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索引号: 002482437/2021-00385 公开方式: 主动公开
文号: 公开日期: 2021-02-22
发布单位: 浙江省自然资源厅 信息来源: 中国自然资源报

九天之上观沧海——记卫星海洋环境动力学国家重点实验室
发布日期:2021-02-22浏览次数:字体:[ ]

面对赤潮、台风等海洋灾害及厄尔尼诺等气候振荡的影响,人们该何去何从?如果想全面系统地认知全球海洋、气候和生态系统的变异机制,就需要一个可以对海洋实现全面、有效、实时观测的网络,而这个观测网络的核心技术攻关就在浙江杭州西湖湖畔——自然资源部第二海洋研究所。

近日,记者走进海洋二所,探访卫星海洋环境动力学国家重点实验室(以下简称SOED国重室)。这里是位于浙江省唯一的海洋类国家重点实验室,培养了3位两院院士,汇聚了众多一流的科研人员。科学家们所做的研究不仅能从“九天之上”观测了解海洋环境变化,也能在海洋内部感知大海的“喜怒哀乐”和变化机理。

国家海洋卫星杭州地面站卫星天线

聚焦科技前沿建平台

2006年7月,SOED国重室由科技部批准建设,2009年12月通过验收。SOED国重室现设立3个主要研究方向:海洋卫星遥感技术与应用、海洋动力过程与生态环境、大洋环流与气候变化。同时,该实验室设有四大公共支撑平台,即国家海洋卫星地面站、中国Argo实时资料中心、数值计算与数据共享中心、仪器设备共享中心。这些技术支撑平台可为海洋科学研究提供海上观测数据资料和分析计算等服务,同时也面向国内相关机构共享数据、资料和设备。

中国Argo实时资料中心,承担了中国Argo浮标的布放,实时资料的接收和处理,资料质量控制技术、方法的研究与开发,可快速向项目承担单位和相关部门提供Argo资料。杭州全球海洋Argo系统野外科学观测研究站具备批量接收和处理多种型号、携带多种传感器的自动剖面浮标观测资料的能力。

近年来,SOED国重室大力开展我国近海环境预报和预警研究。2019年,海洋二所联合浙江温州、宁波和江苏南通三地海洋环境监测中心站,共同组建了长三角海洋生态环境野外科学观测研究站,面向长江口及邻近海域生态环境建立了区域性、立体化、多学科的观测网络。当前,该野外站观测网络布局包括一个缺氧浮标、2个海上平台、3条常规断面和4个岸基观测站,核心范围覆盖约10万平方公里海域,并可进一步监测到南海和黄海等海域。

多年来,SOED国重室着力构建特色鲜明、具有国际影响力的海洋科技基地,以卫星遥感和自动剖面浮标等新技术为重要手段,开展了多学科交叉与整合研究。为推进对外开放,该实验室还设立了“海星公开课”,面向全国招生,邀请国际知名科学家授课。

加快业务化应用步伐

2020年6月11日,海洋一号D卫星在太原卫星发射中心成功发射,开启了我国海洋水色业务卫星组网观测的新篇章。这是我国成功发射的第四颗海洋卫星。

海洋卫星发射后,数据处理应用是关键。国家海洋卫星杭州地面站是我国卫星海洋业务化应用四大地面站之一,始建于1988年,是国内海洋遥感领域建站最早、运行时间最长、数据种类最多的卫星接收站,已累计接收卫星28颗,分别是我国风云系列、海洋系列、国外EOS系列和NOAA系列等卫星,为SOED国重室及多个科研院所和业务化中心提供了数据共享服务,在海洋卫星数据的接收、处理和应用方面取得了一系列进展。

1997年9月,美国“海星”号水色卫星发射。在我国海洋遥感学科带头人、中国工程院院士潘德炉的带领下,科研团队攻克技术难关,使得杭州地面站成为大陆唯一、国际首批获得“海星”号水色卫星资料免费接收权的地面站。该研究成果获得了2003年浙江省科学技术进步奖一等奖。

2007年4月,我国第二颗海洋水色卫星发射。SOED国重室遥感技术创新团队以此为契机,建立了国际少有的综合考虑海气耦合、粗糙海面、偏振的辐射传输模型,使我国拥有了遥感前端资料处理“芯片”,并荣获海洋创新成果奖一等奖。

2013年,杭州地面站纳入国家海洋卫星地面应用系统,杭州地面站更名为国家海洋卫星杭州地面站。同年,遥感技术创新团队攻克了近海复杂水体卫星遥感的国际性难题、我国海洋水色卫星资料处理与应用的关键技术,形成了具有自主知识产权的卫星接收、处理和应用一体化海洋遥感系统。该成果获得国家科技进步奖二等奖。

2018年,遥感技术创新团队攻克接收小型化、处理自动化、船载移动化三大关键技术,将地面遥感系统推进到船载遥感应用系统,并安装于“大洋一号”船,为我国海洋环境遥感移动监测提供了重要平台,有效提高我国海洋遥感系统的实用化水平。该成果获得海洋科学技术奖一等奖。

2019年,遥感技术创新团队攻克了高时间分辨率静止卫星晨昏水色遥感技术,将每天观测的频率提高到逐小时观测。该成果获得了海洋科学技术奖一等奖。

近年来,遥感技术创新团队在海洋遥感新机理、新技术和新应用方面不断取得新突破,为我国新型海洋卫星系列的发展和应用提供了重要支撑,在我国海洋科学研究、海洋资源开发、灾害监测、环境调查和海洋环境保护等方面发挥了重要作用。

开拓海气研究新领域

研究多尺度海气相互作用过程,如海洋与台风的相互作用过程和机理、ENSO(厄尔尼诺—南方涛动)的变化和机理等,是海洋与大气科学研究的前沿领域。近年来,SOED国重室大洋环流团队开拓了台风研究新领域,引领ENSO及同化预报技术发展,在多尺度海气相互作用以及资料同化和可预报性等方面开展了大量研究,在台风与海洋相互作用、ENSO动力学、海气数值预报和资料同化等研究上取得了重要成果。

台风是影响我国最严重的自然灾害之一。多年来,大洋环流团队在观测和模式2个方面寻求突破,获得了多项标志性成果。通过海上浮标、潜标、水下滑翔机和波浪滑翔器组网观测等手段,大洋环流团队成功获取了多个台风过程中海洋与大气的现场数据,为剖析海洋与台风相互作用机理提供了宝贵资料。

同时,大洋环流团队综合采用实测资料、数值模式和理论模型等手段,研究台风期间海气界面通量过程、海表面波过程以及海洋内部温盐流等变化过程,揭示其物理机制,归纳总结了海气相互作用的控制因子,为台风期间海洋和大气状态的预测和预报提供科学依据。

ENSO是地球上最为显著的短期气候振荡现象。大洋环流团队通过十几年的探索,首次提出了“厄尔尼诺包含3种基本类型”,解决了科学家们关于厄尔尼诺事件多样性以及与拉尼娜事件之间非对称性的争议。此外,大洋环流团队还阐明了热带气旋与ENSO之间的相互作用机理,揭示了不同类型ENSO事件对台风的影响,发现了台风可以通过驱动西风爆发来影响ENSO的发生发展。近年来,大洋环流团队在ENSO的影响和预测等方面的研究成果在《Nature》(《自然》)子刊等知名国际期刊上发表。

此外,大洋环流团队在气候事件的可预报性方面开展了一系列研究,提出的气候相关奇异向量方法,成功应用于国家气候中心的季节预测业务系统。此外,该团队牵头研制的业务化高分辨率海洋模式的耦合同化系统取得了重要进展,于2020年9月开始发布印度洋偶极子和ENSO的实时预报。

招才引智壮大科研队伍

在科研方面取得的一系列成果,离不开强有力的人才队伍支撑。

SOED国重室首任主任为中国科学院院士陈大可,长期从事物理海洋学基础研究,主要针对台风等极端天气和大洋环流理论等方面开展了基础性研究,在研究“厄尔尼诺的预测和可预测性”“海洋混合的机制和作用”等方面作出了重要贡献。

实验室现任主任柴扉主要从事物理—生物地球化学和生态动力学研究,带领团队开发和应用了海洋物理—生态系统耦合模式。此外,他的研究还包括气候变化对初级生产力和碳循环的影响,人类活动和全球气候变化如何改变太平洋以及边缘海的生态环境,海洋生态环境模拟与预测等,并参与了多个学术组织和研究项目,有效推动了海洋交叉学科发展和国际合作交流。

SOED国重室现有成员110余名,包括中国科学院院士2人、中国工程院院士1人、“国家百千万人才工程”1人、国家“万人计划”入选者4人,引进高端人才5人、国家杰出青年基金获得者1人、优秀青年基金获得者3人、省部级人才计划入选者30余人,打造了一支以高水平学术带头人为核心、中青年科研人员为中坚力量的科研队伍。接下来,该实验室将继续加大人才引进力度,力争取得更加丰硕的科研成果。


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