海洋也能被“預報”？

當我們談起預報，第一時間想到的可能是天氣。很多人出門前都有看天氣預報的習慣，是晴還是雨？要不要帶傘？氣溫幾度？風大不大？

可你有沒有想過，海洋也可以“預報”？

事實上，海洋預報并不是一個新詞，它的歷史甚至早于天氣預報。但比起每天頭頂的天空，腳下的這片大海，要難對付得多。它龐大、深邃、流動緩慢，卻能積蓄起摧毀一切的力量。而要“聽懂”這片海的語言，背后是一整套精密的科學體系。

海洋預報，是通過觀測、建模與計算機模擬，對海洋中的潮汐、洋流、溫度、海浪、鹽度和海平面等變化趨勢進行預測的一項高技術工作。它幫助我們提前了解大海的“脈動”，在航運、漁業、防災減災等領域都發揮著重要作用。

一次預報，扭轉一場戰爭

海洋預報在航海、漁業、災害預警，甚至戰爭中，它都扮演著不可或缺的角色。

1944年6月，二戰進入關鍵階段。盟軍計劃從英吉利海峽跨海登陸法國，實施“諾曼底登陸”。這不是簡單的海灘沖鋒——登陸當天15萬人參與戰斗，5000艘戰艦、1300架運輸機，空降、轟炸、炮擊……每一步都對氣象和海況提出了嚴苛要求。如果低云遮蔽，轟炸機將無法精確投彈；若風高浪急，登陸艇可能傾覆在海面。登陸計劃的成敗，很大程度上取決于對天氣和海況的精準預報。

當時，盟軍氣象組憑借分布在大西洋上的觀測船只、雷達氣球及收集了很多關于風速、風向、氣壓、波浪高度等海況數據。盟軍氣象專家通過對風暴路徑、海況、云層與潮汐數據的反復分析與繪圖，判斷出一個罕見的短暫“天氣窗口”。風浪會短暫減弱，云層稍有裂縫，剛好夠飛機起飛、艦隊靠岸。這其中盟軍的預報關鍵就在于風暴過境后24小時內，海上風力迅速減弱，浪高從原來的近2米下降到1米左右，滿足艦船靠岸條件。這使得6月6日早晨具備登陸條件，而6月7日風浪又再次增大，錯過就再等半月。

而德軍由于缺乏大西洋的關鍵氣象數據，誤判風暴將持續多日，認為盟軍不可能在此期間發起進攻。許多高級軍官因此離崗休整，其中包括諾曼底防線的總指揮隆美爾。這一“海浪”判斷誤差，成為改變戰爭節奏的隱秘力量。隨后，盟軍成功登錄諾曼底，成為二戰轉折點。美軍指揮官稱這場海洋預報的作用“抵得上一整個加強師。”

聽懂大海的心跳

海水是流動的，有起伏、有變化，它的節奏就像一顆龐大而深沉的“心臟”。科學家通過觀測、建模和計算，努力去“聽懂”這顆心跳。和天氣預報相比，海洋預報要“沉默”得多。沒有云朵的翻滾、沒有風聲的呼嘯，甚至看不出有什么動靜。但這正是它神秘又強大的地方。想預報海洋，就得先知道它“在想什么”。

海洋預報的內容非常豐富。它不僅包括我們熟知的潮汐——那是月亮和太陽牽引下的海水起落；還包括海浪——風吹起的涌動波紋；更有水溫與鹽度，這些決定了海洋的“體質”；還有海平面高度的變化，甚至預警海岸是否會被淹沒。最常見的還包括洋流——海水在地球上緩慢而強勁的遷徙旅程。

海洋也有高速公路和小巷弄

就像人類的城市有高速公路、小巷弄，海洋的流動也分許多“層級”。

最宏大的，是被稱為大尺度環流的“洋流高速路”。比如著名的黑潮，是太平洋上一股強勁暖流，就像一條熱能傳送帶，把溫暖從赤道送往高緯度，是氣候變化和季風系統背后的隱形推手。這些大尺度洋流延伸動輒幾千公里，常年穩定流動，持續時間長達數十年，是維持地球氣候平衡的重要力量。

稍小一些的是中尺度環流，你可以把它想象成大海中的巨大旋渦。這些旋渦有時看不見，卻能將浮游生物聚集，形成漁場；也可能悄悄把海面上的污染物卷入深海。這類環流像大海里的漩渦城市，寬達幾十公里，活躍時間在幾天到幾個月之間，是海洋中最具活力的角色之一。

再往下是次中尺度環流，它們個子小卻本事大。常常出現在冷熱水交界地帶，它們像水下的小旋風，能把深海的養分拽上來，造成海水顏色變化，甚至有可能引發赤潮。科學家近年越來越關注這些“小角色”，因為它們是生態系統變動的重要觸發器。

最細微的，是微尺度過程。這是一種我們幾乎看不到的攪拌和混合，像無數個小精靈在水中跳舞。它們影響海水的溫度分布、氣體交換，是連接海洋和大氣的重要通道。

大海，從不孤單，它和世界的每一個角落，都在悄悄相連。洋流不斷地把熱量、養分與生命的種子，從一片海洋帶向另一片，從赤道輸送到極地，從深海送往陽光灑落的淺灘。海水密度是空氣的1000倍，流動緩慢但推力巨大。一個海流即使只有每秒1米的速度，也可能比臺風更具能量。因此，海洋預報既緩慢又強大，既隱秘又深遠。

海洋的耳與眼：從浮標到衛星遙感

我們靠什么“聽懂”大海？要把這么多層次的變化預測準確，并不是一件容易的事。觀測，是一切的起點。為了預測大海的脈動，科學家們首先要收集大量真實的海洋數據。海洋不像陸地那樣布滿觀測站，它深沉、龐大、反應緩慢。科學家必須借助衛星遙感、漂浮浮標、水下滑翔機等工具，才能收集到關鍵的數據。但這些設備昂貴、分布稀疏，仍不能覆蓋整個海洋。海洋觀測在過去20幾年里經歷了迅速發展。自動水下觀測平臺跨越式發展，但觀測區域和時間非常有限。

在今天的海洋里，悄悄漂浮著一支神奇的“海洋偵察隊”——它們不是船，也不是潛水員，而是一群叫做“阿爾戈浮標”的小小探測器。全球海洋中已經布設了將近4000個阿爾戈浮標，它們就像是大海里的智能漂流瓶，能靠自己調整浮力，悄悄潛入海洋深處，有的甚至能潛到幾千米以下。這些浮標不是來“游泳”的，而是來“聽診”的：它們會記錄水溫、鹽度、含氧量，甚至是海里漂浮的微小植物，然后每隔5到10天浮上海面，把收集到的數據通過衛星“打包寄回地球”，再沉回水下，繼續下一輪的“海中巡邏”。

雖然ARGO浮標已達4000臺業務運行，但還遠遠不能滿足海洋預報要求。

此外，還有能自由上下潛行的水下滑翔機，悄然穿行在海水深處，探測溫鹽結構和洋流特征。除了這些“專業選手”，科學家還借助自然界的幫手——海豹、鯨魚、海龜等海洋動物。通過在它們身上安裝微型傳感器，人類得以進入冰蓋下方或極地深海這些艱難抵達的區域，獲取寶貴數據。此外，還有固定在海底的深海觀測站，用于長期監測地震、冷泉、深海生態變化；海岸雷達，能遠距離測出近岸海流；船只上投放的CTD儀器，用來獲取不同深度水層的精細剖面；甚至志愿商船也在執行日常航線的同時，承擔起海洋觀測任務。在科技飛速發展的今天，衛星遙感、無人船、無人機也加入這場“海洋監聽行動”。這些多維度、多手段的協同系統，正在悄無聲息中改變我們對海洋的理解，也成為應對氣候變遷與極端災害的關鍵科技力量。

海洋預報的挑戰與機遇

如果說浮標是“海上的耳朵”，那么衛星遙感就是“太空中的眼睛”。遙感技術通過接收海面反射或發出的電磁波，來獲取海洋的溫度、顏色、波浪、海平面高度等信息。經過幾十年的技術發展，如今已經能測量出精確到幾厘米的海表變化。

上世紀70年代，第一批搭載海洋高度計的衛星（如GEOS-3、SEASAT）測高誤差高達1米，難以解析幾十厘米級別的海面起伏，也就無法準確推導洋流結構。直到1992年，TOPEX/Poseidon衛星將誤差縮小到2~3厘米，全球海洋環流與預報系統才真正具備數據支持。今天，而更小巧、低成本的微小衛星也正逐步進入教育與科研應用，拓展海洋觀測的新方向。

我國在海洋預報領域起步較晚，一度在觀測手段與模型技術上與歐美發達國家存在差距。比如2011年，日本福島核電站事故發生后，放射性污染物進入海洋，引發了公眾對海水污染擴散的關注。當時，我們雖啟動了相應預報模式，但受限于數據來源和系統能力，尚無建立起完善的實時海洋預報系統，只能參考國際通用模型，開展本地化預測嘗試。由于缺乏自主的實時數據與完整模型，難以在國際科學討論中提供有力支持。

這也促使我國更加重視海洋觀測和數值預報的建設。目前，我國已建成由海洋觀測站、海洋調查船（志愿觀測船）、海洋浮標、雷達觀測站、飛機（無人機）和遙感衛星等組成的海洋立體觀測網絡，獲取了大量海洋水文和氣象觀測數據，為海洋防災減災、海洋環境保護、海洋科學研究和應對全球氣候變化等做出巨大貢獻。

近年來，隨著科技的進步與戰略需求的提升，一系列新的系統正在建設之中。國內科學家正在構建一個名為“海洋孿生系統”的超級模型：它將觀測數據與模擬系統實時融合，生成“海洋的數字雙胞胎”，實現更精細、可視化的動態預報。這個系統不僅能預測海流和溫度，還能模擬污染物擴散、海洋生態變化，甚至未來可能用于災難預警和漁業管理。

中國海洋科學，正在追趕并接近國際前沿。

小實驗也能連接大海洋：走進科學課堂

你可能想不到，如今已有中學生參與小衛星研發項目。在美國，一些高校乃至中學，學生們參與制作立方體小衛星（CubeSat），送入太空進行海洋與氣象觀測。而在中國，也已有大學和研究所開始布局相關教育計劃。復旦大學小衛星的發展與應用，探索衛星遙感設計、運行，觀測反演到應用的各個環節。與此同時，人工智能也正在走進海洋預報。AI可以整合浮標、衛星、無人機等多源數據，提升模型精度，讓海洋不再是“黑匣子”，而成為可以被“理解”的系統。

著名大氣與海洋科學家李志錦認為，“眼高手低”常被批評為理想高遠卻缺乏實踐能力，但在科學教育中，學生恰恰要‘眼高手低’，目標要高，入手要低。”

中國學生普遍聰明，理解能力強，但在實際動手、解決問題方面，略遜一些發達國家同齡人，尤其在早期缺乏實踐訓練。因此，我們需要鼓勵孩子們擁有探索深海、理解地球系統的遠大目標，同時也要為他們提供具體、可操作的起點：動手做一張洋流分布圖、設計一個浮標模型、模擬一個海浪的傳播過程……從小實驗開始，構建對科學的信任與興趣。越來越多的學校和教育機構也在嘗試將真實科學問題引入課堂，讓學生不只是“讀懂科學”，而是“參與科學”。

在我們腳下，海洋從不沉默。它以浪涌、洋流、溫度、鹽度等方式訴說著地球的節奏。而預報，就是傾聽這些脈動、理解它們背后規律的過程。從諾曼底的風浪判斷，到今天的衛星模型預測；從阿爾戈浮標的深潛數據，到數字孿生的仿真模擬，每一步進展，都是我們認知海洋、保護未來的努力縮影。面對氣候變遷與極端天氣，我們更需要這樣的科學武器，也更需要一代代年輕人投身其中，去理解、去參與、去創新。

讓我們一起——讀懂海洋，預見未來。

作者簡介：周甜，科普創作者，專注博物館教育與科學傳播，愿用文字點亮好奇，用故事講述科學。

來源: 中國航海博物館 周甜