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唐丹玲:九天之上观沧海

2021-01-12高妍毛艳玲

科技创新与品牌 2021年12期
关键词:台风南海海洋

高妍 毛艳玲

唐丹玲,博士,海洋生态遥感专家。承担国家自然科学基金重点、面上项目等40余项;发表SCI/EI论文160多篇,被引5000多次;撰写中英文专著3部,合著英文专著16部。

曾担任全球海洋遥感学会主席、国际太平洋海洋科学与技术学会主席,均为首位中国学者主席;曾被聘为联合国多个重大项目专家;获国际海洋服务奖、联合国环境奖—扎耶德奖、全国创新争先奖状、广东省科学技术一等奖等国际、国内奖项。

“美丽南海我爱你,我们世代生活的蓝色海域。珊瑚绽放帆橹摇曳,椰林环绕伊人伫立。南海U形海疆线里,兄弟姐妹常相聚。深海勇士赛蛟龙,古老中华正崛起……”

唐丹玲,一位与大海打了半辈子交道的科学家,以这首《南海之歌》表达自己对南海与祖国的深情与热爱。现为南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)教授、中国科学院南海海洋研究所广东省海洋遥感重点实验室主任的唐丹玲,长期从事海洋生态遥感研究,近年专注南海生态环境与权益研究,已取得多项创新成果。

她以海洋水色卫星遥感为“媒介”,通过获取的各种海洋要素信息,研究、监测海洋生态发展,并对可能发生的灾害发出预警,为国家制定相关决策方案提供科学依据。

她关注南海,研究南海生态,带领团队以科学成果维护国家海洋权益,保障国家海洋安全,歌词中“南海U形海疆线”的提法正是他们近年的研究成果之一。

建设海洋强国,维护海洋权益,首先应关心海洋、认识海洋,保护海洋生态环境是重要一环。在这一环,唐丹玲和她的伙伴们已经走在前面。

以卫星为“眼”,创“风泵”理论

2002年5月15日,海洋一号A卫星发射升空,实现了我国海洋卫星“零”的突破。

之后,2007年4月海洋一号B星,2018年9月海洋一号C卫星,再到2020年6月海洋一号D卫星踏上征程,我国海洋水色业务卫星实现组网观测。

中国航天人用了18年的时间,在海洋卫星领域成功打造出以“海洋一号”系列卫星命名的中国海洋水色观测卫星家族。这大幅提高了对全球海洋水色、海岸带资源与生态环境的有效观测能力,也为唐丹玲的海洋生态遥感研究带来了更丰富的第一手珍贵资料。

唐丹玲的研究专业是海洋生态遥感。这是一门涉及海洋、生物、光学、电子、计算机、航天等多个科学领域的交叉科学。简单来讲就是借助海洋水色卫星遥感,提取研究所需的各种信息,以动态观察、监测海洋生态变化。从微小的单细胞浮游植物到巨大的台风系统,都是唐丹玲的研究观测对象,而卫星遥感技术与平台就是她的“触角”与“眼睛”。

从天上观测海上肉眼都看不到的细胞,怎样“看”呢?

“浮游植物体内有叶绿素,叶绿素的含量可以表征浮游植物的量,卫星利用阳光照在浮游植物的叶绿素上,再经过散射,就可以监测到浮游植物里面叶绿素的含量。这样我们就可以知道浮游植物在海洋中的分布、密度、变化等。”

如此,唐丹玲不仅能看到浮游植物,还能看到海洋温度的变化、海流的状况等,“这种研究在过去没有卫星遥感的时候是难以做到的”。所以唐丹玲说,海洋卫星的出现,帮助他们将“大海的蓝色与天空的蓝色结合在了一起”。

早在上世纪90年代初,唐丹玲就利用卫星遥感技术分析海洋卫星资料,提出了“海洋藻华的风调控机理”。

该理论成功揭示了风在海洋藻华形成中的重要作用,评估了风致藻华对于海洋生态系统的影响, 形成了海洋藻华的“风泵”调控理论体系。

这一理论对半个多世纪以来的两个经典藻华形成理论“临界深度理论”和“富营养化”作了重要补充和发展,成为海洋藻华动力假设的第3个理论。

在此基础上,唐丹玲又深入分析了季风、强风和台风风泵的环境生态作用,逐步形成海洋“风泵”概念与理论框架。

唐丹玲介绍,“风泵”指风(包括台风、季风、局地强风等)作用于海洋表面改变水体状态和运动的过程和作用。“风泵”会产生一系列环境生态效应,包括改变营养盐输运、促进海洋生源要素循环、驱动海洋初级生产、影响渔业资源等等。

唐丹玲发现风速与风向变化、风与海岸线夹角均能显著影响藻华的形成过程,揭示了ENSO等气候事件与南海离岸季节性藻华年际变化的关联特征与机理。

这一研究成果受到学术界关注,被美国地球物理联合会AGU发文专题亮点评论和推荐:“该研究率先对藻华的形成和移动机理进行了研究,这一机理将可以用于预测和跟踪同类事件的生物化学影响。该研究有助于科学家更好地了解正日益普遍的世界性现象的成因”。

多年研究,唐丹玲团队把研究范围拓展到台风灾害评估与应急管理、渔业灾害检测和预警信息等领域。

他们阐述了台风“风泵”在环境变化中的能量转换与传递作用。

他们发展了“台风导致水体垂直混合和上升流引发海洋藻华”机理,阐明台风等极端事件通过影响海水输运、抽吸、搅拌、夹卷以及降雨与径流等“风泵”过程改变水域营养盐分布,影响CO2、DO等生态因子,调控藻华的形成演变,发展了风影响海洋藻华机理模型。

他們还发展了台风的生态效应指数等量化研究方法,揭示了台风导致的藻华在南海寡营养盐海区营养盐输运与新生产力补充的作用与意义,全面深化了对台风生态效应的认识。

海洋“风泵”理论是唐丹玲多年研究的核心。它像一条线,串联起唐丹玲多年的科学研究历程,也指引着她向更深处拓展。

首提“南海U形海疆线”

2021年8月,唐丹玲与合作团队在天气尺度上不同大气环流型对南海沿岸上层海洋生态环境的影响方面取得重要进展。

研究揭示,天气环流形势变化通过调节当地的局地气象和水文条件使得叶绿素a浓度呈现不同的时空变化,调控了局部地区初级生产力,加深了对海洋“风泵”对于南海上层复杂的多时空尺度生态环境影响效应的认识。

该研究进展丰富了海洋“风泵”理论,也加深了我们对南海生态环境的认知。

南海,这一我国海洋版图中具有极大生态价值、资源价值与重要战略地位的存在,是唐丹玲团队重点关注的对象。对南海的海洋生态进行研究、监测与预警,是他们多年的坚守。

自2003年加入中国科学院南海海洋研究所,唐丹玲便与这片蔚蓝紧紧相连。

2018年3月,唐丹玲团队在《科学通报》发表研究文章,首次提出用“南海U形海疆线”更形象、完整、科学地表征我国南海海疆国界线。

这是我国科学家率先研究中国南海U形海疆线的自然属性。在这一研究中,唐丹玲团队发现一幅1951年出版的历史地图,其同时以连续国界线和行政区划线的方式绘制了中国南海U形线,不仅表明我国南海海疆国界线的疆界范围和完整性,而且还明确U形海疆国界线海域划归中南行政区管辖,U形海疆国界线内海域主权归属中国。

该一研究对解决南海问题的国际质疑、维护南海主权具有重大意义,为南海问题提供了重要参考和策略选择。

在科学层面,唐丹玲原创性提出“南海U形海疆线走廊”概念,开拓了U形海疆线断面走廊的环境生态与权益综合研究。

在这之后,唐丹玲团队与合作者一起,首次研究了全长4000公里的南海U形海疆线的水深三维特征,并根据海底地形地质特征将U形海疆线划为5个区间,为南海U形线海洋环境的阐述方式和重点研究区域奠定基础。研究还阐述了南海U形海疆线5个分区的海洋环境分布特征,分析了各海洋要素的季节变化特征,并通过统计近70年的台风数据,得出南海U形线东北区的生态环境受台风“风泵效应”影响最大的结论。

多年研究中,唐丹玲还带领团队实现了研究工具与方法的升级。他们建立了一套水深反演模型,包括自适应的水深分段反演模型和降尺度水深反演模型。这一模型可以充分利用国产高分卫星数据的优势,提取包括南海西沙群岛的甘泉岛、银砾滩、七连屿和永兴岛等在内的典型岛礁光学浅水区域的高空间分辨率水深信息,研究岛礁水下地形,对我国南海岛礁的保护建设和岛礁权益具有重要应用价值。

此外,唐丹玲团队还曾多次向相关部门提交有关南海的建议,如“南海U形海疆国界线”称谓建议、加强“南海U形海疆国界线”科学研究的建议等等。

唐丹玲坚信,了解是保護的前提,对海洋生态环境的更深入认识,会对维护我国海洋生态权益、发展海洋经济、加强海洋管理产生更重要的战略意义和实用价值。

锚定南海,科研护疆

2021年4月23日,“南海生态环境权益综合研究”项目团队组织的“南海生态环境科学考察U1航次”完成为期一个多月的南海科考,顺利返航登陆。

这是我国首次前往南海南端南海U形海疆线南区(第3区间)进行多学科交叉的系统综合考察航次。

作为项目首席科学家、航次负责人,唐丹玲介绍,本航次总共投放了28台OBS设备和OBEM设备,多台为自主研发设备,并首次实现出海仪器100%的回收率。航次为南海生态环境研究获得了实测的第一手资料,为产出高质量科研成果奠定了基础。

项目科学指导委员会专家评审认为,项目针对外交形势变化的需求,对南海区域与周边国家关系做了大量的调查和分析研究,同时基于初步取得的自然科学研究成果,提出了国家需要的南海相关应对策略,为增加我国相关南海主权问题的话语权做出贡献,取得了重要的阶段性成果。南海U1航次执行中使用了自主研发的探测设备,并运用新方法新手段,为解决我国海洋科学研究中若干“卡脖子”的问题做出了贡献。

这也是“南海生态环境权益综合研究”项目团队组建以来的首次出海科考。

2020年6月,唐丹玲加入南方海洋科学与工程广东省实验室(广州),并领导组建“南海生态环境权益综合研究U团队”。

“U团队”的命名即宣告了它的目标与使命——研究南海U形海疆线断面走廊的地质构造特性、邻近海域的生物生态环境、海气相互作用、地质结构演化构造与油气-水合物资源前景等,以填补相关区域自然科学研究的空缺。

创立以来,U团队始终致力于将历史、法理和国际战略的研究与南海的相关科学研究相结合,构建基于南海U形线疆界划分的海洋治理和开发的科学新框架。他们重点关注台风的“风泵”生态效应,积极对南海U形线走廊开展立体、系统的调查研究,期望为解决南海争端、有效维护我国南海海洋权益提供新的、可靠的、关键的科学证据。

唐丹玲表示,未来,U团队仍将以卫星为“眼”,勇敢南飞,以科研人独有的方式守边卫疆。

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