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美国国防高级研究计划局(DARPA)在2019年宣布了一项名为“海洋物联计划”(Ocean of Things, OoT)的革命性项目,旨在通过部署数万个低成本智能浮标,构建一个覆盖广阔海域的分布式传感器网络。该计划利用先进的云计算和机器学习技术,为军事、科学研究和商业用户提供前所未有的海洋态势感知能力。

突破性设计:低成本、智能化、环保优先

海洋物联计划的核心在于使用低成本、环保材料制造的智能浮标,单个浮标制造成本控制在500美元以内,每个浮标都配备了低成本的全球定位系统(GPS)芯片组和天线,以及惯性测量单元(IMU)。这些IMU包含加速度计、陀螺仪和磁力计,用于精确测量浮标的运动和海浪特征。

通过这些传感器,浮标能够实时记录自身的动态信息,包括位置变化、倾斜角度以及三轴加速度等。这些数据不仅可以反映海洋表面的运动状态,还能为研究波浪传播和能量分布提供重要基础。

此外,每个浮标配备了一组商业传感器,可监测海洋温度、海况以及船只和海洋生物的活动情况。数据经过浮标内置算法初步处理后,通过卫星传输至云端分析平台,实时生成海洋动态图景。这些浮标由可生物降解材料制成,确保不会对海洋生态环境造成影响。

技术亮点:云计算与机器学习驱动

OoT系统将海量海洋数据传输至政府云环境,采用先进的机器学习算法进行处理和分析。分析功能包括海洋环流预测、船舶及海洋哺乳动物追踪以及动态海洋资源管理。这种云计算驱动的分析模式,使得OoT不仅是海洋物联网的先锋,也标志着海洋数据利用的模式转型。

多样化应用:从军事到生态保护

OoT计划的影响力将覆盖多个领域:

  • 军事用途:支持实时海洋监控,增强国防能力。
  • 科研探索:提供高密度原位测量数据,为海洋环流、气候变化研究提供关键支持。
  • 生态保护:浮标采集的声学数据有助于检测海洋哺乳动物的活动,为保护其栖息地提供科学依据。
  • 非法活动监控:通过分析浮标数据,可识别非法捕鱼和其他海上异常行为。

分阶段部署:从实验到全球覆盖

项目分为三个阶段部署:

  • 2019年,部署4,500个浮标,进行为期3个月的实验。
  • 2020年,扩大到15,000个浮标,并延长至6-8个月的连续数据收集。
  • 最终计划部署50,000个浮标,实现全球范围内的长时间监测。

进展情况

尽管OoT已经发布5年,但是并没有布放5万套浮标。调研发现,美国Sofar公司的投放的5000套GPS漂流浮标(Spotter buoy)反而可能是其为数不多的资助项目。

但这并不是唯一的全球性浮标计划。在中国,青岛安海科技正在世界海浪观测联盟的协调下,计划布放1万个低成本智能浮标,利用北斗导航系统(BDS)收集高精度的海洋观测数据,为科研和生态保护提供支持。这一计划由 “观海基金” 助,其浮标技术以高性价比和可扩展性为特点,特别适合大规模布放。和美国Spotter浮标侧重军事用途不同,青岛安海的浮标还将服务全球航运等非军事领域。

展望未来:全球海洋观测的新时代

DARPA的“海洋万物计划”正在为全球的海洋监测和治理注入新动力。这些浮标将大幅提升海洋数据的可用性,为动态海洋管理和科学研究提供强有力支持。而青岛安海科技的全球浮标计划,也将凭借其本地制造优势,为海洋科学界贡献重要力量。

[导读] 研究团队通过75天的SWOT数据,采用改进的映射技术,绘制了模式1的$\mathrm{M}_2$内潮,构建了名为SWOT-75d的内潮模型。SWOT-75d在强内潮区域显著降低了方差,甚至在中北太平洋等部分区域的表现超越了基于30年卫星测高数据的Nadir-30y模型。通过使用SWOT-75d的平滑相位数据对Nadir-30y进行调整,改进后的模型在内潮校正方面表现更加优异,证明这一方法能够有效校正时间变化的内潮特征。

内潮广泛分布于全球海洋,通过现场观测和卫星测量呈现出明显的周期性特征。内潮的形成源于正压潮汐与海底地形的相互作用,并在开阔海洋中传播,覆盖范围可达数百乃至数千公里。内潮在物质输送、初级生产力和上层海洋混合等重要海洋过程中的作用不容忽视,其对经向翻转环流和全球气候的影响亦不容小觑。

然而,内潮的生成与传播受海洋层化和环流变化的显著调节,呈现出从日变化到几十年的复杂时间尺度。传统的内潮观测模型主要依赖多年的卫星测高数据,通常只能捕捉到稳定的内潮,而难以全面反映随时间变化的非相干内潮特征。

新的SWOT任务通过高分辨率的二维海表高度观测,为内潮研究带来了新的契机。这篇论文依托75天的SWOT数据,采用优化后的映射技术,深入探讨内潮的时空变化。研究核心聚焦于两个关键问题:如何利用短期SWOT数据准确提取模式1的$\mathrm{M}_2$内潮,以及即时内潮模型是否能够更好地服务于SWOT的内潮校正。

SWOT任务于2022年12月发射,使用Ka波段雷达干涉仪(KaRIn)测量二维海表高度(SSH),误差更低,空间分辨率为2公里。2023年初,SWOT在1天重复轨道上进行了校准,覆盖全球28个观测带;2023年7月起进入科学阶段,切换至21天重复轨道,覆盖586个观测带。2024年1月,SWOT项目发布了两组数据:包括103天的校准数据和75天的科学数据。

在之前的研究中,作者使用1993至2022年间的30年SSH数据,构建了模式1的$\mathrm{M}_2$内潮模型,该模型称为Nadir-30y,代表30年的相干内潮模型。Nadir-30y模型只能包含相干内潮,因为它依赖于多年的稳定数据平均,难以捕捉时间变化的非相干内潮。如果要研究非相干内潮的动态变化,则需要具有更高时间分辨率和连续覆盖的观测数据,例如短期内的高分辨率卫星数据(如SWOT数据)或密集的现场观测数据。

非相干内潮是时间上不稳定的,其相位和振幅会受到季节性变化、洋流波动和水体层化变化等因素的影响。由于这些变化没有固定的周期性,在长期观测中表现为随机波动。

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SWOT-75d与Nadir-30y的比较显示,SWOT-75d在表现上不如30年的Nadir-30y模型,这是因为75天的数据较短,容易受到中尺度涡的干扰。而Nadir-30y基于30年数据构建,具有更窄的谱峰和更小的误差,代表了模式1的$\mathrm{M}_2$内潮的气候常态。尽管如此,SWOT-75d仍成功展示了全球内潮的基本特征,如夏威夷海岭和西北太平洋的内潮活动。同时,它在大西洋和阿拉伯海等区域展示了清晰的内潮波束。总体上,SWOT-75d和Nadir-30y在空间分布上具有较高的相似度,相关系数达到0.63,但SWOT-75d的振幅比Nadir-30y高出70%,主要是由于模型误差的影响。

模型误差显示,SWOT-75d在强内潮区域误差较大,而Nadir-30y因30年的数据支持,误差更小、更稳定。独立数据评估表明,SWOT-75d在强内潮区域有良好表现,尽管整体误差较大,但它反映了即时的内潮信息。季节性评估显示,SWOT-75d在热带和特定区域超过了Nadir-30y,反映了这些区域内潮的季节性变化。总体来看,Nadir-30y适合长期稳定的内潮校正,而SWOT-75d在季节性和即时变化的捕捉上更有优势。

研究提出了一种改进SWOT内潮校正的方法,通过引入即时相位调整的内潮模型Nadir-30y*,增强了对时间变化内潮的校正精度。调整后的模型保留了与Nadir-30y相同的振幅,但更好地反映了2023年9月7日至11月21日期间的即时相位信息。

利用75天SWOT数据对Nadir-30y和Nadir-30y*进行了评估。结果显示,Nadir-30y*在全球范围内的校正效果优于Nadir-30y,方差减少量从16.0毫米²提高到19.3毫米²,相当于20%的性能提升。这表明相位调整能够有效应对短时间窗口内的内潮变化。
这一改进对提升SWOT的内潮校正精度具有重要意义,尤其是在应对季节性和十年尺度的变化时,显示出显著的优势。

然而,相位调整的效果因区域和季节而异,表明时间变化的复杂性需要进一步深入研究。

参考文献:Z. Zhao, “Internal Tides from SWOT: A 75-day Instantaneous Mode-1 M2 Internal Tide Model”, Accessed: Oct. 11, 2024. [Online]. Available: https://www.authorea.com/users/645492/articles/1230657-internal-tides-from-swot-a-75-day-instantaneous-mode-1-m2-internal-tide-model?commit=4aa748ad5a2add93e970732b8365bb221726972e

[导读]研究利用SWOT卫星的1日重复轨道数据,观察了Banda和Molucca海域的内部孤立波。这些波是通过半日潮流与地形相互作用生成的,波高为10-20 cm,波速快于区域内的一阶重力波速度。此外,研究发现这些孤立波的波幅受到区域潮汐周期(如春潮和小潮)的调制,并且在季节性上也受海洋上层密度结构的影响。通过将SSH数据转换为内部压力信号,研究量化了与这些孤立波相关的能量通量,Banda海的能量通量为5 kW/m,而Molucca海则为2 kW/m。

印度尼西亚群岛周围海域的地理特性(丰富的岛屿海峡和海底障碍)使其成为内部孤立波(ISWs)生成的热点。这些波是由于强大的潮汐流与海底地形之间的非线性相互作用产生的。ISWs不仅通过其传播路径携带动量和能量,还通过远场的湍流混合影响区域的海洋动力学过程。

过去许多研究使用了合成孔径雷达(SAR)和其他遥感技术来探测世界海洋中的非线性ISWs信号,包括在印度尼西亚海域。2022年12月发射的SWOT任务,利用Ka波段雷达干涉仪(KaRIn)提供了高分辨率、二维的海面高度(SSH)观测。与传统的垂直入射高度计相比,SWOT在5公里波长上的噪声底限降低了一个数量级,全球平均的均方根噪声水平约为0.25厘米。

在印度尼西亚海域,先前的观测表明,ISWs的等密线波动幅度可达到50-100米,这可以引起海面高度在10-20厘米的变化。SWOT的120公里宽度测量和改进的空间分辨率使其非常适合检测非线性ISWs的信号。

不同于SAR和MODIS观测,SWOT直接测量SSH,这是与海洋内部压力信号相关的动态属性。文章展示如何利用这些SSH信号,不仅捕捉ISWs的运动特征,还能量化其能量特性,包括深度整合的动能、可用势能和能量通量。

在SWOT卫星的1日重复轨道观测中,Banda和Molucca海域展示了明显的内部孤立波(ISWs)特征,主要表现为多个半圆形波峰,主导波峰的海面高度异常达10-20厘米。ISWs的生成源于Ombai海峡和Lifamatola海峡,与此前基于SAR和高度计数据的研究一致。通过SSH异常数据的时间序列分析,发现ISWs表现出两周调制,其出现频率与潮流强度相关,并滞后春潮-小潮周期约2天。此外,频闪效应在SWOT的CAL/VAL阶段导致了ISWs的虚假南向传播现象。

在Banda和Molucca海域,观测到的内部孤立波(ISW)波段长度分别为142公里和135公里。通过将这些长度除以$M_2$潮汐周期,计算出ISW沿轨传播速度分别为3.18 m/s和2.80 m/s。为了得到径向传播速度,计算了SWOT观测路径与ISW传播方向之间的平均夹角,并相应修正,得到Banda和Molucca海域的径向传播速度分别为3.02 m/s和2.74 m/s。

这些传播速度比基于垂直本征模分解计算的理论模式1内部重力波速度($c_1$)略大,主要由于ISW的非线性效应。使用Korteweg-de Vries(KdV)方程解析,考虑到非线性和色散效应,得出Banda和Molucca海域的ISW相速分别为3.00 m/s和2.74 m/s,与观测结果一致,验证了ISW作为大振幅非线性波的特征。

此外,SWOT 1日重复轨道观测显示,Banda海域的ISW幅度随着上层海洋分层的季节性变化呈现出逐渐减小的趋势,而Molucca海域的幅度变化较小,这与两海域上层海洋的密度剖面和浮力频率($N^2$)的季节变化相吻合。

在能量学分析中,作者利用 SWOT 卫星的 KaRIn 数据计算了 Banda 和 Molucca 海域内部孤立波(ISW)携带的能量通量。通过识别局部 SSH(海面高度)峰值,转换为最大等密线位移后,计算了 ISW 的能量通量。典型的 ISW 在 Banda 海的能量通量为 74.8 kW/m,Molucca 海为 74.6 kW/m。通过对所有可用周期的数据进行平均,研究展示了在 Banda 和 Molucca 海域的时间平均能量通量,分别在中部盆地达到 5 kW/m 和 2 kW/m。结果表明,Banda 海中部的能量传输主要由 ISW 主导,而在 Ombai 海峡附近则由内部潮汐主导。

在 CAL/VAL 阶段结束后,SWOT 于 2023 年 7 月 21 日进入 21 天重复的科学任务阶段。图 6 显示了科学任务周期3(9月1日至21日)中印尼海域的 SSH 异常图。相比 CAL/VAL 阶段的单一轨道,在科学任务阶段,印尼海域几乎完全覆盖,除了少数狭窄的俯视与轨间缺口。分析表明,除了 Banda 和 Molucca 海,Sulu 和 Celebes 海也存在明显的 ISW 信号,但在 Makassar 海峡并未检测到显著的 ISW 信号,尽管此前使用 SAR 和 MODIS 数据的研究强调了该海峡的 ISWs 现象。9 月的上层海洋层结较弱,可能不利于 ISW 的生成,未来需要更长时间的 SWOT 数据以进一步探索整个印尼海域的 ISW 现象。

近日美国科学家Chelton Dudley B 在《Journal of Atmospheric and Oceanic Technology》发表SWOT研究成果,重点分析了SWOT 卫星Ka波段雷达干涉仪海面高度(SSH)、流速和涡度估算的噪声影响。研究揭示了KaRIn表现优异,并展示了这项技术对海洋表面动力学观测的重大贡献。

SWOT卫星于2022年12月成功发射,搭载的KaRIn仪器通过对50公里宽的两个平行观测带进行SSH测量,首次提供了全球海面高度的二维视图。KaRIn的高分辨率数据产品为全球海洋动力学研究提供了新的契机,研究结果表明其在2公里网格上的噪声标准差为0.40厘米,比预发射预期精度提高了2.3倍。 这项技术突破使得我们可以通过SSH数据推导出表面海流速度($u_g$ , $v_g$)和涡度($\zeta_g$),从而揭示海洋中小尺度动力学过程的细节。

尽管KaRIn表现出优异的噪声控制能力,测量误差仍会影响通过SSH估算的速度和涡度,尤其是在小波长的尺度上。通过对数据进行二维平滑处理,可以有效减小噪声影响。研究发现,随着半功率滤波器的截止波长($\lambda_c$)增加,噪声水平显著下降,信噪比(S/N)大幅提升。特别是对于速度和涡度的估算,随着波长从17公里(速度)和35公里(涡度)增加,信号变得更加清晰,允许研究人员捕捉到8.5公里和17.5公里的细节特征。

KaRIn的噪声控制和信号增强超出了预期。早期数据分析显示,KaRIn数据的速度估算分辨率比预发射估计提高了45%,涡度估算提高了35%。 尽管涡度计算中由于需要进行SSH的二阶微分导致噪声放大,但在大部分情况下,这些测量结果仍具有重要的科学价值。特别是在高能量的中尺度和亚中尺度洋流中,KaRIn可以提供前所未有的分辨率能力,帮助科学家进一步探索海洋中的细微动态过程。

研究还指出,观测带边缘处的边缘效应会对估算结果产生影响,尤其是在涡度估算中,边缘效应对噪声的放大更为明显。这限制了每条50公里观测带的有效测量区域。然而,通过增加平滑波长,边缘效应影响可以减小,确保观测带中间区域的数据质量更高。

此外,SWOT卫星的采样周期约为21天,由于相邻观测带采样间隔较长,时间平均化处理可能会导致采样误差。这种误差源于中尺度和亚中尺度海洋现象在时间和空间上的快速变化,未来需要进一步研究如何在多次卫星过境时减小这些误差的影响。

参考文献:
D. B. Chelton, “A Postlaunch Update on the Effects of Instrumental Measurement Errors on SWOT Estimates of Sea Surface Height, Velocity, and Vorticity,” Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, vol. 41, no. 9, pp. 865–888, Sep. 2024, doi: 10.1175/JTECH-D-24-0035.1.

【导读】SWOT任务中,KaRIn干涉雷达仪器通过其创新的宽幅测量技术和精密的姿态控制,极大提升了全球海洋和水文观测的精度。最新的研究表明,KaRIn在任务初期的性能表现远超预期,其随机噪声抑制能力优于设计要求。这一成果不仅为科学家们提供了更精细的海洋和水文观测数据,还为未来全球水资源管理和气候变化研究提供了坚实基础。

全球的水体动态,如海洋中的潮汐、涡流、以及河流湖泊的变化,对于气候变化研究和水资源管理至关重要。为了更好地监测这些变化,NASA与法国航天局(CNES)联合发射了Surface Water and Ocean Topography (SWOT) 卫星任务。该任务的核心仪器——Ka-band Radar Interferometer (KaRIn),是世界上首个采用宽幅干涉雷达技术的在轨设备,能够以高分辨率观测全球的水文和海洋过程。

KaRIn干涉雷达通过两根相距10米的天线阵列,实现了1.8米的距离分辨率和3.8米的方位角分辨率。这种超高的分辨率对于监测宽度仅100米的河流和湖泊,以及解析海洋涡流和潮汐至关重要。与传统的单条轨迹雷达相比,KaRIn具有120公里宽幅的观测能力,使其能够在较短时间内覆盖全球水体区域。

这一先进技术使得KaRIn在全球海洋动力学和水文过程的研究中扮演了重要角色。例如,通过KaRIn,科学家能够更精确地监测到海洋中小至1公里尺度的涡流和波浪。随着任务的展开,KaRIn的全球数据覆盖将为未来的海洋和气候研究奠定基础。

在任务的初期阶段,KaRIn的随机噪声抑制表现优于设计要求。研究表明,即使在风速8.9 m/s、显著波高(SWH)为2米的条件下,KaRIn的随机误差仍然远低于1厘米的标准。这种表现为未来应对复杂环境和恶劣海况奠定了基础。

例如,论文中提到,KaRIn的噪声抑制能力在实际观测中降低了四个数量级,使得误差远低于噪声底线,确保了高精度的测量数据。这种超预期的表现意味着KaRIn具备了更强的抗干扰能力,能够在复杂的水文和海洋环境下维持高精度的测量。

KaRIn在轨运行时,面临的主要技术挑战之一是如何控制系统误差,特别是姿态控制误差、时间误差基线伸缩误差

  • 姿态控制误差:由于航天器的运动,KaRIn需要通过高精度的姿态控制系统来实时校正滚动角误差。上图显示,通过姿态重建,KaRIn的滚动误差得到了有效的抑制,误差被降低了四个数量级,大大超过了系统设计的要求。

  • 基线伸缩误差:由于热膨胀和机械应力的影响,KaRIn的两根天线之间的基线长度可能会发生变化,影响观测数据的精度。通过实时的热控和基线校正,研究表明,这类误差得到了有效的补偿,使得系统在恶劣环境下仍能维持高精度的干涉测量。

海洋中的波浪效应,特别是非线性波浪效应,对KaRIn的测量精度提出了挑战。在显著波高(SWH)为5米的情况下,波浪的非线性效应可能会显著影响高度测量精度。论文通过实验展示了如何通过数据校正区分去相关随机误差非线性波浪效应

例如,研究发现,即使在6米SWH条件下,KaRIn的随机误差仍然远低于噪声底线,这证明了其在应对复杂海况时的出色表现。通过这种数据校正和模型分析,KaRIn在极端海洋条件下依然能够提供高质量的数据。

KaRIn的技术突破与未来前景

作为SWOT任务的核心仪器,KaRIn通过其宽幅干涉雷达技术,实现了全球水体动态变化的高精度测量。其随机噪声抑制能力、姿态控制精度,以及对非线性波浪效应的应对能力,均超出了初始设计要求,为全球水文和海洋科学研究提供了极大的帮助。

随着任务的推进,KaRIn将继续为科学家提供全球范围内高分辨率的水文数据,帮助我们更好地理解海洋和淡水系统在气候变化中的作用,并为全球水资源的管理提供科学依据。

参考文献:E. Peral et al., “KaRIn, the Ka-Band Radar Interferometer of the SWOT Mission: Design and in-Flight Performance,” IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 62, pp. 1–27, 2024, doi: 10.1109/TGRS.2024.3405343.

近日,来自法国布列塔尼大学等多国合作团队的研究表明,通过Surface Water and Ocean Topography(SWOT)卫星,研究人员成功实现了对厘米级波高巨型涌浪的精确解析。这项研究发表于 Geophysical Research Letters》 期刊,开创了波浪观测的全新视角,为气象预报、沿岸防灾和地震学研究带来了重大技术突破。

ARDHUIN F, MOLERO B, BOHÉ A, 等. Phase-Resolved Swells Across Ocean Basins in SWOT Altimetry Data: Revealing Centimeter-Scale Wave Heights Including Coastal Reflection[J/OL]. Geophysical Research Letters, 2024, 51(16): e2024GL109658. DOI:10.1029/2024GL109658.

此次研究中,GNSS技术的浮标被用来验证和评价SWOT卫星观测数据的精度,充分展示了这一组合在长波观测中的可行性。Southern Ocean Flux Station (SOFS)和Spotter等浮标通过GNSS系统精确测量波浪的垂直运动,提供了厘米级精度的现场数据。

这些浮标不仅依靠GNSS实现了高精度的波高测量,同时具备较低的成本,能够在全球范围内大规模布放,覆盖广泛的海洋区域,捕捉完整的海洋波浪过程。通过GNSS浮标数据与SWOT卫星观测数据的对比,研究验证了SWOT的可靠性,突显了GNSS浮标在全球海洋观测中的关键作用及其巨大的应用价值。

传统技术的局限与SWOT的突破
长波涌浪(swell)是由风暴生成并传播至全球的波浪,通常波长可达数百米至一千米,但波高较低。传统的遥感技术和浮标难以检测波高低于0.2米的长波,尤其是在远离风暴源的区域。这种技术局限使得研究长波的传播、反射和其对全球沿岸地区的影响一直是难题。

SWOT卫星的关键技术——Ka波段雷达干涉仪(KaRIN),打破了这一瓶颈。该系统通过跨轨雷达干涉,能够以250米的空间分辨率捕捉全球海洋表面细致的波动情况,首次将长波波高的检测极限推进至 3厘米。相比于传统的浮标和雷达技术,SWOT在检测波长超过500米的长波时,展现出了卓越的性能。

为何波高小而波长大?
在论文中,研究解释了长波的生成与传播机制。长波通常由强风暴生成,随着它们远离风暴源传播,波高会逐渐衰减,但波长保持不变。因此,即便波高小至厘米级,这些波浪的波长依旧可达500至1000米。通过SWOT的精确观测,研究团队能够捕捉到这些波浪在全球海洋中的传播过程。

SWOT的精度验证

现场数据源:

  • Spotter浮标,GNSS测量系统,低成本GNSS系统,漂流观测
  • Southern Ocean Flux Station (SOFS)浮标,锚定观测,双频GNSS测量系统

SWOT卫星的观测精度得到了浮标和数值模型的验证。通过与Southern Ocean Flux Station (SOFS)浮标及Spotter浮标的数据对比,SWOT的波高测量与浮标数据高度一致,误差通常在 10% 以内。在SOFS浮标处,SWOT测量的H18(波浪周期大于18秒的波高)值为 1.1米,与浮标和模型结果几乎完全一致。浮标噪声水平约为 10厘米,而SWOT可以捕捉到相同水平下的波浪,这一能力远超传统浮标。

此外,SWOT还展示了其对沿岸反射和小岛散射现象的观测能力。研究发现,在澳大利亚南部及新西兰北部区域,SWOT首次捕捉到较强的波浪反射和散射现象。这些反射波虽然波高仅有 20厘米,但通过SWOT的精确测量,清晰地呈现了波浪的传播方向和强度。

SWOT项目由美国航天局(NASA)和法国国家航天研究中心(CNES)联合资助,随着更多观测数据的积累,SWOT的应用范围将不断扩展,助力全球范围内的海洋科学研究与防灾减灾工作。

张益唐, 华裔数学家,美国加州大学圣塔芭芭拉分校数学系教授。张益唐的成就展示了兴趣与坚持的力量,激励了众多年轻数学家。

关于终生研究事业的选择,我想,要回答这个问题可能需要费一点功夫,而且因人而异。此前也有不少人问过,在这里结合我自己的一些经历,跟大家一起聊一聊这个问题,也给青年朋友们一点参考。

我选择了数学,并且把它当成了我的终身事业,我想这里有两个关键原因,一个是兴趣,一个是坚持。

首先是兴趣,这其实是一个自然而然的事。

我从小就喜欢数学,我说不出是什么原因,但大概十岁左右的时候就被数学,尤其是数论里的一些难题给迷住了。这种“迷”一直没有改变,几十年如一日。凭着这种志趣和爱好,我确定了自己要做数学。

兴趣应该也和我接受的教育有关。我记得第一次见到我的导师潘承彪老师,他给我们讲的就是数论中那些没有解决的问题——素数的问题。除了大家熟知的哥德巴赫猜想。

以外,其实还有很多数论的问题,一般只要牵扯到素数的都是千古难题。潘老师说,你们看这数论里这些问题都是做不出来的,但他讲了以后,确实会让人觉得非常有兴趣:为什么看起来那么简单的问题,大家会做不出来?

就像中学的平面几何,我时常很欣赏添加辅助线的解法,很多时候只要添一条辅助线,问题就迎刃而解。为什么辅助线会如此神奇?数论的难题是不是也能找到奇妙的解法?从那时起,这便引起了我极大的兴趣。

也有人问我,为什么我研究的都是数学里的一些大而难的问题,包括博士期间的雅各比猜想、孪生素数猜想,以及上次和大家讨论过的 Landau-Siegel 零点猜想。

选择这些难题,是因为我喜欢有挑战性的工作,这其实也是一种基于兴趣的选择。当然,我也可以做那些相对容易的课题,可能也能够做出来一些成果、发一些小的论文,但那恐怕也就没有什么意思了。

空有兴趣还不够,更需要靠坚持。

数学难题,尤其是数论里的这些课题,往往都不是轻易能够解决的。

我从 1992 年博士毕业到在孪生素数猜想上取到突破,经历了一段不短的时间,我看很多报道说那是我的一段低谷期,其实我自己倒不觉得是低谷。那时候我依靠着打零工来维持生活,做着类似于刷盘子、收银的工作,但反而也使我有足够的时间去坚持数学的研究。

回头来看,也许是我对生活要求并不高,即使我生活得不像别人那么轻松,我也没有觉得命运对我有何亏欠——我总觉得这些都是暂时的,我迟早能够跨出来。我那时候也年少气盛,根本没有考虑过这个研究做不出来怎么办,反正做就是了,终究是能做出一些像样的东西的。 即使到了如今这个年纪,我的意气依然如是。上次跟大家聊到Landau-Siegel 零点猜想的论文,很多朋友关心现在的进展,中间的确遇到过一些技术性障碍,但本质上我知道我能够把它做出来,我会坚持把这个问题彻底完成。

这种坚持也是受到了一些前辈科学家的鼓舞。我很小的时候读过一本书,叫做《历史上敢想敢做的人》,到现在我都还记得书上的那些故事。其中有个故事介绍的是俄罗斯科学家罗蒙诺索夫。他出生在俄罗斯北部阿尔汉格尔斯克省的一个渔民家庭。虽然他的父母目不识丁,但他从小就热爱求知,十几岁离开家乡,身上只带了几个卢布,一路步行到莫斯科求学。但是他还是坚持下来,最终成为了俄罗斯自然科学的奠基人之一。

类似这样的例子还有很多。感谢当年中国优秀的科普作家先驱们,他们的这些作品使当时还年幼的我深受激励。

可能很多年轻人会觉得坚持很难,但我觉得,坚持应该是自然而然的,而不是刻意的。本质上,只要你想坚持,你就能坚持。如果真的有梦想,那就不要轻易放弃,一旦放弃了,可能就会抱憾终身。

当然生活中有各种压力和诱惑,毕竟现在整个社会的物质条件在进步,但如果不刻意追求物质享受,只是维持一般的生活水平,我不觉得坚持是件很难的事情,至少不比我当年更难

具体到研究事业如何选择的问题,我想这是一个因人而异的事情。

比如你可能喜欢物理学或者喜欢化学,这更多是基于一种当时的机缘,取决于你当时遇到的是什么,但更重要的是取决于你自己,取决于你内心的倾向。

但不管选择了哪一样,心态上都不要急躁。 拿数学举例,有说法认为数学是一个年青时更能出成果的学科,我并不认同,我自己的工作就是个证明。这样的看法也许在几十年前有一定道理,但现在各个学科的知识总量和研究所需的知识都在不断深化,科学的发展已经十分复杂,想做一点突破得把许多之前的知识学完吃透,这不是一个能急躁的事情。

做学问上的建议,一个是广,一个是专。

“广”就是说你知道的东西要尽可能多,至少要知道其他学科领域是在研究什么,知道它们的主要问题是什么,现在已经发展到了什么程度。“专”则是在你自己做的领域,要有足够的深度。如此一来,你的知识储备就能支持你在研究上灵活迁移,触类旁通。

比如我去学代数几何之前,我的硕士导师潘承彪老师告诉我,代数几何的一些理论是可以应用在解析数论的,比如特征和的估计等,历史上代数几何也不止一次地对解析数论产生过很大的冲击。他希望我学完代数几何以后还能回到解析数论,因为他是做解析数论的。于是我就走了这个方向,没想到多年以后,潘老师这话还真说中了,我的确是把代数几何的理论应用到了解析数论,而且取得了成功,这是我的一个主要突破。现在我仍然在不断探索,把代数几何里那些相对先进或时髦的东西,跟古老的解析数论联系起来。

再一个是,不要小看基础的东西。

我相信在最基础的高等数学和线性代数中,也许就有一些特殊技巧可能对现在的数论或其他前沿研究产生新的突破,这也是我一直在关注的问题。

所以,不要小看那些看起来初等的东西,有时候其实初等的可能比高等更难,甚至更有用。

另外就是,希望年轻人胆子再大一些。

前段时间我回国参加了几个讲座,跟国内的年轻人们有一些交流,我觉得我们这些青年同学或教师都非常聪明。但我有一个感受,就是希望他们的胆子可以再大一点。

和国内一所知名大学的学生交流时,我把几个正在考虑的问题告诉了他们。我给出了三个问题,第一个最难,但是要能做出来是最了不起的,第二个相对容易一些,第三个是希望给同学们作为思考。但是我多少能感觉到,他们对于第一个问题更为畏葸不前,可能是因为不太自信——别人没做过的课题,我来做的话能做出来吗?可是话说回来,所谓创新,不就是要做别人没做过的东西吗?

即便如此,我对他们还是有信心的。在当前国内的教育体系下,高校能够招收到一大批优秀且有天分的青年学生。但我还是有句话:选拔不等于揠苗助长。太过刻意,目的性太强,反而不好。不要一开始就告诉年轻人说,将来一定要去得这个奖那个奖,那样搞不好反而是害了他们。

另外,不要设定标准答案,很多时候规定得过多,反而使得学生不敢充分地发展他们的想象力。只要教学方式合适,有足够的启发性,能够激发他们的想象力和好奇心,我相信很自然就能培养出一批优秀的中国研究者。

林林总总说了这些,当然时移世易,你们所处的环境和我当时已有诸多不同,只是给青年朋友们作为参考。

之前在知乎的回答提到了杜甫的一句诗:“庾信平生最萧瑟,暮年诗赋动江关。” 很多朋友有感触,在评论里引用了另一句:“庾信文章老更成,凌云健笔意纵横。”

我真希望我们这些聪明的年轻人真正能做出好的成果来证明你们的价值。

希望你们“诗赋动江关”,“健笔意纵横”,而不必等到暮年老成。

文章来源
https://www.zhihu.com/question/870573710/answer/5624240464

新一代GNSS波浪浮标技术国际研讨会将于2024年9月30日在山东青岛隆重举行。本次研讨会由青岛安海公司发起,正值国庆佳节来临之际,旨在以科技创新为祖国献礼。会议以“新质生产力赋能海洋波浪观测”为主题,聚焦于先进海洋遥感测绘技术在实现联合国可持续发展目标及海洋十年计划中的关键作用。

研讨会邀请了驻青岛各大海洋研究机构、研发企业及来自全球的波浪观测领域的专家学者和研究生,共同探讨波浪观测的前沿技术与未来发展趋势。会议期间,参会者将展示在波浪观测与研究方向上的最新创新成果,分享在GNSS浮标技术、数据处理及应用领域的前沿进展。

此次研讨会不仅是一个展示最新研究成果的平台,也是一个促进多方合作的契机。通过各方的深度交流与互动,我们期望推动海洋波浪观测技术的突破性发展,为未来波浪浮标技术的发展制定明确的议程。值此国庆佳节,让我们以科学创新之力,共同助力海洋科学的发展,为我国海洋科技事业的腾飞贡献力量!

主题:新质生产力赋能海洋波浪观测

时间:2024年9月30日上午

实地考察:9月30日下午

地点:中国山东省青岛市崂山区苗岭路37号山科大厦

联系人:雷老师 13553096829

指导单位

世界海洋波浪观测联合会(筹)

主办单位

青岛安海

邀请单位:

山东省海洋仪器仪表研究所
自然资源部第一海洋研究所
中国科学院海洋研究所
青岛海洋地质研究所
山东大学
山东农业工程学院
美国Sofar Ocean公司

“新一代GNSS波浪浮标技术研讨会”定于2024年9月28日至29日在山东青岛召开。会议主题为“新质生产力赋能海洋波浪观测”,拟安排特邀报告、专题学术交流、波浪浮标产品展览,邀请国内外学者、研究生、生产厂家征集展示最新波浪观测和研究技术成果及产品。欢迎广大专家学者和业界同仁相聚青岛,共同促进新时代我国海洋事业创新发展。

组织机构

主办方:

  • 青岛安海

特邀单位:

拟邀请国内外从事波浪观测单位和企业参加:

  • 山东省海洋仪器仪表研究所

图片引用:http://www.stcoi.cn/pro/hyzl/202059/17.htm

  • 美国Sofar Ocean公司

图片引用:https://www.mol.co.jp/en/pr/2024/24089.html

  • …更新中

指导机构:

  • TBD

时间地点

  • 报到时间:9月27日(周五)

  • 会议时间:9月28日至29日(周六至周日)

  • 会议地点:山东青岛(酒店待定)

议程

  • 9月28日,9:00-12:00,技术研讨
  • 9月28日,2:00-17:00,产品展示
  • 9月29日,9:00-11:00,乘船考察海上波浪浮标

费用

  • 本次会议不收取注册费,差旅和住宿费用自理。
  • 出海考察费用待定。

    其他事项

未尽事宜待后续2号通知。

联系方式

参 会 报 名:雷老师 13553096829

企 业 参 展:姜老师 15610493073

作者:David Halpern

David Halpern博士是加州理工学院/NASA喷气推进实验室的高级研究科学家。他曾在白宫科学与技术政策办公室和NASA总部工作,主持多项国家和国际委员会。目前,他担任美国在联合国世界海洋评估局的代表,以及多个科学组织的负责人和编辑。

Halpern博士开创了浅水和深水区域近地表海洋流和表面风的测量技术,尤其是在赤道太平洋的复杂环境中。他的研究集中于利用现场和卫星观测数据研究海洋环流和海洋-大气相互作用。他目前的研究兴趣包括通过观测数据约束的海洋通用环流模型来推断赤道海洋环流,以及研究大气边界层动力学的卫星观测。

他已发表超过300篇文章,获得了多项荣誉,包括美国商务部银质奖章和NASA的多个杰出奖项,并被选为多家科学协会的会士。Halpern博士拥有麦吉尔大学的地质与物理学学士学位,以及麻省理工学院的物理海洋学博士学位(导师为Henry Stommel)。

引言

研究生与其导师之间的互动因人而异,因为没有两个学生是完全相同的。我将从简要介绍我的背景开始。

我的父母在第一次世界大战期间从东欧移民到加拿大蒙特利尔。我的母亲是一名家庭主妇,我的父亲起初是一名屠夫,后来拥有并经营了一家小餐馆。他们向我及我的两个哥哥和两个妹妹灌输了教育是获得比他们更好的生活、拥有尊重的职业、终身机会和持续稳定收入的基础的观念。我们三个兄弟姐妹中的三个获得了博士学位。

在高中时,我和大约95%的同学都渴望进入蒙特利尔的麦吉尔大学,但我不知道应该学习什么专业。

1959年9月,我入学麦吉尔大学,并在求学期间居住在离家2.2公里的家中。我开始时加入了工程学院,但在第二年转到了理学院,在那里我加入了地质学和物理学的五年联合荣誉课程。我和另一名学生于1964年5月从该联合课程毕业。

暑期工作包括在魁北克加斯佩半岛为一家铅锌矿标定矿区、在不列颠哥伦比亚的落基山脉和加拿大北极群岛勘探石油和天然气储藏、以及在阿尔伯塔省卡尔加里进行理论地球物理研究。薪酬丰厚的暑期工作加上每年基于功绩的大学奖学金和居住在家中,为我提供了足够的资金完成了无债务的本科教育。

我在麦吉尔的早期就已经知道,我会追随两位哥哥的脚步,继续攻读博士学位。我非常享受地球物理领域的实地工作,并认为每隔一两年进行一两个月的此类工作将是未来职业生涯的绝佳补充。然而,野外工作时“黑苍蝇”(mouches noires)是一个可怕的骚扰。

在我大四年级开始时,考虑到去哪里攻读研究生,我请物理学教授E. R. Pounder推荐一个有新发现机会且无需应对黑苍蝇的领域。他建议我选择海洋学。我申请了三个海洋学项目,被两个接受,并在1964年9月开车前往麻省理工学院(MIT)。

在MIT的第一天,我像所有新来的研究生一样,与Henry Houghton教授进行了简短的交谈,他是气象系的主任,地点在新开放的、由I. M. Pei设计的22层绿色大楼(Building 54)的17层。在短短3分钟内,他欢迎我加入该系,并告诉我我将成为Henry Stommel教授的研究助理,我的办公室将设在1417室。

1417室很大,有一个被占用的和四个空闲的桌子,一个水槽和一个大黑板。我选择了一个面向窗户的桌子,可以看到剑桥的景色。这将是我4年零4个月的“办公室”。我瞥了一眼Stommel的办公室,1416室,去介绍自己;房间里有一幅查尔斯河和波士顿后湾的美丽景观,我了解到这样的空旷是常态。

当我申请麻省理工学院时,地质与地球物理系和气象系都提供了海洋学博士学位。我选择了气象系,一方面是因为我认为大气将是海洋科学的重要组成部分,另一方面是因为我已经学了四年的岩石学。恰好我的选择——气象系,除了拥有Stommel外,还有Jule Charney教授、Norman Phillips教授和George Veronis博士等人,他们在14层办公。

1964年,这两个系都位于新开放的54号大楼中,气象系占据了上层楼层。后来这两个系合并成了地球、大气与行星科学系,也设在54号大楼中。在我获得博士学位后不久,麻省理工学院和伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)建立了海洋学/应用海洋科学与工程的麻省理工学院-WHOI联合项目。在1969年1月我毕业前不久,我拒绝了成为该联合项目的第一位毕业生的邀请。

我对Stommel或麻省理工学院的任何其他教授都没有任何了解。在我第一天,我了解到其他新研究生都请求与Stommel合作。在我的麻省理工学院申请中,半页手写的申请理由并没有提到Stommel。

我记得有一句话表达了我想要探索海洋的愿望。也许正是这个主题让我在Stommel的支持下进入了麻省理工学院。不管是怎样的过程,我与Stommel的结合对我的职业生涯和生活产生了持久的影响。

在我到达后的几个月里,Stommel对我要求不多,因此为我适应新城市的生活和麻省理工学院的严格提供了宽松的环境。然而,他确实给了我一个任务。在11月的一天,他让我在一个纬度-经度图上标记温度。他说他会绘制等温线,因为他对等温线应该呈现什么样有一个预感。尽管他从未解释为什么,我相信他是在教我在分析数据之初就应该有一个假设。

在第一个学期结束时,我开始对自己迈向博士学位的进展感到不安,因为Stommel和我没有讨论过海洋科学,包括我的论文主题。我本以为Stommel会给我一个研究主题。我在麦吉尔大学见过类似的情况,那里的教授会为研究生提供研究主题。这一过程与今天通常使用的过程大不相同,当今的过程中,研究生需要准备论文开题报告。

冒险

1965年2月的一个雪天,Stommel走进1417室,当时没有其他学生在场。他说是时候让我去做点什么了。他描述了大气中的山脉波,比如在落基山脉东侧引起晴空湍流的那些。他向我介绍了麻萨诸塞湾的Stellwagen Bank,以及如何可能在那里由涌潮流生成的内部波。他说我应该确定麻萨诸塞湾是否存在内部波。

Stommel为何激励我寻找内部波的动机至今仍是个谜。当时,1963年4月10日美国海军潜艇“塞斯纳”号的悲剧沉没事件仍然历历在目。有一种假设认为,一个在大陆架断层生成的巨大内部波可能是导致灾难的因素之一,但没有证据支持这一理论。

此外,Briscoe(2021)指出,海军研究办公室(ONR),资助了Stommel指导我进行内部波研究的博士学位,不太可能直接影响Stommel的研究方向。

H. Stommel在加入WHOI后的第二年,就对内部波表现出了兴趣。人们很容易想象,可能是在1965年初的某一天,Stommel对海洋运作的不竭好奇心促使了他对由潮流与底部地形相互作用而形成的内部波的想法。他把这个想法传递给了我,就像他给许多其他人传递不同想法一样,例如,Stommel的6名硕士和8名博士学生都有独立的、不相关的论文主题。

几周后,Stommel给了我三个名字,作为他对如何开始的全部指示。

一是Jane McNabb,她负责气象系的日常运作并为教师提供项目财务信息,她会给我一个预算编号;

二是WHOI的Nicholas Fofonoff博士,他会借给我一个8英尺的环形Richardson表面浮标。深海系泊技术当时还处于起步阶段,1960年代中期许多系泊设备都丢失了。当Stommel提出在具有良好夏季天气条件的浅水环境中自学系泊技术和探索内部波时,我感到松了一口气;

三是在Woods Hole工作的Geodyne公司的销售代表Paul Ferris Smith,他会支持我选择设备。Geodyne生产海洋设备,包括在WHOI开发的内部记录式流速计。

到了1965年4月,大约6个月后,我已经拥有了一个研究目标、一个预算和一些联系方式。我感觉自己迈向博士学位的步伐非常迅速。我想:这不稳了么?

我研究了关于内部波的文献,并了解到应该测量垂直运动。然而,当时并不存在能够测量垂直运动的仪器。另一种选择是测量等密度面的垂直位移,温度是密度的极佳代理。我计划记录高频采样的时间序列,例如每分钟一次,测量时间短,可能为3至4天,以捕捉接近Brunt-Väisälä周期的内部波。

我设想Stellwagen Bank就像一个每12.4小时扰动层化海洋的活塞,产生具有潮汐和Brunt-Väisälä周期的内部振荡。Brunt-Väisälä或浮力振荡是垂直分层流体的自然振荡,其幅度与密度的垂直梯度有关。这种水粒子的垂直位移代表了内部重力波中频率最高或周期最小的部分。

应我的请求,Geodyne制造了一个加固的多芯电缆,其中热敏电阻间隔按我的设计特定安排。我的计划是将热敏电阻电缆垂直悬挂于表面浮标下。温度测量将通过安装在浮标平台上的Geodyne数据记录器记录。

我将把数据记录器放在浮标上,将其连接到热敏电阻链,观测期结束后断开连接,并将数据记录器带到位于马萨诸塞州沃尔瑟姆的Geodyne公司,以便在7轨磁带上准备数字输出。1965年夏季,只部署了一个测温系泊。在随后的几年中,将部署一个三角形阵列来估计内部波的传播方向。

当我去WHOI领取Richardson浮标时,Fofonoff指向一个长满藤壶、破旧不堪的样本。1965年6月初,在我与一周前刚认识的Tema的第二次约会中,我们刮掉了浮标上的藤壶。我们赞赏彼此的手工活,并在次年5月在麻省理工学院教堂结婚。

为了在麻萨诸塞湾找到内部波,我选择了一个水深82米的位置(名为“Tema站”)。我认为这个地点是Goldilocks解决方案:既不太靠近Stellwagen Bank的内部波生成区,也不太靠近海底急剧变浅的耗散区。在每个区域,与Goldilocks区域之间的区域相比,预计会有更高的湍流。

在准备阶段记录海上数据的过程中,我没有与Stommel的定期会议。当我偶尔在大楼里见到他时,我会告诉他我正在购买设备并准备在夏天记录数据。他表示,WHOI的研究船将不可用,而MIT也没有船只。这是我第一次了解到我需要找一艘船在麻萨诸塞湾进行研究。我租用了一艘当地的船。1966年,MIT购买了一艘沿海研究船,命名为RR Shrock,以纪念长期担任地质与地球物理系主席的Robert R. Shrock教授。

此后,我根据观测类型,例如系泊的部署和回收使用租来的船,而使用Shrock船在相对恒定深度拖曳热敏电阻。Stommel成功让我避免提前数周或数月申请船只时间,他倡导在近岸环境进行测量。

通过磨难

1965年7月,我在麻萨诸塞湾首次尝试系泊Richardson浮标完全失败了。这个过程存在两个严重的缺陷:
(a)我原计划使用四点系泊,这几乎注定了缆绳将会纠缠。
(b)我们租用的船只太小,证明非常危险。船长和我驶向我认为是正确位置的“T站”,因为船上没有导航设备,我们携带了两个各重1500磅的Stimson锚,用绳子绑在船的两侧。

当我们到达“T站”的位置时,我们切断了其中一个锚的绳子。当锚坠入海中时,船体剧烈地左右摇摆。我告诉船长放下另一个锚以平衡船体,并返回岸边。关于那一天的更多事件在Halpern(2021a)中有描述。

1965年8月,我在马萨诸塞州Scituate租了一艘更大的渔船。57英尺长的拖网渔船Frances Elizabeth配备有A型架、绞车、导航设备以及一支经验丰富的三人船员。我采纳了Frances Elizabeth船长Dan Arnold的建议,改变我的计划,从四点系泊改为单点紧绳系泊。

8月,我们在“T站”系泊了表面浮标(见图1),并将热敏电阻链连接到系泊绳上。几天后,当Frances Elizabeth返回“T站”为表面浮标安装数据记录器以记录热敏电阻链的温度时,发现表面浮标不见了。

显然,锚没有固定住,因为Richardson浮标和系泊绳的净浮力大于锚的重量。当系泊遇到较浅的水域时,它停止了漂移,并被马萨诸塞州Provincetown附近的Race Point海岸警卫队捕获。此后,我们在浮标上增加了多个150磅的重物,足以减少表面浮标的浮力。同时,为了增加Stimson锚的固定力,我们将一个Danforth锚与Stimson锚相连。

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我迫切希望在Stommel返回前记录一些数据。幸运的是,Arnold在我租用Frances Elizabeth时提供了最大的灵活性。9月,我们驶向“T站”,带着另一根热敏电阻链,我将其降至水下,记录了2.5小时、每8秒一次的温度测量,深度达到九个。我安排测量时间以捕捉我预测将发生的Brunt-Väisälä振荡,幸运的是,我预测正确了。

当Stommel从在帝汶海和棉兰老岛海域的Atlantis II号巡航返回麻省理工学院时,我告诉他所发生的一切,并向他展示了温度-时间图表上的波动。他对观察到的5至10分钟的变化感兴趣,这似乎与Brunt-Väisälä振荡的周期相符。

我为坚持不懈并成功找到克服初期挑战的方法而感到高兴。我为第二年夏天的广泛野外活动制定了计划。

顺利航行

在1966年和1967年的夏天,我部署了一个由三个紧线表面系泊组成的三角形阵列,每个系泊都配有多个热敏电阻的多导电缆。1966年只有一个温度数据记录器工作,而到了1967年有两个工作。

1967年,我又增设了一个带有三个Geodyne流速计的第四个紧线表面系泊,我将它们重新部署在不同的地点,以测量垂直切变,从而评估关于短周期内部波生成机制的动力学不稳定性理论。

我还拖曳了一个次表面温度传感器来记录沿其传播方向的内部波的瞬时图像,并租用飞机拍摄由内部波引起的表面光滑带。在1966年和1967年的秋季,我和Stommel进行了几次简短的会议,他对每个夏天的大量数据获取似乎感到满意。

到了1967年秋,我认为我已经收集了足够的数据来准备论文。我对自己的进展感到满意,并请求Stommel同意我在1968年4月的美国地球物理联盟(AGU)年会上提交摘要。这是我在国家会议上的首次演讲(Halpern, 1968)。我因为观众接受了我展示的由潮流在Stellwagen Bank上方流过而生成的定期出现的短周期内部波包而感到宽慰。

由于华盛顿特区的骚乱使得与会者在AGU会议期间被限制在酒店内,我有机会与许多海洋学领域的重要人物进行社交,如Gerhard Neumann教授和Willard Pierson教授。每当人们得知我是Stommel的研究生时,对我的看法都会大为提升。当时以及在我整个职业生涯中,与Stommel的研究生身份为我打开了许多机会之门。

1968年10月,我给在WHOI的Stommel打电话,告诉他我已经完成了研究并准备毕业。他说我在麻省理工学院的时间还不够长。

我去了他位于Woods Hole附近Sippewissett的家,与他讨论我的结果。他让我上了他正在用来翻土的拖拉机,我站在拖拉机上与他一起,向他讲述了我的研究工作。在拖拉机上讨论海洋学让我体会到了Stommel认为科学是有趣的态度。天黑时,我们回到他的家里。

他查看了我的论文讨论部分,并建议我在一句开头加上“人们很容易想象……”。此后,我在许多出版物中都使用了这个短语。晚饭后,他邀请我吃了晚餐,并告诉我应该邀请谁加入论文委员会,并组织一次会议,在那里我将进行论文答辩。按照他的指导,我于1969年1月毕业。

与Stommel共事

以下小插曲展示了我与Stommel的互动,他是一位非常明智、友好、体贴且支持我的人。

3.1 指导

Stommel和我没有定期安排的会议。我们很少见面!他没有要求我获得他的许可就花费他的钱;我从未请求许可,并且花费了比当时其他任何研究生都多的大量金额。他要求我将收据保留在一个大抽屉里,那个抽屉紧邻他用来放置他的收据的抽屉;这些抽屉位于1417室的地图桌下。我不记得曾经需要出示过收据,尽管我注意到他偶尔会在他的抽屉中寻找收据。

Stommel没有询问我在做什么,尽管我们在我资金不足时进行了一次深入的进展讨论。我确信我努力保持让他了解情况,尽管我不记得这样做的频率。我非常幸运,Stommel建议了一个独立的研究主题,这个主题与他正在做的工作没有直接关系,也不是等待我的结果以插入到他的研究活动中。Stommel让我自由地去做我认为应该做的事情,提供了宝贵的独立研究经验。

Stommel让我“自生自灭”,教会了我如何开展一个海洋观测的研究项目。我很高兴Stommel没有认为我需要不断地向他报告我的进展。我很感激这种高效且有效的监督方式。他对我所做的工作和我想做的工作了解得足够多,能够成功地请求ONR扩展资金。

Stommel对我的指导方式与他对其他研究生的方式相似。Wunsch、Knox和Firing,他们在1966年、1971年和1978年分别从Stommel那里获得了博士学位,也是在Stommel的指导下独立研究不同的、不相关的海洋学问题。Stommel的指导方式可能与当今研究生教育中常见的需要导师和研究生或一组研究生频繁面对面会议的方式不兼容。

在我的案例中,Stommel的指导对我来说是理想的,使我能够对自己的决策负责,并建立作为一个独立研究者的自信,这在我第一份工作中非常重要,在那里我在一个相对不知名的小机构创建了一个受到广泛认可的浮标组

我在4.3年内迅速完成我的学业的遗憾是没有花时间与Stommel进行更多讨论,尽管他始终愿意在MIT或WHOI闲聊。

3.2 连续经费支持

1965年当我开始购买设备时,我想知道Stommel如何能支持我的野外活动,因为我不知道他已经从ONR请求了资金来观测麻萨诸塞湾的内部波。我想象ONR为像Stommel这样的杰出教授提供了无限制的基金,用于基础研究,这与政府机构的大块资金类似。

这种看法是由冷战和1957年第一个人造卫星的发射激发的,当时美国决定大力推动包括海洋在内的许多科学和技术领域的发展,并提供充足的资金支持。

Stommel没有给我一个我可以花费的最大金额,我也从未问过这个重要的问题。到了1967年初,McNabb告诉Stommel,我正在以惊人的速度耗尽他的预算。 Stommel要求我准备一份简短的进展报告,包括请求额外资金的请求。

根据Stommel的要求,ONR提供了额外的资源,包括采购第四个带有3个Geodyne流速计的系泊,以探索观测到的内部波的动力机制。作为Stommel的研究生,我很幸运能够轻松获得额外的资金。当我进入第一份工作时,我意识到这种情况是多么不寻常。

3.3 启发

观察Stommel持续不断的热情和求知欲,发表前沿研究的论文,与全球同行会面及合作,参与观测计划,培养学生,并为海洋学界提供建议以推动对海洋环流理解的突破,这些都激励我在完成博士学位后尝试遵循这一模式。

在哈佛大学、麻省理工学院和伍兹霍尔海洋研究所共同举办的双月地球物理流体动力学研讨会上,Stommel和他的同事之间关于海洋环流和物理海洋学发现的热烈而友好的辩论,这种氛围是我未来职业生涯中渴望的。我希望加入一个类似于我所见的那样的海洋学社区。

Stommel曾评论说,在维多利亚时代,参与科学活动是富人的爱好。他随后会说,我们生活在一个非凡的时代,我们可以得到报酬来从事我们真正喜欢的活动。 对他来说,从事海洋科学的职业生涯是有趣的,对我来说也是如此。在我的职业生涯中,我遇到的每个人都对选择与海洋科学相关的职业感到高兴,这与Stommel的热情相呼应。

3.4 发现的喜悦

Stommel在我和他遇到的每个人身上都激发了科学发现的快乐。作为第一个测量短周期内部波的规律出现的人,这是一次奇妙的经历。一旦取得突破,对更多发现的渴望就不会停止。这种追求引领我开创性地进行了沿岸上升流区域的近表面流速测量以及在1980至1985年间赤道太平洋的赤道底层流(EUC)的流速和温度变化测量。

3.5 仁慈之心

Stommel非常体贴、温暖且待人亲切。以下是几个例子:

(a)我结婚后不久,我在Stommel位于Sippewissett的家中用餐,餐后他的妻子Chickie祝贺我。她说:“Hank,我们还没有给Dave婚礼礼物。请在阁楼找些东西。”他拿着一只美丽的古董摆钟下楼,这块钟一直放在我们家中,让我们不断感激他们。

(b)当Stommel一家住在马萨诸塞州康科德时,Tema和我受邀参加了他们家的感恩节庆祝活动。我们很感激被邀请参与这种温馨的家庭传统。这成了我在监督学生时效仿的榜样。

(c)Stommel非常细心地安排了Tema陪同我前往英格兰,那时我将作为他的博后在直布罗陀会见英国皇家研究船“Discovery II”参与地中海翻转环流(MEDOC)航次。Stommel与John和Mary Swallow安排我们在他们位于萨里郡Witley的可爱家中做客。Mary为Tema在萨里郡Godalming找到了住宿地,而我在海上度过了一个月。

3.6 玩心

Stommel的玩心总是显而易见。以下是两个例子:

(a)我曾问他为什么他的办公室里放着一把斧头。他说他会一遍又一遍地看着它,当他希望一位访客离开时。我还听说过一个额外的解释,Stommel说他会在火灾时使用斧头,因为绿色大楼的窗户无法打开。

(b)有一次,Stommel长时间外出时,他请我打开他的邮件,并根据我的判断发送一封打字的信,信中写着Stommel已去世。

毕业后

4.1 博士后研究

1968年秋,当我正在完成我的论文时,Stommel邀请我在1969年2月参加地中海西北部进行的深水形成研究的MEDOC航次,作为麻省理工学院的博士后研究员。这是在里昂湾,那里冷干的Mistral风刮过。

我相信Stommel意识到我与我的同时代人不同,没有在海上研究船上的经验。我与John Swallow博士一起在“Discovery II”号上工作,然后在英国国家海洋学研究所。这是我第一次参加海洋学航次,我感谢Stommel意识到我需要这样的经验。

Swallow教我如何在恶劣海况中进行Nansen取样。这次航行意外地让我发现,我非常容易患有严重的晕船。如文首所述,我选择海洋学是为了避免昆虫,只是没想到在海上工作会有不同的挑战。

4.2 Stommel的来信

在我离开麻省理工学院后,Stommel似乎一直关注着我的进展。我惊讶于Stommel对我的职业生涯的真诚兴趣,以及他多么频繁地无需请求就给我发去鼓励的话。他的信都是手写的,我非常珍视。

以下是三个例子。1971年9月2日,他写道:“这个夏天我多次出现在T站。波列是一个非常适合校准和测试我们新的垂直速度测量设备的地方,我们打算今年春天在地中海拖曳使用。”他的笔记极大地增强了一个早期职业科学家的信心。

1973年12月7日,Stommel写道:“Dave,我认为你正在做重要的工作,这是别人未曾尝试的。我知道这是一项艰苦的工作,但它是值得的,你正在收集独特的数据集。祝贺并感谢你。”

1981年1月19日,Stommel写道:“我认为TO-AN变得非常精彩。在哪里可以在出版物中阅读这么多出色的未发表手稿?”与他以前使用的WHOI信纸不同,他创造了一个适合旅行用的“简易邮件”或“廉价电邮”,标有“空运”和“海运”。

从我的教授那里收到自发的赞扬非常珍贵。“TO-AN”是热带海洋-大气通讯,始于1980年,用于及时沟通和交流生物学家、化学家、气象学家和在20°S到20°N热带地区工作的物理海洋学家之间的想法。TO-AN通讯的典型长度为16页,从1980年1月开始作为季刊出版,1982年1月后变为双月刊。我在1980-1984年间担任创始主编。

4.3 T站的遗产

感谢Stommel建议在麻萨诸塞湾研究内部波,T站定期出现的短周期内部波包成为了其他科学家的研究资源。Stommel是第一个利用这一现象的人。使用T站进行实地活动的其他人包括Haury等人,Butman等人,以及Scotti和Pineda,他们共同研究了内部波对浮游植物和沉积物的影响。

此外,T站内部波的发现催生了一系列关于其生成机制的理论思考。

4.4 第一份工作

我非常感激Stommel在我毕业前后告知我职位空缺的信息。1969年5月,Stommel写信给我,告知在华盛顿州西雅图的美国环境科学服务管理局太平洋海洋学实验室(后更名为国家海洋和大气管理局太平洋海洋环境实验室)有一个职位空缺。我申请了这个职位,并于1969年8月接受了POL的工作邀请。POL主任William Barbee告诉我,Stommel的推荐信——仅仅一行手写的文字,称我很优秀——在我被录用中起了决定性作用。

1969年11月,当我加入POL时,那里大约有20人,主要从事全球海洋地质和地球物理研究以及物理海洋学研究。我相信,与Stommel的博士经历给了我足够的信心和专业知识,加入这样一个规模较小的机构。

从向国家科学基金会的国际海洋探索十年计划提交的一份提案开始,我创立了一个用于浅水和深水连续时间序列观测的浮标组,这导致了1973年沿岸上升流区域的Ekman层的开创性流速测量和1976年及1977年太平洋赤道底层流(EUC)的流速测量,并在随后的几年继续进行。持续的、连续的现场赤道底层流流速测量至今仍在进行。

我深感荣幸,我的成就让Stommel感到满意,正如他在自传中提到的:“在所有我在麻省理工学院指导的学生中,有两位我非常尊重他们持续并刻意从事海上工作的兴趣。Dave Halpern和Eric Firing都以自己的方式热爱海上工作,并在那里找到挑战——这有点像John Swallow,一个海洋学家的海洋学家的传统。当我想到Halpern在太平洋进行的长期而独立的系泊流速计测量活动,以及Eric在檀香山到大溪地穿梭实验中反复进行的剖面工作时,我实在是充满了钦佩。”

Firing是Stommel的最后一个博士学生,我很荣幸Firing曾是我的博后。Stommel对我的贡献的认可远远超出了我作为他学生时的任何期望。

结语

虽然野心和才能对成功很重要,但好运同样重要。幸运将我带入了Stommel的影响轨道。这种命运的转折使我遇到了一位了不起的人,并拥有了一个非常满意的职业生涯和生活。