海洋学家与航海“量角器”的故事

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大自然赠予航海者的测量工具

唐代诗人白居易在《忆江南》中写道：“日出江花红胜火,春来江水绿如蓝。”常被后人译为，灿烂的阳光把江畔的野花照耀得比火还要红，春天的江水如蓝草一样碧绿清澈。但是，这一催生无数名诗名画的水上美景，实为阳光在波动水面镜面反射的物理现象，科学术语称之为“太阳耀光”。

航海者将太阳耀光视为大自然赠予他们的精准测量工具。200多年前，就有人利用太阳在地平线上的高度、水面太阳耀光条带的长宽所对应的视场角度，测量波浪斜面的坡度。

国外科学家运用太阳耀光航空摄影测量获得的波浪斜面坡度与海面风场关系式，揭开了海洋与大气相互作用的“面纱”，在气象预报和气候变化预测中大显身手。

福建东山岛，尽显海面太阳耀光的苏峰雾海日出（摄影/方腾越）

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我与太阳耀光的初次邂逅

机缘巧合，我也有幸进入对太阳耀光这一领域的研究。

20世纪末，上网速度还很慢，在网上浏览资料很不方便。于是，每次出差到北京，不论日程安排多紧张，我都会抽时间到中国科学院中国遥感卫星地面站查阅卫星遥感数据，常常一待就是好几个小时。

记得那是个阳光和煦的下午，我正在浏览台湾海峡索引图像，恰巧看到一张来自美国的陆地卫星遥感图像，其高亮区形态并不是常见的空中云像，却似海底的潮流沙脊形态。这应该是为海底光缆选线的海洋地质同行们昼思夜想的台湾浅滩水下地形信息！

收到数据光盘后，放进电脑一看，果真是叠加着优美沙波群的水下潮流沙脊。但是按经典的计算方式反复推演，我却始终得不到与实测水深剖面相匹配的结果。带着疑问我请教了专攻波浪遥感的同事杨劲松，方知国外也有类似案例。

沿着他们的思路，确认这是水下地形调制波浪斜面坡度形成的太阳耀光遥感图像后，我的学生邵浩将“台湾海峡沙波的太阳耀光遥感研究”作为论文选题。于是，我们便一同投入到太阳耀光这个令人着迷的领域。

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不唯书 只唯实

1997年，曾有国外著名学者发表了一组与太阳耀光有关的公式，但错将其中一个加号写成了减号，且被其他同行一直沿用。

2011年，邵浩在台湾海峡沙波的太阳耀光研究中发现了这个问题，随即推导验证出正确的公式，并反复通过他的论文向同行提醒。

这个修正在太阳耀光研究领域具有里程碑式意义。也因为有了正确的公式，近年来卫星海洋环境动力学国家重点实验室的张华国团队，应用多角度卫星太阳耀光遥感技术，在探测海面粗糙度和等效折射率方面收获颇丰。

科学无小事，一个公式、一个符号都关系着研究的最终成败。对于有争议的数据、公式、论点，即便是国际学术权威发表的，也要敢于发表不同意见，这正是年轻人的优势。

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科研如同一场接力赛

水下地形的太阳耀光遥感探测，需要在海上现场测量一些重要参数。但是国外同行始终没有找到最优的测量方案，因此测出的数据一直不理想。

2006年，邵浩根据厦门大学的仪器特点，巧妙地设计出一套观测与推算方案。我们用延平2号科考船在台湾浅滩沙波群核心区一个周长为12.8千米的三角形闭合测线上，连续重复航行28圈进行测量。

福建海洋研究所延平2号科考船在台湾浅滩沙波群进行测量，
沙波脊线位于远处光强突变线的水下十余米深处（摄影/李炎）

沙波群是个天然的水波储能带，无风三尺浪。科考船在海上不停颠簸，28圈航行下来，除了专注航行和观测的人们外，其他人都已转晕了。但这颠簸的28圈却让我们“抓住”了一系列重要的物理量！

科研如同一场接力赛，对个人意志力和团队协同性都是大强度的磨炼。太阳耀光遥感研究的成果，已经为海洋与大气相互作用、水下地形、海洋溢油、海洋内波的快速精准探测，打开了更广阔的空间。中国新一代的海洋学家们，正将这个精准但缓慢进展的领域，转变为精准且迅速进展的领域！

责任编辑｜高琳 岳焕琦

运营编辑｜岳焕琦 李元龙
质量审核 | 业蕾
文章来源 | 《知识是力量》杂志《海洋学家的科研日常》，撰文/李炎（厦门大学东山太古海洋观测与实验站），原创作品转载请注明来源。

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