70 年來，中國海洋科學(xué)研究涵蓋各個海洋專業(yè)學(xué)科，取得了豐碩成果。現(xiàn)階段，中國海洋科研機(jī)構(gòu)每年承擔(dān)海洋科研課題1.8萬余項(xiàng)，其中基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、試驗(yàn)發(fā)展3 類課題所占比重超過70%，發(fā)表科技論文1.7萬余篇，出版海洋科技著作350多種，擁有發(fā)明專利超過2萬件。作者在本文中重點(diǎn)闡述了中國在物理海洋學(xué)所取得的主要進(jìn)展和成果。

■ 陳連增 雷 波

物理海洋學(xué)是以物理的方法研究海洋中的各種要素（溫度、鹽度、流場等）的特征及其變化規(guī)律。伴隨新中國成立，中國物理海洋學(xué)研究開始起步，至今物理海洋學(xué)在觀測方法、數(shù)值模式、理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)等各方向都取得了巨大的成績，個別研究方向走至世界前列。特別是21世紀(jì)以來，在國家重大、重點(diǎn)專項(xiàng)計(jì)劃的支持下，物理海洋學(xué)研究更趨活躍、創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。

物理海洋學(xué)理論研究

經(jīng)過70年發(fā)展，中國物理海洋學(xué)在海流、海浪、潮汐、風(fēng)暴潮等海水運(yùn)動方面的理論研究日趨完善，在一些新的研究領(lǐng)域如厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）、大洋能量傳遞等走在了世界前列。

——近海海流。在新中國成立以來組織的幾次大型調(diào)查及專項(xiàng)調(diào)查基礎(chǔ)上，基本上摸清了中國近海海流特征、變化趨勢，發(fā)現(xiàn)了中國近海眾多復(fù)雜多樣的海流結(jié)構(gòu)。

1964年，毛漢禮首次提出了臺灣暖流的概念。之后，中國學(xué)者通過數(shù)據(jù)分析、理論分析等對其結(jié)構(gòu)及來源、水團(tuán)成分有了進(jìn)一步的認(rèn)識。郝崇本、管秉賢對黃海冷水團(tuán)及黃海暖流的分布形態(tài)和形成機(jī)制進(jìn)行了一系列研究，對其季節(jié)、年際、多年際變化，其垂向結(jié)構(gòu)變化，水體來源、水團(tuán)和周圍水體關(guān)系等有了一定的認(rèn)識。管秉賢首次提出在中國東南近海和南海北部冬季均存在逆風(fēng)海流。蘇紀(jì)蘭系統(tǒng)研究了中國海的多尺度動力過程，揭示了河口和陸架環(huán)流的物理圖像。自1986年起，蘇紀(jì)蘭主持了歷時7年的“中日黑潮合作調(diào)查研究”，對黑潮結(jié)構(gòu)特征及其時空變異、機(jī)制的認(rèn)識有了質(zhì)的提升，詳細(xì)論證了黑潮在臺灣東北側(cè)涌升東海陸架的季節(jié)特征及其動力機(jī)制、臺灣暖流的內(nèi)外側(cè)分支結(jié)構(gòu)及其與黑潮涌升的關(guān)聯(lián)、琉球群島東側(cè)的琉球海流的結(jié)構(gòu)與變化等。這是中國海洋研究走出近海的第一個項(xiàng)目， 研究成果獲1996年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。上升流是中國近海海流一個非常重要的特征，影響近海營養(yǎng)鹽分布。通過現(xiàn)場觀測、數(shù)值模擬、理論分析等，在黃海沿岸、東海沿岸、南海沿岸、長江口沿岸等均發(fā)現(xiàn)了上升流并對其機(jī)制進(jìn)行了分析。胡敦欣提出的浙江沿岸上升流非風(fēng)生機(jī)制，修正了傳統(tǒng)的風(fēng)生沿岸上升流理論。

海流是物質(zhì)輸運(yùn)的重要驅(qū)動因子。早在1989年，中國學(xué)者就開始了物質(zhì)長期輸運(yùn)的研究。由馮士筰主導(dǎo)的“ 拉格朗日余流和長期輸運(yùn)過程的研究——一種三維空間弱非線性理論”獲得國家自然科學(xué)獎三等獎。胡敦欣在太平洋發(fā)現(xiàn)“棉蘭老潛流”，改變了有關(guān)太平洋西邊界流動力學(xué)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)認(rèn)識，對海洋經(jīng)向熱量輸送、平衡和氣候有重要影響。

2015年，胡敦欣領(lǐng)銜17位國內(nèi)外海洋學(xué)家和氣候?qū)W家合作撰寫的《太平洋西邊界流及其氣候效應(yīng)》評述文章在《自然》雜志正式發(fā)表。這是《自然》雜志首次發(fā)表有關(guān)太平洋環(huán)流與氣候研究的評述性文章，也是中國學(xué)者在該雜志發(fā)表的首篇海洋領(lǐng)域研究綜述性論文。王東曉等完成的“南海與鄰近熱帶區(qū)域的海洋聯(lián)系及動力機(jī)制”獲得2014 年度國家自然科學(xué)獎二等獎。近年來，借助新的調(diào)查觀測技術(shù)及數(shù)值模擬，中國學(xué)者對近海海流結(jié)構(gòu)特征及其機(jī)制提出了新的見解。

——太平洋—印度洋貫穿流南海分支。中國科學(xué)家最早依據(jù)模式結(jié)果提出了太平洋—印度洋洋際交換南海分支。在2006年啟動的國際合作計(jì)劃“南海—印尼海水交換及對魚類季節(jié)性洄游的影響”的支撐下，利用豐富的現(xiàn)場觀測資料證實(shí)了這一分支的存在。這一分支對于南海的水團(tuán)形成、海氣熱量交換和淡水交換有著重要作用，對中國南部海上能源通道環(huán)境保障和國防建設(shè)具有重要意義。這一研究方向，實(shí)現(xiàn)了淺海海床基觀測技術(shù)突破并自主開發(fā)了達(dá)到國際同期水平的觀測系統(tǒng)。

——海浪。新中國成立后，中國開始了海浪理論、模擬、預(yù)測的研究，70年間取得了巨大進(jìn)展。20世紀(jì)60年代，文圣常推導(dǎo)的“文氏風(fēng)浪譜”被多個國家翻譯，被評為當(dāng)年相關(guān)國際科學(xué)進(jìn)展評論中的重要成果。后人在此理論基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的延伸工作。基于此發(fā)展的“理論風(fēng)浪譜”研究達(dá)到國際先進(jìn)水平，獲得國家自然科學(xué)獎。文圣常撰寫的《海浪原理》和《海浪理論與計(jì)算原理》，成為指導(dǎo)國內(nèi)外海浪理論研究的重要專著。1984年，袁業(yè)立首次利用理論分析導(dǎo)出了風(fēng)生波初生階段成長過程的波面演化過程。近年來，海浪對海洋上層的動量與混合作用，風(fēng)和海浪的相互作用等過程也得到了足夠的重視。

——潮汐和風(fēng)暴潮。潮汐方面的工作主要為平衡潮理論、潮波動力學(xué)和潮汐調(diào)和分析。1959年，中國出版了第一部由鄭文振編寫的有關(guān)潮汐分析和預(yù)報的手冊《實(shí)用潮汐學(xué)》。1958~1960年間的全國海洋綜合調(diào)查期間，根據(jù)潮流觀測編制了《潮流永久預(yù)報表》。1960年初，方國洪提出的“準(zhǔn)調(diào)和分析方法”，被確定為國家標(biāo)準(zhǔn)沿用至今。在《全國海洋綜合調(diào)查報告》中，鄭文振和方國洪執(zhí)筆撰寫的“中國近海潮波系統(tǒng)”，對中國近海潮汐潮流的分布做了系統(tǒng)的闡述，給出了潮波傳播示意圖和初步的動力解釋。1970年，方國洪等建立了二維潮汐潮流數(shù)值模式，計(jì)算了中國近海的潮流分布，同年開始了世界上最早潮汐同化模式的嘗試。方國洪提出潮汐潮流永久預(yù)報的新方法，其所需數(shù)據(jù)量僅為杜瓦寧法的1/10。利用這些新的手段和方法，1973~1978年中國陸續(xù)編制并出版了覆蓋中國近海大部分海區(qū)的《中國近海潮流永久預(yù)報圖表集》，實(shí)現(xiàn)了中國近海全海區(qū)、多層次潮流預(yù)報。

1980年開始，中國學(xué)者在中國近海開展了大量的潮汐數(shù)值計(jì)算研究。到1985年，已經(jīng)能夠?qū)?16個分潮進(jìn)行預(yù)報，并編制了太平洋及其鄰近海域的潮汐表。20世紀(jì)90年代后期，衛(wèi)星高度計(jì)觀測開始用于潮汐模式的同化，且隨著計(jì)算機(jī)的普及和計(jì)算能力的提升，大區(qū)域、高精度、可視化的潮汐潮流預(yù)報系統(tǒng)成為主流，并直接服務(wù)于海洋預(yù)報減災(zāi)、海洋環(huán)境保障和海洋水深測量等。

馮士筰等在風(fēng)暴潮動力學(xué)研究中創(chuàng)建了超淺海風(fēng)暴潮模型，并將風(fēng)暴潮動力學(xué)和預(yù)報模型及方法系統(tǒng)化。其編著的《風(fēng)暴潮導(dǎo)論》是世界上第一部系統(tǒng)論述風(fēng)暴潮機(jī)制和預(yù)報的專著，獲全國優(yōu)秀科技圖書一等獎。秦曾灝對大尺度海洋和大氣相互作用及風(fēng)暴潮研究造詣較深。秦曾灝、馮士筰等完成的“淺海風(fēng)暴潮動力機(jī)制和預(yù)報方法的研究”獲得1982年度國家自然科學(xué)獎三等獎。

——海洋鋒面。海洋鋒是水文要素特性不同的兩個水團(tuán)之間的狹窄過渡帶，是一種重要的中尺度海洋現(xiàn)象，由于鋒面能有效地聚集和輸運(yùn)懸浮物質(zhì)，對漁業(yè)、軍事和海洋環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)域有重要影響。中國近海由于眾多環(huán)流、水團(tuán)和渦旋在此交匯，海洋鋒現(xiàn)象十分顯著，近年來，中國學(xué)者對中國近海的海洋鋒產(chǎn)生機(jī)制和變化規(guī)律的研究取得了一定的進(jìn)展。整體上看，中國近海海洋鋒位置比較固定，但受季風(fēng)影響，大多數(shù)海溫鋒面有季節(jié)變化特征。針對位于人類活動主要場所和河川泥沙、污染物質(zhì)進(jìn)入海洋必經(jīng)之地或貯存之區(qū)的河口羽流鋒的研究，蘇紀(jì)蘭等首先提出長江沖淡水次級鋒面概念及其對杭州灣懸浮質(zhì)輸運(yùn)的重要影響，提高了污染物、浮游生物的富集作用對杭州灣內(nèi)泥沙輸運(yùn)規(guī)律的認(rèn)識。他率先提出潮致底質(zhì)沖淤的有效模擬方法，并系統(tǒng)揭示了浙閩沿岸上升流與沿岸鋒的關(guān)系。

——大洋能量傳遞。吳立新領(lǐng)銜完成的成果“大洋能量傳遞過程、機(jī)制及其氣候效應(yīng)”，系統(tǒng)闡述了能量向深層海洋傳遞的通道以及驅(qū)動大尺度環(huán)流的過程與機(jī)理，揭示了深海大洋熱量變異關(guān)鍵海區(qū)對大氣環(huán)流及區(qū)域氣候的重要調(diào)節(jié)作用，闡明了海洋環(huán)流變異影響全球氣候的海洋和大氣通道，為預(yù)測未來海洋環(huán)境與氣候變化提供了理論基礎(chǔ)。該項(xiàng)成果初步回答了全球氣候變化下海洋能量及熱量輸運(yùn)機(jī)制及造成的海溫異常對大氣的反饋?zhàn)饔谩Ｔ擁?xiàng)成果獲2018年度國家自然科學(xué)獎二等獎。

海洋數(shù)值模擬研究

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，20世紀(jì)中期開始，國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)逐漸發(fā)展了基于不同坐標(biāo)系統(tǒng)、物理機(jī)制、網(wǎng)格剖分或參數(shù)化方案的環(huán)流模式。中國對海洋模式的研究起步較晚，直至上世紀(jì)80年代，才首次獲取了進(jìn)展。

——環(huán)流模式。曾慶存首創(chuàng)的“半隱式差分格式”是數(shù)值模式的主流算法之一。其研究的大氣環(huán)流模式、海洋環(huán)流模式和氣候系統(tǒng)模式，能成功地模擬出亞洲季風(fēng)雨帶的推移、大洋環(huán)流和中國近海環(huán)流流系（如南海暖流等）。中國自主研發(fā)了浪-潮-流耦合數(shù)值模式耦合了海浪、潮汐等物理過程，對垂向參數(shù)化方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用了先進(jìn)的并行及同化方法和自主研發(fā)的潮汐調(diào)和常數(shù)計(jì)算方法，具有強(qiáng)大的全球及中國近海的水文模擬能力，解決了模式中多個關(guān)鍵物理過程，使得對海洋過程及臺風(fēng)等的模擬預(yù)測能力有了顯著提高。2018年，中國科學(xué)家在內(nèi)的世界頂尖海洋模式專家共同發(fā)表了《海洋環(huán)流模式的進(jìn)展、挑戰(zhàn)及前景》，介紹了過去10年世界環(huán)流模式的進(jìn)展及未來模式的發(fā)展方向，中國模式的發(fā)展成就被多次提到，表明中國海洋模式的理論發(fā)展及應(yīng)用發(fā)展已進(jìn)入國際先列水平。

過去10年里，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持下，中國海洋、氣候模式研究有了飛速發(fā)展。2017年，中國學(xué)者研制了“南海及周邊海域風(fēng)浪流耦合同化精細(xì)化數(shù)值預(yù)報與信息服務(wù)系統(tǒng)”，在關(guān)鍵技術(shù)和業(yè)務(wù)化運(yùn)行方面取得了重要突破。2018年12月10日，應(yīng)聯(lián)合國教科文組織政府間海洋學(xué)委員會西太平洋分委會的邀請，中國學(xué)者研制的“21世紀(jì)海上絲綢之路海洋環(huán)境預(yù)報系統(tǒng)”向國際社會正式發(fā)布，并入選中國駐美使館科技開放日展覽活動。

——海浪模式。文圣常開創(chuàng)了中國海浪數(shù)值預(yù)報模式研究，提出了一種特色顯著的新型混合型海浪數(shù)值模式，并在國家海洋環(huán)境預(yù)報部門投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用。1992年，袁業(yè)立提出了LAGFD-WAM 的基本物理模型，在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了MASNUM海浪數(shù)值模式。

基于此發(fā)展的非破碎波浪混合理論，大大提高了海洋模式中對海洋上層混合模擬能力和模擬精度。非破碎波浪混合目前已被認(rèn)為是海洋環(huán)流模式中一個非常重要的過程并被世界多個研究機(jī)構(gòu)采用。MASNUM獲得了國內(nèi)外同行的認(rèn)可，被國際上認(rèn)為是第三代海浪數(shù)值模式，并被廣泛應(yīng)用于海洋工程中。

——耦合模式。20世紀(jì)70年代以來，氣候?qū)W研究注意到了海洋的作用。巢紀(jì)平首次創(chuàng)建了中國海氣耦合的濾波矩平長期天氣數(shù)值預(yù)報模式，成功進(jìn)行了月季天氣預(yù)報試驗(yàn)；提出了Rossby波相互作用后可激發(fā)出一類向東西兩個方向傳播的不穩(wěn)定波，以及在非線性作用下可激發(fā)出2～3年厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）型振蕩等；提出了熱帶大氣和海洋運(yùn)動的半地轉(zhuǎn)適應(yīng)和發(fā)展理論，領(lǐng)銜研發(fā)出中國第一個海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)。近些年來，中國學(xué)者還提出了耦合大氣、海洋、海冰等過程的耦合模式。耦合模式反映了中國模式發(fā)展的綜合水平。世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）與1997年開始推動耦合模式對比計(jì)劃（CMIP），促進(jìn)了地球系統(tǒng)模式的發(fā)展。從首個模式參加CMIP1至今，中國已有5個模式參與CMIP5。

極地和海冰研究

借助中國極地科學(xué)考察的大量調(diào)查數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬，中國對南北極海冰變化、環(huán)流結(jié)構(gòu)等的認(rèn)識，近年來得到了極大的發(fā)展。2015年5月5日，中國首次發(fā)布了2005 至2011年南極洲冰架崩解數(shù)據(jù)集，這是迄今人類對南極冰架崩解做出的較為精確和細(xì)致的度量。基于中國研制的地球系統(tǒng)模式FIO-ESM，中國學(xué)者多次參與了南北極海冰預(yù)測計(jì)劃（SIPN 和SIPNSouth）。丁德文在工程海冰研究方面取得了顯著成績并出版了專著。

厄爾尼諾-南方濤動研究

厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是發(fā)生于赤道東太平洋地區(qū)的風(fēng)場和海面溫度震蕩。ENSO期間，會在世界多地引起極端天氣，如洪澇、干旱、臺風(fēng)多發(fā)等，嚴(yán)重影響世界經(jīng)濟(jì)和社會的穩(wěn)定。ENSO由于其多變性，目前對其機(jī)制的認(rèn)識、預(yù)測能力仍是世界研究的熱點(diǎn)。陳大可等系統(tǒng)開發(fā)了ENSO預(yù)測模式，突破了限制ENSO預(yù)測水平和可預(yù)測性評估的關(guān)鍵瓶頸，系統(tǒng)闡釋了海洋混合的物理機(jī)制，創(chuàng)建了一個新穎有效的垂向混合模型，為攻克湍流混合這一物理海洋學(xué)重大難題提供了新的理論和方法。穆穆等提出的條件非線性最優(yōu)擾動(CNOP)方法，解決了厄爾尼諾春季預(yù)報障礙，以及海洋熱鹽環(huán)流對淡水通量擾動的敏感性等問題。

物理海洋學(xué)其他研究

近年來，物理海洋和生物、生態(tài)、化學(xué)等學(xué)科間的交叉研究逐步受到重視。多學(xué)科交叉、多理論互鑒、多技術(shù)融合正成為新的研究前沿，特別是逐漸重視大尺度問題，與氣候及長期氣候變率有關(guān)的研究成為重點(diǎn)，這與“氣候變異與可預(yù)測性研究計(jì)劃”（CLIVAR）的最新戰(zhàn)略目標(biāo)吻合。陳顯堯等重點(diǎn)關(guān)注海洋如何記憶氣候長期變化的歷史和如何調(diào)節(jié)氣候長期變化的過程。2014年《科學(xué)》雜志以《行星中熱量分配導(dǎo)致全球變暖的減緩與加速》為題刊發(fā)其研究成果。此外，在全球海平面變化及其機(jī)制、海洋不同尺度變化（如PDO，ENSO等）對氣候變異的影響及氣候變化對海水性質(zhì)的影響、海洋大尺度變化及其機(jī)制、全球極端氣候事件研究、古氣候研究等領(lǐng)域也均出現(xiàn)了大量世界前沿的研究成果，被世界同行所重視。另外，海洋物理過程對海洋生態(tài)、漁業(yè)、海洋微生物、海洋污染、海洋微塑料的影響等研究也有大量成果發(fā)表在世界權(quán)威期刊。

（陳連增，中國海洋學(xué)會理事長，原國家海洋局黨組成員、副局長；雷波，中國海洋學(xué)會副理事長，自然資源部南海局黨委書記）