第二次国际印度洋科学考察计划(IIOE-2)介绍

于卫东,方 越,刘 琳,王永刚,周 磊,邱 云,杜 岩(1.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061; 2.青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东青岛266061; .国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州10012;.国家海洋局第三海洋研究所,福建厦门61005; 5.中国科学院南海海洋研究所,广东广州51001;6.热带海洋环境国家重点实验室,广东广州51001)

第二次国际印度洋科学考察计划(IIOE-2)介绍

于卫东1,2,方 越1,2,刘 琳1,2,王永刚1,2,周 磊3,邱 云4,杜 岩5,6
(1.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061; 2.青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东青岛266061; 3.国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;4.国家海洋局第三海洋研究所,福建厦门361005; 5.中国科学院南海海洋研究所,广东广州510301;6.热带海洋环境国家重点实验室,广东广州510301)

为纪念首次国际印度洋科学考察计划(International Indian Ocean Expedition,IIOE)成功实施50周年,进一步推动印度洋多学科交叉的新认识,政府间海洋学委员会(Intergovernmental Oceanographic Commission,IOC)、国际海洋研究科学委员会(Scientific Committee on Oceanic Research,SCOR)和印度洋全球海洋观测系统计划(Indian Ocean Global Ocean Observing System,IOGOOS)在2015年联合启动了第二次国际印度洋科学考察计划(Second International Indian Ocean Expedition,IIOE-2,2015—2020年)。本文简要回顾了首次IIOE的发起、实施和主要成果,介绍了IIOE-2的主要内容和我国的优先参与方向,呼吁我国科学家将IIOE-2与我国“一带一路”倡议相结合,更加积极地参与IIOE-2国际合作,推动在印度洋环流与气候、海洋生态系统与可持续发展、地球生物化学循环、海底科学等领域取得新的科学进展。

印度洋;国际合作;考察;学科交叉

海洋占据了地球表面三分之二以上面积,对海洋的探索始终伴随着人类文明的发展。直至今天,我们对于海洋的认识依然不足,特别是对于远离海岸线的大洋和海面之下的深海。1519—1522年葡萄牙探险家麦哲伦完成了人类第一次环球航行;1831—1836年英国博物学家达尔文乘“小猎犬号”海军勘测船完成了第一次科学探索意义的环球航行;英国皇家学会1872—1876年组织的“挑战者号”环球海洋考察标志着近代海洋科学开端。19世纪末到20世纪海洋科学迅速成长为一门独立的现代科学,国内外一批专门海洋研究机构建立,如国际上知名的美国斯克里普斯海洋研究所(1925年)、伍兹霍尔海洋研究所(1930年)、前苏联科学院希尔绍夫海洋研究所(1946年)、英国国立海洋研究中心(1949年)等。

二战之后随着联合国的建立,国际合作成为推动海洋科学发展的重要方式。首次国际印度洋科学考察(IIOE,1957—1965年)被海洋界公认为是迄今最为成功的国际合作计划之一,极大地推动了对遥远印度洋的科学认知。在IIOE结束50周年之际,为了纪念这一海洋科学发展早期的重要国际合作计划,政府间海洋学委员会(IOC)在2015年联合国际海洋研究科学委员会(SCOR)和印度洋全球海洋观测系统(IOGOOS)共同发起了第二次国际印度洋科学考察计划(IIOE-2,2015—2020年)。

(李 燕 编辑)

1 第一次国际印度洋科学考察计划(IIOE,1957—1965年)回顾

1.1 IIOE的组织和实施情况

国际科学理事会(International Council for Secience,ICSU)于1957—1958年发起了国际地球物理年(Intermational Geophysical Year,IGY),开展了包括海洋在内的全球范围内的地球科学合作观测。在IGY实施中,国际社会认识到海洋科学发展迫切需要通过国际合作对海洋科考与调查进行综合协调,随后在ICSU框架下成立了“海洋研究特别委员会”,即SCOR前身。SCOR于1957年在伍兹霍尔海洋研究所举行的第一届年会上,考虑到印度洋是当时全球海洋中最缺乏认知的海洋,一致认为印度洋是最能够体现国际合作价值的海域,因此把推动首次国际印度洋科学考察(IIOE)作为SCOR成立后的第一项任务,并成立了专门工作组来实施这一计划。

随着IIOE筹备工作的推进,国际社会越来越意识到海洋领域合作迫切需要政府间框架,以便更好地推动国际社会投入更多资源并协调解决进入他国领海等问题,因此国际社会于1960年推动在联合国框架下建立了政府间海洋学委员会(IOC)。IOC成立后的第一个项目就是实施IIOE,SCOR在1962年顺利实现了把IIOE计划向IOC的移交,IOC领导IIOE计划在1965年成功完成。

IIOE被认为是迄今最为成功的海洋国际合作计划,根据Urban①URBAN E R.International Indian Ocean expedition:How it came about and what we learned about international projects.CLIVAR Exchanges,2015.回顾,有23个国家参与了该计划的现场考察,共派出46艘科考船,考察断面(图1)在北印度洋、西印度洋和东印度洋的覆盖密度之高,在今天看来仍然非常难以超越。同时,有来自29个国家的超过570名科学家参加了本项目,且有多名女性科学家(如美国14名)参加了考察航次。

图1 第一次国际印度洋考察(IIOE,1957—1965年)期间的考察断面图(引自联合国教科文组织海洋学办公室)Fig.1 The cruise maps during IIOE(1957—1965年)

1.2 IIOE的科学目标和代表性成果

SCOR在其1957年的第一次会议上富有远见地提出了3个在印度洋值得长期关注的优先科学问题:

1)印度洋的渔业资源与周边国家的摄入蛋白质缺乏;

2)面向服务农业生产的海洋与季风相互作用,迫切需要认识北印度洋的环流、上升流、海洋生产力和二氧化碳循环过程;

3)研究海洋对人类活动废弃物容纳的上限,包括核废料。

实际上,IIOE实施期间的科学工作范畴大大超出了上述3个目标,取得了丰硕科学成果,出版了8卷论文集,共包含656篇科学论文,涵盖海洋生物、海洋化学、物理海洋、海洋气象、海洋地质和地球物理等学科,该论文集可以从SCOR网站(http://scor-int.org/IIOE-1/Reprints.htm)下载。另外,在IIOE计划的观测资料基础上,整理发表了6本图集及若干本专著。

以物理海洋学为例,IIOE期间及随后发表的最具有代表性的3项工作成果包括索马里海流季节性转向的机制[1]、沿赤道的半年周期Wyrtki急流[2]和赤道印度洋潜流[3]研究。事实上,在赤道太平洋和赤道大西洋发现赤道潜流[4-5]后,一个直接的科学问题就是探究在季风控制的赤道印度洋是否存在稳定的赤道潜流?这也是推动IIOE的一个重要科学关注。

IIOE的一个重要科学遗产是建立了国立印度海洋研究所(NIO)。考虑到环印度洋周边国家在海洋科学领域的薄弱状况,在国际社会建议和支持下,印度政府在果阿建立了NIO,它已成为国际上非常重要和活跃的海洋研究机构,在推动印度洋相关科学进步方面发挥着重要作用。

2 第二次国际印度洋科学考察计划(IIOE-2)的发展

考虑到IIOE在海洋科学发展历史中的重要作用,特别地,它是SCOR建立后的第一个科学计划,它对国际合作的强烈需求催生了IOC,也是IOC的第一个科学计划,它推动了印度洋海洋科学的革命性进步,也在印度洋地区建立NIO这个重要科学遗产,国际社会积极酝酿和推动第二次国际印度洋科学考察计划(IIOE-2)并以此来纪念IIOE结束五十周年。

IOC在2013年全会上同意将IIOE-2列入2014年执委会会议日程,随后IOC执委会在2014年顺利批准实施IIOE-2,邀请SCOR领导编制IIOE-2科学计划与实施战略,同时建立IIOE-2临时规划委员会来筹备实施。SCOR在2014年建立了IIOE-2科学计划编制委员会,在IIOE-2筹备委员会的三次科学研讨会(印度海得拉巴,2013-05-14—15;中国青岛,2013-11-20—21;毛里求斯,2014-03-17—18)基础上积极开展工作,2015年顺利完成IIOE-2科学计划②HOOD R R,BANGE H W,BEAL L,et al.Science plan of the second international Indian Ocean Expedition(IIOE-2):A basin-wide research program.Scientific Committee on Oceanic Research,Newark,Delaware,USA,2015.③HOOD R R,URBAN E R,MCPHADEN M J,et al.Status and Plans for the 2nd International Indian Ocean Expedition(IIOE-2),CLIVAR Exchanges,2015.,在印度果阿召开的印度洋国际科学大会(2015-11-30—12-04)期间正式发布(http://www.iioe-2.incois.gov.in/IIOE-2/pdfviewer.jsp?docname=IIOE-2-SciencePlan-2015-2020.pdf)。

2.1 IIOE-2的科学主题

IIOE-2科学计划报告详细论述了该计划的六大科学主题,涵盖大气、海洋、地质学科,空间上从近海环境延伸到深海过程,营养层次上从微生物、浮游植物到顶级掠食者,也包含渔业和人类,即:

1)人类活动影响

探讨人类活动给海洋带来的环境压力(如全球变暖、缺氧、酸化、富营养化、大气污染、垃圾、海岸带侵蚀、过度捕捞等)如何影响印度洋的地球生物化学循环和生态,以及海洋对上述压力的响应如何反过来影响印度洋周边的人口。

2)边界流动力学、上升流变化及海洋生态系统影响

研究印度洋的边界流、上升流和涡旋过程如何影响印度洋的地球生物化学循环、生态系统和渔业资源,认识局地、遥强迫过程在边界流、上升流变化中的不同作用以及它们之间的相互作用,揭示边界流、上升流的天气和气候效应以及它们的过去和未来变化。

3)季风变化与海洋生态系统响应

认识影响当代季风、古季风和未来季风气候变化的关键过程,了解季风变化对于海洋的物理、化学和地球生物化学过程的影响,以及它们对于海洋生态系统、渔业资源和人类的影响。

4)环流、气候变率和变化

认识印度洋海洋、大气环流的古气候变化规律以及对认识未来变化的价值,探讨环流变化与大尺度地形、与太平洋-大西洋-南大洋连通性的联系,探讨其变化对于生物生产和渔业资源的影响。

认识极端事件如何影响近海和大洋生态系统,探讨气候变化对于极端事件频率和强度的影响,评价极端事件对于印度洋低地和小岛国的综合影响。

6)印度洋地理、物理、地球生物化学和生态特征的特异性

认识控制印度洋碳、氧动力学的关键过程及其在过去/未来的变化和对地球生物化学循环、生态系统动力学的影响,揭示南印度洋环流如何影响印度洋生物化学和生态过程,揭示印度洋复杂的板块和地质过程、地形特征如何影响印度洋的大洋环流、深海混合和化学过程并进而影响地球生物化学和生态学过程。

2.2 IIOE-2框架下的科学行动计划

IIOE-2除了加强对已有相关科学活动的协调外,也大力支持发起新的科学行动计划,以更好地实施IIOE-2科学计划书中的科学主题。IIOE-2框架下的已有科学行动计划主要瞄准边界上升流过程,主要考虑到它是联系海洋小尺度运动与大尺度环流、上层与深层、近岸与大洋、物理过程与生态系统、海洋与气候等多方面地重要纽带,包含东印度洋上升流研究计划(Eastern Indian Ocean Upwelling Research Initiative, EIOURI)、西印度洋上升流研究计划(Western Indfan Ocean Upwelling Research Initiative,WIOURI)。

党的十八大提出，要“积极应对人口老年化，大力发展老年服务事业和产业”。同时强调“在学有所教、劳有所得、病有所医、老有所养、住有所居上持续取得新进展，努力让人民过上更好生活”。老年事业作为民生事业的重要组成部分，关乎着亿万老年人的晚年生活和我国经济社会的可持续发展。目前，我国人口老年化已进入加速发展阶段，人口老年化问题已成为中国现代化进程中不可回避的现实国情。即将进入老年社会的现实，应当引起我们高度的重视，只有认真确实的解决好这个问题，才能保证我国可持续发展道路走得更好更稳。

1)EIOURI行动计划

EIOURI由中、日、美等国科学家牵头发起,以东印度洋上升流过程为主要目标的学科交叉研究计划(科学计划书下载网址http://www.iioe-2.incois.gov.in/IIOE-2/pdfviewer.jsp?docname=EIOURI_Science_ Plan.pdf),它主要关注3个方面的问题,即影响上升流变化的局地-遥强迫过程及其相互作用、沿岸-大洋相互作用、上升流的物理-生物过程相互作用。EIOURI计划关注的核心海域包括赤道印度洋及赤道波导覆盖的印度洋东边界附近海域、苏门答腊以西印度洋偶极子(IOD)的东部一极海域、爪哇上升流海域、印度尼西亚和澳大利亚之间的东南印度洋。东印度洋的季节性上升流海域通过强烈的海洋-大气相互作用具有局地和全球尺度的气候影响,同时又是重要的渔场和南大洋蓝鳍金枪鱼迄今已知的唯一产卵场,也是鲸类等哺乳动物的重要索饵场和洄游路线。当然,EIOURI在广义上也关注东印度洋的其它上升流(如印度半岛沿岸、斯里兰卡周围和印尼海的上升流)或者海洋垂直运动比较显著的海域(如安达曼海的内波从深海向陆架传播过程)。EIOURI的重点关注海域和主要科学关键词参见图2(http:∥www.iioe-2.incois.gov.in/IIOE-2/pdfviewer.jsp docnam=EIOURI_Science_Plan.pdf)。

图2 EIOURI行动计划的重点关注海域和主要科学关键词Fig.2 The dominant regions and key words of the project EIOURI

2)WIOUR行动计划

WIOURI由南非、毛里求斯、马达加斯加等西印度洋国家发起,主要关注风场和地形强迫的沿岸上升流、涡旋和锋面导致的垂直运动过程以及它们的生态和渔业影响,其科学计划书尚在编制阶段。WIOURI计划欢迎其它国家的参与,同时,WIOURI拟与EIOURI开展对比研究计划,以增强西印度洋地区的研究实力和推动科学交叉。

3 我国参加IIOE-2的优先领域和方向

我国提出的“一带一路”倡议已经得到众多国家的积极响应,特别是“21世纪海上丝绸之路”框架下的推动海洋科学国际合作与IIOE-2实施高度契合,为我国更加积极主动参与IIOE-2提供了重要支撑。

中国科学家在IIOE-2的发起、规划、实施阶段都发挥了重要作用,参加了IIOE-2科学计划编制,并与日本、美国科学家共同发起了EIOURI行动计划。在国家海洋局等部门的支持下,我国初步形成了参加IIOE-2的6个优先领域和方向,包括:

1)支持印度洋海洋观测系统(Indian Ocean Observing System,Ind OOS)

Ind OOS是全球海洋观测网(Global Ocean Observing System,GOOS)的重要组成部分,我国自2000年以来与国际社会一道积极推动Ind OOS的立项和实施,已是Ind OOS的主要参与国家,特别是在其骨干组成部分“亚-非-澳季风分析和预测研究锚定浮标网(Rsearch Moored Array for African-Asian-Australian Monsoon Analysis and Prediction,RAMA)”中,我国与美国、日本、印度是4个主要参与方,自主研发的“白龙”深海浮标自2010年起已经成为RAMA的重要组成部分,自2016-11起“白龙”浮标(世界气象组织编号53041)的现场观测资料实时上传到世界气象组织的全球通讯系统(Global Telecommunication System, GTS),为全球各大海洋与气候业务化预报中心、科学界和社会公众提供了资料共享服务。在IIOE-2实施期间,我国将与国际合作伙伴一道,继续加快Ind OOS的建设进度,特别是加强我国在赤道中印度洋、西印度洋等季风-海洋相互作用的重要海域布放观测浮标。

2)支持EIOURI行动计划实施

EIOURI是我国科学家与日本、美国科学家联合发起的行动计划,它围绕上升流动力学及其对区域和全球气候的年际变化影响、上升流的物理-生物相互作用、上升流对渔业资源影响等重要问题推动学科交叉研究。目前,我国科学家与印尼、美国、日本和澳大利亚科学家正在密切合作,共同推动该计划实施。建议加强东印度洋上升流的学科交叉研究,加强对东印度洋上升流多尺度变化及其生态效应的观测研究,重点阐明爪哇上升流、印尼贯穿流对于东南印度洋渔业资源的影响。

3)优先开展季风-海洋相互作用研究

我国是典型的季风性气候,夏季降水集中在汛期,汛期降水的主要水汽来源是亚洲季风大气环流从热带印度洋携带而来的水汽输送,因此热带印度洋的季风-海洋相互作用研究对于包括我国在内的南亚、东南亚和东亚国家的防灾减灾非常重要,有利于改进亚洲季风区的短期气候预测能力,服务于环印度洋周边国家的应对气候变化需求。建议强化季风的海洋-大气-陆地相互作用研究,加强从热带印度洋到青藏高原的亚洲季风复杂性研究。

4)优先开展印度洋环流和气候的多尺度变化研究

在季风强迫下,印度洋环流具有很强的时间变率,不同时空尺度之间的相互作用强烈,要实现无缝隙的从天气到气候尺度的预报需要深刻认识印度洋复杂的多尺度变化过程。建议围绕季节内时间尺度的大气、海洋变化开展重点研究,揭示大气季节内振荡(MJO或ISO)所包含的海-气耦合过程及其对可预报性的贡献,从而改进耦合气候模式在季风爆发、推进和年际变化方面的模拟和预测能力。

5)强化学科交叉研究

围绕海洋上升流过程,强化海洋的物理-生物-地球生物化学相互作用过程研究,力求在学科交叉点上实现科学突破和带动新兴学科方向的发展,例如,要重视浮游生物视频记录仪、多传感器水下滑翔机和配载生化传感器的Argo浮标等一系列新型海洋观测技术所带来的学科交叉新机遇。建议通过国际合作引进先进海洋观测技术,同时大力自主发展新型海洋观测技术,探索引进、消化、吸收和再创新的技术发展道路。

6)探索海上丝绸之路的水下考古

海上丝绸之路与IIOE-2有着密切联系,水下考古是海洋科学与人文的交叉,是一个值得探索的新兴方向。建议加强与海上丝绸之路沿线国家的合作,以印尼、马尔代夫、肯尼亚周边海域为重点探索海上丝绸之路沿线的水下考古合作。

4 结 语

印度洋是全球各大洋中最缺乏科学认识的海域,印度洋周边大部分是发展中国家,环印度洋周边的人口约占全球总人口的三分之二,从可持续发展、粮食安全、防灾减灾和减贫等重大需求出发加强对印度洋的观测和研究是非常迫切的。IOC联合SCOR和IOGOOS发起了IIOE-2正是对上述需求的回应,像50 a前一样,再次呼吁国际社会关注印度洋科学认知的落后局面,展示了联合国和国际社会对于印度洋及其周边地区发展的重视。

我国作为受季风强烈影响的国家,需要高度重视对印度洋的海洋、大气的观测和研究,进一步了解印度洋在亚洲和全球气候系统中的重要作用,提高对亚洲季风的短期预测水平,才能有效预防和应对气候异常和极端事件造成的巨大损失。IIOE-2计划实施为我国科学家参与印度洋大型国际合作提供了机遇,也与我国的“一带一路”倡议相吻合,呼吁有更多的科学家关注和参与IIOE-2,也特别呼吁学生和青年科学家以更大开拓精神参与到IIOE-2中。

[1] LIGHTHILL M J.Dynamic response of the Indian Ocean to onset of the southwest monsoon[J].Philosophical Transactions for the Royal Society of London(Series A:Mathematical and Physical Sciences),1969,265(1159):45-92.doi:10.1098/rsta.1969.0040.

[2] WYRTKI K.An equatorial jet in the Indian Ocean[J].Science,1973,181(4096):262-264.doi:10.1126/science.181.4096.262.

[3] KNAUSS J A,TAFT B A.Measurements of currents along the equator in the Indian Ocean[J].Nature,1963,198(4878):376-377.

[4] CROMWELL T,MONTGOMERY R B,STROUP E D.Equatorial undercurrent in the Pacific Ocean revealed by new methods[J].Science, 1954,119(3097):648-649.

[5] NEUMANN G.Evidence for an equatorial undercurrent in the Atlantic Ocean[J].Deep Sea Research,1960,6(4):328-334.

Introduction of the Second International Indian Ocean Expedition(IIOE-2)

YU Wei-dong1,2,FANG Yue1,2,LIU Lin1,2,WANG Yong-gang1,2,ZHOU Lei3,QIU Yun4,DU Yan5,6
(1.The First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China;2.Laboratory for Regional Oceanography and Numerical Modeling,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao 266061,China;3.Second Institute of Oceanography,Hangzhou 310012,China;4.Third Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Xiamen 361005,China;5.South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301, China;6.State Key Laboratory of Tropical Oceanography,Guangzhou 51301,China)

To celebrate the 50thanniversary of the International Indian Ocean Expedition(IIOE)and further promote the scientific understanding of the Indian Ocean from the point of view of multidisciplinary study, the Second International Indian Ocean Expedition(IIOE-2,2015—2020)was recently launched jointly by Intergovernmental Oceanography Commission(IOC),Scientific Committee of Oceanic Research(SCOR) and Global Ocean Observing System in the Indian Ocean(IOGOOS).The initiation,implementation and outstanding achievements from IIOE are reviewed here.Then the main themes under IIOE-2 are briefed, with the special emphasis on the proposed priorities to be considered by the Chinese oceanographic community.It calls for the synergy of Chinese participation on IIOE-2 with the One Belt and One Road Initiative, through which the active involvement of Chinese scientists in IIOE-2 implementation is encouraged,with the expectation on better understanding of the not fully explored Indian Ocean in its ocean circulation and climate impacts,its marine ecosystem and sustainability,its biogeochemical cycle,its sea floor study and etc.

Indian Ocean;expedition;international cooperation;multidisciplinary study

N2

A

1671-6647(2017)01-0001-07

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.01.001

2016-12-17

国家海洋局“全球变化与海气相互作用专项”国际合作项目——热带印度洋海洋过程与海气相互作用(GASI-IPOVAI-02);国家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目——海洋环境动力学和数值模拟(U1406404)

于卫东(1970-),男,山东潍坊人,研究员,博士,主要从事海气相互作用方面研究.E-mail:wdyu@fio.org.cn

Received:December 17,2016