印太交匯區(qū)海洋環(huán)流與氣候觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃回顧與展望

王 凡 周 慧 汪嘉寧 王 琳 馬一心

1 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 青島 266071

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 海洋學(xué)院 北京 100049

印太交匯區(qū)主要包括西太平洋和東印度洋及其共同毗鄰的東南亞海域。這里是全球陸源物質(zhì)向海輸送中心及海洋生物多樣性中心，也是“21 世紀(jì)海上絲綢之路”的核心區(qū)域。作為地球氣候系統(tǒng)中的熱動(dòng)力引擎——印太暖池所在地，印太交匯區(qū)海洋的狀態(tài)及其變異在調(diào)節(jié)全球熱量分配和氣候變化中起著舉足輕重的作用[1-4]。特別是近幾十年，在全球變暖的大背景下，印太交匯區(qū)是全球海平面上升速率最高的區(qū)域[5]，印太暖池也在持續(xù)擴(kuò)張并增暖[6-8]。這些變化對(duì)該區(qū)域海洋生態(tài)系統(tǒng)及生物多樣性產(chǎn)生較大威脅，并顯著改變?cè)搮^(qū)域乃至全球降水分布，對(duì)局地及全球的天氣和氣候系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響。開(kāi)展該區(qū)域的海洋環(huán)流與氣候觀測(cè)對(duì)于了解氣候變化的關(guān)鍵動(dòng)力過(guò)程及其對(duì)人類(lèi)社會(huì)和地球生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)氣候變化的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)都具有重要作用，因此印太交匯區(qū)是國(guó)際海洋觀測(cè)計(jì)劃的重點(diǎn)區(qū)域。

1 20世紀(jì)印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃

在 20 世紀(jì)初，海洋觀測(cè)主要側(cè)重于收集和描述海洋的物理、化學(xué)和生物狀態(tài)等信息，以歐美發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展的單邊海洋科考為主。到了 20 世紀(jì) 60 年代，海洋數(shù)值模擬和預(yù)測(cè)方法隨著第三代電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展也開(kāi)始廣泛應(yīng)用。模式模擬和預(yù)報(bào)精度對(duì)海洋初始場(chǎng)的依賴(lài)性進(jìn)一步推動(dòng)了海洋觀測(cè)向全球化和長(zhǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè)方向發(fā)展，從而催生了“全球大氣研究計(jì)劃”（GARP）。隨后，以物理氣候系統(tǒng)為主要研究對(duì)象的“世界氣候研究計(jì)劃”（WCRP）開(kāi)始實(shí)施，印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)國(guó)際合作在該計(jì)劃的推動(dòng)下蓬勃發(fā)展，特別是 20 世紀(jì) 80—90 年代針對(duì)厄爾尼諾/南方濤動(dòng)（ENSO）的監(jiān)測(cè)和模擬預(yù)測(cè)，陸續(xù)實(shí)施了“熱帶海洋與全球大氣”（TOGA）、“世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)”（WOCE）和“氣候變率及其可預(yù)報(bào)性”（CLIVAR）等核心計(jì)劃，初步構(gòu)建了印太交匯區(qū)海洋綜合觀測(cè)系統(tǒng)。

由于海洋觀測(cè)是耗資比較巨大的科學(xué)試驗(yàn)，維持其規(guī)模性、持續(xù)性開(kāi)展需要政府和機(jī)構(gòu)投入大量資金。受印太交匯區(qū)周邊國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平影響，該區(qū)域的海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃發(fā)展在 20 世紀(jì)具有顯著的不均勻性和不同步特征，缺乏以印太交匯區(qū)為核心的國(guó)際觀測(cè)計(jì)劃。總體上來(lái)說(shuō)，西太平洋海域相對(duì)起步較早，觀測(cè)規(guī)模較大。東印度洋觀測(cè)主要始于 1957 年開(kāi)始的“國(guó)際印度洋科學(xué)考察”（IIOE），之后 1977 年開(kāi)展的 GARP 計(jì)劃下的“季風(fēng)實(shí)驗(yàn)”（MONEX）主要是沿印度半島周邊開(kāi)展了觀測(cè)調(diào)查，1995—1997 年在西印度洋開(kāi)展了“印度洋實(shí)驗(yàn)”（INDOEX）。此外，TOGA 期間東印度洋觀測(cè)主要是一些商船搭載的投棄式溫度剖面（XBT）測(cè)量和驗(yàn)潮站觀測(cè)，WOCE 期間在東印度洋布設(shè)了幾條經(jīng)向斷面觀測(cè)。相比之下，印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)國(guó)際合作相對(duì)滯后，缺乏大型的多邊國(guó)際合作計(jì)劃。

1.1 “黑潮及其鄰近海域合作研究”

印太交匯區(qū)周邊海域最早的大規(guī)模海洋環(huán)流方面的國(guó)際觀測(cè)計(jì)劃是 1965—1979 年開(kāi)展的“黑潮及其鄰近海域合作研究”（CSK），其調(diào)查海域涵蓋西北太平洋中、低緯度區(qū)域[9]（圖 1）。該計(jì)劃是由聯(lián)合國(guó)教科文組織政府間海洋學(xué)委員會(huì)（UNESCO-IOC）和聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）印太海洋漁業(yè)協(xié)會(huì)共同組織，日本主導(dǎo)實(shí)施，包括美國(guó)、蘇聯(lián)、菲律賓、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣等 11 個(gè)國(guó)家和地區(qū)參與。CSK 計(jì)劃的實(shí)施顯著提升了西太平洋物理海洋學(xué)和漁業(yè)資源方面的認(rèn)知，并開(kāi)啟了縱跨 1°S—34°N 西太平洋 137°E 斷面的水文觀測(cè)。目前，該斷面由日本氣象廳維護(hù)，已經(jīng)累積了 55 年的寶貴數(shù)據(jù)，為認(rèn)知西太平洋主要海洋環(huán)流結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)期變異提供了重要觀測(cè)基礎(chǔ)。時(shí)隔 40 年后，CSK 第二個(gè)階段的國(guó)際合作計(jì)劃于 2021 年開(kāi)啟，旨在利用新的觀測(cè)技術(shù)和方法，開(kāi)展黑潮及周邊海域的物理、氣象和生物地球化學(xué)的綜合調(diào)查，構(gòu)建黑潮流域周邊國(guó)家特別是經(jīng)濟(jì)專(zhuān)屬區(qū)的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)[10]。

圖1 “黑潮及其鄰近海域合作研究”（1965—1979年）觀測(cè)斷面分布圖Figure 1 Map of oceanographic stations during Cooperative Study of Kuroshio and Adjacent Regions (CSK)

1.2 “熱帶海洋與全球大氣”-“世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)”時(shí)期

20世紀(jì)80年代，國(guó)際科學(xué)聯(lián)合會(huì)理事會(huì)（ICSU）、國(guó)際社會(huì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)（ISSC）、世界氣象組織（WMO）、聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）、UNESCO 等機(jī)構(gòu)發(fā)起了全球變化研究計(jì)劃。該計(jì)劃由 WCRP、“國(guó)際地圈-生物圈計(jì)劃”（IGBP）、“全球環(huán)境變化的人類(lèi)因素計(jì)劃”（HDP）和“國(guó)際生物多樣性計(jì)劃”（DIVERSITAS）組成，是一個(gè)高度綜合的多學(xué)科框架體系。在此計(jì)劃的推動(dòng)下，印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)國(guó)際合作在 20 世紀(jì) 80—90 年代末陸續(xù)實(shí)施了 WCRP 下的 TOGA、WOCE 和 CLIVAR 等核心計(jì)劃。

TOGA 是一個(gè)海洋與大氣學(xué)科的聯(lián)合調(diào)查計(jì)劃，旨在通過(guò)在熱帶海域構(gòu)建定點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)序潛標(biāo)和浮標(biāo)觀測(cè)陣列并結(jié)合關(guān)鍵斷面調(diào)查監(jiān)測(cè)熱帶海洋狀態(tài)的變化（圖 2），以解決大氣風(fēng)應(yīng)力變化和其他強(qiáng)迫對(duì)赤道海流和熱力結(jié)構(gòu)的影響及熱帶海洋動(dòng)力學(xué)對(duì)全球大氣環(huán)流的反饋（也就是海洋大氣耦合過(guò)程與機(jī)制）；從而厘清熱帶海洋變化對(duì)全球氣候（特別是 ENSO 的發(fā)展、消亡）的影響機(jī)理及其可預(yù)報(bào)性機(jī)制，提高中、長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，為發(fā)展業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供科學(xué)背景。該計(jì)劃于 1985 年開(kāi)始實(shí)施，歷時(shí) 10 年，共有美國(guó)、日本、中國(guó)、法國(guó)、澳大利亞和新西蘭等 18 個(gè)國(guó)家參加。

圖2 “熱帶海洋與全球大氣”在熱帶印度洋和太平洋海域的觀測(cè)站位布設(shè)Figure 2 Map of oceanographic stations in tropical Pacific Ocean and Indian Ocean during Tropical Ocean-Global Atmosphere (TOGA) project

TOGA 實(shí)施的前 5 年，主要建立了一個(gè)熱帶太平洋觀測(cè)系統(tǒng)和地面及高空觀測(cè)站，填補(bǔ)了當(dāng)時(shí)世界天氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)空隙。通過(guò)這些觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了利用統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)技術(shù)和海氣耦合系統(tǒng)簡(jiǎn)單動(dòng)力模式進(jìn)行季節(jié)或更長(zhǎng)時(shí)間尺度上 ENSO 循環(huán)中主要震蕩的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)[11]。在 TOGA 實(shí)施的后 5 年提出了“耦合海洋大氣響應(yīng)試驗(yàn)”（COARE）子計(jì)劃，旨在利用陸地天氣站、錨系浮標(biāo)、天氣氣球和氣象衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)合，對(duì)西太平洋暖池區(qū)進(jìn)行廣泛、精密的觀測(cè)，特別是海洋與大氣之間的能量交換，從而更精確量化海氣耦合過(guò)程。中國(guó)科學(xué)院的“科學(xué)一號(hào)”“實(shí)驗(yàn)三號(hào)”及原國(guó)家海洋局的“向陽(yáng)紅五號(hào)”科學(xué)考察船參與了 TOGACOARE 的西太平洋科考調(diào)查[12]。

WOCE 于 1990 年開(kāi)始實(shí)施，至 2002 年結(jié)束；該計(jì)劃旨在為發(fā)展氣候變化預(yù)測(cè)模式收集驗(yàn)證模式所需的資料，確定對(duì)海洋長(zhǎng)期變化有代表性的 WOCE 特定數(shù)據(jù)集，獲取全球海洋從海表到海底全水層的物理、化學(xué)和生物數(shù)據(jù)，研究大洋環(huán)流長(zhǎng)期變化的測(cè)量方法（圖 3）。WOCE 共有包括中國(guó)在內(nèi)的近 30 個(gè)國(guó)家參與，前所未有地獲取了 1990—1998 年全球海洋大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)為理解全球海洋的重要物理過(guò)程及發(fā)展具有渦旋分辨能力的全球海洋環(huán)流模式奠定了重要觀測(cè)基礎(chǔ)。2007 年，CLIVAR 和“國(guó)際海洋碳協(xié)調(diào)計(jì)劃”（IOCCP）共同成立了“全球海洋船載水文調(diào)查計(jì)劃”（GO-SHIP）委員會(huì)，對(duì) WOCE 斷面進(jìn)行重新觀測(cè)和布局，但 GO-SHIP 計(jì)劃的斷面在印太交匯區(qū)非常稀少。

圖3 “世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)”觀測(cè)斷面分布圖Figure 3 Map of oceanographic stations during World Ocean Circulation Experiment (WOCE)

1.3 第一次“國(guó)際印度洋科學(xué)考察”

東印度洋作為印太交匯區(qū)的毗鄰海域，其海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃開(kāi)始于 1957 年的第一次“國(guó)際印度洋科學(xué)考察”（IIOE）[13]。該計(jì)劃屬于 ICSU 在 1957—1958 年發(fā)起的國(guó)際地球物理年計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，由 UNESCO-IOC 組織實(shí)施，于 1965 年完成。該計(jì)劃由 23 個(gè)國(guó)家參與，在東印度洋、西印度洋和北印度洋開(kāi)展了站位覆蓋面廣、密度非常高的綜合觀測(cè)（圖 4）[14]。IIOE 計(jì)劃的主要目標(biāo)是解決印度洋的漁業(yè)資源問(wèn)題和印度洋海洋環(huán)流特別是東印度洋上升流等過(guò)程對(duì)季風(fēng)的影響，并關(guān)注海洋對(duì)人類(lèi)活動(dòng)廢棄物的容納上限。IIOE 計(jì)劃在包括物理海洋、海洋氣象等多個(gè)學(xué)科獲得了豐碩的成果，特別是對(duì)赤道印度洋海洋環(huán)流的認(rèn)知[15]。UNESCO-IOC 于 2015 年實(shí)施了第二個(gè)階段的 IIOE 計(jì)劃（IIOE-2）。

圖4 第一次“國(guó)際印度洋科學(xué)考察”（1957—1965年）觀測(cè)斷面圖[14]Figure 4 Map of oceanographic stations during International Indian Ocean Expedition (IIOE; 1957-1965)[14]

1.4 “印度尼西亞貫穿流觀測(cè)”

相比于熱帶西太平洋和東印度洋，印太交匯區(qū)核心海域的大規(guī)模海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃起步較晚，規(guī)模相對(duì)較小。早期主要關(guān)注的是印度尼西亞貫穿流（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“印尼貫穿流”或 ITF），且多是雙邊合作。在 1993 年，美國(guó)與印度尼西亞科學(xué)家開(kāi)展了針對(duì) ITF 發(fā)源地、主要路徑、流量等方面的觀測(cè)研究，即“印尼貫穿流觀測(cè)”（Arlindo）（圖 5）[16]。該計(jì)劃主要科學(xué)目標(biāo)是厘清印度尼西亞海（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“印尼海”）中的環(huán)流結(jié)構(gòu)和水團(tuán)層結(jié)，進(jìn)而全面了解 ITF 的發(fā)源地、運(yùn)移路徑、印太洋際間水交換及主要的混合過(guò)程。

圖5 “印度尼西亞貫穿流觀測(cè)”計(jì)劃觀測(cè)站位圖[16]Figure 5 Map of oceanographic stations where measurements were obtained by Arlindo programme[16]

2 21世紀(jì)以來(lái)印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃及其現(xiàn)狀

進(jìn)入 21 世紀(jì)后，隨著諸多國(guó)家對(duì)改進(jìn)氣候變化預(yù)測(cè)、管理海洋資源以減輕自然災(zāi)害影響，以及更有效地利用沿海資源的需求日益增長(zhǎng)，各種海洋觀測(cè)技術(shù)與方法不斷發(fā)展、更新。海洋衛(wèi)星、漂流和剖面浮標(biāo)，以及船載觀測(cè)等技術(shù)手段的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，科學(xué)界開(kāi)始將一些觀測(cè)平臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)橹С盅芯啃枨蟮目沙掷m(xù)全球系統(tǒng)的組成部分。在 30 多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織的共同努力下，“全球?qū)崟r(shí)地轉(zhuǎn)海洋學(xué)觀測(cè)陣”（Argo）計(jì)劃于 2000 年開(kāi)始實(shí)施。該計(jì)劃通過(guò)在全球無(wú)冰海域維持 3 000 個(gè)帶衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)的自動(dòng)探測(cè)浮標(biāo)（Argo 剖面浮標(biāo)），收集從海表到 2 000 m 水層的海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)，組成全球 Argo 海洋觀測(cè)網(wǎng)，為認(rèn)識(shí)和研究海洋內(nèi)部狀態(tài)及其變異提供了全球準(zhǔn)同步觀測(cè)數(shù)據(jù)[17,18]。

為了盡可能多獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)，Argo 浮標(biāo)在布放時(shí)通常會(huì)避開(kāi)西邊界流區(qū)或靠近陸地邊界海域，以免浮標(biāo)擱淺。同時(shí)，受海流的影響，全球海洋中 Argo 浮標(biāo)的分布很不均勻。特別是在印太交匯區(qū)，由于西邊界流和印度尼西亞海域復(fù)雜島嶼地形影響，該區(qū)域的 Argo 剖面浮標(biāo)明顯偏少（圖 6）。因此，傳統(tǒng)海洋觀測(cè)仍是目前印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)資料獲取的重要手段。

圖6 2022年5月23日全球Argo剖面浮標(biāo)分布圖（https://argo.ucsd.edu/about/status/）Figure 6 Map of Argo stations on May 23, 2022（https://argo.ucsd.edu/about/status/）

自 2006 年開(kāi)始，我國(guó)先后主導(dǎo)開(kāi)展了“南?！∧岷］斶\(yùn)/交換”（SITE）、“印尼貫穿流輸運(yùn)、內(nèi)波與混合及其對(duì)季節(jié)性魚(yú)群遷徙影響”（TIMIT）等項(xiàng)目；在印尼海的北部和西部通道，如卡里馬塔海峽、巽他海峽、龍目海峽和望加錫海峽開(kāi)展了聯(lián)合觀測(cè)調(diào)查[19]。

2.1 “西南太平洋海洋環(huán)流與氣候試驗(yàn)”和“西北太平洋海洋環(huán)流與氣候試驗(yàn)”

作為 TOGA 和 WOCE 的后續(xù)計(jì)劃，CLIVAR 在2000 年后陸續(xù)實(shí)施了“西南太平洋海洋環(huán)流與氣候試驗(yàn)”（SPICE）和“西北太平洋海洋環(huán)流與氣候試驗(yàn)”（NPOCE）計(jì)劃（圖 7）。SPICE 計(jì)劃于 2008 年開(kāi)始實(shí)施，經(jīng)過(guò)短期過(guò)程研究和 7 年多的現(xiàn)場(chǎng)海洋觀測(cè)和模式模擬，精細(xì)描述了西南太平洋特別是所羅門(mén)海、東澳大利亞海域海洋環(huán)流系統(tǒng)的各分支及其變化規(guī)律和聯(lián)系[20-22]。

NPOCE 計(jì)劃于 2010 年啟動(dòng)，由中國(guó)科學(xué)院院士胡敦欣領(lǐng)銜發(fā)起，這是我國(guó)發(fā)起的第一個(gè)海洋領(lǐng)域大型國(guó)際合作計(jì)劃，共有 8 個(gè)國(guó)家的 19 個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與。NPOCE 旨在觀測(cè)、模擬和理解西北太平洋海洋環(huán)流的變異規(guī)律及其動(dòng)力機(jī)制，以及在全球和區(qū)域性氣候變化中的作用[23]。在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科學(xué)技術(shù)部國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等的大力支持下，中國(guó)在西太平洋和印尼海域建立了大規(guī)模潛標(biāo)/浮標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)，有力推動(dòng)了西邊界環(huán)流動(dòng)力學(xué)、西太暖池變異及 ENSO 多樣性特征與機(jī)理、印太水交換和多尺度相互作用等方面的研究[3,24-36]，奠定了我國(guó)在西太平洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)及其氣候效應(yīng)研究領(lǐng)域的引領(lǐng)地位，極大提升了我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

2.2 “熱帶太平洋觀測(cè)系統(tǒng)2020”

21 世紀(jì)以來(lái)，隨著 ENSO 多樣性發(fā)展和全球變暖持續(xù)影響，ENSO 的模擬和預(yù)測(cè)也遭受了巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，TOGA-COARE 構(gòu)建的熱帶太平洋國(guó)際觀測(cè)系統(tǒng)因缺乏持續(xù)的經(jīng)費(fèi)支持，2012—2014 年逐步縮減。特別是國(guó)際主流氣候模式對(duì) 2014/2015 年超強(qiáng)厄爾尼諾事件預(yù)測(cè)失敗，向氣候模式和熱帶太平洋國(guó)際觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn)。在此背景下，“熱帶太平洋觀測(cè)系統(tǒng) 2020”（TPOS 2020）計(jì)劃于 2014 年開(kāi)始實(shí)施，包括中國(guó)、美國(guó)、日本等 12 個(gè)國(guó)家參與該計(jì)劃（圖8）。TPOS 2020 旨在 2020 年完成一套更加優(yōu)化的熱帶太平洋國(guó)際觀測(cè)系統(tǒng)，以提升耦合天氣預(yù)報(bào)和季節(jié)內(nèi)預(yù)測(cè)水平，增進(jìn)對(duì) ENSO 的認(rèn)知和模擬預(yù)測(cè)，從而提升極端天氣系統(tǒng)對(duì)洪水、漁業(yè)、山火和空氣污染等領(lǐng)域的預(yù)警能力。TPOS 2020 將強(qiáng)化對(duì)上層海洋及海面大氣重要參數(shù)和現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)，增加海洋生物地球化學(xué)方面的內(nèi)容，并將其觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)向太平洋東、西邊界區(qū)域和高緯度區(qū)域擴(kuò)展。

圖7 西北太平洋海洋環(huán)流與氣候試驗(yàn)（a）[23]和西南太平洋海洋環(huán)流與氣候試驗(yàn)（b）[20]觀測(cè)站位設(shè)計(jì)Figure 7 Map of oceanographic stations of NPOCE (a)[23] and SPICE (b)[20]

圖8 TPOS 2020觀測(cè)站位設(shè)計(jì)（https://tropicalpacific.org/）Figure 8 Map of oceanographic stations of TPOS 2020 (from https://tropicalpacific.org/)

2.3 “印度洋海洋觀測(cè)系統(tǒng)”

“印度洋海洋觀測(cè)系統(tǒng)”（IndOOS）的科學(xué)目標(biāo)主要是為天氣與氣候預(yù)報(bào)、環(huán)境評(píng)估與決策提供可持續(xù)的高質(zhì)量海洋與大氣觀測(cè)數(shù)據(jù)[37]。該計(jì)劃自 1999 年開(kāi)始論證，于 2006 年在 CLIVAR 和“全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)”（GOOS）框架下開(kāi)始實(shí)施。IndOOS 在印度洋構(gòu)建了“熱帶潛標(biāo)陣列”（RAMA），該陣列觀測(cè)對(duì)提高短期氣候預(yù)測(cè)能力具有重要作用。中國(guó)自主研發(fā)的深海浮標(biāo)“白龍”成為 RAMA 觀測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分。在印太交匯區(qū)，IndOOS 觀測(cè)主要集中在東印度洋海域，主要包含兩條斷面和潛標(biāo)觀測(cè)（圖 9a）；自 2020 年開(kāi)始，IndOOS 開(kāi)始實(shí)施第二階段的觀測(cè)計(jì)劃，顯著增加了印度洋海域的 Argo 剖面浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)量（圖 9b）[37]。

圖9 印度洋海洋觀測(cè)系統(tǒng)站位原始設(shè)計(jì)及現(xiàn)狀（a）、2020—2030年規(guī)劃（b）站位圖[37]Figure 9 Map of oceanographic stations of IndOOS: Stations designed and currently conducted (a), and designed stations for 2020-2030 (b)[37]

2.4 “海洋性大陸觀測(cè)”

“海洋性大陸觀測(cè)”（YMC）是一項(xiàng)偏重于大氣科學(xué)方面的國(guó)際計(jì)劃，開(kāi)始于 2017 年，主要針對(duì)印太交匯區(qū)中的中國(guó)南海、中南半島、菲律賓群島、印度尼西亞群島、新幾內(nèi)亞島等眾多島嶼及一系列淺海組成的海洋性大陸區(qū)域開(kāi)展大規(guī)模的定點(diǎn)、走航觀測(cè)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)（圖 10）[38]，增進(jìn)對(duì)海洋性大陸地區(qū)的大氣對(duì)流狀況、上層海洋過(guò)程和海-氣相互作用、平流層和對(duì)流層的相互作用、大氣氣溶膠的認(rèn)知，改進(jìn)該區(qū)域數(shù)值模式，從而提升對(duì)該區(qū)域天氣氣候系統(tǒng)多尺度變異及其全球影響的認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)[39]。該計(jì)劃由包括中國(guó)、日本、印度尼西亞、英國(guó)、澳大利亞在內(nèi)的 15 個(gè)國(guó)家參與，分為兩個(gè)階段實(shí)施，第一階段已于 2020 年結(jié)束。目前，YMC 計(jì)劃在海洋性大陸區(qū)域構(gòu)建了一個(gè)綜合的天氣、氣候觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為下一步開(kāi)展該區(qū)域數(shù)值模式與觀測(cè)集成奠定了良好的基礎(chǔ)[38]。

圖10 “海洋性大陸觀測(cè)”主要觀測(cè)區(qū)域及站位設(shè)置[38]Figure 10 Schematic diagrams of major phenomena and oceanographic stations of YMC[38]

2.5 “印度尼西亞群島層結(jié)與輸運(yùn)”

相比而言，印太交匯區(qū)核心海域海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃仍相對(duì)較少。在 Arlindo 之后，印尼海實(shí)施的規(guī)模最大的多邊國(guó)際合作計(jì)劃是“印度尼西亞群島層結(jié)與輸運(yùn)”（INSTANT）（圖 11）[40]。該計(jì)劃開(kāi)始于 2003 年，聯(lián)合來(lái)自印度尼西亞、法國(guó)、荷蘭、美國(guó)和澳大利亞的科學(xué)家通過(guò)觀測(cè) ITF 研究其強(qiáng)度和垂直分布，為海洋環(huán)流和氣候模式的初始過(guò)程和驗(yàn)證提供觀測(cè)支撐[40]。INSTANT 于 2004—2006 年對(duì) ITF 主要路徑開(kāi)展了同步觀測(cè)，基本厘清了印尼海中 ITF 各個(gè)通道的流量，并揭示了關(guān)鍵海峽通量的季節(jié)和季節(jié)內(nèi)變異[41]。

圖11 “印度尼西亞群島層結(jié)與輸運(yùn)”國(guó)際計(jì)劃觀測(cè)站位分布[40]Figure 11 Map of oceanographic stations of INSTANT[40]

2.6 印太交匯區(qū)多圈層國(guó)際合作計(jì)劃

盡管 21 世紀(jì)以來(lái)，印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃不斷增多，但這些計(jì)劃大多都是圍繞單一學(xué)科或 2—3 個(gè)學(xué)科開(kāi)展，國(guó)際合作仍受觀測(cè)手段和學(xué)科壁壘限制。鑒于印太交匯區(qū)具有獨(dú)特的海洋、大氣環(huán)流交匯，以及歐亞板塊、太平洋板塊和印澳板塊交匯的自然屬性，也是全球海洋生物多樣性中心，各圈層之間存在非常緊密且復(fù)雜的相互作用，割裂地就其中 1—2 個(gè)學(xué)科開(kāi)展研究，可能難以得到準(zhǔn)確而統(tǒng)一的整體認(rèn)知。因此，有必要開(kāi)展印太交匯區(qū)多圈層大型國(guó)際合作計(jì)劃，厘清各圈層相互作用對(duì)物質(zhì)能量在該區(qū)域匯聚演化的作用。目前，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目支持下，正在發(fā)起針對(duì)印太交匯區(qū)多圈層相互作用的“印太交匯區(qū)多學(xué)科綜合調(diào)查-生物多樣性研究”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，并于 2021 年納入 UNESCOIOC 框架下。

3 印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃對(duì)我國(guó)該領(lǐng)域科研成果成效分析

基于 Clarivate 科學(xué)引文索引擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫(kù)（SCI-E）檢索到的文獻(xiàn)信息①使用“海洋”“觀測(cè)”“印度洋”“西太平洋”“印尼?！焙汀皠?dòng)力學(xué)”的相關(guān)英文單詞和縮寫(xiě)詞作為檢索詞進(jìn)行主題檢索，檢索到的文獻(xiàn)類(lèi)型限定ARTICLE、PROCEEDINGS PAPER 和REVIEW，檢索日期設(shè)定為1960—2021年，共檢索得到1021篇文獻(xiàn)，并使用Clarivate公司開(kāi)發(fā)的文本挖掘軟件Dewent Data Analyzer（DDA）進(jìn)行文獻(xiàn)分析。，本節(jié)詳細(xì)分析了全球在印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)領(lǐng)域的論文發(fā)表情況，以及我國(guó)在該領(lǐng)域科研成果的變化趨勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō)，按照國(guó)別劃分，1960—2021年印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)研究在 SCI-E 數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)文量排在前 3 位的國(guó)家分別是美國(guó)（598 篇）、中國(guó)（203 篇）和法國(guó)（113 篇）（圖 12a）；美國(guó)在該領(lǐng)域的主導(dǎo)地位非常明顯，這也跟前面提到的 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始以歐美發(fā)達(dá)國(guó)家主導(dǎo)的全球觀測(cè)計(jì)劃實(shí)施是一致的。如果從近 5 年的數(shù)據(jù)來(lái)看，雖然排名前 3 位的國(guó)家沒(méi)變，但中國(guó)與美國(guó)的差距明顯縮小，從之前僅為美國(guó)的 1/3 增長(zhǎng)到 2/3（圖 12b），這顯示出近些年我國(guó)在印太海洋觀測(cè)領(lǐng)域的快速發(fā)展和取得的顯著成效。

圖12 印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)研究各國(guó)家或地區(qū)發(fā)文量對(duì)比Figure 12 Number comparison of global publications regarding ocean observation in the Indo-Pacific convergence region among countries and regions

為了凸顯我國(guó)“十二五”以來(lái)在印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)領(lǐng)域的成果，我們進(jìn)一步針對(duì) 2010—2021 年期間，各個(gè)國(guó)家研究機(jī)構(gòu)在印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)領(lǐng)域發(fā)表論文進(jìn)行了檢索（圖 13）。結(jié)果表明，近10年來(lái)中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)領(lǐng)域取得了非常卓越的成果，在國(guó)際上已經(jīng)處于該領(lǐng)域的引領(lǐng)地位，其發(fā)表的論文成果已經(jīng)位列全球科研機(jī)構(gòu)排名第一位，追平美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局；排名第三到第五位的科研機(jī)構(gòu)也都來(lái)自中國(guó)，分別是中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所、中國(guó)南京信息工程大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所，這顯示出中國(guó)海洋觀測(cè)科學(xué)與技術(shù)近些年來(lái)在國(guó)家戰(zhàn)略指引下，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，已具備較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖13 2010—2021年印太交匯區(qū)海洋觀測(cè)研究全球機(jī)構(gòu)發(fā)文量對(duì)比Figure 13 Number comparison of ocean observation publications by global institutions/universities in Indo-Pacific convergence region during 2010-2021

上述SCI-E數(shù)據(jù)庫(kù)檢索文獻(xiàn)結(jié)果表明，隨著“十二五”以來(lái)我國(guó)在印太交匯區(qū)海洋國(guó)際觀測(cè)投入的增加，我國(guó)在該領(lǐng)域研究方面取得了很多重要進(jìn)展，特別是在該區(qū)域的海洋環(huán)流三維結(jié)構(gòu)及其變異機(jī)理、海氣相互作用、ENSO多樣性及其預(yù)測(cè)，以及熱帶氣旋模擬等方面取得了很多重要成果，在印太交匯區(qū)積累了寶貴的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)，為國(guó)際海洋科學(xué)與氣候研究作出了重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，我國(guó)海洋觀測(cè)儀器裝備也隨著印太交匯區(qū)海洋國(guó)際觀測(cè)計(jì)劃的推進(jìn)、實(shí)施和我國(guó)海洋科考調(diào)查的發(fā)展得到了長(zhǎng)足發(fā)展，詳細(xì)成果可參見(jiàn)《中國(guó)科學(xué)院院刊》2022年第 7 期“海洋觀測(cè)探測(cè)與安全保障技術(shù)”專(zhuān)題相關(guān)文章。

4 展望與思考

受全球變暖持續(xù)影響，各種極端天氣事件頻發(fā)，對(duì)包括我國(guó)在內(nèi)的印太交匯區(qū)周邊國(guó)家的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全都帶來(lái)了極大威脅。海洋與氣候問(wèn)題逐漸成為各國(guó)關(guān)注的重要戰(zhàn)略問(wèn)題，科學(xué)界開(kāi)始意識(shí)到全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)不僅是用以了解海洋在全球氣候中所起作用，還需要對(duì)其開(kāi)展跨學(xué)科、多圈層一體化觀測(cè)和海洋系統(tǒng)科學(xué)研究，以支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的多方面科技需求。印太交匯區(qū)作為全球海洋生物多樣性最高的區(qū)域，具有豐富的紅樹(shù)林、海草床等生態(tài)系統(tǒng)，是非常重要的天然碳匯，對(duì)減緩溫室氣體效應(yīng)具有重要作用。該區(qū)域的上層海洋和低層大氣能量、物質(zhì)、熱量呈現(xiàn)聚合特征，也是歐亞板塊、印度洋板塊、太平洋板塊碰撞的中心。未來(lái)該區(qū)域的國(guó)際觀測(cè)計(jì)劃主要從 3 個(gè)方面進(jìn)行布局。

（1）從水圈、氣圈、巖石圈、生物圈多個(gè)圈層之間的聯(lián)系和相互作用角度開(kāi)展多圈層協(xié)同觀測(cè)與國(guó)際合作，構(gòu)建跨學(xué)科、多圈層的一體式觀測(cè)研究模式。該區(qū)域已有的國(guó)際觀測(cè)計(jì)劃大多是關(guān)注的大氣、海洋或生物多樣性等單一或某兩個(gè)圈層的科學(xué)問(wèn)題。未來(lái)的國(guó)際觀測(cè)計(jì)劃應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步以國(guó)際合作調(diào)查研究、能力建設(shè)和人才培養(yǎng)為抓手，從系統(tǒng)科學(xué)的視角，圍繞地球系統(tǒng)多圈層相互作用這一主線，聚焦于海氣界面、海陸界面和海底界面物質(zhì)能量交換過(guò)程，開(kāi)展海洋與氣候變化、海洋生態(tài)系統(tǒng)健康與生物資源變動(dòng)、海底巖石圈形成演化與資源環(huán)境效應(yīng)、深海環(huán)境與生命過(guò)程等綜合交叉研究；依托我國(guó)自主構(gòu)建的海洋科學(xué)觀測(cè)體系開(kāi)展印太交匯區(qū)海洋綜合觀測(cè)、模擬和研究平臺(tái)，全面提升對(duì)該海域的探測(cè)、預(yù)測(cè)能力和科學(xué)認(rèn)知水平。

（2）發(fā)起中國(guó)主導(dǎo)的國(guó)際觀測(cè)計(jì)劃，開(kāi)展該區(qū)域深海觀測(cè)研究，助力提升深海動(dòng)力過(guò)程及其氣候環(huán)境效應(yīng)認(rèn)知、發(fā)展性能穩(wěn)定的深海觀測(cè)裝備和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。以往觀測(cè)研究更多聚焦在印太交匯區(qū)海洋的上層，對(duì)主溫躍層以下的中深層海洋觀測(cè)匱乏。已有研究表明，在全球變暖大背景下越來(lái)越多的熱量向深海傳遞，海洋因其巨大的體量發(fā)揮著全球變暖的緩沖器作用。深海還存在著豐富的多尺度海洋動(dòng)力過(guò)程，深海地形波動(dòng)和深海渦旋會(huì)引起強(qiáng)烈的深層季節(jié)內(nèi)振蕩，通過(guò)壓力梯度、行星波動(dòng)和中尺度渦等可以將上層海洋信號(hào)快速傳遞至深海[42-45]。厘清深海動(dòng)力過(guò)程、生物地球化學(xué)過(guò)程和生物生態(tài)過(guò)程對(duì)氣候預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、海洋環(huán)境安全保障和生物資源保護(hù)至關(guān)重要。在大西洋，以歐美科學(xué)家為主建立了針對(duì)全球經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流上下分支數(shù)個(gè)觀測(cè)斷面，通過(guò)上百套潛標(biāo)和水下滑翔機(jī)群對(duì)深層環(huán)流、水團(tuán)等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)。然而，在印太交匯區(qū)，尚未建立系統(tǒng)而長(zhǎng)期的深海觀測(cè)體系。

（3）聚焦構(gòu)建可持續(xù)的并與全球海洋觀測(cè)有機(jī)結(jié)合的印太交匯區(qū)國(guó)際觀測(cè)系統(tǒng)。縱觀全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃實(shí)施以來(lái)給全球的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了非常顯著的效益：除了增加商業(yè)利潤(rùn)，降低商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和不確定性外，也顯著提升了公共效益，其中最重要的就是自然災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)。由于印太交匯區(qū)在全球氣候變化中扮演著非常重要的角色，也是全球最密集的人口居住地，該區(qū)域未來(lái)的海洋觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃應(yīng)聚焦于構(gòu)建可持續(xù)的并與全球海洋觀測(cè)有機(jī)結(jié)合的目標(biāo)。從需求、觀測(cè)、數(shù)據(jù)和信息這幾個(gè)部分出發(fā)，去考察海洋變量的作用，這也是目前全球海洋界提倡的一種海洋觀測(cè)架構(gòu)系統(tǒng)方法[46]。中國(guó)科學(xué)院在近 10 年，通過(guò)實(shí)施 2 個(gè)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)，在印太交匯區(qū)開(kāi)展了以海洋觀測(cè)為基礎(chǔ)的多圈層、多學(xué)科交叉研究，為我國(guó)引領(lǐng)該區(qū)域國(guó)際海洋觀測(cè)計(jì)劃奠定了良好的基礎(chǔ)。未來(lái)，我國(guó)將通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)與該區(qū)域周邊國(guó)家的科學(xué)調(diào)查國(guó)際合作，構(gòu)建更加完善的對(duì)國(guó)計(jì)民生產(chǎn)生重要影響的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)。這既對(duì)國(guó)際地球科學(xué)領(lǐng)域作出重要貢獻(xiàn)，也是我國(guó)實(shí)施海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、建設(shè)“21 世紀(jì)海上絲綢之路”的重要舉措。