原標(biāo)題：在實驗室里造一個微縮版海洋

主體結(jié)構(gòu)為6個模擬艙，每個艙體高48米、直徑5米。這樣一個前所未有的海洋氣候艙已初步設(shè)計完成。

“海洋碳匯研究進(jìn)行了三四十年，仍然有許多過程參數(shù)瓶頸尚未突破。而出海一天，每天的船舶運(yùn)行費就十幾萬，再加上風(fēng)浪、潮流的影響，現(xiàn)場操作很困難。”近日，中科院院士焦念志在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示，船舶科考或?qū)嶒炇夷M實驗，都很難全面反映海洋長期多變的真實情況，因此建設(shè)參數(shù)可控的海洋氣候環(huán)境模擬實驗裝備，就成為解決海洋科學(xué)問題的理想實驗平臺。

在陸地模擬海洋水體

在焦念志看來，做海洋科學(xué)研究，現(xiàn)場觀測調(diào)查和科學(xué)實驗缺一不可。同時，二者又各有弊端。船舶現(xiàn)場科學(xué)考察難以保證采樣條件，無法涵蓋所有關(guān)鍵物理、化學(xué)和生物學(xué)參數(shù)，很多指標(biāo)沒法系統(tǒng)、持續(xù)監(jiān)測；而通常實驗室的結(jié)果，雖然精度很高，但無法反映真實海洋現(xiàn)場的環(huán)境問題。

因此，焦念志提出“在實驗室內(nèi)模擬海洋環(huán)境”的設(shè)想，建設(shè)大尺度、精確可控的海洋模擬艙，搭建海洋氣候環(huán)境模擬實驗裝備——“海洋氣候艙”。

簡單來講，在陸上模擬海洋水體的裝備就是在大樓里建幾個大的水柱體系，把岸上的實驗室與海洋水體結(jié)合在一起。

焦念志的科學(xué)構(gòu)想很快得到了山東大學(xué)教授賈磊領(lǐng)銜的研發(fā)團(tuán)隊的支持。

“這個體系不一定要和哪個海洋現(xiàn)場完全一致。這個做不到。”賈磊指出，其重要意義在于可以提供生態(tài)系統(tǒng)水平上的情景，包括了從個體到種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)和反饋，為海洋環(huán)境變化和生態(tài)工程研發(fā)過程中的重大科學(xué)理論和假設(shè)提供理想的實驗?zāi)M平臺。

向更深發(fā)展的大型實驗水體

大型實驗水體是認(rèn)識海洋過程機(jī)制必不可少的實驗設(shè)施。不過，賈磊告訴記者，盡管國際上若干大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)擁有可控的大型實驗水體，但大都是以水平過程為目的設(shè)計的，如波、浪、潮、流過程參數(shù)。

2008年，上海交通大學(xué)建成了我國首座海洋深水試驗池，可模擬4000米水深及風(fēng)浪流等復(fù)雜海洋環(huán)境，應(yīng)用于船舶和儀器試驗，是一個微縮版仿真海洋。當(dāng)前，國家深海基地在青島、中科院三亞深海科學(xué)與工程研究所（籌）在三亞，也都在規(guī)劃建設(shè)深水試驗水池。

“迄今為止，尚未有足夠深度（30~50米）以垂直過程為目的的大型實驗水體。”賈磊說。

“從科學(xué)需求來講，水體深度最好達(dá)到50米，這是陸架海的基本深度。”焦念志說，“像海洋碳匯這類涉及自然過程與人類活動的復(fù)雜問題，尤其需要‘海洋氣候艙’這種大科學(xué)工程模擬各種環(huán)境邊界條件和干預(yù)方式，在綜合試驗過程中進(jìn)行多學(xué)科同步觀測，獲取前所未有的大數(shù)據(jù)，建立優(yōu)化模型。”

成為世界級海洋科研中心

目前，“海洋氣候艙”已經(jīng)完成初步設(shè)計。

“不論從裝備高度上，還是從模擬艙的容積上，都是國際上前所未有的。”賈磊介紹說，其主體結(jié)構(gòu)為6個模擬艙，每個艙體高48米、直徑5米，在艙內(nèi)形成微生態(tài)海洋環(huán)境，可根據(jù)需要配置不同的實驗儀器。6個艙體鑲嵌在與之相配套的樓體內(nèi)，建筑物既起到6個艙體的支撐作用，同時也是科研人員從事科學(xué)研究的活動平臺和與之配套的實驗室。

山東大學(xué)教授劉延俊負(fù)責(zé)模擬艙的設(shè)計研制，他坦言：“目前最大的水體也只有我們設(shè)計裝備的八分之一，因此在研制過程中，肯定會面臨很多的科學(xué)與技術(shù)難題。”

為此，研發(fā)團(tuán)隊將整個體系分為海洋模擬艙、自然光源模擬控制系統(tǒng)、流場控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、移動監(jiān)控平臺、成分與理化參數(shù)控制系統(tǒng)六部分進(jìn)行設(shè)計。各部分設(shè)計完成后，按照1：5的比例研制小型模擬艙模型，對模型的性能進(jìn)行試驗測試并調(diào)整。最后，進(jìn)行模擬艙原型的加工，經(jīng)過調(diào)試合格后交付使用。

焦念志希望，最終形成一個國際化的海洋科學(xué)研究基地，能夠支撐未來30年甚至更長時間的海洋科學(xué)及其相關(guān)分支領(lǐng)域的前沿研究需要，成為世界級海洋科學(xué)研究中心。（陸琦）