日本海海洋環(huán)境調(diào)查進(jìn)展

張永垂，汪浩笛，陳詩(shī)堯，王寧，楊霄，譚成偉

（1.國(guó)防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073；2.南京信息工程大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044；3.31440 部隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

1 引言

日本海（Japan Sea，韓國(guó)稱(chēng)為“東?！保┦俏鞅碧窖笞畲蟮倪吘壓＃蓙喼薮箨?、庫(kù)頁(yè)島和日本諸島所包圍（見(jiàn)圖1），西起128°E，東至142°E，南起35°N，北至50°N，總面積約為106km2，最大深度超過(guò)3 700 m。日本海是一個(gè)半封閉的海盆，它通過(guò)4個(gè)淺而窄的海峽與外海相通（分別是朝鮮海峽、津輕海峽、宗谷海峽和韃靼海峽）。日本海海盆相對(duì)較小，而緯度范圍跨越了副熱帶和副極地，表現(xiàn)出許多深海大洋的顯著特征，如季風(fēng)、海盆尺度的環(huán)流、西邊界洋流、副極地鋒、中尺度渦旋和深層水，因此也有“微型大洋”之稱(chēng)。日本海是全球變化的自然實(shí)驗(yàn)室，可以促進(jìn)對(duì)開(kāi)闊大洋特征的了解，如日本海中部地區(qū)的海表面溫度（Sea Surface Temperature，SST）以1.71 ℃/100 a 的速率變暖，這個(gè)顯著變暖趨勢(shì)是全球平均值的3.2 倍，日本海內(nèi)部也有一個(gè)類(lèi)似于大西洋熱鹽環(huán)流的深水局部環(huán)流系統(tǒng)[1]。

圖1 日本海地形Fig.1 Topography of the Japan Sea

海洋調(diào)查是海洋科學(xué)研究的基礎(chǔ)和前提[2]。由于日本海周邊國(guó)家歷史、文化以及語(yǔ)言的差異，早期的海洋環(huán)境調(diào)查多是由各個(gè)國(guó)家獨(dú)立承擔(dān)，沒(méi)有鄰國(guó)的參與，甚至?xí)驗(yàn)轭I(lǐng)土主權(quán)的嚴(yán)重對(duì)立而受到嚴(yán)重阻礙。直到20 世紀(jì)90 年代，日本海周邊國(guó)家才開(kāi)始廣泛合作，陸續(xù)組織了多次具有國(guó)際影響力的聯(lián)合海洋調(diào)查，進(jìn)一步加深了對(duì)日本海海洋環(huán)境的理解和認(rèn)識(shí)。隨著浮標(biāo)、潛標(biāo)和Argo等現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)以及衛(wèi)星海洋遙感的大面積覆蓋，日本海海洋環(huán)境觀(guān)測(cè)研究進(jìn)入了全新的時(shí)代。

本文對(duì)日本海海洋環(huán)境調(diào)查活動(dòng)的發(fā)展歷程進(jìn)行了綜述。第2、3 和4 節(jié)分別為單國(guó)、多國(guó)聯(lián)合調(diào)查和立體全方位觀(guān)測(cè)的情況，最后一節(jié)為展望。

2 單國(guó)調(diào)查階段

直到18世紀(jì)末，由于周邊國(guó)家都沒(méi)有適合遠(yuǎn)航的船只，人們對(duì)日本海大尺度環(huán)流系統(tǒng)缺乏了解。這一時(shí)期，歐洲科學(xué)家們首先展開(kāi)了日本海海洋調(diào)查。1787 年，法國(guó)人拉佩魯斯（J.F.La Perouse）率領(lǐng)的一支歐洲科學(xué)考察隊(duì)對(duì)日本海進(jìn)行了調(diào)查和測(cè)繪，完整繪制了第一張日本海沿海地區(qū)水文地圖，其中包括海底地形和部分表層環(huán)流信息。之后，布勞頓（W.R.Broughton）帶領(lǐng)的英國(guó)探險(xiǎn)隊(duì)和克魯森斯登（I.F.Kruzenshtern）帶領(lǐng)的俄羅斯探險(xiǎn)隊(duì)先后于1796年和1805年前往日本海開(kāi)展海洋環(huán)境調(diào)查。

日本海周邊的地緣政治變化對(duì)于海洋學(xué)研究活動(dòng)有著重要影響。1860 年簽署的《北京條約》使得俄羅斯掌握了日本海西北海岸的管轄權(quán)，為此后在該海域開(kāi)展海洋調(diào)查活動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。半個(gè)世紀(jì)之后，日俄戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，日本占領(lǐng)了薩哈林島南部地區(qū)。1910 年日本吞并朝鮮后，開(kāi)始對(duì)日本海開(kāi)展廣泛的科學(xué)研究。隨著二戰(zhàn)和朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)的結(jié)束，韓國(guó)也逐漸加入日本海的調(diào)查研究活動(dòng)中。

2.1 俄羅斯

1859 年，俄國(guó)海軍在日本海開(kāi)展了首次系統(tǒng)的海洋水文調(diào)查，調(diào)查要素包括溫度、密度和海流等。大約10 a后，基于上述調(diào)查結(jié)果，Shrenk[3-4]撰寫(xiě)了日本海物理海洋學(xué)領(lǐng)域的前兩部專(zhuān)著。這些專(zhuān)著首次提到了日本海海盆尺度的表層環(huán)流特征，并對(duì)主要支流進(jìn)行了命名，分別為從東海穿過(guò)對(duì)馬海峽輸運(yùn)暖水的對(duì)馬暖流，以及從北部沿俄羅斯海岸輸運(yùn)冷水的黎曼寒流。后續(xù)研究又誕生出了一批關(guān)于海洋熱力結(jié)構(gòu)、海冰狀況和表層環(huán)流的文獻(xiàn)，提供了有關(guān)日本海北部和西部海溫、密度和海流分布的詳細(xì)信息。該時(shí)期日本海的海洋水文科學(xué)研究主要由俄國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)，但隨后一系列戰(zhàn)亂和動(dòng)蕩使得俄國(guó)中止了在日本海開(kāi)展的一切科研活動(dòng)。

俄羅斯（前蘇聯(lián)）的新一輪海洋調(diào)查由前蘇聯(lián)科學(xué)院派遣調(diào)查船分別在1949 年、1951 年和1955年實(shí)施，兩艘調(diào)查船在不同季節(jié)分別進(jìn)行了走航觀(guān)測(cè)，獲取了日本海物理性質(zhì)分布、環(huán)流形態(tài)以及地形特征的第一手資料。除調(diào)查船外，俄羅斯（前蘇聯(lián)）也在日本海西北和北部沿岸區(qū)域布放錨系設(shè)備對(duì)潮汐和海流開(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。但1959—1972年間俄羅斯（前蘇聯(lián)）在日本海開(kāi)展的海洋環(huán)境調(diào)查較少。

隨著調(diào)查船數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，20世紀(jì)70年代，俄羅斯（前蘇聯(lián)）重返日本海開(kāi)展了一系列大規(guī)模海洋水文調(diào)查。遠(yuǎn)東區(qū)域水文氣象研究所（Far Eastern Regional Hydrometeorological Research Institute，F(xiàn)ERHRI）在1974—1976 年分別派遣Okean 和Priliv兩艘調(diào)查船開(kāi)展了3 個(gè)航次的海洋調(diào)查。隨后，又在1984—1990 年派遣Vyacheslav Frolov、Shokalsky和Valerian Uryvaev 3艘調(diào)查船開(kāi)展了12個(gè)航次的調(diào)查。這些調(diào)查主要是觀(guān)測(cè)和研究日本海環(huán)流特征和水團(tuán)特征，但當(dāng)時(shí)采用的溫鹽深儀（Conductivity-Temperature-Depth，CTD）存在取樣精度不足的問(wèn)題，鹽度滴定法也存在一定的缺陷，這些因素制約了對(duì)深層水團(tuán)的研究，因此俄羅斯（前蘇聯(lián)）科學(xué)家將研究重點(diǎn)放在了上層海水（500 m 以淺）。這一時(shí)期的主要成果是積累了大量的實(shí)測(cè)資料，但是受調(diào)查儀器和方法的限制，俄羅斯（前蘇聯(lián)）在日本海的深層環(huán)流和水團(tuán)研究方面沒(méi)有取得突破。FERHRI[5]全面總結(jié)了2000年之前日本海海洋物理、化學(xué)和氣象方面的大量研究成果，對(duì)早期海洋數(shù)據(jù)集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，整理歸納了日本?；镜暮Ｑ蟓h(huán)境信息并出版了第三部日本海海洋學(xué)專(zhuān)著。1991 年俄羅斯國(guó)內(nèi)發(fā)生的政治和經(jīng)濟(jì)劇變使其在日本海的調(diào)查活動(dòng)大大減少，但也促進(jìn)了俄羅斯與其他周邊國(guó)家在海洋調(diào)查領(lǐng)域的廣泛合作。

2.2 日本

進(jìn)入20世紀(jì)后，日本在日本海的調(diào)查活動(dòng)日漸增多，成為1922—1945年日本海海洋水文調(diào)查研究的中堅(jiān)力量。這一時(shí)期的海洋調(diào)查提供了日本海內(nèi)部海盆的最新資料，由此發(fā)現(xiàn)了日本海底部的主要地形特征（大和隆起和深度超過(guò)3 500 m 日本海盆）。1928—1930 年的成果最為突出，神戶(hù)海洋天文臺(tái)派遣Shumpu Maru 調(diào)查船在日本海西部首次進(jìn)行了深度超過(guò)1 000 m的觀(guān)測(cè)。

1932—1933 年，日本科學(xué)家Uda 首次使用兩艘調(diào)查船和50 艘漁船同步開(kāi)展了包括深水區(qū)在內(nèi)的海盆尺度水文觀(guān)測(cè)，繪制了一張應(yīng)用了近一個(gè)世紀(jì)的日本海環(huán)流分布示意圖（見(jiàn)圖2）[6]。Uda 還特別提到日本海深水具有極低溫度、高氧含量和顯著的均勻性等特征，這些物理性質(zhì)是由冬季頻繁的對(duì)流活動(dòng)形成的。

圖2 第一張日本海環(huán)流示意圖（1.浦之內(nèi)灣，2.中之內(nèi)海，3.青森灣）Fig.2 First schematic diagram of circulation in the Japan Sea（1.Urunchi Bay，2.Nakunchi Sea，3.Aomori Bay）

第二次世界大戰(zhàn)和朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)嚴(yán)重影響了周邊國(guó)家的政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，日本海區(qū)域的相關(guān)研究也遭受波及。但日本政府和機(jī)構(gòu)仍定期開(kāi)展海洋環(huán)境調(diào)查。例如，日本氣象廳（Japan Meteorological Agency，JMA）依然維持季節(jié)性的海洋觀(guān)測(cè)來(lái)監(jiān)測(cè)日本海的海洋氣候變化，其中最著名的觀(guān)測(cè)線(xiàn)是由JMA 舞鶴海洋氣象臺(tái)（Maizuru Marine Observatory，MMO）維持的PM 斷面（見(jiàn)圖3）。自1972 年以來(lái)，JMA 每個(gè)季節(jié)都會(huì)收集PM 斷面上的物理、化學(xué)和生物要素信息，包括溫度、鹽度、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、葉綠素和浮游動(dòng)物等。此外，日本海岸警衛(wèi)隊(duì)也在持續(xù)監(jiān)測(cè)日本海的海洋環(huán)境變化情況，重點(diǎn)關(guān)注潮汐、環(huán)流以及海洋污染物的擴(kuò)散和分布等信息，并由日本海洋數(shù)據(jù)中心（Japan Oceanographic Data Center，JODC）負(fù)責(zé)定期收集并公開(kāi)各類(lèi)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)信息（網(wǎng)址：https://www.jodc.go.jp/jodcweb/）。出于海洋生態(tài)系統(tǒng)研究和漁業(yè)資源管理需求，日本漁業(yè)研究機(jī)構(gòu)和各縣級(jí)漁業(yè)實(shí)驗(yàn)站也進(jìn)行了大量觀(guān)測(cè)工作。

圖3 日本舞鶴海洋氣象臺(tái)的PM斷面（底圖為水深）Fig.3 PM section of Japan Maizuru Marine Observatory（The base map is topography）

2.3 韓國(guó)

韓國(guó)的日本海海洋水文調(diào)查可以追溯到1921年成立的國(guó)家漁業(yè)研究與開(kāi)發(fā)研究所（National Fisheries Research and Development Institute，NFRDI），后更名為韓國(guó)漁業(yè)科學(xué)研究所（National Institute of Fisheries Science，NIFS），此后一直維持連續(xù)海洋觀(guān)測(cè)（NIFS Serial Oceanographic observation，NSO）。NSO 是一個(gè)定期監(jiān)測(cè)日本海物理、化學(xué)和生物狀態(tài)的綜合性觀(guān)測(cè)計(jì)劃，目的是收集漁場(chǎng)信息和監(jiān)視海洋環(huán)境狀況。20世紀(jì)20年代，NSO維持6 條觀(guān)測(cè)斷面，每年不定期開(kāi)展2～6 次海洋水文調(diào)查。1935 年，觀(guān)測(cè)斷面增加至14 條，覆蓋了韓國(guó)周邊全部海域，并延伸至海岸以外100 n mile 的范圍。

1948 年韓國(guó)獨(dú)立和1953 年朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束使得韓國(guó)在日本海的調(diào)查工作取得重大進(jìn)展。1961年，為了更好地了解朝鮮半島周?chē)鷱?fù)雜的海洋結(jié)構(gòu)和特性變化，NFRDI 升級(jí)了NSO 觀(guān)測(cè)計(jì)劃，將觀(guān)測(cè)斷面數(shù)量從原有的14 條增加至22 條，站位數(shù)量增加至175 個(gè)。20 世紀(jì)90 年代再次增加3 條觀(guān)測(cè)斷面。截至目前，NSO 計(jì)劃共維持25條觀(guān)測(cè)斷面和207個(gè)觀(guān)測(cè)站，其中8 條斷面和69 個(gè)測(cè)站位于日本海（見(jiàn)圖4）。通過(guò)長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)，NSO 計(jì)劃提供了日本海氣候變化的大量重要信息。此外，NSO 計(jì)劃還為海洋環(huán)境預(yù)報(bào)和海洋自然災(zāi)害預(yù)防提供支撐，為日本海及其附近海域的生態(tài)系統(tǒng)狀況評(píng)估提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。NSO 觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)NFRDI 維護(hù)的韓國(guó)海洋數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站（網(wǎng)址：http://kodc.nfrdi.re.kr）發(fā)布。

圖4 NSO計(jì)劃近20 a（1995—2014年）的歷史水文測(cè)線(xiàn)（底圖為水深）Fig.4 Historical hydrographic lines of the NSO program over the past 20 years(1995 to 2014.The base map is topography)

3 多國(guó)聯(lián)合調(diào)查階段

1982 年，聯(lián)合國(guó)第三次海洋法會(huì)議做出關(guān)于專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的決議，使得日本海海盆尺度的調(diào)查數(shù)量大大減少。日本海周邊國(guó)家都由海盆尺度的開(kāi)創(chuàng)性觀(guān)測(cè)轉(zhuǎn)向中小尺度的常規(guī)監(jiān)測(cè)。日本、韓國(guó)和俄羅斯開(kāi)始對(duì)固定斷面進(jìn)行周期性觀(guān)測(cè)，其中絕大部分觀(guān)測(cè)工作直到今天仍在繼續(xù)開(kāi)展，提供了長(zhǎng)達(dá)40～50 a時(shí)間跨度的寶貴資料。盡管其中相當(dāng)一部分觀(guān)測(cè)計(jì)劃受到不同國(guó)家專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的限制，但總體來(lái)說(shuō)，觀(guān)測(cè)資料在日韓周邊海域還是保證了相當(dāng)高的空間覆蓋率。俄羅斯?jié)O業(yè)研究機(jī)構(gòu)也在日本海維持了4 個(gè)斷面的周期性觀(guān)測(cè)。但在朝鮮專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)尚無(wú)公開(kāi)的觀(guān)測(cè)資料。在大尺度觀(guān)測(cè)方面，俄羅斯（前蘇聯(lián)）科學(xué)家在20 世紀(jì)60—70 年代維持的4 個(gè)橫跨日本海的長(zhǎng)距離斷面一直沿用至今。

20世紀(jì)90年代初，日本海周邊國(guó)家已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)到，有必要對(duì)日本海海洋水文特性進(jìn)行更系統(tǒng)的長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)，研究各種海洋水文要素的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，揭示日本海環(huán)流和其他物理化學(xué)過(guò)程的發(fā)展機(jī)制。顯然，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)離不開(kāi)廣泛的國(guó)際合作。冷戰(zhàn)結(jié)束后出現(xiàn)了開(kāi)放的國(guó)際政治局面，推動(dòng)了在日本海首次開(kāi)展多國(guó)聯(lián)合調(diào)查活動(dòng)。

日本海和東中國(guó)海研究計(jì)劃（Japan and East China Seas Study，JECSS）是在日本海啟動(dòng)的第一個(gè)國(guó)際性的研究計(jì)劃，主要涉及日韓兩國(guó)科學(xué)家的合作研究，自1981 年起每?jī)赡杲M織一次專(zhuān)題研討會(huì)，為同領(lǐng)域?qū)W者提供了密切交流的平臺(tái)。1993 年，JECSS 計(jì) 劃 更 名 為PAMS（Pacific-Asian Marginal Seas）/JECSS，2009 年再次更名為PAMS。PAMS 關(guān)注的海域已拓展至印度尼西亞海、南海、東海、黃/渤海、日本海和鄂霍次克海等邊緣海。

3.1 CREAMS計(jì)劃

在日本、韓國(guó)和俄羅斯等多國(guó)科學(xué)家的倡議下，新的大型國(guó)際合作交流計(jì)劃——東亞邊緣海環(huán)流研究（Circulation Research of East Asian Marginal Seas，CREAMS）計(jì)劃成立。CREAMS 計(jì)劃由九州大學(xué)（日本）、首爾國(guó)立大學(xué)（韓國(guó)）和FERHRI（俄羅斯）等十余個(gè)組織機(jī)構(gòu)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)牽頭，為精確測(cè)量日本海主要盆地的鹽度、溫度和化學(xué)示蹤劑提供了難得的機(jī)會(huì)。這也是自Uda[6]之后60 多年來(lái)的首次聯(lián)合調(diào)查計(jì)劃[7]。CREAMS 計(jì)劃的外業(yè)調(diào)查部分始于1993 年日本、韓國(guó)和俄羅斯海洋學(xué)家開(kāi)展的聯(lián)合海洋調(diào)查。1999年該計(jì)劃又開(kāi)展了7個(gè)航次的海洋調(diào)查。

CREAMS 計(jì)劃每年舉辦一次日本海海洋學(xué)專(zhuān)題研討會(huì)（1994—2000 年），極大促進(jìn)了日本海深層次多領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)交流和合作研究。CREAMS計(jì)劃（包括國(guó)際合作調(diào)查和專(zhuān)題研討會(huì)）是針對(duì)日本海海洋學(xué)領(lǐng)域第一個(gè)真正意義上的國(guó)際性長(zhǎng)期研究計(jì)劃，在該計(jì)劃框架下產(chǎn)生了諸多重要的學(xué)術(shù)成果。

繼CREAMS 計(jì)劃之后，美國(guó)海軍研究辦公室（Office of Naval Research，ONR）在1997—2001 年間發(fā)起了ONR 國(guó)際合作計(jì)劃（見(jiàn)圖5）。該計(jì)劃包括15個(gè)研究項(xiàng)目，使用多種觀(guān)測(cè)技術(shù)收集日本海海盆尺度的詳細(xì)觀(guān)測(cè)資料，包括高精度水文勘測(cè)、化學(xué)和生物采樣、改進(jìn)的錨系觀(guān)測(cè)系統(tǒng)、浮標(biāo)剖面觀(guān)測(cè)和海洋遙感技術(shù)等。此外，ONR 計(jì)劃還強(qiáng)調(diào)了在日本海引入先進(jìn)的數(shù)值模式開(kāi)展相關(guān)研究的必要性。

圖5 兩艘調(diào)查船對(duì)日本海的調(diào)查（底圖為水深）Fig.5 Survey of the Japan Sea by two survey vessels(The base map is topography)

3.2 PICES計(jì)劃

北太平洋海洋科學(xué)組織（North Pacific Marine Science Organization，NPMSO），也稱(chēng)為亞太版的國(guó)際理事會(huì)海洋探測(cè)（Pacific version of the International Council for the Exploration of the Sea，PICES），是一個(gè)政府間海洋科學(xué)組織，旨在促進(jìn)和協(xié)調(diào)北太平洋的海洋科學(xué)研究活動(dòng)。PICES還致力于促進(jìn)有關(guān)地區(qū)海洋科學(xué)研究信息和數(shù)據(jù)資料的收集和共享，關(guān)注的區(qū)域主要包括北太平洋的溫帶和亞北極地區(qū)及其鄰近海域，尤其是30°N以北的地區(qū)。

近年來(lái)，PICES計(jì)劃大力支持海洋物理、化學(xué)和生物的相互作用研究，并為CREAMS/PICES 研討會(huì)提供資助。研究?jī)?nèi)容涉及物理海洋過(guò)程及海洋環(huán)境影響的前沿問(wèn)題，專(zhuān)題研討會(huì)成果多以專(zhuān)刊的形式發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上。

4 立體全方位觀(guān)測(cè)階段

19 世紀(jì)70 年代至今是日本海海洋環(huán)境調(diào)查的現(xiàn)代化發(fā)展時(shí)期，主要特征是將新技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋學(xué)研究，包括高精度CTD 剖面儀、海流計(jì)、化學(xué)示蹤技術(shù)和海洋遙感技術(shù)。新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用為海洋學(xué)的新發(fā)現(xiàn)提供了更多機(jī)遇。第一張衛(wèi)星紅外圖像揭示了日本海的詳細(xì)熱力結(jié)構(gòu)以及其他許多與中尺度動(dòng)力學(xué)相關(guān)的特征[8]。在此期間，日本科學(xué)家使用高精度尼爾·布朗MK-III CTD系統(tǒng)觀(guān)測(cè)了溫度和鹽度的垂直精細(xì)剖面結(jié)構(gòu)[9]。該系統(tǒng)基于精細(xì)剖面結(jié)構(gòu)成功識(shí)別了中層水和深層水，并估算了鹽度隨深度的垂直變化梯度，首次得出了日本海深層水團(tuán)溶解氧含量降低的重要結(jié)論。此外，正是在首次開(kāi)展的長(zhǎng)期錨系流場(chǎng)觀(guān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，科學(xué)家提出了研究日本海深層環(huán)流及其時(shí)空變化的想法。

隨著觀(guān)測(cè)手段的多樣化和觀(guān)測(cè)儀器的精細(xì)化，日本海的海洋環(huán)境研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。衛(wèi)星觀(guān)測(cè)資料的積累使得人們對(duì)海洋表面精細(xì)結(jié)構(gòu)有了更深入的了解。研究發(fā)現(xiàn)，大洋中廣泛存在的中尺度渦在日本海同樣活躍，如常年存在的郁陵暖渦和多克冷渦；Argo 浮標(biāo)資料的不斷更新使得人們對(duì)日本海中深層溫鹽結(jié)構(gòu)和表層環(huán)流系統(tǒng)有了更深入的理解；數(shù)值計(jì)算能力的大幅度躍升為日本海渦分辨率的數(shù)值模擬提供了有效手段。

4.1 表面漂流浮標(biāo)

衛(wèi)星跟蹤漂流浮標(biāo)可作為拉格朗日浮標(biāo)用于海洋表面流場(chǎng)的測(cè)量[9]。如表面流場(chǎng)計(jì)劃（Surface Velocity Program，SVP）[10]所屬的Drifter 漂流浮標(biāo)載有球形表面浮標(biāo)和15 m 標(biāo)準(zhǔn)深度的多孔水帆，由衛(wèi)星確定Drifter 浮標(biāo)的實(shí)時(shí)位置，可以記錄并接收浮標(biāo)經(jīng)緯度位置和SST 信息。1988 年，伍茲霍爾海洋學(xué)研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）在日本海部署了第一個(gè)衛(wèi)星追蹤漂流浮標(biāo)[11]，隨后，日本和韓國(guó)的研究機(jī)構(gòu)定期投放了少量SVP 漂流浮標(biāo)。在ONR 的贊助下，美國(guó)于1998—2001 年期間每?jī)蓚€(gè)月在日本海東部和南部投放SVP 漂流浮標(biāo)和小型氣象漂流浮標(biāo)[12]。截至目前，日本海部署的Drifter 浮標(biāo)數(shù)量達(dá)到853 個(gè)（見(jiàn)圖6）。浮標(biāo)密度分布的主要特點(diǎn)是南多北少，年際變化為雙峰值結(jié)構(gòu)，分別在2000年和2007年達(dá)到峰值。

圖6 日本海SVP浮標(biāo)資料分布密度和逐年分布圖Fig.6 Distribution density and annual average stations of SVP buoys in the Japan Sea

4.2 Argo

國(guó)際地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)陣列計(jì)劃（Array for real-time geostrophic oceanography，Argo）[13]旨在建立全球海洋自由漂流剖面浮標(biāo)觀(guān)測(cè)網(wǎng)，以觀(guān)測(cè)世界大洋上層海水的溫鹽分布情況（網(wǎng)址：http://www.argo.net）。該觀(guān)測(cè)網(wǎng)致力于觀(guān)測(cè)季節(jié)到年代際尺度上溫度、鹽度和環(huán)流的氣候變化，并為衛(wèi)星測(cè)量的校準(zhǔn)提供必要信息，同時(shí)為數(shù)值模式初始化和約束提供數(shù)據(jù)支撐。截至2021 年1 月6 日，處于工作狀態(tài)的全球Argo 浮標(biāo)共有3 884 個(gè)，如此空前的數(shù)據(jù)量對(duì)海洋狀態(tài)的估計(jì)和SST 預(yù)報(bào)能力的提升產(chǎn)生了巨大影響。

由于日本海具有許多與深海大洋相似的特征，因此成為自動(dòng)浮標(biāo)研發(fā)和測(cè)試的理想場(chǎng)地。1999年，華盛頓大學(xué)在日本海北部800 m 深的位置部署了載有CTD 傳感器的36 個(gè)剖面觀(guān)測(cè)浮標(biāo)[14]。這些名為“自動(dòng)剖面探測(cè)器”的浮標(biāo)也是目前Argo 計(jì)劃廣泛使用的觀(guān)測(cè)設(shè)備。

2000年啟動(dòng)的韓國(guó)Argo計(jì)劃，計(jì)劃每年在日本海、西北太平洋和南大洋部署10～30 個(gè)Argo 浮標(biāo)。1998—2012 年，韓國(guó)和華盛頓大學(xué)部署在日本海的浮標(biāo)共捕獲了14 000余個(gè)溫鹽剖面，相當(dāng)于過(guò)去50 a韓國(guó)海洋機(jī)構(gòu)在日本海獲取的全部走航CTD 剖面數(shù)量。目前，日本海是世界上Argo數(shù)據(jù)密集度最高的海域之一（尤其是郁陵海盆，在0.5°×0.5°的網(wǎng)格內(nèi)已獲得15 000多個(gè)剖面，見(jiàn)圖7）。

圖7 日本海Argo浮標(biāo)分布密度和數(shù)據(jù)量年際變化Fig.7 Distribution density and annual average profiles of Argo floats in the Japan Sea

4.3 錨系潛標(biāo)觀(guān)測(cè)

時(shí)至今日，人們?nèi)匀浑y以對(duì)日本海深層環(huán)流進(jìn)行定量描述，主要原因在于日本海水團(tuán)大多具有同質(zhì)性，對(duì)測(cè)量?jī)x器的精度提出了很高要求。自20世紀(jì)80 年代末以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)在日本海開(kāi)展了多次錨系浮標(biāo)海流測(cè)量，揭示了深層環(huán)流的特征，更深入地了解了日本海的海洋動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)日本海深層海水并非靜止不動(dòng)，而是始終處于活躍的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[15]。

部署在日本海的錨系潛標(biāo)可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是布放在深層，由一根拉緊的錨系纜繩牽接，纜繩上掛有海流計(jì)和測(cè)量其他物理特征的傳感器；另一類(lèi)是安裝在海底的聲學(xué)多普勒流速剖面儀（Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP）。錨系纜繩下系掛的設(shè)備又可以分為兩類(lèi)，分別為表面錨系設(shè)備和水下錨系設(shè)備。表面錨系設(shè)備用于測(cè)量生物地球化學(xué)參數(shù)以及淺密度躍層（～200 m 以淺）以上的表面流場(chǎng)。更多地會(huì)采用水下錨系設(shè)備以獲取密度躍層以下的深層環(huán)流信息[16]。

位于中緯度的日本海就像一條在亞太沿岸交換物質(zhì)和能量的“運(yùn)河”，將來(lái)自赤道的熱能輸送到北極。對(duì)馬海峽是“運(yùn)河”的入口，但大量漁業(yè)活動(dòng)和拖網(wǎng)作業(yè)嚴(yán)重阻礙了海峽的長(zhǎng)期錨系測(cè)量，直到耐 拖 網(wǎng) 底 架（Trawl - Resistant Bottom Mounts，TRBM）的出現(xiàn)[17]。1999 年5 月—2000 年3 月，對(duì)馬海峽兩側(cè)共部署了12 個(gè)海底ADCP[17]。盡管在TRBM 表面發(fā)現(xiàn)了拖網(wǎng)刮屑，但事實(shí)證明TRBM 在保護(hù)免受拖網(wǎng)捕魚(yú)作業(yè)影響方面非常有效。

1996 年首次在郁陵海盆部署了長(zhǎng)期的水下錨系海流觀(guān)測(cè)設(shè)備——位于郁陵缺口（Ulleung Interplain Gap，UIG）位置的EC1，這是日本海盆與郁陵海盆之間深水交換的一個(gè)通道。EC1錨系設(shè)備自1996年以來(lái)一直在運(yùn)行，是日本海觀(guān)測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)的深海海流監(jiān)測(cè)站[18]。它通常載有3 個(gè)深度的海流計(jì)，布放的深度范圍分別在300～500 m、1 300～1 500 m 和1 900 m 以下，有時(shí)會(huì)根據(jù)觀(guān)測(cè)需要安裝其他海流計(jì)（包括ADCP 等）以測(cè)量全水深海流。2012年，EC1成為OceanSITES計(jì)劃的觀(guān)測(cè)站之一。

1999—2001年，在美國(guó)的日本海/東海計(jì)劃框架下，日韓兩國(guó)合作完成了前所未有的大量錨系觀(guān)測(cè)。主要觀(guān)測(cè)結(jié)果來(lái)源于16 個(gè)海流計(jì)和23 個(gè)配備壓力計(jì)的倒回波測(cè)深儀，這些測(cè)深儀錨系在海床附近大于1 000 m 深度處，揭示了郁陵海盆表層和深層的環(huán)流特征[16]。

4.4 衛(wèi)星海洋觀(guān)測(cè)

海洋衛(wèi)星以驚人的觀(guān)測(cè)能力從太空軌道捕捉到了日本海多種海洋環(huán)境特征信息。自1978 年載有高分辨率合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）的海洋衛(wèi)星（SeaSAT）發(fā)射以來(lái)，各種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)已用于日本海的海洋研究。海洋衛(wèi)星發(fā)展至今已經(jīng)能夠觀(guān)測(cè)多種海洋要素，例如，近極軌衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星搭載的紅外傳感器可以實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)SST；高度計(jì)可以測(cè)量海表面高度和有效波高；散射儀可以測(cè)量近海面風(fēng)場(chǎng)；微波傳感器可以測(cè)量海水中的葉綠素a 濃度；海洋水色傳感器可以測(cè)量水中懸浮顆粒的濃度；SAR 能夠觀(guān)測(cè)到近海表風(fēng)、海面溢油、波浪和內(nèi)波等。當(dāng)前，海洋衛(wèi)星產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于多種研究。從Topex/ Poseidon 衛(wèi)星的9 a 數(shù)據(jù)計(jì)算得到的日本海南部海平面上升速率6.6±0.4 mm/a，約為全球平均海平面上升速率3.1±0.4 mm/a的兩倍[19]。

衛(wèi)星觀(guān)測(cè)的主要優(yōu)勢(shì)來(lái)自對(duì)海洋表層要素場(chǎng)的同步、大范圍和重復(fù)的觀(guān)測(cè)?？紤]到日本?，F(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)的困難性和局限性，未來(lái)遙感衛(wèi)星在數(shù)量上、功能上和質(zhì)量上勢(shì)必會(huì)不斷完善，衛(wèi)星遙感能力的增強(qiáng)將使同步高精度觀(guān)測(cè)以及更廣泛和深入地認(rèn)識(shí)日本海各種海洋現(xiàn)象成為可能。

5 展望

海洋調(diào)查通過(guò)觀(guān)察和測(cè)量獲取海洋環(huán)境信息，是認(rèn)識(shí)海洋的重要手段，在加快海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)中具有不可替代的重要支撐作用。但由于歷史和現(xiàn)實(shí)的原因，日本海已完全被日本、韓國(guó)、朝鮮和俄羅斯的專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)分割完畢（日韓在獨(dú)島/竹島及其專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)還存在爭(zhēng)議），這給我國(guó)前出日本海并開(kāi)展停船作業(yè)帶來(lái)極大困難。鑒于此，我們建議在日本海的海洋調(diào)查采取走航、非接觸、搭載和合作等方式進(jìn)行。

5.1 走航調(diào)查

在朝鮮海峽、津輕海峽、宗谷海峽以及郁陵海盆等關(guān)鍵海域，采用走航作業(yè)方法，使用船載ADCP測(cè)量海流，投放XBT 和XCTD 等獲取溫鹽數(shù)據(jù)，利用多波束測(cè)深系統(tǒng)測(cè)量海底地形地貌。投放大量Argo 和Drifter 等浮標(biāo)獲取長(zhǎng)期溫鹽流數(shù)據(jù)。采用水下滑翔機(jī)集群組網(wǎng)方式，對(duì)郁陵暖渦、對(duì)馬暖流主軸、多克冷渦和副極地鋒等關(guān)鍵海洋系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性的加密觀(guān)測(cè)。

5.2 非接觸調(diào)查

傳統(tǒng)的海洋調(diào)查通常以調(diào)查船、浮標(biāo)和潛標(biāo)等為平臺(tái)，搭載各種儀器設(shè)備和傳感器完成調(diào)查任務(wù)，但傳統(tǒng)調(diào)查平臺(tái)在日本海海域作業(yè)有很大的局限性。隨著衛(wèi)星觀(guān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，其觀(guān)測(cè)精度和分辨率得到較大提升。建議在日本海采用衛(wèi)星的非接觸方式，開(kāi)展大面積、準(zhǔn)實(shí)時(shí)和高效率觀(guān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)全海域、全天時(shí)和全天候的海洋立體監(jiān)測(cè)。

5.3 商船搭載調(diào)查

遠(yuǎn)東-北美西海岸貿(mào)易運(yùn)輸線(xiàn)是世界上最繁忙的航線(xiàn)之一。該路線(xiàn)一般為從我國(guó)的沿海各港出發(fā)，偏南的經(jīng)大隅海峽出東海，偏北的經(jīng)對(duì)馬海峽穿日本海后，或經(jīng)津輕海峽進(jìn)入太平洋，或經(jīng)宗谷海峽穿過(guò)鄂霍茨克海進(jìn)入北太平洋。鑒于目前在漁船上搭建數(shù)據(jù)采集平臺(tái)用以調(diào)查水質(zhì)和漁業(yè)資源較為普遍且效果良好，可在日本海航線(xiàn)較為規(guī)律的商船和漁船上加裝海洋調(diào)查儀器，在不影響原有船舶正常使用的前提下，通過(guò)自動(dòng)化的方式采集海洋水文氣象等要素。

5.4 合作調(diào)查

20世紀(jì)90年代，美國(guó)、日本、韓國(guó)和俄羅斯對(duì)日本海開(kāi)展了系統(tǒng)的觀(guān)測(cè)研究，積累了大量資料，獲得了眾多研究成果，而此前我國(guó)對(duì)日本海的調(diào)查研究基本空白。因此，可以通過(guò)共同開(kāi)展調(diào)查、共享研究資料并借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)更好地促進(jìn)我國(guó)對(duì)日本海的深入研究。如1986—1992年，中國(guó)和日本開(kāi)展了為期6 a的中日黑潮聯(lián)合調(diào)查研究，這是一個(gè)雙方所需且互利共贏(yíng)的多國(guó)合作調(diào)查典范。

本文僅對(duì)日本海調(diào)查活動(dòng)進(jìn)行了綜述，相關(guān)學(xué)術(shù)成果不在本文范圍之內(nèi)。實(shí)際上，自本世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際上出版了大量關(guān)于日本海的學(xué)術(shù)文章（尤其是以特刊或?qū)？男问剑┮约皩?zhuān)著[20]。與國(guó)際上尤其是日本、韓國(guó)和美國(guó)對(duì)日本海廣泛而深入的研究相比，我國(guó)對(duì)日本海海洋環(huán)境的研究嚴(yán)重匱乏。僅有的幾篇學(xué)術(shù)文章只對(duì)日本海溫度躍層、特征水和海峽輸送等進(jìn)行了研究[21-24]。對(duì)于這個(gè)約100 萬(wàn)平方公里的西北太平洋最大邊緣海，我國(guó)參與日本海海洋環(huán)境的研究，在國(guó)際海洋學(xué)術(shù)研究中占有一席之地，具有重要的科學(xué)意義。