標(biāo)，要求一次完成。

當(dāng)時，時間緊任務(wù)重，袁東亮親自抓細(xì)節(jié)落實，經(jīng)過艱苦努力，終于在2014年領(lǐng)導(dǎo)建成超大規(guī)模的西太平洋潛標(biāo)陣列。2015年11月15日，利用“科學(xué)號”，袁東亮和團(tuán)隊完成了熱帶西太平洋主流系和暖池綜合考察，成功回收并進(jìn)行維護(hù)后重新布放所有潛標(biāo)，開創(chuàng)了單一科考航次布放、回收深海潛標(biāo)套數(shù)和觀測設(shè)備數(shù)量最多的世界紀(jì)錄，初步建成熱帶西太平洋潛標(biāo)觀測網(wǎng)。

西太平洋潛標(biāo)陣列需要與印尼貫穿流（Indonesian Throughflow，簡稱ITF）觀測同步進(jìn)行，才能取得最佳的研究成果。ITF是世界上唯一一支熱帶洋際洋流，它從熱帶西太平洋經(jīng)過印度尼西亞海域流向熱帶東南印度洋，是全球海洋大輸送帶的熱帶回流分支，強(qiáng)烈影響著印太海盆的海氣耦合過程和氣候變化。

袁東亮積極開展國際走訪，加強(qiáng)互信，提出創(chuàng)新性的合作模式，終于與印尼科學(xué)家達(dá)成合作協(xié)議，在印尼內(nèi)海對ITF開展觀測。2014—2018年連續(xù)5年使用印尼科考船，建成了包含10套潛標(biāo)在內(nèi)的國際上最大規(guī)模的印尼海潛標(biāo)陣列，并對印尼內(nèi)海開展了大規(guī)模的綜合性科學(xué)考察，為國際上開展西太環(huán)流和ITF研究提供了寶貴的觀測數(shù)據(jù)。

目前，袁東亮已經(jīng)獲得中科院先導(dǎo)專項B項目的支持，擔(dān)任物理海洋項目的負(fù)責(zé)人，還得到基金委重點國際合作項目和重大計劃重點項目的資助，未來5年將繼續(xù)推進(jìn)西太平洋環(huán)流的研究。

發(fā)現(xiàn)新的洋流，提出新的理論

在大型國際合作計劃“西北太平洋海洋環(huán)流與氣候?qū)嶒灐保∟POCE）的框架下，袁東亮和團(tuán)隊對西太平洋海洋環(huán)流動力過程開展合作研究，在揭示西太平洋環(huán)流三維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不斷發(fā)現(xiàn)和揭示一系列西太平洋環(huán)流的季節(jié)內(nèi)至年際、年代際變異規(guī)律，引起國際廣泛關(guān)注。在西太平洋海洋環(huán)流的結(jié)構(gòu)和變異等課題研究上，取得了許多國際領(lǐng)先成果。

經(jīng)過多年研究，團(tuán)隊對太平洋西邊界流研究進(jìn)行了總結(jié)，并對其未來變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，系統(tǒng)全面地揭示太平洋西邊界流系的三維結(jié)構(gòu)及其對ENSO的響應(yīng)，還探討了西邊界流系統(tǒng)在年代際和更長時間尺度上的變化規(guī)律及其氣候效應(yīng)，論文發(fā)表在《自然》雜志上。

通過西太平洋-印尼海潛標(biāo)陣列，團(tuán)隊直接觀測到西太上層1000米范圍內(nèi)的流速剖面，揭示了西邊界流和北赤道流及其潛流的平均結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律；對菲律賓以東海域全水深的流場垂向結(jié)構(gòu)及其季節(jié)變化進(jìn)行了先導(dǎo)性研究；通過定常流和熱平衡假設(shè)，計算得到了太平洋西邊界流的經(jīng)向熱、鹽輸送等。

袁東亮帶領(lǐng)團(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)并命名了一支全球超長、超強(qiáng)的赤道外大洋次表層潛流——太平洋北赤道次表層流（NESC），位于北赤道逆流之下，向西流動進(jìn)入ITF源區(qū)，是赤道太平洋水團(tuán)通過印尼海進(jìn)入印度洋的唯一通道，在北太平洋次溫躍層環(huán)流中起重要作用。

此外，袁東亮和團(tuán)隊在國際上首次提出了大洋次溫躍層環(huán)流的動力學(xué)理論。他們使用連續(xù)層化模型，證明大洋次溫躍層環(huán)流由靜壓平衡和海面、海底邊界約束決定，其動力機(jī)制是風(fēng)旋度強(qiáng)迫低階斜壓模態(tài)疊加而成，該理論改進(jìn)了經(jīng)典大洋環(huán)流理論無法刻畫次溫躍層環(huán)流動力過程的不足。經(jīng)典理論基于約化重力模型，存在東邊界影響的環(huán)流靜止區(qū)——“陰影區(qū)”，與觀測事實不符。他還發(fā)現(xiàn)了熱帶大洋的非Sverdrup環(huán)流結(jié)構(gòu)，指出其由非線性過程驅(qū)動。

而通過對印尼海入口海流的長時間序列觀測，袁東亮和團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了ITF的兩個新的分支——馬魯古海分支和哈馬黑拉海分支，前者流向西太，為印度洋流向太平洋的印尼貫穿逆流提供了關(guān)鍵證據(jù)和動力機(jī)制；后者將南半球上層高溫、高鹽海水帶入全球海洋大輸送帶，顯著提升了對全球海洋環(huán)流和氣候過程的認(rèn)識。

提出“海洋通道”，填補國際空白

從事海洋研究最有說服力的還是觀測數(shù)據(jù)，但海洋科研的數(shù)據(jù)不像氣象站的數(shù)據(jù)那樣容易獲得，中國科學(xué)家只能“口渴打井自己挖”。在美國讀博士研究生時，一位年紀(jì)很大的美國科學(xué)院院士Melvin Stern曾經(jīng)說過這樣一句話，袁東亮至今記憶猶新?！八f一個人如果能夠做出一種科學(xué)推斷或者論斷，最后用事實證明，這本身就是一件非常了不起的事情?！?/p>

ITF的熱量輸送相當(dāng)于整個西太平洋暖池的海面凈熱通量，其與南極繞極流共同形成橫跨南大西洋、南印度洋和南太平洋的南半球副熱帶超級環(huán)流，決定全球海洋熱量的輸送和分配，關(guān)系著全球變暖的減緩或者加速。

與ITF有關(guān)的環(huán)流和輸運一直是國際海洋學(xué)界極為重視的前沿課題，著名的海洋大輸送帶就是依據(jù)在印尼內(nèi)海望加錫海峽的觀測提出的。袁東亮針對ITF及其與西邊界流的相互作用開展集中研究，抓住了大洋環(huán)流的瓶頸。

通過多年的研究，袁東亮和團(tuán)隊在國際上首次提出印度洋偶極子（IOD）通過ITF影響太平洋ENSO可預(yù)報性的“海洋通道”機(jī)制，填補了國際空白，對印度洋乃至太平洋年際氣候變化的研究和預(yù)報具有指導(dǎo)意義。他們發(fā)現(xiàn)，正IOD期間，東印度洋海平面下降強(qiáng)迫ITF加強(qiáng)，將赤道太平洋上層暖水更多地運往印度洋，造成西太平洋溫躍層抬升并向東傳播，引起顯著的海氣耦合響應(yīng)。由此，可以對部分（＞50%冷舌區(qū)海面溫度異常的標(biāo)準(zhǔn)差）ENSO事件跨過春季做出高于統(tǒng)計信度的預(yù)報。

早在美國NASA工作期間，袁東亮就通過數(shù)模和理論研究，對經(jīng)典的羅斯貝波西邊界反射的線性理論提出了質(zhì)疑，但是一直缺乏觀測數(shù)據(jù)證實。通過全球變化研究國家重大科學(xué)研究計劃項目，袁東亮和團(tuán)隊啟動了在西邊界流和ITF的觀測，經(jīng)過數(shù)年觀測證明，非線性反射和“海洋通道”機(jī)制的科學(xué)假設(shè)是完全正確的，這有著極其重要的科學(xué)意義。如今，對世界上唯一一支熱帶洋際洋流——ITF的突破性觀測正成為中國科學(xué)家們在全球氣候變化研究中的突出貢獻(xiàn)。

對于中國來說，對印尼海域的狹窄通道海流以及南海和太平洋之間的水交換研究，也有利于維護(hù)海上運輸線，以及油氣資源和生物資源的開發(fā)，對于維護(hù)國家安全和海洋權(quán)益有重要意義。

繼承學(xué)術(shù)傳統(tǒng)，爭創(chuàng)國際一流

西太平洋環(huán)流一方面通過影響暖池的低頻變異影響全球和東亞氣候，另一方面還通過西邊界流與中國近海的交換，將氣候變化信號直接輸送到近岸海區(qū)。袁東亮和團(tuán)隊揭示了太平洋副熱帶環(huán)流的西邊界流——黑潮與我國近海環(huán)流相互作用的過程與機(jī)制。

黑潮是北太平洋副熱帶環(huán)流的西邊界流，是全球大洋流速最大、流量最強(qiáng)的海流之一，其物質(zhì)和能量輸運對北太平洋乃至全球大洋和氣候變化有重要影響。黑潮通過與邊緣海交換，獲得大量淡水和近海有機(jī)碳及污染物等，同時將大洋內(nèi)區(qū)風(fēng)強(qiáng)迫的旋度耗散掉，從而能夠重新參與北太平洋副熱帶環(huán)流。黑潮通過呂宋海峽與南海發(fā)生交換，以及通過跨陸架環(huán)流與黃東海交換是大洋與邊緣海交換的兩類重要的動力過程。

袁東亮在美國長期從事大洋西邊界流動力學(xué)及其與邊緣海交換研究，研究海域涉及中國近海、美國墨西哥灣和南大西洋灣等，2006年全職回國以來，他繼承老一代科學(xué)家的科研傳統(tǒng)，帶領(lǐng)團(tuán)隊在黑潮與亞洲邊緣海交換領(lǐng)域做出了突出的研究成果。

袁東亮在國際上首次揭示了呂宋海峽黑潮路徑的季節(jié)內(nèi)變異特征，并揭示其機(jī)制。發(fā)現(xiàn)了呂宋海峽黑潮的甩渦和夏季流套，揭示并命名了“呂宋暖渦”（Luzon Warm Eddy）現(xiàn)象。

除此之外，袁東亮還發(fā)現(xiàn)了閩浙近海一類新的海洋學(xué)現(xiàn)象，命名為近?！翱珀懠艽┐啼h面”（Cross-shelf Penetrating Fronts）；揭示了黃東海內(nèi)陸架與黑潮跨陸架交換的主要途徑和動力機(jī)制。研究成果被國際學(xué)術(shù)期刊Deep Sea Research II在2010年10月以封面文章介紹。

袁東亮揭示了跨缺口西邊界流路徑受中尺度渦旋等擾動而發(fā)生狀態(tài)躍遷的非線性動力機(jī)制；發(fā)現(xiàn)了交匯的西邊界流在缺口處的非線性遲滯（hysteresis）和分岔行為，并揭示了其動力機(jī)制。這些基礎(chǔ)理論成果，是大洋西邊界流理論研究的重要進(jìn)展。

在取得的一系列創(chuàng)新成果之上，未來幾年袁東亮團(tuán)隊還將集中研究西北太平洋海洋環(huán)流與氣候?qū)嶒炗媱澋暮诵目茖W(xué)問題——西太平洋海洋環(huán)流動力過程，并有望取得國際一流的突破性科研成果。

迄今，袁東亮已經(jīng)獲得國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金的資助，并榮獲國家“新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人選”和中科院優(yōu)秀“百人計劃”等稱號，獲得山東省國際合作獎、留學(xué)人員歸國創(chuàng)業(yè)獎等獎勵，為中科院海洋所爭取到首個全球變化研究國家重大科學(xué)研究計劃（973）項目，擔(dān)任首席科學(xué)家。2014年，以他為首的科研團(tuán)隊獲得國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體項目資助，表明他們已經(jīng)成為我國西太平洋環(huán)流研究領(lǐng)域里具有最高學(xué)術(shù)水平的科研團(tuán)隊。

2015年擔(dān)任首席科學(xué)家，開展基金委西太平洋開放共享航次調(diào)查。

袁東亮所領(lǐng)導(dǎo)的創(chuàng)新研究群體可謂群星閃耀，由中國科學(xué)院海洋環(huán)流與波動重點實驗室的骨干科研人員組成，其中中國科學(xué)院院士2名，國家杰出青年基金獲得者2名，國家中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才入選者1名，中國科學(xué)院“百人計劃”擇優(yōu)支持者6名，全部都是博士生導(dǎo)師，有海外工作經(jīng)歷，他們也是國內(nèi)最早開展西太環(huán)流研究的學(xué)者。

過去5年里，這支團(tuán)隊有成員先后獲得國家人才項目支持和山東省“泰山學(xué)者”特聘專家的稱號，成果獲得山東省自然科學(xué)獎一、二等獎，“熱帶太平洋西邊界流研究”成果獲得中國科學(xué)院杰出科技成就獎等。

如今，他們計劃在NPOCE實驗區(qū)，與中科院海洋專項、科技部重點研發(fā)計劃項目和基金委重大計劃重點項目和開放航次項目等相結(jié)合，進(jìn)行關(guān)鍵海區(qū)的強(qiáng)化觀測試驗。

袁東亮認(rèn)為，通過考察船走航觀測和深海潛標(biāo)陣列觀測，結(jié)合衛(wèi)星資料分析和數(shù)值模擬，將確立中國在國際西太平洋海洋環(huán)流動力過程研究的主導(dǎo)地位，還要建立西太平洋環(huán)流、東印度洋和中國近海環(huán)流時空結(jié)構(gòu)和變異機(jī)制的理論體系，同時打造一支具備國際學(xué)術(shù)水平的創(chuàng)新團(tuán)隊，引領(lǐng)國際西太平洋環(huán)流研究。

21世紀(jì)是海洋世紀(jì)，此后100年乃至更長時間里，海洋將是國際競爭的主要領(lǐng)域。袁東亮與中科院海洋所“西太平洋海洋環(huán)流動力過程”創(chuàng)新群體正在西太平洋科研的“戰(zhàn)場”上全力拼搏、開拓前進(jìn)，不斷取得豐碩成果，正在實現(xiàn)著中國人在海洋科研領(lǐng)域趕超國際先進(jìn)水平的夢想。