为何实施“透明海洋”工程？
海洋占地球表面的71%，84%的海洋水深超过2000米。深海巨大的热容量和碳储存量是地球气候系统的调节器，对地球系统的生物地球化学循环和水循环有重要的调控作用。可以说，对气候系统中长期变化的预测能力与水平，在很大程度上取决于对深海大洋的巨大热容量及热输送能力变化的观测、机理认识以及预测能力。
海洋科学研究中的重大发现和科学问题，如大洋环流、中尺度涡旋、厄尔尼诺现象等，往往都是气候长期预测所关注的内容。海洋与气候是今天的一个“超级科学”，它几乎包含了各个学科层面的问题。
我们现在关心碳排放与全球变暖问题，实际上超过三分之一的人类活动所排放的碳被海洋吸收，超过90%的由于温室气体增加所造成的盈余热量被海洋吸收。因此海洋既是碳汇，也是热汇；海洋蒸发是大气中水汽的主要来源，也是大气环流的重要驱动力；海洋与大气的热量交换，是地球气候系统能量流最重要的部分之一，可以调控气候的长期变化。
我国地处东亚季风区。水汽主要来自西太平洋、南海和印度洋，只要这些海域的海温有变化，就会影响东亚地区水汽输送通道的变化。研究不透这些水汽输送大动脉的变化，就没有办法预测东亚气候变化。比如20世纪70年代中期在西北太平洋发生海温从暖到冷的突变，即所谓的70年中期气候突变。最早发现这一现象的不是海洋与气候学家，而是渔业学家。渔业学家在北太平洋发现一些三文鱼的种类及数量在这个时期发生很大的变化，而且在大西洋乃至全球都能监测到。搞清楚未来西北太平洋这种海温突变的频率以及持续时间会发生怎样的变化，能为预测气候变化以及海洋渔业资源管理等提供重要的科学指导。
这些都需要我们加强海洋与气候研究。大洋西边界流、深海混合与经向翻转环流、热带及中纬度海-气相互作用等都是非常关键的，特别是深海大洋对气候的年际到长期变化具有重要的调解作用。因为有比较好的海洋观测支撑，目前我们对热带的海-气相互作用的理论相对较为成熟；但我们对中纬度的海-气相互作用的认识非常有限。其中一个非常关键的过程是大洋副热带西边界流，它承担着海洋热带到中高纬度的热量输送。西边界流沿其路径向大气释放的热量，可以穿越大气边界层到达对流层顶，同时沿其路径不断形成的中尺度涡旋可以改变中纬度大气风暴轴的路径及强度，从而对中纬度天气及气候系统产生重要影响。然而遗憾的是，目前我们非常缺乏对大洋西边界流的长期观测。
因此，要解决海洋科学对气候预测影响这一重大科学问题，我们需要加强海洋观测、变异机理以及预测的协同研究，使其状态、过程、变化透明，从而将海洋变成“透明海洋”。
“透明海洋”从哪方面进行了规划？
一是技术突破。着重加强深海观测系统关键设备与技术研发，特别是水下浮力平台观测技术，形成核心自主产品，提升观测能力，突破国外封锁。
二是观测网拓展。着力提高观测网的时空分辨率，从单一观测拓展为多要素综合观测，形成立体、实时、多学科的观测网。
三是理论创新。深入开展西太平洋—中国海—印度洋与极地环境、气候、资源的协同研究，力争在海洋环境多尺度变化机理及气候资源效应等方面取得重大原始创新。
四是预测系统构建。逐步有序构建起西太平洋—中国海—印度洋气候预测系统以及针对国家具体要求的区域预测系统，形成多层次、多学科、多目标的预测体系。
想把海洋看通透，需要稳定的全球观测系统。为此，青岛国家海洋实验室联合中国海洋大学等科研机构，成功研制出4000米深海自沉浮式剖面探测观测浮标，使我国具备了对全球海洋4000米持续观测能力。项目组还成功完成对世界上最大规模的区域海洋潜标观测网——南海、西太平洋潜标观测网的维护及扩充，在国际上首次实现了对蕴含丰富多尺度动力过程的南海深海盆的全面覆盖及完整监测。这些研发加速了观测装备国产化，有的子项目甚至可以做到所用设备均为自主研发。
根据吴立新的构想，“透明海洋”工程共分为海洋星簇、海气表面、深海星空、海底透视、海洋模拟器5个子计划，分别通过卫星遥感、水下机器人、超算等技术，实现对海洋表层、海洋深处、海底等的立体观测，建立可靠准确的模拟系统，实现真正意义上的透视。
“这是一项复杂的大科学工程，需要诸多学科的协同创新，这绝不是一个省份、一所科技机构所能支撑的。”
以深海星空计划为例，吴立新希望能制造出综合多种传感器、智能可控的几千个水下机器人，可以实现水下组网与导航。这项工作不仅难度大、花费高，更需要材料、能源、自动控制、通信等多个学科的协同研发。在海洋深处，如何完成大数据高速传输、如何实现超长续航、智能观测等技术，都是吴立新团队目前正在攻关的难题。
2017年底，美国国防部高级研究计划局公布了“海基物联网”构想，根据该构想，美国海军可以通过部署数量众多的小型低成本浮标传感器来形成分布式网络，从而在广阔的海洋上实现持久的态势感知。这一构想与我国“透明海洋”工程大致相似，“我们提出时间更早，并已经成功开展前期研究工作，我们已经走在了前面。”吴立新说。
吴立新这样描述“透明海洋”工程的未来：“科学家在实验室就能知道全球海洋正在发生的事情，如海洋的温度变化、水声通道的变化、鱼群的变化等，并能做出预测，国家海洋利益拓展到哪里，‘透明海洋’工程就建设到哪里。”
产生哪些社会价值？
据青岛海洋国家实验室不完全统计，“透明海洋”工程相关课题目前已获得了超过6亿元科技资金支持。除了加深对海洋的认识，还有一项重要功能就是开展海洋科技基础性、公益性的关键技术研究和突破，影响和改善民生。
青岛海洋国家实验室教授陈显尧介绍，近年来，由大型绿藻浒苔形成的绿潮在南黄海连年暴发，长达10年之久，对山东、江苏沿岸的旅游业和海水养殖业造成了巨大危害。每年夏季，受绿潮影响的地区，政府部门都需要投入大量人力、物力，对沿海一线绿藻进行收集、打捞和处理。“透明海洋”工程构建了渤黄东海高分辨率精细化短期预报系统，根据卫星遥感反演的浒苔生物量和其他观测数据，建立了浒苔漂移的短期预报，可以实现对一周内浒苔的漂移路径及覆盖范围的定量预报。2017年系统进一步应用到黄海浒苔的预警预测中，基于系统预报的浒苔漂移路径及覆盖范围影响，有关单位向青岛市政府提出在浒苔漂移过程中对关键区域进行先期打捞拦截，减缓了浒苔大范围侵入青岛沿海，从而降低了灾害强度。
徐茂波表示，近几年，美国、加拿大、日本、欧盟等国家和地区，都在加快制订并实施全球海洋立体观测系统计划，因此建设中国的全球海洋立体观测网的需求十分迫切。这不仅对国家海洋国土安全、海洋资源利用和海洋保护开发具有重大意义，对山东省发展海洋经济同样具有推动作用。
山东省科技厅海洋科技处处长孙高祚认为，“透明海洋”工程可以及时反映近海以及远洋海洋资源开发状况和开发潜力信息，为实现海水养殖、远洋渔业等合理有序开发提供科学依据；可以及时提供海洋的环境和气候信息，为港口运输、海上捕捞、海上油气开发等作业活动提供安全生产保障。还可以通过对海洋资源环境信息的综合运用，对海洋经济发展前景作出预测。对于山东来说，“透明海洋”工程产生新技术、形成新动能，将会带动山东省海洋观测、海洋工程装备、海洋油气资源开发等产业转型升级。
信息来源智慧海洋圈子
