今年6月，我国最南端地级市三沙市首个院士工作站——戴永久院士工作站在西沙群岛永兴岛揭牌。这个由中国科学院院士、中山大学大气科学学院教授戴永久领衔的院士工作站，将聚焦南海区域海洋气象监测预报和防灾减灾科技。我国最大的海洋综合科考实习船“中山大学”号、中山大学国家超级计算广州中心等将为戴永久院士工作站提供支持。

“把论文写在祖国的海疆上”，是一项伟大的事业。海洋科研工作也需要以强大装备进行。目前海洋科学和海洋工程该如何面向国家需求？中国海洋科考装备目前是何种水平？2022年6月28日上午，由广州市科学技术协会、广州日报社、中山大学主办的《广州科普大讲坛》第195期开播，这一次记者登上了“中山大学”号，揭开海洋科考的面纱。

（“中山大学”号）

□ 中国可燃冰开发处在初级阶段

“中国石油供应对外依存度很高，为了把能源的饭碗牢牢地抓在自己手上，我国需要更加重视深海油气的勘探开发。” 中山大学海洋科学学院教授万志峰如此表示。

（万志峰）

从1975年壳牌石油公司在墨西哥湾开发了第一口深水油井，全球油气勘探形成了墨西哥湾——巴西东部——西非（中段）“金三角”的格局。国外成功的深水勘探，为我国开发南海提供了借鉴作用。

万志峰说，南海是中国最大的一个边缘海，也是油气资源最丰富的一个地区，很多专家把它誉为“第二个波斯湾”。南海的油气资源分布呈现 “外油内气”的分布特征。所谓“外油内气”即是北部大陆边缘低热流区和南部大陆边缘低热流区主要富集石油，而中央洋盆高热流区附近（陆坡区）主要富集天然气。其中南海南部边缘的石油资源最为丰富，达到7000万吨油当量产能。而北部边缘产能为2300万吨油当量。

提到南海的油气资源，万志峰认为不得不提天然气水合物（可燃冰）。可燃冰是自然界存在的、外观象冰且点火可燃烧的固态物质。它多存在于陆地多年冻土区地下200-2000米和海洋300米以上深海底及海底下数几百米厚的沉积层中。

“一个立方的可燃冰包含164立方米的甲烷气体，剩下的都是水，所以它是非常洁净的资源。” 万志峰说，这种新型绿色能源的资源规模相当于煤炭、石油与天然气总储量的两倍，具有巨大的资源潜力。

（中山大学化工学院人工合成的可燃冰）

但是万志峰也表示，可燃冰是在高压低温环境下形成的，对环境变化非常敏感。未来要实现可燃冰的开发，国家需进行科学和周密的部署，以此减少对环境的影响。

“稍微改变一下外部条件，可燃冰就会分解，就会释放大量的甲烷气体，增加全球的碳排放。此外可燃冰附着在陆坡区，本来就处在不稳定的状态，一旦分解可能导致海底滑坡。”他说。

万志峰介绍，我国对南海的可燃冰勘探开始于20世纪90年代，至今已经有30多年的历史。目前我国已经圈定了东沙海域、神狐海域、西沙以及琼东南四个可燃冰调查区，预测整个南海北部的可燃冰的资源量达到了185亿吨。

“我们好比是给海洋做CT，通过海洋沉积地层里面的特殊的反射现象，来圈定可燃冰分布范围。”万志峰介绍说。

同时中国已经在神狐海域成功实施了两次可燃冰试采工作，第一轮试采连续试气点火60天，累计产气30.9万立方米，平均日产5151立方米，甲烷含量最高达99.5%。时隔两年的第二轮开采试验在为期近一个月的开采中，由国内海外共70多家单位高达上千名科研人员参与，以平均每天2.87万方的采气量，合计开采量高达86万方，再次刷新纪录。此次开采实验创下了两项世界纪录，而且在12项关键装备的制造上，我国自主研发的井口稳定设备吸力锚首次打破欧美技术垄断。

按照我国可燃冰的开发时间表，2008年到2020年完成勘探调研和技术准备，2021年到2035年进行海上商业化试采，2036年到2050年开展海上大规模商业化开采。万志峰说，目前中国可燃冰开发还处在初级阶段。虽然试采成功，但是仍然需要提高装备，来更好实现可燃冰商业化开发。

□ 绞车可支撑任何海域的科考作业

科学家在大海中探索，少不了科考船。2021年6月交付使用的中山大学号海洋综合科考实习船（简称“中山大学”号）便是我国排水量最大、技术最先进的综合科考实习船。

（“中山大学”号）

那么“中山大学”号综合科考性能强在何处呢？记者看到，蓝白色船体的“中山大学”号上，橙色的折臂吊机和A架非常耀眼，它们是“中山大学”号操控支撑系统的重要部分。

（A架）

据中山大学海洋工程与技术学院副院长、极地研究中心副主任谢鹏介绍，折臂吊机在不使用时可以收缩，达到节约空间的作用。“其中一个吊机可以起重6.2吨的设备，臂展可以达到20米，越大的臂展意味着更大的操控半径。”他说。

（折臂吊机）

在“中山大学”号绞车舱里，还配备了7台不同功能的绞车。绞车的功能与起重吊机类似，但绞车可以把科考装置下放到更深的水域。其中一台绞车可以将设备下放到12000米水深的区域。马里亚纳海沟深度为11034米，是地球的最深点。这意味着“中山大学”号的绞车可以支撑任何海域的科考作业。

（“中山大学”号绞车舱）

“中山大学”号配备的CTD（温盐深剖面测量系统）设备也是通过绞车下放到深水海域中。谢鹏介绍说，所谓温盐深剖面测量系统便是测量海水温度盐度随着深度的变化。

CTD设备看上去如同36个水瓶绑在一起的综合体，谢鹏说，该设备确实如同水瓶的集合，但是多了很多自动化的功能。每个水瓶可以采集12升的海水，并且在不同水深处根据设置取出相应的海水。

（CTD——温盐深剖面测量系统）

“海水在不同时空中，温度盐度是不同的。一般而言海面水温高一些，深水温度就不断降低。这些数据的关联性是进行海水及物理海洋学分析基础数据，也是海洋观测必要的数据。”谢鹏说道。

深海电视抓斗也是“中山大学”号上的重要装备，它可以到6000米水深海域工作，在深海的海床上抓取深海的沉积物。深海电视抓斗比普通抓斗具备了电视的功能，因为它配备了一组高清摄像头。在下水过程中，深海电视抓斗在距离海床三到5米时暂停下放，然后用高清摄像头观察试样。

（深海电视抓斗）

（深海电视抓斗配备的一组高清摄像头）

“中山大学”号上还安装了千里眼和顺风耳。中山大学大气科学学院教授杨清华介绍，科考船航行时，船长需要清楚了解风向、风速，以决定航行方向及船舶是否进行科考作业。“中山大学”号上，测风机被放置在船首高台，它的螺旋桨可以测量风速，后边的小尾巴则是测量风向。通过这个设备，科考人员就可以知道风向和风速的情况。

（测风机）

此外观测能见度的观测器能安装在船首高台。杨清华对记者介绍说，该装置设置了一个发射头和一个接收头。发射头发射出光束信号后，由接收头接收，因此来测量粒子的衰减。能见度若很好，接收的信号便没有衰减的迹象。

在科学桅观测平台，“中山大学”号伸出的一条6米长的长臂引人注目，那便是海气通量观测系统。海气通量指的是海洋大气之间的通量交换，既包含能量的交换，也包含物质的交换。海气通量观测系统可以测量辐射、高频观测温度和湿度的变化、计算出湍流通量。

（海气通量观测系统）

但是科考船在洋面上会产生剧烈的晃动，这会导致数据的“失真”。杨清华介绍说，船体晃动对观测影响极大。“要剔除晃动因素，对数据进行质量控制，目前国际没有成熟且好用的方法。中大靠自己团队设计了自主算法，剔除这些影响，反映出真实海洋大气真实通量的交换。”

事实上，森林里、草地上、城市里都有许多这样的通量观测系统，可以观察大气跟陆地表面发生了怎样的能量物质交换。但科学家对海洋的观测却非常局限。因此，科考船是一个非常重要的平台，基于有限的科考船航次，把通量记录下来，这个数据就很好地反映了海洋跟大气之间发生了怎样的相互作用。

杨清华生活，通过这样的通量观测系统，人们就知道到底这个能量的传递是从大气到海洋，还是从海洋到大气。“当有了更多科学数据的累积，我们才能够更好地对海洋气象的天气、地球的气候变化作出预报预测，提升对台风、强降水等气象预报的准确率。”

□ 海上科研用忙碌来抵御孤独

地球实际上更像是一颗“水球”，表面有70%被海洋覆盖。有专家估计，在我国加快建设海洋强国的大背景下，对海洋人才的总需求量将超过300万人，可见海洋学科的就业前景广阔，发展空间巨大。

（杨清华）

那么从事海洋科研的科学家要面临什么挑战呢？“科考船就是你的工作平台，你必须克服晕船，战胜孤独，克制对家人的想念。同时在船上工作时间较少，新鲜水果会比较匮乏。”杨清华说道。

杨清华的本科专业为大气科学，当初报考纯属“误打误撞”。学校曾经组织学生出海，在海上实习的日子让他愈发感受到海洋的辽阔和个人的渺小。“在大海看日出，在海上看鲸鱼跳跃都是壮丽的景象。那时我的直接感受是海洋科学未解之谜太多，非常值得探索。我最激动的一次便是去到南极看到了企鹅，那种心情至今记忆犹新。”杨清华说道。

（谢鹏）

谢鹏则告诉记者，海上科考是面临着自然条件的不确定，需要用科学知识来抵御恐惧。“为了克服在海上孤独的感觉，你可以让自己变得更忙碌一些，把目标变得更清晰。高效地完成各种任务，能帮助你抵御孤独。这种韧性源自你对科学的热爱，还有对研究目标的确认和追求。”

文、图/广州日报·新花城记者：龙锟 通讯员：穗科协视频/广州日报·新花城记者：龙锟 通讯员：穗科协广州日报·新花城编辑：苏琬茜