问道深蓝梦 立图向海情——记中国海洋大学青年学者陈朝晖教授
http://www.huaue.com  2019年12月10日  来源:华禹教育网

导读

  陈朝晖,1984年9月生,2003年就读于中国海洋大学海洋与大气学院,2012年获得博士学位,同年留任中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室。2017年受聘中国海洋大学“青年英才工程”岗位第一层次教授,现任中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室副主任,青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室副主任,国际CLIVAR-NPOCE计划科学指导委员会委员,中国海洋研究委员会委员,中国惯性技术学会“天空海一体化导航与探测专业委员会”副主任委员。研究成果获国家自然科学二等奖、教育部自然科学一等奖。个人荣获国家自然科学基金优秀青年基金、山东省泰山学者青年专家、海洋国家实验室“鳌山人才”优秀青年学者、海洋领域优秀科技青年等人才奖励和称号。


           陈朝晖(中)在与团队成员交流科研问题

  “海阔凭鱼跃”陈朝晖出生于山东泰安,生长在泰山之麓,他从小就对巧夺神工的泰山胜迹如数家珍。而最吸引他的就是玉皇顶峰的望海石,望海石是登岱观日出的绝佳之地,其石形姿峭拔,呈起身探海之势,因此而得名。耳濡目染下,虽没有成长在大海边,陈朝晖从小却对海洋存有一份向往,在心底种下了逐梦深蓝的种子。2003年,他以优异的成绩考入中国海洋大学,所选专业正是学校的龙头专业海洋科学。儿时梦想的种子遇到了海大肥沃的土壤,即刻生根发芽破土而出。本科四年海洋科学专业的学习,让他对海洋有了系统全面的认识,海洋科学的魅力愈发让他着迷。

  本科毕业之际,陈朝晖毅然选择继续深造,延续他的海洋寻梦之旅。他以优异的成绩保送本专业研究生,有幸师从物理海洋学家吴立新院士,并在海洋环流与气候的科研之路上渐入佳境。进入21世纪以来,得益于国家对海洋科学发展的大力投入,海洋人梦寐以求的深远海科学考察得以成为现实并火热推进,学校依托“东方红2”海洋综合科学考察实习船这一平台资源,组织了一系列面向太平洋、印度洋及南海的深海大洋科学考察航次,并以航次为讲堂,为在读研究生提供来自第一现场的海洋课堂体验。研究生期间,陈朝晖四次南下热带西太平洋,积累了丰富的海洋科考实践经验,同时,身临其境的科考体验让他对于全球气候系统的“心脏”——暖池及其“主动脉”黑潮的浩瀚强劲惊叹不已,并吸引他最终确定了博士论文的研究方向,即低纬度西边流变异机理及其气候效应。在随后将近十年的时间里,陈朝晖心怀敬畏,潜心钻研,围绕这个方向取得了一系列系统性的研究成果。他成功揭示了太平洋北赤道流分叉和源地黑潮多时间尺度变化特征、控制机制以及对局地动力环境的影响,进一步建立了以外部风场强迫和内部海洋调整为核心的全球赤道流分叉季节变化的动力学框架。近年来,他在Nature,Nature Climate Change,Nature Communications,Journal of Physical Oceanography,Journal of Geophysical Research,Geophysical Research Letters,Ocean Modelling等国际知名期刊发表论文近30篇。


         自主研发的中纬度黑潮延伸体大型观测浮标(CKEO)

  投身自主海洋观测设备研发然而,在基础研究不断取得成绩的同时,陈朝晖也逐渐意识到我们国家海洋科学的原始创新水平在国际上始终“慢半拍”的问题。“中国人不比外国人笨,甚至比他们更努力,为何在引领国际海洋科学发展方面一直无法跻身前列?”,这是他经常思考的问题。纵观过去,海洋科学在其发展史上的每一次里程碑式的推进都离不开海洋观测和探测技术的提高。然而,在过去很长一段时间,甚至延续至当下,我国绝大多数高端海洋仪器都依赖进口,研发、使用国产的海洋仪器设备并产出创新成果很难想象。这一尴尬的境地,让亲身经历过多次出海观测的陈朝晖切身感受到了高端国产海洋仪器的欠缺是我国海洋事业发展的瓶颈之一,投身自主海洋观测设备的研发,也在潜移默化中融入了他的发展规划。

  陈朝晖将海洋观测设备研发比作“造武器”,只有“武器”造好了才能“上战场、打胜仗”。2017年,在中纬度黑潮延伸体海区布放大型观测浮标的经历让他印象深刻,当时科研团队投入重金购置了一套美国制造的浮标系统,可当时国内没有相关的技术储备和布放经验,完全由美方“牵着鼻子走”,十分被动。由于黑潮延伸体海区恶劣的海洋环境以及美方所未料及的技术缺陷,浮标布放后出先了一系列的问题,数据持续了仅一周就停止回传,最终只能等到来年的航次将浮标回收,并运回美国请美方专家诊断维修。如此一来不仅耽误了大量的宝贵时间,而且导致我们中国的技术人员最终仍然无法掌握大型浮标的核心关键技术。

  这次浮标投放经历再次让陈朝晖感受到了海洋仪器装备自主研发的重要性,经过与吴立新院士多次沟通探讨,在他的鼓励下,陈朝晖组建了一支由多位中青年科学家和工程师共同组成的海洋观测装备研发团队,当务之急是研制我们中国人自己的中纬度黑潮延伸体大型浮标观测系统。海洋圈里众所周知,西北太平洋的黑潮延伸体海区是全球海洋和大气动力过程最活跃的区域,受海区复杂的海洋环境和恶劣的天气条件影响,目前只有美国在此海域维持着1套大型浮标观测系统。针对浮标观测系统搭建的诸多技术难题,陈朝晖带领研发团队多方实地考察,严选技术装备条件过硬的生产车间,与团队成员一起扎根车间现场,从浮标的整体设计、标体的稳性计算、标体材料的选型、锚系系统的结构设计等方方面面,他带领团队亲力亲为,反复尝试和试验,进行了一系列科学改造和技术突破,不断优化浮标系统的诊断、信息实时回传、存储、自动维护与备份等功能。最终,团队仅用不到一年时间研发出了两套面向中纬度黑潮延伸体的大型浮标观测系统,并于2019年秋季成功布放在海况更为恶劣的黑潮延伸体主轴及北侧区域,目前大浮标经历了多次台风和风暴过程后仍稳定运行,并实时地回传海气界面的关键数据,为研究中纬度海气相互作用提供了最为关键的数据支撑。

  围绕海洋科学认知、气候变化、资源开发与权益维护等国家重大科学与应用需求,吴立新院士及其团队提出了“透明海洋”大科学计划。在这个大科学计划背景下,陈朝晖以饱满的热情和强烈的使命担当,准确把握当前海洋科学和技术协同发展的的现实需求,以国际海洋科学研究前沿为牵引,带领团队先后开展了深海自持式剖面浮标、智能浮标、漂流式海气界面浮标、漂流式波浪观测浮标等一系列新型观测设备的研发以及深远海试验和科学应用工作,在海气界面智能定点与移动组网观测(“海气界面”)和水下无人智能移动平台及组网观测(“深海星空”)做出了一系列创新性工作。

  海洋观测仪器研发是一项系统工程,从立项、设计、制作、样机的湖试和海试,到最后推向深海大洋,各个环节紧密相扣,缺一不可,都需要投入大量的精力和心血,克服随时出现的节点难关和技术障碍。仪器研发也不同于海洋科学的基础研究,需要多学科甚至是跨行业的协同合作,需要协调学科和行业之间的差异,尽可能地融会贯通,这其中面临着各种未知的难题和挑战,陈朝晖需要做的,不只是克服自身专业的限制,更要以一己之力号召有着专业和领域差异的团队成员,大家拧成一股绳,劲往一处使。青年人特有的热情和感召力,为其赢得了团队的凝聚力,功夫不负有心人,在这个以他为首的青年科学家团队的不断努力下,漂流式海气界面浮标、漂流式波浪浮标、深海自持式剖面浮标、波浪能滑翔器和面向全球深海大洋的智能浮标等多个海洋观测装备的研发和科学试验取得了长足进展。


  黑潮延伸体实时观测系统,其中绿色点为美国KEO浮标(2004-今),灰色点为日本JKEO浮标(2007-2013)

  牵头构建大洋西边界流定点实时观测系统近十几年以来,我国在海洋观测网建设和海洋信息获取能力方面有了较大的进步,但整体上来讲,仍存在着区域碎片化、信息单一化、时空分辨低质化、数据传输延滞化等制约,尚未形成对核心海区海洋环境信息的实时、立体、高分辨度、多要素获取能力,与美、日等国际海洋强国相比仍有较大差距。在“透明海洋”大科学计划的背景下,我国已逐渐在“两洋一海”海区建立起以潜标为支点的观测系统,形成了一定的长期观测能力。然而在日本以东的黑潮延伸体海域,作为太平洋周边国家最关注的区域和全球气候变化、渔业资源丰富的关键海区,时至2014年我们尚未在此区域形成自己的观测能力。

  2014年起,陈朝晖受命全面负责起我国在西北太平洋黑潮延伸体观测系统的构建工作。从那开始,陈朝晖往返奔波于国内科研院所调研交流,组织了十多场学术研讨,以黑潮延伸体特殊的海洋动力过程这一特点为切入点,对其观测系统进行科学合理的顶层设计。从2015年第一个6000m级深海潜标系统的成功布放,到2019年两套大型观测浮标系统的稳定运行,累积上百天的海上奋战,经历了无数个不眠不休的日日夜夜,黑潮延伸体浮潜标定点观测系统终于在今年初步构建完成,全球首个大洋多尺度海洋实时观测系统雏形初现。忙碌的工作让他少有机会陪伴家人,陪伴两个年幼的女儿,这让他心存愧疚,长时间的海上工作更使其经常与家人万里分隔。陈朝晖时常笑称这个观测系统也是他的“孩子”,构建这个观测系统是在陪伴另一个“家人”。成绩的取得更显弥足珍贵,看到地图上星星点点的站位,陈朝晖感慨万千,“海洋的定点连续观测是一项长期的系统工程,维持浮潜标的连续观测犹如种庄稼,从选种、耕地、播种、浇水、施肥……,每一阶段都倾注了我们大量的心血和付出,要风雨无阻地呵护它们的成长。”想到科学家在不远的将来能够使用全面的第一手观测资料研究中纬度海洋动力过程和海气相互作用,陈朝晖说这一切都是值得的。


             陈朝晖在研讨航次观测方案制定

  投我以桃,报之以李我国海洋观测兴起已久,但数据共享一直不尽如人意。陈朝晖认为,这与我国过去海洋观测系统建设和协同科研平台发展不够完善有关。建设运行中的青岛海洋科学与技术试点国家实验室作为我国海洋领域唯一试点运行的国家实验室,已初步搭建起资源整合、协同创新的海洋科研平台。陈朝晖正是该实验室海洋动力过程与气候功能实验室的一员,借助平台的优势,他一直积极投身建设更加完备的海洋观测系统,推动搭建海洋科研共享平台。

  2019年第三届世界海洋观测大会,让整个海洋界更加深刻地意识到数据共享对于建设全球海洋命运共同体至关重要。得益于国际海洋科学数据的共享,中国科学家虽然在基础研究方面取得了一系列重大突破,然而过去很长一段时间我们在海洋观测数据的获取和共享的国际贡献非常少。“我们将从一点一滴做起,积极搭建数据共享平台,未来十年我们将做好海洋观测数据的共享工作,更好地服务全人类。”陈朝晖多次在国际会议和学术交流中阐述中国海洋科学和海洋观测未来的理念。他坚信,海洋科学的未来十年将会是中国迅速发展的十年,海洋观测的未来十年将是中国声音最为嘹亮的十年。


       陈朝晖在国际会议上介绍观测系统构建和观测设备研发情况

  “中国的海洋科研正在经历从无到有,从跟跑、并跑到领跑的发展历程。作为参与者,我觉得自己就是这浩瀚大海中的一朵浪花,助力我们的海洋强国之梦乘风破浪驶向深蓝。”陈朝晖如是说。随着海洋强国战略的深入推进,陈朝晖仍将始终如一,积极地投身于海洋科研,逐梦深蓝!

  
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