于衛(wèi)東,方 越,劉 琳,王永剛,周 磊,邱 云,杜 巖(1.國家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061; 2.青島海洋科學與技術國家實驗室區(qū)域海洋動力學與數值模擬功能實驗室,山東青島266061; .國家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州10012;.國家海洋局第三海洋研究所,福建廈門61005; 5.中國科學院南海海洋研究所,廣東廣州51001;6.熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室,廣東廣州51001)
第二次國際印度洋科學考察計劃(IIOE-2)介紹
于衛(wèi)東1,2,方 越1,2,劉 琳1,2,王永剛1,2,周 磊3,邱 云4,杜 巖5,6
(1.國家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061; 2.青島海洋科學與技術國家實驗室區(qū)域海洋動力學與數值模擬功能實驗室,山東青島266061; 3.國家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;4.國家海洋局第三海洋研究所,福建廈門361005; 5.中國科學院南海海洋研究所,廣東廣州510301;6.熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室,廣東廣州510301)
為紀念首次國際印度洋科學考察計劃(International Indian Ocean Expedition,IIOE)成功實施50周年,進一步推動印度洋多學科交叉的新認識,政府間海洋學委員會(Intergovernmental Oceanographic Commission,IOC)、國際海洋研究科學委員會(Scientific Committee on Oceanic Research,SCOR)和印度洋全球海洋觀測系統計劃(Indian Ocean Global Ocean Observing System,IOGOOS)在2015年聯合啟動了第二次國際印度洋科學考察計劃(Second International Indian Ocean Expedition,IIOE-2,2015—2020年)。本文簡要回顧了首次IIOE的發(fā)起、實施和主要成果,介紹了IIOE-2的主要內容和我國的優(yōu)先參與方向,呼吁我國科學家將IIOE-2與我國“一帶一路”倡議相結合,更加積極地參與IIOE-2國際合作,推動在印度洋環(huán)流與氣候、海洋生態(tài)系統與可持續(xù)發(fā)展、地球生物化學循環(huán)、海底科學等領域取得新的科學進展。
印度洋;國際合作;考察;學科交叉
海洋占據了地球表面三分之二以上面積,對海洋的探索始終伴隨著人類文明的發(fā)展。直至今天,我們對于海洋的認識依然不足,特別是對于遠離海岸線的大洋和海面之下的深海。1519—1522年葡萄牙探險家麥哲倫完成了人類第一次環(huán)球航行;1831—1836年英國博物學家達爾文乘“小獵犬號”海軍勘測船完成了第一次科學探索意義的環(huán)球航行;英國皇家學會1872—1876年組織的“挑戰(zhàn)者號”環(huán)球海洋考察標志著近代海洋科學開端。19世紀末到20世紀海洋科學迅速成長為一門獨立的現代科學,國內外一批專門海洋研究機構建立,如國際上知名的美國斯克里普斯海洋研究所(1925年)、伍茲霍爾海洋研究所(1930年)、前蘇聯科學院希爾紹夫海洋研究所(1946年)、英國國立海洋研究中心(1949年)等。
二戰(zhàn)之后隨著聯合國的建立,國際合作成為推動海洋科學發(fā)展的重要方式。首次國際印度洋科學考察(IIOE,1957—1965年)被海洋界公認為是迄今最為成功的國際合作計劃之一,極大地推動了對遙遠印度洋的科學認知。在IIOE結束50周年之際,為了紀念這一海洋科學發(fā)展早期的重要國際合作計劃,政府間海洋學委員會(IOC)在2015年聯合國際海洋研究科學委員會(SCOR)和印度洋全球海洋觀測系統(IOGOOS)共同發(fā)起了第二次國際印度洋科學考察計劃(IIOE-2,2015—2020年)。
(李 燕 編輯)
1.1 IIOE的組織和實施情況
國際科學理事會(International Council for Secience,ICSU)于1957—1958年發(fā)起了國際地球物理年(Intermational Geophysical Year,IGY),開展了包括海洋在內的全球范圍內的地球科學合作觀測。在IGY實施中,國際社會認識到海洋科學發(fā)展迫切需要通過國際合作對海洋科考與調查進行綜合協調,隨后在ICSU框架下成立了“海洋研究特別委員會”,即SCOR前身。SCOR于1957年在伍茲霍爾海洋研究所舉行的第一屆年會上,考慮到印度洋是當時全球海洋中最缺乏認知的海洋,一致認為印度洋是最能夠體現國際合作價值的海域,因此把推動首次國際印度洋科學考察(IIOE)作為SCOR成立后的第一項任務,并成立了專門工作組來實施這一計劃。
隨著IIOE籌備工作的推進,國際社會越來越意識到海洋領域合作迫切需要政府間框架,以便更好地推動國際社會投入更多資源并協調解決進入他國領海等問題,因此國際社會于1960年推動在聯合國框架下建立了政府間海洋學委員會(IOC)。IOC成立后的第一個項目就是實施IIOE,SCOR在1962年順利實現了把IIOE計劃向IOC的移交,IOC領導IIOE計劃在1965年成功完成。
IIOE被認為是迄今最為成功的海洋國際合作計劃,根據Urban①URBAN E R.International Indian Ocean expedition:How it came about and what we learned about international projects.CLIVAR Exchanges,2015.回顧,有23個國家參與了該計劃的現場考察,共派出46艘科考船,考察斷面(圖1)在北印度洋、西印度洋和東印度洋的覆蓋密度之高,在今天看來仍然非常難以超越。同時,有來自29個國家的超過570名科學家參加了本項目,且有多名女性科學家(如美國14名)參加了考察航次。
圖1 第一次國際印度洋考察(IIOE,1957—1965年)期間的考察斷面圖(引自聯合國教科文組織海洋學辦公室)Fig.1 The cruise maps during IIOE(1957—1965年)
1.2 IIOE的科學目標和代表性成果
SCOR在其1957年的第一次會議上富有遠見地提出了3個在印度洋值得長期關注的優(yōu)先科學問題:
1)印度洋的漁業(yè)資源與周邊國家的攝入蛋白質缺乏;
2)面向服務農業(yè)生產的海洋與季風相互作用,迫切需要認識北印度洋的環(huán)流、上升流、海洋生產力和二氧化碳循環(huán)過程;
3)研究海洋對人類活動廢棄物容納的上限,包括核廢料。
實際上,IIOE實施期間的科學工作范疇大大超出了上述3個目標,取得了豐碩科學成果,出版了8卷論文集,共包含656篇科學論文,涵蓋海洋生物、海洋化學、物理海洋、海洋氣象、海洋地質和地球物理等學科,該論文集可以從SCOR網站(http://scor-int.org/IIOE-1/Reprints.htm)下載。另外,在IIOE計劃的觀測資料基礎上,整理發(fā)表了6本圖集及若干本專著。
以物理海洋學為例,IIOE期間及隨后發(fā)表的最具有代表性的3項工作成果包括索馬里海流季節(jié)性轉向的機制[1]、沿赤道的半年周期Wyrtki急流[2]和赤道印度洋潛流[3]研究。事實上,在赤道太平洋和赤道大西洋發(fā)現赤道潛流[4-5]后,一個直接的科學問題就是探究在季風控制的赤道印度洋是否存在穩(wěn)定的赤道潛流?這也是推動IIOE的一個重要科學關注。
IIOE的一個重要科學遺產是建立了國立印度海洋研究所(NIO)??紤]到環(huán)印度洋周邊國家在海洋科學領域的薄弱狀況,在國際社會建議和支持下,印度政府在果阿建立了NIO,它已成為國際上非常重要和活躍的海洋研究機構,在推動印度洋相關科學進步方面發(fā)揮著重要作用。
考慮到IIOE在海洋科學發(fā)展歷史中的重要作用,特別地,它是SCOR建立后的第一個科學計劃,它對國際合作的強烈需求催生了IOC,也是IOC的第一個科學計劃,它推動了印度洋海洋科學的革命性進步,也在印度洋地區(qū)建立NIO這個重要科學遺產,國際社會積極醞釀和推動第二次國際印度洋科學考察計劃(IIOE-2)并以此來紀念IIOE結束五十周年。
IOC在2013年全會上同意將IIOE-2列入2014年執(zhí)委會會議日程,隨后IOC執(zhí)委會在2014年順利批準實施IIOE-2,邀請SCOR領導編制IIOE-2科學計劃與實施戰(zhàn)略,同時建立IIOE-2臨時規(guī)劃委員會來籌備實施。SCOR在2014年建立了IIOE-2科學計劃編制委員會,在IIOE-2籌備委員會的三次科學研討會(印度海得拉巴,2013-05-14—15;中國青島,2013-11-20—21;毛里求斯,2014-03-17—18)基礎上積極開展工作,2015年順利完成IIOE-2科學計劃②HOOD R R,BANGE H W,BEAL L,et al.Science plan of the second international Indian Ocean Expedition(IIOE-2):A basin-wide research program.Scientific Committee on Oceanic Research,Newark,Delaware,USA,2015.③HOOD R R,URBAN E R,MCPHADEN M J,et al.Status and Plans for the 2nd International Indian Ocean Expedition(IIOE-2),CLIVAR Exchanges,2015.,在印度果阿召開的印度洋國際科學大會(2015-11-30—12-04)期間正式發(fā)布(http://www.iioe-2.incois.gov.in/IIOE-2/pdfviewer.jsp?docname=IIOE-2-SciencePlan-2015-2020.pdf)。
2.1 IIOE-2的科學主題
IIOE-2科學計劃報告詳細論述了該計劃的六大科學主題,涵蓋大氣、海洋、地質學科,空間上從近海環(huán)境延伸到深海過程,營養(yǎng)層次上從微生物、浮游植物到頂級掠食者,也包含漁業(yè)和人類,即:
1)人類活動影響
探討人類活動給海洋帶來的環(huán)境壓力(如全球變暖、缺氧、酸化、富營養(yǎng)化、大氣污染、垃圾、海岸帶侵蝕、過度捕撈等)如何影響印度洋的地球生物化學循環(huán)和生態(tài),以及海洋對上述壓力的響應如何反過來影響印度洋周邊的人口。
2)邊界流動力學、上升流變化及海洋生態(tài)系統影響
研究印度洋的邊界流、上升流和渦旋過程如何影響印度洋的地球生物化學循環(huán)、生態(tài)系統和漁業(yè)資源,認識局地、遙強迫過程在邊界流、上升流變化中的不同作用以及它們之間的相互作用,揭示邊界流、上升流的天氣和氣候效應以及它們的過去和未來變化。
3)季風變化與海洋生態(tài)系統響應
認識影響當代季風、古季風和未來季風氣候變化的關鍵過程,了解季風變化對于海洋的物理、化學和地球生物化學過程的影響,以及它們對于海洋生態(tài)系統、漁業(yè)資源和人類的影響。
4)環(huán)流、氣候變率和變化
認識印度洋海洋、大氣環(huán)流的古氣候變化規(guī)律以及對認識未來變化的價值,探討環(huán)流變化與大尺度地形、與太平洋-大西洋-南大洋連通性的聯系,探討其變化對于生物生產和漁業(yè)資源的影響。
認識極端事件如何影響近海和大洋生態(tài)系統,探討氣候變化對于極端事件頻率和強度的影響,評價極端事件對于印度洋低地和小島國的綜合影響。
6)印度洋地理、物理、地球生物化學和生態(tài)特征的特異性
認識控制印度洋碳、氧動力學的關鍵過程及其在過去/未來的變化和對地球生物化學循環(huán)、生態(tài)系統動力學的影響,揭示南印度洋環(huán)流如何影響印度洋生物化學和生態(tài)過程,揭示印度洋復雜的板塊和地質過程、地形特征如何影響印度洋的大洋環(huán)流、深?;旌虾突瘜W過程并進而影響地球生物化學和生態(tài)學過程。
2.2 IIOE-2框架下的科學行動計劃
IIOE-2除了加強對已有相關科學活動的協調外,也大力支持發(fā)起新的科學行動計劃,以更好地實施IIOE-2科學計劃書中的科學主題。IIOE-2框架下的已有科學行動計劃主要瞄準邊界上升流過程,主要考慮到它是聯系海洋小尺度運動與大尺度環(huán)流、上層與深層、近岸與大洋、物理過程與生態(tài)系統、海洋與氣候等多方面地重要紐帶,包含東印度洋上升流研究計劃(Eastern Indian Ocean Upwelling Research Initiative, EIOURI)、西印度洋上升流研究計劃(Western Indfan Ocean Upwelling Research Initiative,WIOURI)。
黨的十八大提出,要“積極應對人口老年化,大力發(fā)展老年服務事業(yè)和產業(yè)”。同時強調“在學有所教、勞有所得、病有所醫(yī)、老有所養(yǎng)、住有所居上持續(xù)取得新進展,努力讓人民過上更好生活”。老年事業(yè)作為民生事業(yè)的重要組成部分,關乎著億萬老年人的晚年生活和我國經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。目前,我國人口老年化已進入加速發(fā)展階段,人口老年化問題已成為中國現代化進程中不可回避的現實國情。即將進入老年社會的現實,應當引起我們高度的重視,只有認真確實的解決好這個問題,才能保證我國可持續(xù)發(fā)展道路走得更好更穩(wěn)。
1)EIOURI行動計劃
EIOURI由中、日、美等國科學家牽頭發(fā)起,以東印度洋上升流過程為主要目標的學科交叉研究計劃(科學計劃書下載網址http://www.iioe-2.incois.gov.in/IIOE-2/pdfviewer.jsp?docname=EIOURI_Science_ Plan.pdf),它主要關注3個方面的問題,即影響上升流變化的局地-遙強迫過程及其相互作用、沿岸-大洋相互作用、上升流的物理-生物過程相互作用。EIOURI計劃關注的核心海域包括赤道印度洋及赤道波導覆蓋的印度洋東邊界附近海域、蘇門答臘以西印度洋偶極子(IOD)的東部一極海域、爪哇上升流海域、印度尼西亞和澳大利亞之間的東南印度洋。東印度洋的季節(jié)性上升流海域通過強烈的海洋-大氣相互作用具有局地和全球尺度的氣候影響,同時又是重要的漁場和南大洋藍鰭金槍魚迄今已知的唯一產卵場,也是鯨類等哺乳動物的重要索餌場和洄游路線。當然,EIOURI在廣義上也關注東印度洋的其它上升流(如印度半島沿岸、斯里蘭卡周圍和印尼海的上升流)或者海洋垂直運動比較顯著的海域(如安達曼海的內波從深海向陸架傳播過程)。EIOURI的重點關注海域和主要科學關鍵詞參見圖2(http:∥www.iioe-2.incois.gov.in/IIOE-2/pdfviewer.jsp docnam=EIOURI_Science_Plan.pdf)。
圖2 EIOURI行動計劃的重點關注海域和主要科學關鍵詞Fig.2 The dominant regions and key words of the project EIOURI
2)WIOUR行動計劃
WIOURI由南非、毛里求斯、馬達加斯加等西印度洋國家發(fā)起,主要關注風場和地形強迫的沿岸上升流、渦旋和鋒面導致的垂直運動過程以及它們的生態(tài)和漁業(yè)影響,其科學計劃書尚在編制階段。WIOURI計劃歡迎其它國家的參與,同時,WIOURI擬與EIOURI開展對比研究計劃,以增強西印度洋地區(qū)的研究實力和推動科學交叉。
我國提出的“一帶一路”倡議已經得到眾多國家的積極響應,特別是“21世紀海上絲綢之路”框架下的推動海洋科學國際合作與IIOE-2實施高度契合,為我國更加積極主動參與IIOE-2提供了重要支撐。
中國科學家在IIOE-2的發(fā)起、規(guī)劃、實施階段都發(fā)揮了重要作用,參加了IIOE-2科學計劃編制,并與日本、美國科學家共同發(fā)起了EIOURI行動計劃。在國家海洋局等部門的支持下,我國初步形成了參加IIOE-2的6個優(yōu)先領域和方向,包括:
1)支持印度洋海洋觀測系統(Indian Ocean Observing System,Ind OOS)
Ind OOS是全球海洋觀測網(Global Ocean Observing System,GOOS)的重要組成部分,我國自2000年以來與國際社會一道積極推動Ind OOS的立項和實施,已是Ind OOS的主要參與國家,特別是在其骨干組成部分“亞-非-澳季風分析和預測研究錨定浮標網(Rsearch Moored Array for African-Asian-Australian Monsoon Analysis and Prediction,RAMA)”中,我國與美國、日本、印度是4個主要參與方,自主研發(fā)的“白龍”深海浮標自2010年起已經成為RAMA的重要組成部分,自2016-11起“白龍”浮標(世界氣象組織編號53041)的現場觀測資料實時上傳到世界氣象組織的全球通訊系統(Global Telecommunication System, GTS),為全球各大海洋與氣候業(yè)務化預報中心、科學界和社會公眾提供了資料共享服務。在IIOE-2實施期間,我國將與國際合作伙伴一道,繼續(xù)加快Ind OOS的建設進度,特別是加強我國在赤道中印度洋、西印度洋等季風-海洋相互作用的重要海域布放觀測浮標。
2)支持EIOURI行動計劃實施
EIOURI是我國科學家與日本、美國科學家聯合發(fā)起的行動計劃,它圍繞上升流動力學及其對區(qū)域和全球氣候的年際變化影響、上升流的物理-生物相互作用、上升流對漁業(yè)資源影響等重要問題推動學科交叉研究。目前,我國科學家與印尼、美國、日本和澳大利亞科學家正在密切合作,共同推動該計劃實施。建議加強東印度洋上升流的學科交叉研究,加強對東印度洋上升流多尺度變化及其生態(tài)效應的觀測研究,重點闡明爪哇上升流、印尼貫穿流對于東南印度洋漁業(yè)資源的影響。
3)優(yōu)先開展季風-海洋相互作用研究
我國是典型的季風性氣候,夏季降水集中在汛期,汛期降水的主要水汽來源是亞洲季風大氣環(huán)流從熱帶印度洋攜帶而來的水汽輸送,因此熱帶印度洋的季風-海洋相互作用研究對于包括我國在內的南亞、東南亞和東亞國家的防災減災非常重要,有利于改進亞洲季風區(qū)的短期氣候預測能力,服務于環(huán)印度洋周邊國家的應對氣候變化需求。建議強化季風的海洋-大氣-陸地相互作用研究,加強從熱帶印度洋到青藏高原的亞洲季風復雜性研究。
4)優(yōu)先開展印度洋環(huán)流和氣候的多尺度變化研究
在季風強迫下,印度洋環(huán)流具有很強的時間變率,不同時空尺度之間的相互作用強烈,要實現無縫隙的從天氣到氣候尺度的預報需要深刻認識印度洋復雜的多尺度變化過程。建議圍繞季節(jié)內時間尺度的大氣、海洋變化開展重點研究,揭示大氣季節(jié)內振蕩(MJO或ISO)所包含的海-氣耦合過程及其對可預報性的貢獻,從而改進耦合氣候模式在季風爆發(fā)、推進和年際變化方面的模擬和預測能力。
5)強化學科交叉研究
圍繞海洋上升流過程,強化海洋的物理-生物-地球生物化學相互作用過程研究,力求在學科交叉點上實現科學突破和帶動新興學科方向的發(fā)展,例如,要重視浮游生物視頻記錄儀、多傳感器水下滑翔機和配載生化傳感器的Argo浮標等一系列新型海洋觀測技術所帶來的學科交叉新機遇。建議通過國際合作引進先進海洋觀測技術,同時大力自主發(fā)展新型海洋觀測技術,探索引進、消化、吸收和再創(chuàng)新的技術發(fā)展道路。
6)探索海上絲綢之路的水下考古
海上絲綢之路與IIOE-2有著密切聯系,水下考古是海洋科學與人文的交叉,是一個值得探索的新興方向。建議加強與海上絲綢之路沿線國家的合作,以印尼、馬爾代夫、肯尼亞周邊海域為重點探索海上絲綢之路沿線的水下考古合作。
印度洋是全球各大洋中最缺乏科學認識的海域,印度洋周邊大部分是發(fā)展中國家,環(huán)印度洋周邊的人口約占全球總人口的三分之二,從可持續(xù)發(fā)展、糧食安全、防災減災和減貧等重大需求出發(fā)加強對印度洋的觀測和研究是非常迫切的。IOC聯合SCOR和IOGOOS發(fā)起了IIOE-2正是對上述需求的回應,像50 a前一樣,再次呼吁國際社會關注印度洋科學認知的落后局面,展示了聯合國和國際社會對于印度洋及其周邊地區(qū)發(fā)展的重視。
我國作為受季風強烈影響的國家,需要高度重視對印度洋的海洋、大氣的觀測和研究,進一步了解印度洋在亞洲和全球氣候系統中的重要作用,提高對亞洲季風的短期預測水平,才能有效預防和應對氣候異常和極端事件造成的巨大損失。IIOE-2計劃實施為我國科學家參與印度洋大型國際合作提供了機遇,也與我國的“一帶一路”倡議相吻合,呼吁有更多的科學家關注和參與IIOE-2,也特別呼吁學生和青年科學家以更大開拓精神參與到IIOE-2中。
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Introduction of the Second International Indian Ocean Expedition(IIOE-2)
YU Wei-dong1,2,FANG Yue1,2,LIU Lin1,2,WANG Yong-gang1,2,ZHOU Lei3,QIU Yun4,DU Yan5,6
(1.The First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China;2.Laboratory for Regional Oceanography and Numerical Modeling,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao 266061,China;3.Second Institute of Oceanography,Hangzhou 310012,China;4.Third Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Xiamen 361005,China;5.South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301, China;6.State Key Laboratory of Tropical Oceanography,Guangzhou 51301,China)
To celebrate the 50thanniversary of the International Indian Ocean Expedition(IIOE)and further promote the scientific understanding of the Indian Ocean from the point of view of multidisciplinary study, the Second International Indian Ocean Expedition(IIOE-2,2015—2020)was recently launched jointly by Intergovernmental Oceanography Commission(IOC),Scientific Committee of Oceanic Research(SCOR) and Global Ocean Observing System in the Indian Ocean(IOGOOS).The initiation,implementation and outstanding achievements from IIOE are reviewed here.Then the main themes under IIOE-2 are briefed, with the special emphasis on the proposed priorities to be considered by the Chinese oceanographic community.It calls for the synergy of Chinese participation on IIOE-2 with the One Belt and One Road Initiative, through which the active involvement of Chinese scientists in IIOE-2 implementation is encouraged,with the expectation on better understanding of the not fully explored Indian Ocean in its ocean circulation and climate impacts,its marine ecosystem and sustainability,its biogeochemical cycle,its sea floor study and etc.
Indian Ocean;expedition;international cooperation;multidisciplinary study
N2
A
1671-6647(2017)01-0001-07
10.3969/j.issn.1671-6647.2017.01.001
2016-12-17
國家海洋局“全球變化與海氣相互作用專項”國際合作項目——熱帶印度洋海洋過程與海氣相互作用(GASI-IPOVAI-02);國家自然科學基金委員會-山東省人民政府聯合資助海洋科學研究中心項目——海洋環(huán)境動力學和數值模擬(U1406404)
于衛(wèi)東(1970-),男,山東濰坊人,研究員,博士,主要從事海氣相互作用方面研究.E-mail:wdyu@fio.org.cn
Received:December 17,2016