海洋调查发展简史 - 海洋地质热流测量

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一、航海时期

航海时代

史前、上古时期的中国海洋先民，正是通过海上交通建立起大陆与沿海之间、沿海与岛屿之间、岛屿与岛屿之间的联系网络。他们不断向大海挺进，促成了“环中国海”海洋文化圈的形成。

秦汉时代是我国海疆开发的重要时期。近海捕捞、海盐生产、航海海路的开辟都进入了一个崭新的阶段。在汉代早期成书的《尔雅》中，记述了20余种鱼的名称，其中海鱼有五六种。东汉许慎的《说文解字》记载各类鱼的名字70余种，海鱼有一二十种。对风力、潮汐、海上天文和气象知识有一定的认识，还利用太阳和北极星作为海上导航的标志。

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西汉时期，开辟了从徐闻经南海、印度洋到今印度南部、斯里兰卡的航线。人们已能利用“重差法”精确测量海底地形、地貌。东汉的王充，在《论衡·书虚》篇中提出“涛之起也，随月盛衰”，对潮汐和月亮的关系进行了论述。

唐代李淳风《海岛精算》给出了求海岛高度和与船的距离的方法，这对后世航图的测绘及航程的推算具有深远的影响。唐初开辟“广州通夷海通”，远洋航线延伸到了波斯湾及非洲东海岸。我国最迟在唐代末年已有测深的设备，一种是“下钩”测深，一种是“以绳结铁”测深，测深深度可达到60多尺。

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五代十国时期，东南沿海的吴越、闽、南汉、南唐四国向海洋开放。到了宋代以后，中国经济重心南移东倾，东南沿海地区成为向海洋发展的驱动力。明朝永乐三年（1405年）开始的“郑和下西洋”，是传统王朝体制下中央政权经略海洋最为开放的一次。记载海洋地貌最为详尽的是《郑和航海图》，比较准确地绘有中外岛屿846个，并分出岛、屿、沙、浅、石塘、港、礁、映、石、门、洲等各种地貌类型。

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郑和航海图

中国很早就以风作动力、用帆助航。东汉时，利用季风航海已有文字记载。唐、宋以后，利用季风航海十分广泛。明代郑和7次出海多在冬、春季节，利用东北季风起航；又多在夏、秋季节利用西南季风返航。说明当时的人们已较充分地认识和利用了亚洲南部、北印度洋上风向和海流季节性变化的规律。

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与此同时，出于明朝中期的1542年，哥伦布奉西班牙国王之命，横越大西洋，寻求通往印度之路；1547年，葡萄牙人达·伽马，率领船队绕过非洲好望角，循印度洋北上，到达印度，开辟了东方航线。

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1615年，在西班牙支持下，麦哲伦作绕地球的航行，历时三年的艰辛奋斗，但他不幸死在太平洋中一个岛上，而由他的伙伴卡诺完成绕航全球一周的创举，用事实证明地球是一个球形，“天圆地方”之说终于被证明是错误的。

十五六世纪，船只远涉重洋，“发现”了北美洲、南美洲，“巡礼”了非洲沿岸，“找到”了印度和其他许多岛屿。于是，把这一时期叫做伟大的“地理大发现”时代，又称为周游世界活动时期。实际上，在东方，我国航海家郑和于15世纪初就曾率领庞大船队七下西洋，其规模之大、声威之猛，都不是“地理大发现”时代所能比拟的。

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英国人客科克在1768~1779年间进行了三次世界航行，在航行中已经开始注意和航行有关的一些科学考察。第一次航行期间，他在悉尼到托列斯海峡一带，测量了水深、水温、海流和风，考察了珊瑚礁，绘制了发现的岛屿与大陆海岸线，以及具有水深、海流、潮流、风的正确海图。但是，作为有目的的海洋科学考察是从“挑战者”开始的。

二、科学调查时期

“贝格尔”舰

1831~1836年，英国达尔文在“贝格尔”舰上，作南半球的航行，进行了地质和生物的考察，1859年发表了《物种起源》一书，提到生物进化论，引发生物科学的巨大革命。

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“挑战者”号是由一艘载重2000吨的英国军舰改装的。自1872年12月至1876年5月，历时三年多，游弋于太平洋、大西洋和南极冰障附近，全部航程127 650千米，在362个点上进行了测深和生物采集。它还测量了世界各地海域的地磁值；海底地形、海底地质；海洋深层水温的季节变化；发现世界大洋中盐类组成具有恒定性的规律（这是海洋学中一个最基本的发现）；测量了海流、透明度、海洋动植物等，奠定了现代海洋物理学、海洋化学、海洋地质学的基础。

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“挑战者”号调查报告问世之后，在当时科学界掀起一阵狂澜。原来，海洋远不是那么单调和简单。这是一个运动的、到处充满生机的浩瀚水界，有许多秘密还未为人所发现。世界各国，争相效仿，海洋调查事业像雨后春笋般发展起来。

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1873~1875年，美国“特斯卡洛拉”号在太平洋中考察了水深、水温、海底沉积物等， 发现了特斯卡洛拉海渊（日本海沟的一部分）。

1874~1876年，德国“羚羊”号在大西洋、太平洋进行了以海洋物理学为主的调查。

1877~1905年，美国“布莱克”号、“信天翁”号在西印度群岛、印度洋、太平洋上进行了以浮游生物、底栖动物以及珊瑚礁为主的调查。

1885~1915年，摩纳哥“希隆德累”号、“普伦西斯·阿里斯”号等由赤道至北极圈的大西洋、北冰洋、地中海的海洋物理、海洋生物的观测，发现了新的海洋生物，获得了大西洋的表层海流图，出版了《世界海深图》，还发现地中海深层水流向大西洋等现象。

1886~1889年，俄国“勇士”号在世界航行中调查了中国海、日本海、鄂霍茨克海。

1889年，德国“国家”号在北大西洋进行了名为“浮游生物探险”的调查，汉森进行了浮游生物的垂直和水平分布量的研究。

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1893~1896年，挪威人南森乘“弗腊姆”号在格陵兰、北冰洋进行横断闭合调查，其主要发现有：（1）死水现象；（2）风海流偏离风向右面30度~40度；（3）记述了北极海流系，其研究结果促使了厄克曼风海流理论的产生。

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这一段的海洋调查，虽然只有短短的20年，但是，在海洋学各个领域都有重要发现，对当时各国的政治、军事及经济都有很大的促进作用。同时也暴露了海洋调查中存在的一些问题。例如：当时的调查都是分散地进行，“八仙过海，各显神通”，调查方法不统一，给海洋资料交流带来了很大的困难。所以，1901年，北欧诸国召开了国际海洋研究理事会，研究统一调查方法问题，丹麦人柯纽森制成供分析盐度的标准海水，并在汉森等人的帮助下，出版了海洋常用表。

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与此同时，海洋学家深切体会到单船走航式调查太落后了：首先单船的调查能力有限，完成一定海域的调查可能需要相当长的时间；对于某些海域每年只有数个月内有适合开展海洋调查的海况，一旦错过这段时间，调查就会被耽搁。而多船调查时，在调查海域的所有船可同时展开调查，可大大缩短调查所需的时间并大大增加调查资料数量与质量。

其次，单船调查的采样点密度受到限制，因此对于小范围的水文现象可能会“漏测”，如海流在几十千米的范围内，流向可能完全相反，而且海流还显示出相当大的时间变化。如果采样点过稀，这些水文现象可能会被忽略掉。对于一些大范围短期的海洋水文现象，单船调查一遍，其水文现象前后已发生了变化，对海洋的认识，只能通过少得可怜的数据，加上认为想象才能得出。但是，那是世界正处于多事之秋，要想做到多船多国联合实非易事。只有到了第二次世界大战之后，多国多船联合调查才变为可能。

三、多船联合调查时期

早在1950~1958年期间，美国加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所发起并主持了包括北太平洋在内的一系列调查，最初由秘鲁和加拿大参加，嗣后又有美、日、苏等十余艘调查船参加。

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1957~1958年国际地球物理年、1959~1962年国际地球物理合作的联合海洋考察，其规模之大是空前的，调查范围遍及世界大洋，调查船有70艘之多，参加国达17个以上。

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到了20世纪60年代，海洋调查联合参加国越来越多，其中主要有1960~1964年国际印度洋的调查，1963~1965年国际赤道大西洋合作调查，1965~1970年（后又延至1972年）黑潮及其比邻海区合作调查等。

其中1960~1964年国际印度洋调查系由联合国教科文组织发起，有13国、36艘调查船参加，是迄今为止对印度洋规模最大的一次调查。1955年由美国加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所发起并主持的北太平洋联合调查计划（代号：NORPAC），有美、日、苏、加等国的10余艘调查船参加。由于参加调查船为数较多，大大缩短了对一个海域进行调查所需的时间，并大大地增加了调查资料的数量，提高了调查资料的质量。这次联合调查，乃是尔后接着进行的一系列大规模联合调查的先声。

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1970年，前苏联应用几十个资料浮标站，五六艘由最新仪器装备起来的调查船，在大西洋东部进行以海流为主的调查，由于浮标阵是按多边形方式布置的，因而这次调查代号取名为“多边形”。经过半年多的观测，发现在这个弱流区域内（平均速度为1cm/s），存在着速度达到10cm/s，空间尺度约为100km，时间尺度为几个月的中尺度涡旋。

这一发现，立即引起海洋学界的重视。1973年3月至6月间，美、英、法三个国家的15个研究所，利用几十个浮标、六艘调查船和两架飞机组成联合观测网，对北大西洋西部一个弱流海域区内，进行了一次代号为“MODE”的大洋动力学实验，观测结果表明，那里也存在中尺度的漩涡。

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1986~1992年中日黑潮合作调查，对台湾暖流、对马暖流的来源、路径和水文结构等提出了新的见解，对海洋锋、黑潮路径和大弯曲等有了进一步的认识。

1990年之后，进行了世界大洋范围内的环流调查，即“WOCE”计划，我国承担了116°E~ 141.5°E、23°E~3°S的广阔西太平洋海域多学科综合科学考察。

热带海洋与全球大气-热带西太平洋海气耦合响应实验，即“TOGA-COARE”调查，旨在了解热带西太平洋“暖池区”通过海气耦合作用对全球气候变化的影响，从而进一步改进和完善全球海洋和大气系统模式。其强化观测期为1992年11月1日~1993年2月28日，在热带西太平洋暖池区进行连续四个月的海上外业调查。有19个国家或地区以不同形式参加了此项活动。

四、立体化海洋调查

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立体化海洋调查

随着对海洋了解的深入，传统的观测方法已无法满足对许多重要海洋过程在时空尺度上进行有效的采样，不能进行深入的研究。随着卫星遥感技术、水声探测技术、雷达探测技术、各种观测平台技术、传感器技术、通讯技术（包括水声通信技术）和水下组网技术的进步，海洋观测技术向自动、实时、同步、长期连续观测和多平台集成、多尺度、高分辨率观测方向发展，形成从空间、水面、沿岸、水下、海床的立体观测。

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（文章摘自中国海洋大学出版社出版的《海洋调查方法》，图片来自网络）

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