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【大学】海洋科技创新、海洋强国建设与构建人类命运共同体

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  • 2021-07-26 15:49:43
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简介大家好,欢迎来到《大学》。今天我跟大家分享一个题目,就是海洋科技创新、海洋强国和构建人类命运共同体。 今年6月份,上合组织的青岛峰会,有一个《青岛宣言》,这里面是这

  大家好,欢迎来到《大学》。今天我跟大家分享一个题目,就是海洋科技创新、海洋强国和构建人类命运共同体。

  今年6月份,上合组织的青岛峰会,有一个《青岛宣言》,这里面是这样说的:推动建设相互尊重、公平正义、合作共赢的新型国际关系,确立构建人类命运共同体的理念。上合峰会之后,大家知道习总书记去了哪?去到我们海洋国家实验室。

  习:我们要建设海洋强国,我一直有这样的一个信念,发展海洋经济、海洋科研,关心海洋、认识海洋、经略海洋。

  吴立新:为什么习总书记说建设海洋强国,一直是他的信念?我们从历史的维度来看一看。两千五百年以前,我们的祖先创造了一个文字,他把河流山川的“川”字,再加上一个“人”字,再加上一个母亲的“母”,形成了一个字,什么字?大海的“海”。所以海洋是生命的摇篮、风雨的故乡、资源的宝库、交通的要道、国家安全的屏障。

  两千年以前,古罗马有一位哲学家叫西塞罗,他说了一句话,“谁控制了海洋,谁就控制了世界。”

  六百多年以前,当时的郑和跟明宣宗说了一句话:“国家欲富强,不能置海洋于不顾;财富取之于海,危险亦来自海。”

  十五十六世纪一个小的国家崛起,是谁呢?葡萄牙。当时的葡萄牙控制了从地中海、直布罗陀海峡、大西洋、好望角进入了印度洋。十七世纪,葡萄牙是个什么样的国家?当时在欧洲成为欧洲最强的国家。葡萄牙之后是荷兰,之后是英国,英国之后是美国,十九世纪马汉的《海权论》让美国一举登上了20世纪世界霸权的地位。这些强国的崛起没有一个不是从海洋起来的。

  今天我们国家在十八大提出了要建设海洋强国,十九大提出了要加快海洋强国建设。我们中国建设海洋强国,我们是走和平、和谐、合作的发展之路。所以我们说今天实现中华民族伟大复兴的中国梦,我们海洋必须得强大。

  方国洪(中国工程院院士):你要不断地深化,并且它(海洋)是在不断地变化。

  焦念志(中国科学院院士):三百万平方公里,这相当于我们整个国家国土的三分之一。

  刘光鼎(中国科学院院士):任何一个国家要想兴旺发达,站起来变成一个强国的话,走的路都是从海洋到陆地。

  焦念志(中国科学院院士):将来,我国的海洋事业用简单的几句话来概括,应该是:立足近海,走向深海,面向大洋。

  吴立新:所以习总书记说建设海洋强国一直是他的信念,也是我们民族的信念,也是在座我们每一个同学的信念。

  习总书记提到说我们要关心海洋、认识海洋,方能经略海洋。我们先来认识一下海洋。

  吴立新:我记得小时候一想到大海,无非就是风一起来就有海浪、潮汐这些事,但实际上海水的流动远比我们想象的复杂。

  1992年,几个装着沐浴玩具的集装箱在运输途中丢失了,里面装有7000个这种塑料鸭子玩具,它们从距离阿拉斯加海岸1000多公里的地方开始了旅程,其中一只塑料鸭在海上漂了15年,穿过三大洋最终停留在苏格兰的西海岸上。这些塑料鸭子的旅程生动地展示了各种洋流是如何将各大洋连成一个巨大的环流系统。

  吴立新:那么全球第一张的海流图是什么人拿出来的?不是海洋学家,是一个邮差。当时他送信的时候,从美国到欧洲的海洋路线,他发现沿着某一条航线走的时候,比正常的送信的时间要短得多。他后来经过很多次送信,就把这张图勾画出来了。这个人就是本杰明·富兰克林。

  海水的流动最短的时间尺度可以到毫秒,最小的空间尺度可以到毫米,最长的时间尺度可以到上万年甚至更长,最大的空间尺度可以到上万公里。海洋科学我认为它是一个超级学科,几乎涵盖了陆地上所有的学科。海洋科学这么复杂,到底我们有些什么样的前沿科学问题?

  吴立新:今年夏天台风好像很多,台风到底有哪些问题跟海洋是密切相关的?台风的路径基本上是由大气环流决定的,但是台风的强度是跟海洋大气之间的相互作用密切相关。

  当暖流为海洋上空低气压推波助澜,它们便会联手创造地球上最为恶劣的环境,这些时速达到300公里的超级风暴肆虐人类世界。飓风和台风是海洋那可敬可畏的力量最好的见证。

  吴立新:大家看一下这张全球海洋海温变化图。这是全球海洋过去十几年海温的变化,全球海洋增暖最快在哪里?西太平洋。西太平洋是台风的发源地,西太平洋的海水温度异常地暖和,也就是说在未来相当长的一段时间里面,可能出现这种超强的台风。

  “山竹”移入南海东北部,登陆时中心最大风力14级,是今年以来登陆我国的最强台风。

  吴立新:因为什么,当台风经过西太平洋的时候,它搅上来的水不再是冷水,是暖水。那么暖水上来以后它会加剧台风的强度,所以在未来我可以肯定地说,这种超强台风发生的频率会越来越高。我们能不能预测它?这就是我们海洋工作者应该做的事。

  如果你看过去二十年台风的预报,你会发现预报的误差越来越小。这个得益于大气里面的一些观测,比如现在台风经过的时候,飞机飞过去它可以把台风眼的结构搞清楚。另外一个就是台风的强度,台风强度的预报,它的误差基本上没有任何的改善,问题出在哪里?出在海洋,我们现在还没有一套成熟的观测体系。

  所以我相信未来随着我们无人技术的发展,特别是水下机器人技术的发展,我们有可能对台风强度的预报有所改善。

  吴立新:大家知道厄尔尼诺这个事情,每隔三五年赤道太平洋的海温会变一下。秘鲁那些渔民每隔大概几年,他发现冬天,特别是在圣诞节的时候,打不到鱼。他发现在那些年,海洋里面的上升流减弱了,上升流一减弱就带不起来营养的盐,营养带不上来,鱼就没吃的。为什么海洋里面的上升流减弱呢?肯定就是那个地方的风场在减弱,因为海温变化,气压跟着一变,所以在赤道太平洋那地方,每隔几年本来是冷水,过几年就变成了异常的暖水,触发这种厄尔尼诺。

  在厄尔尼诺发生年份,洋流逆转,暖水代替了冷水,鱼群数量锐减,受困于加拉帕戈斯的企鹅和海狮只有挨饿,这会让它们付出的生命代价。

  1998年长江发生全流域型的特大洪水,全国共有29个省市遭受到了不同程度的洪涝灾害,直接经济损失达1660亿元。

  吴立新:那一年我们说是上个世纪的一次超级厄尔尼诺。随着经济的一体化,这种全球化的发展,实际上人类对灾害的抵抗能力变得更加脆弱。随着气侯的变暖,随着人类二氧化碳不断地排放,这种超级厄尔尼诺,特别是像1997、1998年这样的超级厄尔尼诺发生的频率会越来越高。过去大概每二三十年来一次,在未来大概会十几年就会来一次。

  工业化的发展,大量的化学燃料,二氧化碳排放到大气当中,我们要为这样的一个环境付出代价,所以对海洋科技工作者来说,我们应该给的政府提供决策的依据。

  在过去的几十年,人类排放二氧化碳大概超过30%是被海洋所吸收的,那么由于温室气体增加,太阳辐射所谓盈余的热量,超过90%是被海洋所吸收的。这么多的热量进到海洋里面去,会带来什么样的问题?告诉各位,为什么会出现全球变暖所谓的停滞?国际上目前主流的理论,是中国海洋大学的学者提出来的。全球变暖停滞之争,大科学问题,全球性的问题,我们中国海洋大学在这样一些问题上,发出了自己的声音,产生了我们所谓的中国的思想。

  过去的十几年,全球海平面上升最快的海区在哪里?西太平洋。我们今天提出“一带一路”倡议,我们要建设大量的港口,必须要考虑到海平面的问题,如果我们搞不明白的话,我们可能对这些大的港口建设,大的工程建设,它的安全性可能会带来很大的风险。海平面的预测不是简单地去用一个模型做一下,它需要空天地海一体化的大的观测系统才能够把海平面的变化精确地做出来。

  你们可能也看过《后天》,就是回应了刚才我提的问题,这么多的热量进到海洋里面去了,有人称之为“深水炸弹”,有一些巨大的热量在深海的堆积会带来什么样的问题?

  吴立新:一个非常重要的,大家关心的问题就可能是全球热量传送带的断裂。当我们的海洋把巨大的热量往深海吸收以后,这样的一个热量在深海重新分配,有可能导致海洋里面的大洋热量传送带断裂,这样一个大洋热量传送带断裂会引发一系列问题。这一系列问题我们看起来好像是纯科学的问题,但实际上可能会对社会发展带来变革性影响。海洋不是小事。

  数千年来一直保持相对稳定的海洋环境,正在发生剧烈变化,最明显的变化发生在北极地区。在过去的30年里,北极的夏季海冰面积已经减少了40%,这种突然的气候变暖极有可能是人类活动引起的。

  吴立新:南北两极从气侯角度来讲的话,我们叫做全球气候变化的引擎,当两极的冰盖溶化以后会改变整个地球的能量分布,会引起一系列的气侯变化。我们国家的石油进口70%要经过马六甲海峡,那是生命的咽喉。北极的夏天海冰溶化以后会产生北极航道。

  随着全球气候变暖,北极海冰不断融化,这才让北极航道逐渐具备了通航的可能性。东亚欧洲航线需要途经苏伊士运河和马六甲海峡,路途遥远。以从上海到俄罗斯摩尔曼斯克为例,穿越北极航道可比传统航线%的燃油。

  吴立新:南极重要的磷虾资源,丰富的铁矿还有这些石油煤的资源,这些都是我们未来人类可持续发展非常重要的战略空间,我们需要更好地关心北极、认识北极,来实现习总书记提出的我们能够经略极地海洋。

  习:海洋经济的发展前途无量,祝你们再接再厉,创造辉煌,为祖国为民族立新功。

  吴立新:习总书记说海洋经济的发展前途无量,还提了一件事,海洋是高质量发展的战略要地。大家知道海底的油气储量占了全球将近三分之一,现在美国的深海油气勘探已经到了4000米,我们国家现在大概在2000多米。所以你看到这中间还有相当大的距离,我们国家第一次在南海神狐海域试开采了海底天然气水合物(可燃冰)持续两个月。应该说是非常了不起的一件事,但是离真正的这种商业开采至少有二十年到三十年的距离。

  可燃冰全名天然气水合物,是一种类似冰状结晶物质,处于深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成,组成成份包括甲烷和水分。和一般的能源比起来,它清洁无污染、燃烧值高、能量大,一立方米的可燃冰约等于164至180立方米天然气,如果可燃冰能够进行海上大规模商业化开采,可大大优化咱们国家的能源结构。

  吴立新:海洋里面的天然气水合物(可燃冰)的含量,如果你能够开采的话,大概可以供人类使用上千年。巨大的海底矿产资源,需要我们去认识,需要我们去研究。

  学生:吴老师,您好!我有这样一个问题。改革开放已经过去40年了,我们国家在海洋方面获得哪些比较令人瞩目的科技成果?

  吴立新:应该说这些年,我们在近海的环境方面调查应该说是取得了非常不错的成绩。在深海大洋这一块,特别是在西太平洋,我们对西太平洋的能量物质循环国家也立了一批专项,包括还有一个大的国际计划,我们在认知方面应该在过去的这些年取得了长足的进步。那么在海洋本身的资源开发方面,981平台还有我们的蓝鲸一号这些平台都是可圈可点的。981平台是深海油气,蓝鲸一号是天然气水合物。我们在一些水下无人的装备方面,我们现在创造了世界最深的水下滑翔机的深度大概8000多米。

  所以整个来讲,取得了阶段性的成果,但是离习总书记对我们提出的要求还有相当大的距离,特别是深海这个领域里面,我们还有漫长的路要走。

  至于未来我们有什么样的规划,我想我们现在有一个口号叫做深耕中国海,拓展深海大洋,进军南北两极。

  所以说未来是一个非常壮阔的画面展现在我们的面前。我特别想向我们年轻一代的学生说:我们应该是从小处做起,从大处着想,要有一种全球海洋的概念。

  未来的海洋观测,空天地海一体化。同时加上大数据、人工智能。我们理应为人类做出贡献,理应为人类的可持续发展提供支撑。

  我们理应为人类做出贡献、理应为人类的可持续发展提供科技支撑,那是我们的梦想,也是我们的责任。

  吴立新:大家好,欢迎来到《大学》。今天的全球海洋至少有三件事,大家要注意:一个是增暖,第二是酸化,第三是缺氧。这些东西都有可能导致整个海洋生命系统的破坏。那么到了近海,问题是什么?赤潮。

  【动画短片】赤潮不仅威胁着海洋生物,并且威胁着以海洋为生的沿海城市。赤潮释放的毒素对鸟类、海洋生物和人类都有很大危害。食用受污染的海产品对人类也会产生毒害作用。由于有大量的死鱼和贝类被冲至岸边,导致渔民们无法维持生计。科学家指出厄尔尼诺现象在赤潮的爆发中起着关键作用,海水的变暖,为赤潮创造了适宜的生存环境。同时海水养殖业自身的污染也使赤潮发生的频率增加。

  吴立新:这类灾害都跟我们现在近海的增温、富营养化密切相关。习总书记强调,要建设美丽中国。但是我们过去这些年在陆地发展的时候对环境没有足够的重视。我们一定要走可持续的海洋生态环境发展的道路,所以像这类灾害一方面我们要积极地去应对,同时我们要尽可能地使他们减少。

  吴立新:海洋占了地球表面的71%,是整个地球系统的重要组成部分。今天我们对海洋的了解跟陆地比的话,差得太远了。海洋里面很多的现象、过程、资源等等各个方面,我们的认知非常有限。

  吴立新:习总书记提出来要在深海进入、深海探测、深海开发方面占领高地,特别是在这三个层面的关键技术上面,我们要实现自主可控。全球海洋平均深度将近三千八百米,最深的海洋马里亚纳海沟一万一千米。但是到目前为止人类对海洋的认识仅仅是停留在两千米以上,两千米以下的深海对我们来说基本上是一片空白。为什么我们现在只到两千米?蛟龙号不是到了七千米吗?那只不过是单点,大面上来讲的话,我们现在的观测手段基本上是在两千米。未来的海洋观测肯定是天上的、水面的、水里的、海底的,同时要加上现在这一套的大数据、人工智能,我们才有可能对海洋有一个很清楚的认识。

  我们最近提出来一个“透明海洋”的计划,简单来讲就是我们想知道今天的海洋正在发生什么?明天的海洋将会发生什么?有了这两个认识的话,我想我们在未来海洋的开发、海洋的经略上面才有可能占领制高点。空、天、地、海一体化进行观测,五大组成成分:卫星的观测、水面的观测、水中的观测、海底的观测,最后怎么样集成起来,通过大数据、通过超级计算机、通过我们的这些数字模型来进行更好地预测。

  目前海洋卫星的观测有两个瓶颈。第一个瓶颈,我们现在目前的卫星大概就是在几十公里这个尺度(精度),就是看海面大概在几十公里。到2021年,美国叫作SWOT(地表水与海洋地形学)卫星要上天,当然这是美国跟欧洲一起(共同研发)。它的空间尺度(精度)大概可以到十公里,从空中看海洋表面十公里。但是如果要实现真正意义上经略海洋的话,十公里是不够的,我们希望可以做到一公里,甚至更近的尺度(精度)。

  第二大瓶颈,现在的卫星观测基本上只能到(海洋)表面,未来的卫星观测能不能可以从水面一直看到水下至少上千米,因为人类的活动目前基本上都在上千米。谁能够突破这两个技术的瓶颈,谁就是颠覆性的、引领性的。当然现在我们组织全国的力量正在研发这一件事情,这个路程还是相当的漫长。

  我们再来讲“深海星空计划”。全球两千米以下的海洋探索目前基本是空白,即便是两千米以上的海洋我们还有很多东西不知道。未来能不能有成千上万个类似于天上的星星的东西在海洋里面自由地翱翔,而且能够实时地把海洋里面发生的信息通过卫星传回来,这就是习总书记说的认识海洋、经略海洋。我个人有这样的梦想,也许在我们这一代人身上做不成功,但是我们后面还有更多的年轻人可以一起来做这样的事。

  现在我们正在推动一个计划,叫作中国的大洋钻探船计划。六十年前,有一群地质学家,他们在加州聚在一起,要建一条船叫作大洋钻探船“决心”号,就是希望能够在海里面往下打。为什么不在陆地上打?大家知道海里面的岩壳比陆地的地壳要薄。但是非常遗憾的是,六十年过去了,人类没有实现这个梦想。后来日本造了一条(船)叫“地球”号,造出来以后,科学家不能用,这个成本太高、太贵,也没有实现这个目标。所以在去年我们动员了大概将近五十位院士给习总书记和李克强总理写了一封信,就谈这样一个梦想,后来很快就批了。我们现在要造全球第三条大洋钻探船,取名叫“梦想”号,我们希望能够圆人类六十年来的伟大梦想,我们打穿地壳进入地幔,能够真正地对地球深部有所了解。所以现在全世界都在关注这一条大洋钻探船,这是我们中国人要自己设计、自己建造,而且争取能够在2021年下水。大洋钻探船那就是“航母”,有了这一条船之后,我们中国的地球科学,会上升一个新的台阶,而且我们在座的年轻人、将来从事相关学科的人都有机会登上这条船。

  吴立新:今天用的很多数据实际上都是国外海洋调研出来的成果。我们现在应该回馈世界,能够为世界其他的国家、有需要的地方提供中国的相关数据。让他们也能够更好地认识海洋、开发海洋。

  学生:吴老师,您好!刚刚您说到大洋钻探船,在它进行钻探的时候,能有什么新的发现?

  吴立新:到目前为止,大概是四个层面的成果,第一个就是验证了板块理论。大洋钻探对这个理论的本身进行了验证。

  第二个成果是创建了古海洋学。海洋本身它的流动不光是跟现在有关,跟过去也有关系,甚至几千年以前的状态可能对今天也产生影响,所以这个时候我们就需要对过去有一个认识,所以大洋钻探建立了古海洋学。

  第三就是大洋钻探让我们发现了海底的热液以及深部的生物圈。我们过去有一句话叫作万物生长靠太阳,没有太阳一定没有生命。它发现在深海没有光、基本上也没有氧气,但是还有生命的存在。这是二十世纪生命科学最前沿的挑战,深部生物圈的发现有可能带来人类对生命起源的全新认识。

  第四,海底天然气水合物(可燃冰)的发现。这是目前过去六十年来大洋钻探取得的成绩。我们今天讲在科学上要有中国思想、中国方案,所以我们要从过去对地壳的认识发展到进入地幔的认识,未来在资源的开发上面,我们就有可能占据制高点。很幸运在这个时代我们中国人有这样的条件,有这样的能力,有国家的支持来干这件事。

  吴立新:有了这些天上的、水面的、海里面的、海底这些数据回来以后,我们国家现在有非常难得的机遇。

  海洋国家实验室与国家超级计算无锡中心、济南中心等机构在青岛共同组建了智能超算与大数据联合实验室。实验室将以海洋战略性前沿技术体系构建和自主可控性重大软硬件系统研发为关键任务,致力于构建国际一流海洋智能超算与大数据中心并服务于海洋强国战略。海洋研究需要对巨大的数据量众多的数据源以及异类的数据集进行海洋调查、观测、计算,并对网络大数据进行快速分析处理。组建联合实验室后,将为保障我国海洋大数据服务产业的良性发展打下基础。

  吴立新:曾经最快的超级计算机在哪里?无锡的“神威太湖之光”。国家实验室、中国海洋大学还有其他一些单位,我们通过这种高速的互联网把太湖之光、济南超算跟我们海洋国家实验室超算联成了一个叫作超算互联网,干什么?希望能够把我们观测的数据拿回来,通过这样的一个超级计算机能够预测明天的海洋、明年的海洋、十年以后的海洋,甚至百年以后的海洋将会发生什么。

  有了这样一个超算互联网,有了我们这样的一个观测系统,我们可以发展所谓的“深蓝大脑”。我给大家举一个例子,我们过去的药物筛选,都是在实验室里面做,这样的一个周期非常长,而且非常的慢,但如果你用超算来进行筛选的话,可以将它的时间周期从二十年变成两年,然后它的筛选的精度可以从百分之二十提高到百分之七十,这就是交叉学科。

  再比如说,我们说海底的资源勘探。没有超算以前,我们只能根据已有的一些经验勘探,但是如果有超算,再加上以前的观测数据,我们可以再现这个区域过去地质环境的变化,可以大大提高效率。大家看到这一张图,就是我们在超算上面再现的整个地球系统环流的变化,这是目前全世界最高分辨率的海洋大气预报系统。随着计算机的发展,基本上可以满足我们在海洋开发当中方方面面的应用。

  当然,计算机还是有限的。预报这么复杂的这些数据出来以后,你需要人工智能大数据来进行提取有用的信息,这样的一个“透明海洋”本身的战略任务,汇聚了各个方面的人才才可以做成,“透明海洋”需要我们多层次地推进。所以我们希望国家的海洋利益拓展到哪里,我们的“透明海洋”就建到哪里。我们中国有最好的超算条件,我们拥有非常好的观测体系,我们拥有一批致力于海洋研究的人,我们理应为人类做出贡献、理应为人类的可持续发展提供科技支撑!所以我对新来的学生说,我觉得你们是幸运的,因为你们赶上了我们国家海洋发展的黄金时代。

  学生:您好,吴老师!我们大一的新生怎么样才能系统地学好、掌握好这些知识?

  吴立新:大一是你们进入大学以后开启了人生最精彩的(篇章)。我们也一样,当年进入清华的时候,那也是心潮澎湃。我在清华的时候,老师告诉我一句话:大学给你的是什么?是给你了一杆猎枪,将来你出去以后,这杆猎枪你可以打到猎物,而不是简单地给你干粮。你们在大学期间最重要的是拓宽知识面,培养做事的能力,这种能力有了以后你干什么事都可以。我自己是学什么?准确地说我是学应用数学,但我今天干的事,包括现在讲的海洋的高端技术装备、卫星等技术知识那必须都得知道,没有过去在清华五年、北大六年能力的培养很难做到。

  第二要勤奋。你们在高中肯定都很勤奋,一到大学以后放松了,大学丰富多彩,干什么很舒坦。我告诉你,错了!到了大学才是真正我作主、我学什么的时候。在知识的这条道路上,你从没有像今天这么自由,这才是你们真正学习开始的时代,所以不要浪费青春。

  吴立新:今天我们对海洋的了解非常非常有限,我们国家现在海洋经济的国内生产总值不到百分之九,希望能够经过我们的努力海洋的国内生产总值能够占到我们国家国内生产总值的百分之十五。我们还有很大的发展空间,将来能够为经济的发展添加新的动力。我们国力强大了、我们也有条件去探索海洋,为了人类可持续的发展能够贡献我们中国的智慧、中国的方案、中国的思想。

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