海洋學(xué)家的科研日常

李炎

大自然贈(zèng)予航海者的測量工具

唐代詩人白居易在《憶江南》中寫道：“日出江花紅勝火， 春來江水綠如藍(lán)。”常被后人譯為，燦爛的陽光把江畔的野花照耀得比火還要紅，春天的江水如藍(lán)草一樣碧綠清澈。但是，這一催生無數(shù)名詩名畫的水上美景，實(shí)為陽光在波動(dòng)水面鏡面反射的物理現(xiàn)象，科學(xué)術(shù)語稱之為“太陽耀光”。

航海者將太陽耀光視為大自然贈(zèng)予他們的精準(zhǔn)測量工具。200 多年前，就有人利用太陽在地平線上的高度、水面太陽耀光條帶的長寬所對應(yīng)的視場角度，測量波浪斜面的坡度。

國外科學(xué)家運(yùn)用太陽耀光航空攝影測量獲得的波浪斜面坡度與海面風(fēng)場關(guān)系式，揭開了海洋與大氣相互作用的“面紗”，在氣象預(yù)報(bào)和氣候變化預(yù)測中大顯身手。

我與太陽耀光的初次邂逅

機(jī)緣巧合，我也有幸進(jìn)入對太陽耀光這一領(lǐng)域的研究。

20世紀(jì)末，上網(wǎng)速度還很慢，在網(wǎng)上瀏覽資料很不方便。于是，每次出差到北京，不論日程安排多緊張，我都會(huì)抽時(shí)間到中國科學(xué)院中國遙感衛(wèi)星地面站查閱衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，常常一待就是好幾個(gè)小時(shí)。

記得那是個(gè)陽光和煦的下午，我正在瀏覽臺灣海峽索引圖像，恰巧看到一張來自美國的陸地衛(wèi)星遙感圖像，其高亮區(qū)形態(tài)并不是常見的空中云像，卻似海底的潮流沙脊形態(tài)。這應(yīng)該是為海底光纜選線的海洋地質(zhì)同行們晝思夜想的臺灣淺灘水下地形信息！

收到數(shù)據(jù)光盤后，放進(jìn)電腦一看，果真是疊加著優(yōu)美沙波群的水下潮流沙脊。但是按經(jīng)典的計(jì)算方式反復(fù)推演，我卻始終得不到與實(shí)測水深剖面相匹配的結(jié)果。帶著疑問我請教了專攻波浪遙感的同事楊勁松，方知國外也有類似案例。

沿著他們的思路，確認(rèn)這是水下地形調(diào)制波浪斜面坡度形成的太陽耀光遙感圖像后，我的學(xué)生邵浩將“臺灣海峽沙波的太陽耀光遙感研究”作為論文選題。于是，我們便一同投入到太陽耀光這個(gè)令人著迷的領(lǐng)域。

不唯書 只唯實(shí)

1997年，曾有國外著名學(xué)者發(fā)表了一組與太陽耀光有關(guān)的公式，但錯(cuò)將其中一個(gè)加號寫成了減號，且被其他同行一直沿用。

2011年，邵浩在臺灣海峽沙波的太陽耀光研究中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，隨即推導(dǎo)驗(yàn)證出正確的公式，并反復(fù)通過他的論文向同行提醒。

這個(gè)修正在太陽耀光研究領(lǐng)域具有里程碑式意義。也因?yàn)橛辛苏_的公式，近年來衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張華國團(tuán)隊(duì)，應(yīng)用多角度衛(wèi)星太陽耀光遙感技術(shù)，在探測海面粗糙度和等效折射率方面收獲頗豐。

科學(xué)無小事，一個(gè)公式、一個(gè)符號都關(guān)系著研究的最終成敗。對于有爭議的數(shù)據(jù)、公式、論點(diǎn)，即便是國際學(xué)術(shù)權(quán)威發(fā)表的，也要敢于發(fā)表不同意見，這正是年輕人的優(yōu)勢。

科研如同一場接力賽

水下地形的太陽耀光遙感探測，需要在海上現(xiàn)場測量一些重要參數(shù)。但是國外同行始終沒有找到最優(yōu)的測量方案，因此測出的數(shù)據(jù)一直不理想。

2006年，邵浩根據(jù)廈門大學(xué)的儀器特點(diǎn)，巧妙地設(shè)計(jì)出一套觀測與推算方案。我們用延平2號科考船在臺灣淺灘沙波群核心區(qū)一個(gè)周長為12.8千米的三角形閉合測線上，連續(xù)重復(fù)航行28 圈進(jìn)行測量。

沙波群是個(gè)天然的水波儲(chǔ)能帶，無風(fēng)三尺浪?？瓶即诤Ｉ喜煌ｎ嶔?，28 圈航行下來，除了專注航行和觀測的人們外，其他人都已轉(zhuǎn)暈了。但這顛簸的28 圈卻讓我們“抓住”了一系列重要的物理量！

科研如同一場接力賽，對個(gè)人意志力和團(tuán)隊(duì)協(xié)同性都是大強(qiáng)度的磨煉。太陽耀光遙感研究的成果，已經(jīng)為海洋與大氣相互作用、水下地形、海洋溢油、海洋內(nèi)波的快速精準(zhǔn)探測，打開了更廣闊的空間。中國新一代的海洋學(xué)家們，正將這個(gè)精準(zhǔn)但緩慢進(jìn)展的領(lǐng)域，轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)且迅速進(jìn)展的領(lǐng)域！54D8624E-37DB-48ED-BF91-0A94CA6FBFFD