发展海洋尖端科技 服务海洋强国建设 ——记卫星海洋环境动力学国家重点实验室
本文转载自中国海洋报
发展海洋尖端科技 服务海洋强国建设
——卫星海洋环境动力学国家重点实验室
2017年续写新篇
2018年3月19日~21日，卫星海洋环境动力学国家重点实验室（SOED）在杭州举行2017年度学术会议暨第三届学术委员会第三次会议。这是一次SOED实验室建设发展的会议，也是一次海洋学术交流的盛会。
SOED依托于国家海洋局第二海洋研究所，是海洋局系统第一个、也是目前唯一的国家重点实验室，在海洋领域拥有丰厚的成果积淀。2017年，该实验室坚持创新发展，取得了优异的成绩。
实力不凡的科研团队
卫星海洋环境动力学国家重点实验室2006年7月由科技部批准建设，2009年12月通过验收。实验室在国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室的基础上组建，聚集了海洋二所在物理海洋、海洋遥感和海洋生态环境等传统优势学科的优秀人才。实验室首任主任为中国科学院院士陈大可，现任主任为柴扉研究员，学术委员会主任为吴国雄院士。
实验室以维护海洋权益与防灾减灾等国家重大需求为牵引，以建立海洋环境立体观测和预测的技术和理论体系为目标，开展以应用基础研究为主的卫星海洋环境动力学研究，打造特色鲜明、具有显著国际影响力的海洋科技基地。
实验室现有成员100余名，其中中国科学院院士2人，中国工程院院士1人，国家海外高层次人才“千人计划”特聘专家3人，“国家百千万人才工程”1人，国家“万人计划”3人，国家优秀青年基金获得者2人，省、部级人才计划入选者20人，形成了一支以高水平学术带头人为核心、中青年科学家为中坚力量，结构合理的科研队伍。
领军人物建言献策国家顶层设计
实验室近几年承担了多个国家咨询项目，3位院士主持撰写国家战略研究报告，编著了多部重要书籍，为我国海洋政策的制定，以及海洋科学的发展提出了方向性建议，起到了重要引领作用。
2017年，苏纪兰院士完成了《中国近海生态环境评价与保护管理的科学问题及政策》报告。潘德炉院士完成了《关于“加强发展我国海洋防灾减灾监测预警报技术，完善海洋防灾减灾能力和体系建设”的建议》的战略报告。这些报告已上报国务院，为推动我国海洋科技顶层规划起到了十分重要的促进作用。
陈大可院士作为物理海洋学研究领域的著名学者，不仅在国家层面上推动和策划一系列海洋和极地研究计划，而且在众多国际组织中发挥积极作用，具有广泛的影响力。他目前担任国际气候变率与可预测性计划(CLIVAR)、南大洋观测系统计划(SOOS)、北极气候研究多学科漂流计划(MOSAiC)、热带太平洋观测系统计划(TPOS)等大型国际计划的科学指导委员会委员，将出席2018年夏季达沃斯论坛并代表中国作大会主题报告。
柴扉
实验室主任柴扉，2017年入选国家“千人计划”，新任国家自然科学基金委员会地学部咨询委员会委员，并加入了“国际生物地球化学Argo计划”科学指导委员会。他在协调、整合苏纪兰院士的“海洋科技战略规划与政策研究”项目工作中，对国际——特别是美国的海洋科技研究发展现状进行了深度剖析，总结出值得中国借鉴的海洋科技发展经验，并提出“主动发展更大规模的海洋国际合作与交流，争取启动由我国主导的国际大型研究计划”的建议。在科技顶层设计方面，柴扉正与相关单位共同推动国产温盐Argo浮标向生物地球化学综合浮标的拓展，这不仅能够大幅提升我国主导的海洋生态环境观测技术，也有助于全面提升国产海洋仪器的“硬实力”，实现我国海洋科学与技术事业的全面发展。
各项科研攻关取得新突破
2017年，实验室在团队建设、人才培养、成果凝练、开放交流、科普宣传、平台建设和运行管理等方面都取得了新的进展，进一步增强了实验室的整体实力和影响力。共发表SCI（《科学引文索引》）论文104篇，EI（《工程索引》）论文24篇，主持编写专著4部；获得国家发明专利5项，实用新型专利4项，软件著作权7项；获得海洋科学技术进步奖一等奖3项，二等奖1项。吴巧燕研究员获得国家自然科学基金优秀青年基金；白雁研究员获得浙江省杰出青年基金。
围绕我国海洋环境立体监测和预警预报关键技术研发及系统建设，2017年，实验室主要在以下4个方面取得了突出成果。
——实验室卫星海洋遥感团队攻克新型海洋遥感器资料处理技术和信息获取技术。实验室卫星海洋遥感团队，作为科技部和浙江省首批重点领域创新团队，瞄准我国自主海洋卫星计划，攻克了多项新型海洋卫星遥感器的资料处理和信息获取难题，有力支撑了我国自主海洋卫星的业务化产品生产和定量化应用，并为下一代自主卫星研制提供技术支撑。
传统的海洋水色卫星遥感要求在临近中午、强光照下进行观测，遥感团队率先建立了考虑地球曲率的海-气耦合矢量辐射传输模型，发展了适用于晨昏弱光照的海洋水色卫星遥感大气校正模型，为解决静止轨道卫星晨昏观测和极轨卫星极地观测资料的处理难题奠定核心基础，有力支撑了我国计划发射的静止水色卫星研制。
对“天空二号”空间实验室上装载的多颗我国新一代海洋卫星遥感器的在轨应用效果进行了评价，这对于改进我国计划发射的新型海洋卫星研制和资料应用至关重要。针对“天宫二号”上的中分辨率成像光谱仪，首次定量反演出了海洋和内陆水体的水色、水温信息，并对产品进行了评价。首次实现了“天宫二号”三维成像微波高度计对海风和海浪的定量遥感，并进行了多项遥感应用效果评价。
实验室牵头的国家重点研发计划“海洋光学遥感探测机理与模型研究”，针对我国下一代新型海洋卫星发展的国家需求，研发海洋光学卫星载荷仿真与资料处理系统，形成“卫星载荷—资料处理—应用示范”的全链路协调发展模式，可支撑我国未来5年~20年的海洋水色卫星和海洋激光卫星的遥感技术发展，提升我国在海洋遥感领域的国际地位。
——海洋动力及生态环境团队聚焦生态灾害机理和预报，把脉近海生态环境安全。在全球变暖和人类活动的影响下，我国近海富营养化、有害藻华、缺氧和酸化等生态灾害性事件频发。“我们亟须从科学的角度阐明我国近海生态环境变化的核心机制，并发展物理—生态耦合数值预报技术，提升我国海洋环境安全保障能力。”柴扉对记者说。
近年来，海洋动力及生态环境团队依托多个国家重大科技项目，在近海生态系统动力学研究、近海环境灾害监测与机理研究、近海环境监测与预警技术等方面取得了一系列成果。
针对东海水体缺氧的机理和监测预测研发获得了重要进展。氧气是海洋生物赖以生存的重要条件，缺氧将影响生物的生存、产卵、迁徙等正常生理活动，甚至可能造成鱼虾的大范围死亡。缺氧成为海洋生态动力学研究的难点和核心问题。依托973、科技部支撑计划、908国家专项、海洋公益项目和一系列国家基金项目的支持，研究团队充分发挥监测预测技术和科学机理研究的双重优势，打造了一支兼具长期监测和预测技术的缺氧研究多学科团队。在国内率先开发出了集连续监测和数值预测为一体的长江口缺氧预警系统，并在国家海洋局东海环境监测中心成功进行了业务化示范应用。
针对我国近海生态灾害数值预报方向进行研究，自主研发了海洋生态环境业务化数值预报系统，已完成北太平洋海区的耦合模式构建，计划在黄渤海、东海和南海3个海区，分别构建高分辨率、高精度物理—生态耦合预报模式。该项研究将奠定我国在生态预报领域的世界领先地位，对我国近海生态系统进行完整、全面、精确刻画，为改善生态系统提供科学依据，实现生态环境可持续发展的大国计划。
舟山监测浮标测试现场
——实验室大洋环流团队开拓台风研究新领域，引领ENSO（厄尔尼诺—南方涛动）及同化预报技术发展。大洋环流团队主要从事多尺度海气相互作用以及资料同化和可预报性等方面研究。在台风与海洋相互作用、ENSO动力学、数值预报和资料同化等方面成果突出。
台风是我国最严重的自然灾害之一。陈大可院士告诉记者：“目前制约台风和相关海洋灾害业务化预报水平的瓶颈，是不能有效地对台风及所造成的海洋影响开展全方位监测，以及台风与上层海洋相互作用过程机制的不确定性。”
为此，团队在观测和模式两方面寻求突破，获得了多项标志性成果。通过海上浮标/潜标观测阵布放、高频采样Argo剖面浮标、火箭探测和水下滑翔机组网等创新性、针对性观测手段，成功捕获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前所未有的宝贵资料。建立的新一代台风数据同化和预报系统，在完善多尺度海气相互作用理论框架的同时，提高了台风和海洋环境的预报水平。
ENSO是地球上最为显著的短期气候振荡，对包括我国在内的全球大部分地区的气候系统有着举足轻重的影响。团队通过十几年探索，首次提出“厄尔尼诺包含3种基本类型”，解决了前人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。基于团队提出的理论框架，深度剖析2015/2016超级厄尔尼诺的动力过程。团队在ENSO的影响和预测等方面的研究成果已在Nature（《自然》）子刊等知名国际期刊上发表多篇高影响论文。
对海洋高影响海气环境事件的预报是国家安全与社会经济可持续发展的迫切需求。团队在这些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已用于国家气候中心的季节预测业务系统。目前牵头研制的业务化高分辨率海洋模式的耦合同化系统，引领了国内相关研究的发展，极大地缩小了我国在资料同化方面与国际一流研究机构的差距。
——推动卫星和Argo数据共享与服务。卫星和Argo浮标是目前大范围、同步及长时间实时获取全球海洋立体观测资料最为有效的手段。实验室充分利用海洋卫星遥感和Argo浮标观测等方面的国家平台和技术优势，构建了资料共享平台和服务系统，为促进我国海洋科学事业的发展、满足国家重大战略需求做出了重要贡献。
生物地球化学Argo浮标
中国Argo实时资料中心启动生物地球化学Argo长期观测计划。实验室作为中国代表于2001年正式加入Argo计划，在Argo数据的处理、质控与分析方面积累了丰富的基础，2017年开始大力发展生物地球化学Argo技术以及相关的科学研究，成为国内首家可以自接收、解码并处理多参数生物地球化学Argo数据的单位，并计划于2019年前组建国际上首个西北太平洋的生物地球化学Argo观测网，进一步推动中国生物Argo相关科学与技术的发展，为国际生物地球化学Argo计划做出重要贡献。值得一提的是，海洋二所是目前国际上仅有的两个同时拥有国际Argo计划和生物地球化学Argo计划科学指导委员会委员的单位之一。
卫星天线
国家海洋卫星杭州地面站持续支撑我国卫星海洋技术应用推广。作为我国卫星海洋业务化应用四大地面站之一，实验室地面站是国内海洋遥感建站最早、运行时间最长、数据种类最多（累计接收卫星28颗）的卫星地面站。杭州地面站作为我国新型海洋卫星接收处理的实验站、卫星遥感成果应用技术的推广站、以及国际合作的示范站，在我国海洋卫星技术研发和数据共享服务等方面发挥了不可或缺的作用。
面向中小学生开展“小球大世界”科普活动
SOED正在构建特色鲜明的、具有显著国际影响力的海洋科技基地。为推进对外开放，实验室设立了一系列“海星公开课”，面向全国招生，邀请国际知名的科学家授课。2017年开设6门短期课程，吸引了38家单位300余名青年研究者参与课程，受到广泛好评。
柴扉告诉记者：“2018年海星公开课将继续开设新课程。此外，我们还将继续致力于多样化的海洋科普宣传，继续做学校的实习基地和科普教育基地，以增强国民海洋意识。”
回首2017年，卫星海洋环境动力学国家重点实验室取得了丰硕的成果。昂首2018，实验室将不忘初心，牢记使命，在习近平新时代中国特色社会主义思想的指引下，开拓进取，再创辉煌！