中國網/中國發展門戶網訊   印太交匯區主要包括西太平洋和東印度洋及其共同毗鄰的東南亞海域。這里是全球陸源物質向海輸送中心及海洋生物多樣性中心，也是“21世紀海上絲綢之路”的核心區域。作為地球氣候系統中的熱動力引擎——印太暖池所在地，印太交匯區海洋的狀態及其變異在調節全球熱量分配和氣候變化中起著舉足輕重的作用。特別是近幾十年，在全球變暖的大背景下，印太交匯區是全球海平面上升速率最高的區域，印太暖池也在持續擴張并增暖。這些變化對該區域海洋生態系統及生物多樣性產生較大威脅，并顯著改變該區域乃至全球降水分布，對局地及全球的天氣和氣候系統產生巨大影響。開展該區域的海洋環流與氣候觀測對于了解氣候變化的關鍵動力過程及其對人類社會和地球生態系統的影響，以及實現對氣候變化的精準預測都具有重要作用，因此印太交匯區是國際海洋觀測計劃的重點區域。

20世紀印太交匯區海洋觀測國際計劃

在20世紀初，海洋觀測主要側重于收集和描述海洋的物理、化學和生物狀態等信息，以歐美發達國家開展的單邊海洋科考為主。到了20世紀60年代，海洋數值模擬和預測方法隨著第三代電子計算機的發展也開始廣泛應用。模式模擬和預報精度對海洋初始場的依賴性進一步推動了海洋觀測向全球化和長時序監測方向發展，從而催生了“全球大氣研究計劃”（GARP）。隨后，以物理氣候系統為主要研究對象的“世界氣候研究計劃”（WCRP）開始實施，印太交匯區海洋觀測國際合作在該計劃的推動下蓬勃發展，特別是20世紀80—90年代針對厄爾尼諾/南方濤動（ENSO）的監測和模擬預測，陸續實施了“熱帶海洋與全球大氣”（TOGA）、“世界大洋環流實驗”（WOCE）和“氣候變率及其可預報性”（CLIVAR）等核心計劃，初步構建了印太交匯區海洋綜合觀測系統。

由于海洋觀測是耗資比較巨大的科學試驗，維持其規模性、持續性開展需要政府和機構投入大量資金。受印太交匯區周邊國家經濟社會發展水平影響，該區域的海洋觀測國際計劃發展在20世紀具有顯著的不均勻性和不同步特征，缺乏以印太交匯區為核心的國際觀測計劃。總體上來說，西太平洋海域相對起步較早，觀測規模較大。東印度洋觀測主要始于1957年開始的“國際印度洋科學考察”（IIOE），之后1977年開展的GARP計劃下的“季風實驗”（MONEX）主要是沿印度半島周邊開展了觀測調查，1995—1997年在西印度洋開展了“印度洋實驗”（INDOEX）。此外，TOGA期間東印度洋觀測主要是一些商船搭載的投棄式溫度剖面（XBT）測量和驗潮站觀測，WOCE期間在東印度洋布設了幾條經向斷面觀測。相比之下，印太交匯區海洋觀測國際合作相對滯后，缺乏大型的多邊國際合作計劃。

“黑潮及其鄰近海域合作研究”

印太交匯區周邊海域最早的大規模海洋環流方面的國際觀測計劃是1965—1979年開展的“黑潮及其鄰近海域合作研究”（CSK），其調查海域涵蓋西北太平洋中、低緯度區域（圖1）。該計劃是由聯合國教科文組織政府間海洋學委員會（UNESCO-IOC）和聯合國糧食及農業組織（FAO）印太海洋漁業協會共同組織，日本主導實施，包括美國、蘇聯、菲律賓、韓國及中國臺灣等11個國家和地區參與。CSK計劃的實施顯著提升了西太平洋物理海洋學和漁業資源方面的認知，并開啟了縱跨1oS—34oN西太平洋137oE斷面的水文觀測。目前，該斷面由日本氣象廳維護，已經累積了55年的寶貴數據，為認知西太平洋主要海洋環流結構和長期變異提供了重要觀測基礎。時隔40年后，CSK第二個階段的國際合作計劃于2021年開啟，旨在利用新的觀測技術和方法，開展黑潮及周邊海域的物理、氣象和生物地球化學的綜合調查，構建黑潮流域周邊國家特別是經濟專屬區的數據共享平臺。

“熱帶海洋與全球大氣”-“世界大洋環流實驗”時期

20世紀80年代，國際科學聯合會理事會（ICSU）、國際社會科學聯合會（ISSC）、世界氣象組織（WMO）、聯合國環境規劃署（UNEP）、UNESCO等機構發起了全球變化研究計劃。該計劃由WCRP、“國際地圈-生物圈計劃”（IGBP）、“全球環境變化的人類因素計劃”（HDP）和“國際生物多樣性計劃”（DIVERSITAS）組成，是一個高度綜合的多學科框架體系。在此計劃的推動下，印太交匯區海洋觀測國際合作在20世紀80—90年代末陸續實施了WCRP下的TOGA、WOCE和CLIVAR等核心計劃。

TOGA是一個海洋與大氣學科的聯合調查計劃，旨在通過在熱帶海域構建定點長時序潛標和浮標觀測陣列并結合關鍵斷面調查監測熱帶海洋狀態的變化（圖2），以解決大氣風應力變化和其他強迫對赤道海流和熱力結構的影響及熱帶海洋動力學對全球大氣環流的反饋（也就是海洋大氣耦合過程與機制）；從而厘清熱帶海洋變化對全球氣候（特別是ENSO的發展、消亡）的影響機理及其可預報性機制，提高中、長期天氣預報的準確性，為發展業務預報系統提供科學背景。該計劃于1985年開始實施，歷時10年，共有美國、日本、中國、法國、澳大利亞和新西蘭等18個國家參加。

TOGA實施的前5年，主要建立了一個熱帶太平洋觀測系統和地面及高空觀測站，填補了當時世界天氣監測網空隙。通過這些觀測系統實現了利用統計預報技術和海氣耦合系統簡單動力模式進行季節或更長時間尺度上ENSO循環中主要震蕩的經驗預報。在TOGA實施的后5年提出了“耦合海洋大氣響應試驗”（COARE）子計劃，旨在利用陸地天氣站、錨系浮標、天氣氣球和氣象衛星觀測結合，對西太平洋暖池區進行廣泛、精密的觀測，特別是海洋與大氣之間的能量交換，從而更精確量化海氣耦合過程。中國科學院的“科學一號”“實驗三號”及原國家海洋局的“向陽紅五號”科學考察船參與了TOGA-COARE的西太平洋科考調查。

WOCE于1990年開始實施，至2002年結束；該計劃旨在為發展氣候變化預測模式收集驗證模式所需的資料，確定對海洋長期變化有代表性的WOCE特定數據集，獲取全球海洋從海表到海底全水層的物理、化學和生物數據，研究大洋環流長期變化的測量方法（圖3）。WOCE共有包括中國在內的近30個國家參與，前所未有地獲取了1990—1998年全球海洋大量的現場觀測數據。這些數據為理解全球海洋的重要物理過程及發展具有渦旋分辨能力的全球海洋環流模式奠定了重要觀測基礎。2007年，CLIVAR和“國際海洋碳協調計劃”（IOCCP）共同成立了“全球海洋船載水文調查計劃”（GO-SHIP）委員會，對WOCE斷面進行重新觀測和布局，但GO-SHIP計劃的斷面在印太交匯區非常稀少。

第一次“國際印度洋科學考察”

東印度洋作為印太交匯區的毗鄰海域，其海洋觀測國際計劃開始于1957年的第一次“國際印度洋科學考察”（IIOE）。該計劃屬于ICSU在1957—1958年發起的國際地球物理年計劃的一個重要組成部分，由UNESCO-IOC組織實施，于1965年完成。該計劃由23個國家參與，在東印度洋、西印度洋和北印度洋開展了站位覆蓋面廣、密度非常高的綜合觀測（圖4）。IIOE計劃的主要目標是解決印度洋的漁業資源問題和印度洋海洋環流特別是東印度洋上升流等過程對季風的影響，并關注海洋對人類活動廢棄物的容納上限。IIOE計劃在包括物理海洋、海洋氣象等多個學科獲得了豐碩的成果，特別是對赤道印度洋海洋環流的認知。UNESCO-IOC于2015年實施了第二個階段的IIOE計劃（IIOE-2）。

“印度尼西亞貫穿流觀測”

相比于熱帶西太平洋和東印度洋，印太交匯區核心海域的大規模海洋觀測國際計劃起步較晚，規模相對較小。早期主要關注的是印度尼西亞貫穿流（以下簡稱“印尼貫穿流”或ITF），且多是雙邊合作。在1993年，美國與印度尼西亞科學家開展了針對ITF發源地、主要路徑、流量等方面的觀測研究，即“印尼貫穿流觀測”（Arlindo）（圖5）。該計劃主要科學目標是厘清印度尼西亞海（以下簡稱“印尼海”）中的環流結構和水團層結，進而全面了解ITF的發源地、運移路徑、印太洋際間水交換及主要的混合過程。

21世紀以來印太交匯區海洋觀測國際計劃及其現狀

進入21世紀后，隨著諸多國家對改進氣候變化預測、管理海洋資源以減輕自然災害影響，以及更有效地利用沿海資源的需求日益增長，各種海洋觀測技術與方法不斷發展、更新。海洋衛星、漂流和剖面浮標，以及船載觀測等技術手段的應用越來越廣泛，科學界開始將一些觀測平臺轉變為支持研究需求的可持續全球系統的組成部分。在30多個國家和國際組織的共同努力下，“全球實時地轉海洋學觀測陣”（Argo）計劃于2000年開始實施。該計劃通過在全球無冰海域維持3000個帶衛星定位通訊系統的自動探測浮標（Argo剖面浮標），收集從海表到2000m水層的海水溫度和鹽度數據，組成全球Argo海洋觀測網，為認識和研究海洋內部狀態及其變異提供了全球準同步觀測數據。

為了盡可能多獲取觀測數據，Argo浮標在布放時通常會避開西邊界流區或靠近陸地邊界海域，以免浮標擱淺。同時，受海流的影響，全球海洋中Argo浮標的分布很不均勻。特別是在印太交匯區，由于西邊界流和印度尼西亞海域復雜島嶼地形影響，該區域的Argo剖面浮標明顯偏少（圖6）。因此，傳統海洋觀測仍是目前印太交匯區海洋觀測資料獲取的重要手段。

自2006年開始，我國先后主導開展了“南海—印尼海輸運/交換”（SITE）、“印尼貫穿流輸運、內波與混合及其對季節性魚群遷徙影響”（TIMIT）等項目；在印尼海的北部和西部通道，如卡里馬塔海峽、巽他海峽、龍目海峽和望加錫海峽開展了聯合觀測調查。

“西南太平洋海洋環流與氣候試驗”和“西北太平洋海洋環流與氣候試驗”

作為TOGA和WOCE的后續計劃，CLIVAR在2000年后陸續實施了“西南太平洋海洋環流與氣候試驗”（SPICE）和“西北太平洋海洋環流與氣候試驗”（NPOCE）計劃（圖7）。SPICE計劃于2008年開始實施，經過短期過程研究和7年多的現場海洋觀測和模式模擬，精細描述了西南太平洋特別是所羅門海、東澳大利亞海域海洋環流系統的各分支及其變化規律和聯系。

NPOCE計劃于2010年啟動，由中國科學院院士胡敦欣領銜發起，這是我國發起的第一個海洋領域大型國際合作計劃，共有8個國家的19個研究機構參與。NPOCE旨在觀測、模擬和理解西北太平洋海洋環流的變異規律及其動力機制，以及在全球和區域性氣候變化中的作用。在國家自然科學基金項目、科學技術部國家重點基礎研究發展計劃項目和中國科學院戰略性先導科技專項等的大力支持下，中國在西太平洋和印尼海域建立了大規模潛標/浮標觀測網，有力推動了西邊界環流動力學、西太暖池變異及ENSO多樣性特征與機理、印太水交換和多尺度相互作用等方面的研究，奠定了我國在西太平洋環流動力學及其氣候效應研究領域的引領地位，極大提升了我國在該領域的國際影響力。 

“熱帶太平洋觀測系統2020”

21世紀以來，隨著ENSO多樣性發展和全球變暖持續影響，ENSO的模擬和預測也遭受了巨大挑戰。同時，TOGA-COARE構建的熱帶太平洋國際觀測系統因缺乏持續的經費支持，2012—2014年逐步縮減。特別是國際主流氣候模式對2014/2015年超強厄爾尼諾事件預測失敗，向氣候模式和熱帶太平洋國際觀測網絡提出了新的挑戰。在此背景下，“熱帶太平洋觀測系統2020”（TPOS 2020）計劃于2014年開始實施，包括中國、美國、日本等12個國家參與該計劃（圖8）。TPOS 2020旨在2020年完成一套更加優化的熱帶太平洋國際觀測系統，以提升耦合天氣預報和季節內預測水平，增進對ENSO的認知和模擬預測，從而提升極端天氣系統對洪水、漁業、山火和空氣污染等領域的預警能力。TPOS 2020將強化對上層海洋及海面大氣重要參數和現象的監測，增加海洋生物地球化學方面的內容，并將其觀測網絡向太平洋東、西邊界區域和高緯度區域擴展。

“印度洋海洋觀測系統”

“印度洋海洋觀測系統”（IndOOS）的科學目標主要是為天氣與氣候預報、環境評估與決策提供可持續的高質量海洋與大氣觀測數據。該計劃自1999年開始論證，于2006年在CLIVAR和“全球海洋觀測系統”（GOOS）框架下開始實施。IndOOS在印度洋構建了“熱帶潛標陣列”（RAMA），該陣列觀測對提高短期氣候預測能力具有重要作用。中國自主研發的深海浮標“白龍”成為RAMA觀測系統中的重要組成部分。在印太交匯區，IndOOS觀測主要集中在東印度洋海域，主要包含兩條斷面和潛標觀測（圖9a）；自2020年開始，IndOOS開始實施第二階段的觀測計劃，顯著增加了印度洋海域的Argo剖面浮標觀測數量（圖9b）。

“海洋性大陸觀測”

“海洋性大陸觀測”（YMC）是一項偏重于大氣科學方面的國際計劃，開始于2017年，主要針對印太交匯區中的南海、中南半島、菲律賓群島、印度尼西亞群島、新幾內亞島等眾多島嶼及一系列淺海組成的海洋性大陸區域開展大規模的定點、走航觀測和數值模擬實驗（圖10），增進對海洋性大陸地區的大氣對流狀況、上層海洋過程和海-氣相互作用、平流層和對流層的相互作用、大氣氣溶膠的認知，改進該區域數值模式，從而提升對該區域天氣氣候系統多尺度變異及其全球影響的認識和預測。該計劃由包括中國、日本、印度尼西亞、英國、澳大利亞在內的15個國家參與，分為兩個階段實施，第一階段已于2020年結束。目前，YMC計劃在海洋性大陸區域構建了一個綜合的天氣、氣候觀測網絡，為下一步開展該區域數值模式與觀測集成奠定了良好的基礎。

“印度尼西亞群島層結與輸運”

相比而言，印太交匯區核心海域海洋觀測國際計劃仍相對較少。在Arlindo之后，印尼海實施的規模最大的多邊國際合作計劃是“印度尼西亞群島層結與輸運”（INSTANT）（圖11）。該計劃開始于2003年，聯合來自印度尼西亞、法國、荷蘭、美國和澳大利亞的科學家通過觀測ITF研究其強度和垂直分布，為海洋環流和氣候模式的初始過程和驗證提供觀測支撐。INSTANT于2004—2006年對ITF主要路徑開展了同步觀測，基本厘清了印尼海中ITF各個通道的流量，并揭示了關鍵海峽通量的季節和季節內變異。

印太交匯區多圈層國際合作計劃

盡管21世紀以來，印太交匯區海洋觀測國際計劃不斷增多，但這些計劃大多都是圍繞單一學科或2—3個學科開展，國際合作仍受觀測手段和學科壁壘限制。鑒于印太交匯區具有獨特的海洋、大氣環流交匯，以及歐亞板塊、太平洋板塊和印澳板塊交匯的自然屬性，也是全球海洋生物多樣性中心，各圈層之間存在非常緊密且復雜的相互作用，割裂地就其中1—2個學科開展研究，可能難以得到準確而統一的整體認知。因此，有必要開展印太交匯區多圈層大型國際合作計劃，厘清各圈層相互作用對物質能量在該區域匯聚演化的作用。目前，中國科學院海洋研究所在中國科學院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金重大項目支持下，正在發起針對印太交匯區多圈層相互作用的“印太交匯區多學科綜合調查-生物多樣性研究”國際大科學計劃，并于2021年納入UNESCO-IOC框架下。

印太交匯區海洋觀測國際計劃對我國該領域科研成果成效分析

基于Clarivate科學引文索引擴展數據庫（SCI-E）檢索到的文獻信息，本節詳細分析了全球在印太交匯區海洋觀測領域的論文發表情況，以及我國在該領域科研成果的變化趨勢。總體來說，按照國別劃分，1960—2021年印太交匯區海洋觀測研究在SCI-E數據庫中發文量排在前3位的國家分別是美國（598篇）、中國（203篇）和法國（113篇）（圖12a）；美國在該領域的主導地位非常明顯，這也跟前面提到的20世紀60年代開始以歐美發達國家主導的全球觀測計劃實施是一致的。如果從近5年的數據來看，雖然排名前3位的國家沒變，但中國與美國的差距明顯縮小，從之前僅為美國的1/3增長到2/3（圖12b），這顯示出近些年我國在印太海洋觀測領域的快速發展和取得的顯著成效。

為了凸顯我國“十二五”以來在印太交匯區海洋觀測領域的成果，我們進一步針對2010—2021年期間，各個國家研究機構在印太交匯區海洋觀測領域發表論文進行了檢索（圖13）。結果表明，近10年來中國科學院海洋研究所在印太交匯區海洋觀測領域取得了非常卓越的成果，在國際上已經處于該領域的引領地位，其發表的論文成果已經位列全球科研機構排名第一位，追平美國國家海洋和大氣管理局；排名第三到第五位的科研機構也都來自中國，分別是中國科學院南海海洋研究所、中國南京信息工程大學和中國科學院大氣物理研究所，這顯示出中國海洋觀測科學與技術近些年來在國家戰略指引下，取得了長足的發展，已具備較強的國際競爭優勢。

上述SCI-E數據庫檢索文獻結果表明，隨著“十二五”以來我國在印太交匯區海洋國際觀測投入的增加，我國在該領域研究方面取得了很多重要進展，特別是在該區域的海洋環流三維結構及其變異機理、海氣相互作用、ENSO多樣性及其預測，以及熱帶氣旋模擬等方面取得了很多重要成果，在印太交匯區積累了寶貴的海洋觀測數據，為國際海洋科學與氣候研究作出了重要貢獻。同時，我國海洋觀測儀器裝備也隨著印太交匯區海洋國際觀測計劃的推進、實施和我國海洋科考調查的發展得到了長足發展，詳細成果可參見《中國科學院院刊》2022年第7期“海洋觀測探測與安全保障技術”專題相關文章。

展望與思考

受全球變暖持續影響，各種極端天氣事件頻發，對包括我國在內的印太交匯區周邊國家的經濟社會發展和人民生命財產安全都帶來了極大威脅。海洋與氣候問題逐漸成為各國關注的重要戰略問題，科學界開始意識到全球海洋觀測系統不僅是用以了解海洋在全球氣候中所起作用，還需要對其開展跨學科、多圈層一體化觀測和海洋系統科學研究，以支撐經濟社會可持續發展的多方面科技需求。印太交匯區作為全球海洋生物多樣性最高的區域，具有豐富的紅樹林、海草床等生態系統，是非常重要的天然碳匯，對減緩溫室氣體效應具有重要作用。該區域的上層海洋和低層大氣能量、物質、熱量呈現聚合特征，也是歐亞板塊、印度洋板塊、太平洋板塊碰撞的中心。未來該區域的國際觀測計劃主要從3個方面進行布局。

（1）從水圈、氣圈、巖石圈、生物圈多個圈層之間的聯系和相互作用角度開展多圈層協同觀測與國際合作，構建跨學科、多圈層的一體式觀測研究模式。該區域已有的國際觀測計劃大多是關注的大氣、海洋或生物多樣性等單一或某兩個圈層的科學問題。未來的國際觀測計劃應當進一步以國際合作調查研究、能力建設和人才培養為抓手，從系統科學的視角，圍繞地球系統多圈層相互作用這一主線，聚焦于海氣界面、海陸界面和海底界面物質能量交換過程，開展海洋與氣候變化、海洋生態系統健康與生物資源變動、海底巖石圈形成演化與資源環境效應、深海環境與生命過程等綜合交叉研究；依托我國自主構建的海洋科學觀測體系開展印太交匯區海洋綜合觀測、模擬和研究平臺，全面提升對該海域的探測、預測能力和科學認知水平。

（2）發起中國主導的國際觀測計劃，開展該區域深海觀測研究，助力提升深海動力過程及其氣候環境效應認知、發展性能穩定的深海觀測裝備和數據傳輸系統。以往觀測研究更多聚焦在印太交匯區海洋的上層，對主溫躍層以下的中深層海洋觀測匱乏。已有研究表明，在全球變暖大背景下越來越多的熱量向深海傳遞，海洋因其巨大的體量發揮著全球變暖的緩沖器作用。深海還存在著豐富的多尺度海洋動力過程，深海地形波動和深海渦旋會引起強烈的深層季節內振蕩，通過壓力梯度、行星波動和中尺度渦等可以將上層海洋信號快速傳遞至深海。厘清深海動力過程、生物地球化學過程和生物生態過程對氣候預報預測、海洋環境安全保障和生物資源保護至關重要。在大西洋，以歐美科學家為主建立了針對全球經向翻轉環流上下分支數個觀測斷面，通過上百套潛標和水下滑翔機群對深層環流、水團等進行長時間觀測。然而，在印太交匯區，尚未建立系統而長期的深海觀測體系。

（3）聚焦構建可持續的并與全球海洋觀測有機結合的印太交匯區國際觀測系統?？v觀全球海洋觀測系統計劃實施以來給全球的經濟社會發展帶來了非常顯著的效益：除了增加商業利潤，降低商業風險和不確定性外，也顯著提升了公共效益，其中最重要的就是自然災害的預警預報。由于印太交匯區在全球氣候變化中扮演著非常重要的角色，也是全球最密集的人口居住地，該區域未來的海洋觀測國際計劃應聚焦于構建可持續的并與全球海洋觀測有機結合的目標。從需求、觀測、數據和信息這幾個部分出發，去考察海洋變量的作用，這也是目前全球海洋界提倡的一種海洋觀測架構系統方法。中國科學院在近10年，通過實施2個戰略性先導科技專項，在印太交匯區開展了以海洋觀測為基礎的多圈層、多學科交叉研究，為我國引領該區域國際海洋觀測計劃奠定了良好的基礎。未來，我國將通過進一步加強與該區域周邊國家的科學調查國際合作，構建更加完善的對國計民生產生重要影響的海洋環境監測網絡和預測系統。這既對國際地球科學領域作出重要貢獻，也是我國實施海洋強國戰略、建設“21世紀海上絲綢之路”的重要舉措。

（作者：王凡、周慧、汪嘉寧，中國科學院海洋研究所 中國科學院大學海洋學院；王琳、馬一心，中國科學院海洋研究所?！吨袊茖W院院刊》供稿）

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