格致论道携手2023海交会｜海洋“使者”们打造海洋科学盛宴

2023年12月19日下午,由广州市科学技术局主办,广州物联网研究院承办,广州市荔湾区教育局和广州市荔湾区科学技术协会支持的格致论道·湾区第27期2023中国海外人才交流大会暨第25届中国留学人员广州科技交流会系列活动在广州市真光中学举办,本次邀请了6位不同方向的海洋专家,面向现场近600位学生和线上近40万观众,围绕“那片深蓝,那片海”展开科学分享。

广州市科技局引智处处长沈文浩,广州市荔湾区教育局党组成员、副局长罗锦虹,广州市荔湾区科协主席朱清英,广州市真光中学党委书记赵小成,中国科学院计算机网络信息中心副总工程师、广州物联网研究院首席科学家肖云,广州物联网研究院副院长田梁等嘉宾出席了本次活动。

陈宗恒：“海马”探海，中国造走向深海

“海马”号是我国自主研制的首台4500m级深海遥控无人潜水器(ROV),实现了我国在大深度无人遥控潜水器自主研发领域零的突破。相比于其他类型的深潜器,ROV作业能力和适应力强、作业时间不受限制、没有深潜人员风险等优势,这也使它成为世界上数量最多,类型最齐全,应用最广泛的潜水器。

2007年,广州海洋地质调查局教授级高级工程师陈宗恒刚参加工作,2008年便参与了“海马”号研制项目,可以说,他是和“海马”号一起成长起来的。当时国内深潜器研发才刚刚起步,基本无经验可循。然而,“海马”号的目标一开始便定得很高:既要实现下潜4500米,深度覆盖我国管辖海域98%的面积;又要把国产化率提高到90%以上,打破国外技术垄断。这就要求“海马”号的每个零部件都要能承受住高海压和强腐蚀等深海环境,系统可靠性要高。陈宗恒举了个例子,看似最简单的深海照明灯玻璃罩,却极容易因为深海的压力和内外温差的巨大变化而破损,他们试验了几十种工艺,进行了上百次试验,最终开发了多款针对不同需求的照明灯。2015年3月,“海马”号首次下潜便发现了我国第一个海底巨型活动性冷泉——“海马冷泉”,不仅让大众对深海冷泉生态系统有了新的认识,还发现了海底的“可燃冰”。

历经6年研发,“海马”号首战告捷,并且随着应用领域越来越广泛愈战愈勇:我国首次ROV搭载深海岩心取样钻机成功,国内首创富钴结壳声学测厚,实现了海底设备打捞最大深度(4300米)和ROV独立深海打捞最大重量(5吨)……2023年,它还发现了深海散落的文物2处。陈宗恒补充道,“海马”号一直在以需求为导向进行功能扩展,不断创新探测技术和作业方法。“海马”号的故事还在继续,希望未来能给大家带来更多分享。

盛松伟：波浪能发电，海上的巨型充电宝

越是远海岛礁越深受用电困扰,但越是远海的岛礁波浪能越丰富。如何能将波浪能转化成电能供给海岛和海上设施,是中国科学院广州能源研究所盛松伟研究员一直在努力的方向。

开发海洋波浪能面临两大技术难题:波浪能量大,但波浪周期变化也大,高效利用困难;我国南海台风频发,环境挑战大。为了解决这两个难题,一方面,盛松伟带领团队发明了自主知识产权的造型酷似鹰嘴的鹰式吸波浮体,具有高俘获、低耗散的特性,使波浪能俘获效率达到70%以上;同时在能量转换系统里面研发了蓄能型的液压转换系统,实现了波浪输入和电力输出之间的解耦,使不稳定的波浪能转化为相对稳定电力,成为真正的“海上巨型充电宝”;另一方面,他们借用太极思想,发明恒张力锚泊技术,“浪来我退,浪退我回”,降低锚泊系统瞬时脉冲力,从而提升波浪能发电装置在极端海况下的锚泊安全。历经20年发展,盛松伟和他的团队研发出了半潜式的鹰式波浪能装置,突破了我国波浪能装置无法稳定发电的瓶颈,实现由近岸走向远海、由10KW到1000KW、由脉冲发电到相对稳定并网的发展,波浪能能量转换技术国际领先。针对深远海养殖“缺装备、缺平台、缺能源”的难题,他们还开发了全球首个半潜式波浪能发电养殖平台,打造集发电、养殖、旅游、制造淡水等多功能于一体的海洋牧场,并实现了养殖的机械化,成功开展了多个鱼种的养殖并获得了丰收。

盛松伟对波浪能的设想并不止步于此,未来他们要持续攻克波浪能技术难题,开展海上多能源、多产业融合发展技术研究,抢占海洋绿色能源供给的科技制高点,服务海洋强国建设。

管玉平：全球变暖下的四季之变

12月13日,第28届联合国气候变化大会在迪拜闭幕,联合国秘书长古特雷斯在声明中,重申了将全球升温控制在工业化前水平的1.5℃以内的气候目标。然而历史记录表明,和工业革命以前相比,全球平均气温已经上升了1.4℃。“可能很多人不太清楚升高一两度的后果,其实地球跟人一样,体温上升就会发烧生病。”中国科学院南海海洋研究所研究员管玉平介绍道。

除了气温升高,四季长短仿佛也有所变化。国外研究显示,1954年至2007年,每个季节提前了1.7天。他们在详细查阅了相关资料后发现,此前很少有关于全球尺度的四季变化研究。没有答案的就是问题,于是他们展开了研究。他们首先进行历史资料分析,发现过去近50年北半球温带四季长度已经发生了变化:春秋冬季变短、夏季变长。那未来是什么变化呢?他们用多个世界气候研究计划国际耦合模式的计算结果进行反复比较,得到了未来50年到100年的四季变化数据。研究结果表明:到2100年,北半球夏季可能长达6个多月,而冬季短至1个多月。受24节气和钟表的启发,他们把未来四季变化的数据,做成会转动的圆表,更直观地展现全球变暖下的四季变化。

他们的研究结果一经发布便“出圈”,不仅引发全球多家媒体报道和联合国减灾署关注,许多学者还由此延伸了许多科学研究,探讨四季变化之下的连锁反应,如粮食减产、流感季变长、蚊子活动范围北上……“每个科学家都希望自己的研究结果是正确的,但我们却希望这个结果是错的,我们希望地球四季长存。”管玉平补充道。

黄洪辉：守护美丽大亚湾

“我第一次接触海、爱上海,就是从大亚湾开始的。”中国水产科学研究院南海水产研究所研究员黄洪辉笑着说。位于广东惠州的大亚湾,是我国最典型、最美丽的热带亚热带逆谷型海湾,不仅风光优美,而且被誉为南海著名的水产种质资源宝库。近30年来,在人类活动的干扰和影响下,大亚湾海域空间和自然岸线被大量占用或损坏,海洋生态系统已显破碎化,“我们的大亚湾现在病了。”黄洪辉团队调查发现,大亚湾生态系统健康总体还处于较好水平,但已经面临向“临界”状态转化。2016年以来,他们对大亚湾保护区进行了全面系统的综合科学考察,调整优化了保护区功能区划,并编制了保护区总体规划并批准实施,改写了保护区建设无规划可循的历史。

针对大亚湾重要生境受损问题,他们选择了海洋生态环境的稳定者和修复者——马尾藻场生态修复作为研究目标。大亚湾马尾藻场素有“黄金藻海”美称,在生境营造、资源养护、饵场形成和水质净化等方面具有突出的生态功能。黄洪辉团队研发了马尾藻人工繁育技术,建立了马尾藻假根促附着技术,解决了马尾藻移植再附生难题,以低成本、易操作、高效果的方式让其世代繁衍。他们还开发了杂藻抑制技术,大大提高了马尾藻苗的附着率和成活率。最后,他们开发了马尾藻网袋藻礁构建技术和马尾藻苗绳夹苗藻礁构建技术,把马尾藻投到移植至受损藻场海域,修复重建了藻场生境。该技术操作方便,易于推广,已经在大亚湾杨梅坑海域、横州岛海域等修复工程中得到了应用,共修复藻岸线1500米,重建了马尾藻厂8500多平方米。黄金藻海、生物乐园已经形成,水清、滩净、湾美、物丰、人和的美丽大亚湾依然可期。

詹长法：寻迹海丝,守护水下遗珍

海洋文化遗产,是与人类海洋活动有关的人文遗存,我国海域及沿海地带保存着类型多样、数量庞大的海洋文化遗产资源,是了解人类社会变迁不可或缺的实物资料。

“为什么说中国海洋文化遗产主要看南海呢?南海是中国近海中面积最大、水最深的海区,秦汉以来,这里一直是世界海洋文化交流最为活跃的地区之一,古代中国与世界各地的海上交往多由此开始。”南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)研究员詹长法介绍道。相较于陆地交通道路丰富的实物遗存与文献资料,古代航海线路的辨识相对困难。而沉船作为古代航海活动最具代表性的实物遗存,为了解古代海洋贸易的面貌提供了丰富的佐证。

多年来,我国在南海海域相继发现“南海I号”“南澳I号”“华光礁I号”等沉船遗迹,但是这些重大水下考古发现最初多源自渔民提供的线索。据估测,我国南海区域内有上千个沉船点,目前已探明80多处,系统开展水下考古工作并成功打捞的不超过10处。

为什么主动勘测这么难?这主要是因为我国海域广阔、沉积环境差,加上人才队伍和技术水平薄弱。詹长法所在的南方海洋实验室迎难而上,化被动为主动,持续探索运用现代海洋智能装备,如水下航行器(AUV)、水下机器人(ROV)等,完善勘测技术体系,三年来在大湾区发现了11处沉船点。水下考古数据多而杂乱,他们便编制古航线及沉船线索报告,上传到信息管理平台,实现云展览和数据共享。此外,他们正在积极配合文物部门推动海上丝绸之路申报世界遗产,推动海洋文化遗产保护领域的国际交流与合作。“海洋历史之谜永远是青年人的探索梦想,我们希望有更多人更多力量参与到海洋考古中。”

岳鸿军：水下摄影,逐梦深蓝 

“我以前是从事陆地风光摄影的,但竞争非常激烈,为了拍到一个好画面,一群人经常要去抢同一个机位。2012年,我在珠峰大本营碰巧见到藏民在摆卖他们捡到的海洋生物的化石,世界最高的地方竟然曾经也被大海覆盖。大海广阔而神秘,从事水下摄影,或许会有不同的惊喜。”说干就干,深圳市摄影家协会副主席岳鸿军考取潜水证和购买了一些潜水装备后,便开始了水下摄影之路。

近10年来,累计700多次下潜,岳鸿军感叹水下摄影很艰辛,但也带给他很多快乐和思考。快乐有时是根据意境裁剪后的变废为宝;有时是因为旋转了照片角度而获得的一种新表达;有时是设计并实现了洞穴深处水下敦煌惊鸿一舞的场景……多年来岳鸿军的摄影作品频频获国际国内大奖,比如获得“奥赛”金奖的作品《融》,画面是沙丁鱼与人和谐相处,这是他从数千张照片里挑选出来的,背后是一次次的下潜拼搏和耐心的等待。但是由于后期ps的流行,他的一些作品也伴随了不少质疑声。有一次他近距离拍摄到了被称为海洋世界“第三剧毒”的蓝环章鱼,此前业界拍到的蓝环章鱼多是趴在礁石上,而他拍到的却是漂浮在空中,于是有人便质疑这是经过ps处理的照片。岳鸿军解释,其实这是章鱼碰到水流涌动而跃起,他和另外两位同行刚好抓拍到这一瞬间。好的作品有时候也是需要天时地利人和的。别人为他拍摄的一些水下工作照和视频成了他作品的现场“证据”,加上评审调取拍摄原片,质疑便不攻自破。

拍摄多年,他渐渐发现海洋里很多生物都减少甚至消失了,气候变暖导致珊瑚白化现象日趋严重,海洋生物不会说话,那就用影像的方式为它们代言。他拍摄了许多为海洋动物“发声”的作品,如《乞讨的鲸鲨》《海底飘雪》……“希望大家都要爱护共同的海洋,让地球永远蔚蓝。”

本期活动主持人是中国科学院南海海洋研究所研究员邱强,在圆桌对话上,他与嘉宾们围绕着“大湾区海洋经济可持续发展”“如何推动大湾区海洋产业融合发展”等问题展开了热烈的讨论。邱强提道,如果能把目前各学科取得的成果交叉推进,有可能实现1+1>2的效果。

同时现场开放互动问答,现场的学生积极举手发问：厄尔尼诺和拉尼娜现象与全球变暖有关系吗?水下拍摄中,是否感受到近海环境的变化?只有一个海区修复好算不算治标不治本……嘉宾们都一一作了回答。

(通讯员:雷锦萍 通讯单位:广州物联网研究院)