海洋研究定性到定量

上世纪五六十年代，西方已经开始了对海洋动力过程的研究，九十年代，描述海洋上层流动的理论已经成型，然而定性描述海洋过程只满足人们粗略了解海洋，而不能定量研究海洋，更不能满足预报海洋的要求。因此基于动力或统计的模型逐步发展起来，但是随着模式分辨率逐步提升，结果的不确定性越来越大，只是基于动力框架的研究已经不能解答研究人员的疑问，因此我们试图从能量的角度发现之前不准确的原因，以及能量的生成与消耗过程。

复杂的海洋有不同尺度的运动，从几千公里的潮汐运动到米尺度海浪到厘米尺度的湍流过程，能量从不同尺度之间的传递是海洋中的难点也是当今研究的热点。对于自然科学，如果想要描述研究某一过程，首先需要捕捉到这个过程，对于中小尺度意味着高分辨的数据才可以描述这些过程。所以受限于数据的匮乏，研究目前相對落后。随着我国加速海洋强国的建设，服务“一带一路”的“两洋一海·透明海洋”计划逐步实施，为我们的研究提供了可能与途径。

起初我们利用中国科学院南海海洋研究所的数据研究海洋能量消耗（湍流混合）的变化情况，随着研究的深入我们发现，海洋内部一种波动影响上层海洋（1000m以上）的逐年变化情况，这印证我们的猜测，目前普遍认为该波动的消亡为混合提供能量，其中一部分是海洋内部的潮提供的，另一部分就是该波动提供的，那么为了定量的研究，我们首先就提出了一个问题，全球有多少能量是风输入给该波动的。

在从事这方面研究的前期，摆在我面前的第一个问题就是过程很抽象，想象不出它的样子。不同于实验室研究，可以看到实体物质;也不同于潮汐等过程，我们可以看到潮涨潮落。海洋中近惯性内波看不见摸不着，其特征很难凭空从公式结果中想象出来。在一次伍兹霍尔海洋研究所教授报告中我听到过一句话——“公式不如图片，图片不如动画”，这启发了我，虽然有些数据不足以定量研究，但是看看某个过程的样子还是可以的，因此我利用课题组的数据，看到了它在速度、时间变化上的特征。

通过阅读文献，我们发现现在对于风输入能量的研究全部是基于数值实验，然而不同实验之间的差异特别大，换句话说误差比本身都大，那这样的结果肯定是无法令人信服。在导师的指导下，我们尝试从观测数据入手，抛开模式差异等一系列的问题，立足真实海洋运动结果，第一次评估了全球风对该海洋内部波动能量的情况。

研究中我们首先评估了观测数据对于近惯性运动的模拟情况，在得到其可以模拟后，我们针对计算方法中不同参数的选取，评估了基于不同参数导致的误差。与老师在误差方面的交流让我意识到评估结果误差的重要性，同时一点小小的疏忽可能会对研究结果造成很严重的后果，这也让我在后续的研究中格外小心。接着我们同样利用目前主流的计算方法，计算在海洋表面风导致的作用力，针对数据评估不同计算方法的误差。经过一系列的误差分析，我们发现力的计算显著影响数值结果，但从观测的角度已经很大程度缩小了模式的误差范围。

吴老师常要求我们研究问题要细致下去，不要盲目迷信别人的结果，敢于质疑，要求我们常动手做一下。随着科研过程深入，我渐渐理解老师的要求，在重复的过程中，会发现与前人不一样的原因，或是因为方法或是因为数据，而这一次次的尝试，积累出的可能是否定之否定后小小的突破。

责任编辑：陈晓丽