气象厅,半个世纪的海洋观测

海洋 · 宇宙 2017年08月04日
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日本气象厅使用两艘专业船只进行海洋气象观测。从1967年起,他们每年沿着东经137度,从三重县志摩半岛海域到新几内亚岛,对海水成分实施调查。这种持续进行50余年的海洋观测活动,在世界上也是独一无二的,通过观测获得的各类数据资料,为国内外的海洋环境变化研究作出了重大贡献。

中野俊也 NAKANO Toshiya

中野俊也 NAKANO Toshiya

气象厅地球环境 海洋部海洋气象课海洋环境解析中心所长。东北大学理学博士。1962年出生于佐贺县。1984年毕业于东海大学海洋系海洋科学专业。1985入职气象厅长崎海洋气象台海洋课,1998年任气候 气象部海洋课资深技术专家、2001年任气象研究所海洋研究部研究主任、2008年任地球环境 海洋部海洋气象课调查官、2016年出任现职。主要依据气象厅海洋气象观测船获取的数据,对西北太平洋海域海洋环境的长期变化进行分析研究。。

日文

“137度线”观测的先见之明

每年的同一时期(季节),日本气象厅的观测船沿日本周边到西北太平洋海域上划定的测量航线(下称“定线”)实施定期观测。气象厅最具代表性的定线是东经137度线(下称“137度线”),其观测始于凌风丸Ⅱ世船首航的第二年,即1967年的冬季并于1972年开始了夏季的观测。之后每年进行2次观测巡航,今年1~2月刚结束了冬季第51次巡航观测活动。

开始东经137度线观测巡航的凌风丸2世(1967~1995年)

开始东经137度线观测巡航的凌风丸2世(1967~1995年)

日后任气象厅厅长和日本海洋学会会长的增泽龙太郎博士在谈到选定137度线的原因时指出,“我们的目的是尽可能调查大规模现象的普遍性变化,而这条线处于岛屿和海底山等局部影响较少的地区,并恰到好处地横跨了代表北太平洋的黑潮及北赤道海流等海流系统”。对这条观测线的观测是从参加日本牵头的调查黑潮等西太平洋洋流的“黑潮以及毗邻海域的共同调查(CSK:Cooperative Study of the Kuroshio and Adjacent Regions)”开始的,是联合国教育、科学及文化组织政府间海洋学委员会(UNESCO–IOC:Intergovernmental Oceanographic Commission)的一项官方计划。

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增泽龙太郎博士

就137度线观测之初的情况, 增泽博士回顾说:“虽然是以大规模、长期的变化为目的进行调查的,但是对每年1次的观测究竟能取得怎样的成果, 我一直抱有疑问,并认为需要经过30年才能看到它的价值。”但现在50年过去了,对137度线的观测数据,在100多篇论文中被引用,其内容涉及到西北太平洋的海洋构造、厄尔尼诺现象等气候变化及物质循环变化、有关海洋物理生物地球化学的长期变化等,促进了相关领域的知识积累。政府间气候变化专门委员会(IPCC:Intergovernmental Panel on Climate Change)2013年发布的第5次评估报告中,也引用了使用了这些观测数据的论文。

另外,如此长期的持续定线观测在世界上也是独一无二的。而且观测开始以来,全部数据都是公开的,所有研究人员都可利用,为此而受到了国内外的相关海洋机构的高度赞誉。全球变暖以及地球环境的变化目前已经成为很大的社会问题,增泽博士等有关研究人员立足于长远的未来,对137度线进行观测这种远见卓识,至今依然令人钦佩不已。

长期观测揭示了“海洋的酸化”

137度线从志摩半岛大王崎东南海域的北纬34度到新几内亚半岛海域的北纬3度,全长约3400公里。观测的方法是在每1纬度(约110公里)停船,将探测器沉入海中,昼夜不停地反复同样的工作。全部测量点的观测大约需要2周时间。通常观测的深度为2000米,但最深有时会达到6000米,从测量器的投放到回收大约需要花费5小时的时间。接着在前往下一个测量点的约4~5个小时的航行(船速约为时速25千米)中,研究人员进行海水的采集分析工作。

气象厅对东经137度线)的观测已经持续了半个多世纪

气象厅对东经137度线)的观测已经持续了半个多世纪

伴随着技术的进步,观测仪器和分析装置更新换代,但是从最初的观测开始一直到今天,“水温”、“盐分”、“溶解氧”、“营养盐”、“叶绿素a”等观测项目却从未改变。此后,受上世纪80年代社会动向的影响,为了对引发全球变暖的源头温室气体进行监视,还追加了“海洋大气”和“海水表面的二氧化碳”两个观测项目,至今已经积累了30多年的数据。而且,为了弄清碳循环的变化,还进行了和二氧化碳有关的海水中的碳酸类参数(所有碳酸、碱度、pH)及氯氟碳化合物的观测。

观测人员正用缆绳将CTD和36条採水器连为一体的装置沉入海中

观测人员正用缆绳将CTD和36条採水器连为一体的装置沉入海中。CTD是由可以测量海水盐分、水温和深度的传感器所构成的观测装置,数据实时传送到船上的电脑;同时,船上的电脑也可发出指令,让观测装置采集任何所需深度的海水

经过半个世纪的137度线观测,西北太平洋海洋内部水温和盐分以数年到十年的规模发生周期变化的状况得以明确。流经日本南岸的黑潮或直接冲向沿岸附近或在洋面弯曲前行,这种路线的变化以及太平洋赤道地区每隔数年发生的厄尔尼诺现象或拉尼娜现象,都对这种周期变化产生了影响。

此外,观测仪器不断进步,为我们带来了高分辨率的数据;而且,持续反复的观测,不仅对增泽博士设想的那种大规模、长期变化,对理解时间、空间上小范围出现的现象,也起到了很大作用。其中一例,就是在近年确认到,流经日本南岸的黑潮与北太平洋的顺时针循环(亚热带循环)所构成的北纬10~20度附近的西向洋流(北赤道洋流)下层,还存在一直流向北美西岸的东向洋流(北赤道潜流)。今后类似的新发现或许还会出现。

另一方面,通过有关二氧化碳的观测,不仅是二氧化碳浓度在海水表面的变化,在海洋内部积蓄量的长期变化也开始得到把握。此外人们发现,海洋在吸收二氧化碳的过程中,使海洋内部的二氧化碳浓度增加,海面和海洋内部的氢离子浓度指数(pH)降低,导致海洋不断趋向酸化(※1)。另外有一点也逐渐得到明确,即海洋中的二氧化碳浓度呈周期性变化,这和厄尔尼诺及拉尼娜现象、亚热带循环的变动存在一定联系。

在采用CTD之前,用南森采水器和颠倒温度计进行观测的情景

在采用CTD之前,用南森采水器和颠倒温度计进行观测的情景。研究人员通过采水器上的温度计读取数值,面前排列的瓶子里是按不同观测项目所采集的海水。也就是说,水温、盐分等数据只能从不同预定深度的水样中获取

今后对137度线的观测

近年来海洋观测的主力正逐渐被Argo剖面浮标(以10天间隔在2000米深度范围内进行上下自动观测的装置)以及人造卫星等自动观测平台所取代。但是,对于水温、盐分等物理参数以及碳酸类等生物地球化学参数,若要取得从海面到海底附近的高精度的观测数据,现在还只能依靠船舶观测。面对日趋严重的全球变暖以及海洋酸化,调查发现海洋中微小却重要的变化,探究并弄清长期变化的实态及其机制,这在今后依然需要利用船舶进行长期观测,其重要性是勿须质疑的。

此外,超级计算机等资源取得了飞速发展,让高解析度的精密数据试验成为可能。因此,基于对137度线的观测所获得的知识,为更详尽地阐明北太平洋的立体海洋变化状况及其机制,进而用作预测未来气候和地球环境模型的检验数据,都是不可或缺的,我们期待它在今后可以发挥更大的作用。

同时,对137度线的观测承担了国内外观测项目的一部分。最具代表性的是上世纪90年代参加了世界海洋循环实验计划(WOCE:World Ocean Circulation Experiment)。在该计划中,137度线被定位为西北太平洋海域的观测航线之一,1994年将通常的测量点间隔缩短了一半(每隔30分纬度),对远至巴布新几内亚沿岸的全部观测点实施了直至海底附近的观测。此后在2010年和2016年再度进行了观测,现在137度线已定位为全球海洋各层观测项目(GO-SHIP:Global Ocean Ship-based Hydrographic Investigations Program)的高频度观测线以及全球海洋酸化观测网络(GOA-ON: Global Ocean Acidification Observing Network)的一部分。

笔者认为,137度线的观测数据应该作为人类宝贵的财富永远继承下去,而且希望这项观测作为气象厅海洋观测的重点工作,今后一直坚持下去。

现在的海洋气象观测船“启风丸2世

现在的海洋气象观测船“启风丸2世

图片提供:气象厅 / 标题图片:气象厅的另一艘海洋气象观测船“凌风丸Ⅲ世”
翻译协作:客观日本

(※1)^ 海洋酸化,不是指海水呈ph7以下的酸性,而是指从现在的弱碱性(约为ph8.1)渐渐向酸性变化(ph值降低)。


转载于日本网
http://www.nippon.com/cn/

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