我在南大西洋追涡旋：两个中国年轻人的远洋科考日记

谭哲韬马天2026年08月17日约 14 分钟

编者按

本文的作者是两个跟海洋打交道的年轻人，谭哲韬研究海洋气候变化，马天研究台风和海洋季风环流。虽然他们已经分析过数以百万计的海洋、大气现场观测数据，却很少有机会去到观测现场。

今年夏天，他们在南大西洋参与了一场国际联合科考。海上科考到底是什么体验？从实验室里的“数据处理工”到第一线的“数据生产工”，他们又有怎样的感受？在这篇记录里，有两人第一次亲手采水样、放气球、追涡旋的经历，他们也终于知道，那些在陆地上能随手点开分析的数据，背后却藏着沉甸甸的分量。

让我们跟他们一起，去南大西洋看看。

今年夏天，作为法国科考船“马里翁·迪弗雷纳号”上仅有的两名中国科研人员，我们在南大西洋度过了五周。

这是我们第一次参加远洋科考。我们有机会亲眼见证一条条数据怎样从海里产生，也第一次见识了一种新奇的科考组织方式：船往哪开，不是出发前定好的，而是前一天才决定的。

五周里，我们追过“涡旋”，也追过失联的海上设备；采样过超过5000米深的海底水样，也放飞过人生第一个探空气球；经历过晕船、狂风巨浪的拍打和仪器故障，也见过鲸鱼、彩虹和铺满整片海面的朝霞和落日。

在南大西洋进行海上科考究竟是什么体验？请听我们细细讲述。

法国科考船“马里翁·迪弗雷纳号”

登船前的合照（左：马天；右：谭哲韬）

任务：追踪海洋中的“台风”

这次科考航次属于欧盟ERC Synergy项目WHIRLS，要研究的是海洋中的“台风”，科学上称之为“涡旋”（eddy）：它会像台风一样旋转，也能边移动边携带大量热量、盐分和其他化学物质进行跨洋盆输送。此次科考任务就是要研究涡旋的内部结构、它如何和大气进行交换、涡旋结构内的海洋生物地球化学过程，以及最终如何影响气候。

科考区域是南大西洋开普海盆（Cape Basin），大约在南非开普敦西南方向100-500公里处，这个海盆是全球海洋涡旋活动最强烈的区域之一。印度洋暖而咸的海水绕过非洲好望角南端后，一部分会以涡旋等形式被“甩入”南大西洋。这些水体不仅改变区域海洋环境，还参与大尺度海洋环流，塑造了大西洋盆地暖而咸的气候特征，也是大西洋翻转环流（AMOC）的重要组成部分。

从全球海洋逐步放大到南大西洋的一处涡旋。中间图的蓝色边框标注的区域为此次科考区域（开普盆地），位于南大西洋靠近南非开普敦/好望角附近。右图中海里的巨大螺旋正是本次航次追踪和观测的目标——涡旋（以表层叶绿素（Surface Chlorophyll）作为变量识别），直径约100公里。

要真正“看清”一个涡旋，需要同一时刻进行多点观测。本次科考使用了法国的“马里翁·迪弗雷纳号” 和南非的“阿古拉斯二号”两艘大型科考船，船上有来自中国、法国、德国、瑞典、南非、英国、意大利、波兰等国的100余名科研人员。科研人员要利用卫星、漂流浮标、滑翔机、海面通量仪、走航式剖面仪（MVP）、温盐深仪（CTD）、大气激光雷达和探空气球等多种平台，希望在尽可能接近的时间里，从高空、海气界面到海洋内部，对同一个涡旋系统进行立体“体检”。

6月20日，我们到达南非开普敦，为航行前做最后的准备。当北半球在过夏至的时候，这里却是冬至。然而开普敦虽然是非洲大陆的最南端的城市，却依然能在这个季节穿短袖（好一个地中海气候！）6月28日，航次正式启航，为期1个月。

海上视角遥望开普敦的地标——桌山（Table mountain）

来到“咆哮西风带”，我们先晕船了

在这次科考之前，我们的出海经历很少（马天参加过几次海洋考察，谭哲韬完全没有海洋考察经历）。出发前，我们想象过仪器布放、通宵轮班和海上讨论的情景，唯独低估了南大西洋西风带的威力。

什么是西风带

西风带，又称暴风圈，是行星风带之一，它位于南北半球的中纬度地区，在南半球更为明显。由于南大洋是一片开阔海域，印度洋、大西洋、太平洋在这里交汇，无陆地阻挡，西风受到的摩擦力小，海水畅流无阻，流速极快，形成了环绕南极洲由西向东的西风漂流，是全球海洋环流系统中最强劲的洋流。“咆哮西风带”是人们对南半球西风带的形象称呼。这里常年盛行5级~6级西风和5米~6米涌浪，7级以上的大风天气全年各月都可达7天~10天。

启航第一天，海况就给了我们一个下马威。两个人都很快晕船，身体感觉被掏空（晕船的感觉就是想吐），也很难集中注意力。但与此相反的是，我们的博士后合作导师、航次首席科学家萨布丽娜·斯佩奇（Sabrina Speich）第一个晚上却只睡了不到四个小时。凌晨四点，她仍在处理工作、发送消息、协调第二天的安排。当我们还在努力适应晕船的时候，她已经开始处理一整艘船的问题了。

第三天，也就是6月30日，我们终于可以开始工作了！

我们俩的工作内容简单说来就是“一个主要向下看，一个主要向上看”，谭哲韬负责CTD海水采样和剖面数据处理等水下观测，马天负责风场激光雷达的运营和探空气球施放等大气观测。

我们（左一：马天；右一：谭哲韬）和博士后合作导师、航次首席科学家萨布丽娜·斯佩奇(Sabrina Speich)（左二）的船上合照

水下观测：一条数据的“重量”

CTD（温盐深仪）是海洋科考中最常见、也最关键的观测设备之一。它随着绞车下放，可以连续测量不同深度的温度、盐度和压力，并搭载溶解氧、营养盐等传感器。环绕仪器排列的采水瓶会在设定的深度闭合，把那一层海水带回来。

CTD长这样

船上收放CTD

CTD出水回到甲板后，属于科考队员的忙碌才刚开始。

首先需要按照顺序从采水瓶中取样。我主要负责采水瓶中的盐度和溶解氧的取样。得到的盐度样品需要通过实验室盐度计（电导仪）测定盐度，而溶解氧样品则使用经典的Winkler滴定法测定（我已经快把中学化学课上学过的酸碱中和滴定快忘完了！），用来校准和检验传感器数据。

溶解氧和盐度的取样。

溶解氧需要在取样之后往容器里加入氯化锰、碘化钠、氢氧化钠形成高价锰的水合物沉淀（左上图），然后加入硫酸酸化后形成碘；滴定仪用硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃；又名大苏打）滴定并反推出水中的氧气含量（右上图）。

好在有组长埃米莉·格罗斯泰芬（Emilie Grossteffan）的带领。她手把手地教我怎么样取样、怎么样滴定、原理是什么。这一套流程看起来似乎非常的标准化，实际却处处需要小心。取溶解氧水样时如果混入气泡，样品就可能被空气中的氧气“污染”；温度记录不准确、试剂加入不规范、滴定终点判断有偏差，也都可能会把误差带进最终结果。

以前在中国科学院大气物理研究所读博的时候，我的其中一个课题课题是参与全球海洋温度和溶解氧数据的质量控制和偏差订正，当时我就知道，不同仪器和采样方法的差异可能存在偏差。但是，如果想要真正领悟“仪器偏差为何产生”，如果没有亲身经历海洋科考，是很难彻底直观理解的。幸运的是，通过参与此次溶解氧的采样和滴定，我第一次把我作为合作者的论文里的溶解氧偏差来源（Gouretski et al., 2024）和真实的操作一一对应起来：一个气泡，一次温度读数，一处不够规范的操作，都可能在多年后成为某个数据使用者屏幕上的偏差点。

一次深海CTD观测需要停船，然后往往要占用数小时船时。背后还有船舶、燃料、绞车、仪器、实验室和许多人的协作。海洋观测数据之所以稀缺，不是因为科学家不想多测，而是每一个剖面都来得很慢、很贵，也很不容易。

海上各种浮标布放现场。（左上：海气通量浮标X-spar，右上：BGC-Argo浮标；右中和左下：波浪式滑翔机；右下：水下滑翔机。）

大气观测：没想到放气球也这么难

此次科考船上，搭载了我国青岛镭测创芯科技有限公司生产的三维扫描测风激光雷达Wind3D 6000（下图），这是船上唯二的来自中国的设备（另外一个是大疆无人机）。它安装在直升机甲板上，扫描头不断转动，向不同方向发射激光，用于测量风的基本要素。

严格来说，激光雷达并不是直接“看见”一整块三维风场。它首先要测量空气沿每束激光方向的运动速度，再通过多个方向的扫描重建风场。按照设定，它会在七个方位上，从接近海平面的方向一路扫到仪器的正上方90°，像在船的上空反复展开一把巨大的扇子，最终获得时间分辨率非常高（每3.5分钟一次）的风场切片。将这些切片与海表通量、海洋剖面和其他气象观测结合起来，科考人员便能追踪海洋涡旋或锋面经过时，海气界面附近的风场和大气边界层如何响应。

船上的Wind3D 6000照片和扫描三维风场图

这个设备与平均4小时放飞一次的探空气球，共同构成了大气测量的主要手段。过去，面对电脑上一条条大气温度廓线（T-InP图）或一张张风场图时，我很少去思考它们从何而来。直到站在南大西洋的甲板上，我才发现，一次探空气球的放飞，远不只是松开手中的气球那么简单。氦气要准备，传感器要检查，信号要确认，放飞时还要判断风向、船位和船尾湍流。

海况恶劣时，瞬时风速超过20 m/s（相当于热带风暴级别的风速）。人连站稳都困难，气球刚离手就可能被乱流拉扯。本应向上飘去的气球，有时会被下沉气流压向海面。一次看似简单的放飞，也可能以气球爆裂或者传感器被坠入海中收场（价值约1000元人民币的探空气球设备就这样损失了）。

马天放探空气球

大疆无人机观测（无人机上搭载了观测大气温度、压力、湿度的传感器）

数据“过夜”？那是不可能的！

除了采样和观测，我们俩还要实时处理观测得到的数据。我们需要负责处理温度、盐度、溶解氧、营养盐和浑浊度等剖面数据，以及风场观测数据的初步质量控制和分析。观测设备完成一组观测后，数据就会进入船上的本地服务器。我们需要检查明显的异常，统一成常用的数据格式，并绘制垂向剖面和断面图，再把涡旋内部、边缘以及锋面附近的差异展示出来。

为什么数据处理要这么急？

因为，这些数据不是等航次结束后再慢慢整理的“成果图”，而是第二天航线和观测策略的依据。

如果温盐结构显示我们还没有穿过涡旋中心，船可能需要继续调整航行方向；如果某个锋面比预想中更尖锐，CTD/MVP应该在哪里加密观测？漂流浮标（drifter buoy）放在涡旋的哪一侧，最有可能获得最大的收益（例如记录到最关键的过程）？这些问题都要在数据还“新鲜”的时候讨论。

每隔两天，我们还需要参加船上的科学研讨会。不同专业不同视角的人会聚到同一张图前进行讨论：做大气观测的人看到的是风和边界层，做物理海洋的人关注温盐结构与流速，做生物地球化学的人关心氧、营养盐和浑浊度。只有把这些线索拼在一起，才可能接近涡旋作为一个完整系统的样子。

得益于船上的本地的服务器以及星链网络Starlink，航次并不是“把数据采完，回到岸上再做科学分析”。相反，这个过程在船上就已经开始了。

船上数据分析讨论现场

P人友好：船往哪儿开？前一天才决定

这次航次让我们印象很深的一点，是它没有在出发前把每一个站位和每一段航线全部定死。

出航前，航次只确定了大致研究海域和核心科学目标，但具体船要往哪里开、在哪里加密观测，会根据现场数据实时不断调整。

每天的航次会议上，首席科学家和各观测团队会将刚处理完成的船载数据，与实时下载的卫星海表面高度、海表温度、天气预报等资料结合起来，判断目标涡旋的位置、形态和演变，再决定未来一两天船往哪里开、哪些地点值得投入时间。也就是前一天在航次会议上开会决定明后两天船“往哪里开”。

这种安排非常依赖两个条件：第一，数据必须尽快实时完成处理；第二，船上不同团队需要及时共享数据信息；第三，船上的本地数据服务器和较好的网络条件，能使最新观测能够快速汇总。

与我们以往接触过的、出发前就把站位和航线安排得很细的科考航次相比，这种方式更有机动性。但两种组织方式并不存在简单的高下之分。固定站位有利于保证可比性和任务完成度；动态路线更适合追踪会移动的涡旋、锋面或其他事件型目标。

船上进行的涡旋结构初步分析。

左图为我们的航次依据卫星高度计数据计算得到的涡旋具体位置（红色为反气旋式涡旋，蓝色为气旋式涡旋）：这样我们就能实时知道我们的科考船在涡旋的哪个位置，并判断科考船接下来要往哪里开（图上的白色线为科考船走过的路线）。右图为MVP（走航式剖面仪）对涡旋温度进行走航观测的结果（红色偏暖、蓝色偏冷）：可以看到反气旋偏暖（暖涡），最大异常值不在表层，而是在约300米和700米处。而气旋偏冷（冷涡）。冷涡、暖涡交汇处出现了“灯丝状”（filament）的特征。

所以，南大西洋海上科考是什么体验？

航次结束之后，我们半开玩笑地总结，合格的海上科考队员除了要懂科学，还得要具备三种“隐藏技能”：身体扛得住风浪，心理扛得住不确定性，睡眠被切成分散的几段以后仍能保持激情和活力。海上科考没有“周末休息、晚上睡觉”一说，仪器布放、采样和数据处理都可能是7x24小时不停歇进行。

如果让我们回忆印象深刻的时刻，那可太多了。毕竟在海上航行，最不缺的就是各种意外了。

这1个月里，我们经历过：

MVP（走航式剖面仪）坏了，修好后又坏，然后再修，然后再继续坏，最后直接out of order了；

CTD（温盐深仪）采水瓶在回收的时候因为风太大，砸到了船体，数个采水瓶当场裂开；

Wave Glider（波浪式滑翔机）不受控制偏离预定研究区域，科考船被迫中途调整航线前去“拦截”和回收；

大气无人机作业中，设备“炸机”自由落体掉到海里；

探空气球施放过程中因为遇到下沉湍流发生“爆炸”；

放探空气球（手动滑到第12秒看气球如何爆炸）

“拦截”和回收“迷失方向”的波浪式滑翔机

这些插曲听起来很像“故事合集”，但实际上包含了很多不确定性和无奈，也其实构成了海上科考的常态。

当然，船上的生活并不总是紧绷。得益于不那么差的网络信号，我们也能和陆地、家人保持联系，甚至还能偶尔看看世界杯直播。世界杯只要有法国队的比赛（因为是法国的船），就会有直播可以看！

在半决赛法国对阵西班牙罚丟点球的那一刻，法国的同事和南非的同事的完全相反的反应

要说海上最惬意的时刻，那就是放飞人生中第一只探空气球，看它带着传感器消失在高空的时候；是把刚采样得到的数据画成断面，再看着科考船根据这张图改变航向的时候；是在工作的间隙，忽然看到鲸鱼跃出海面的时候；也是海上日落把海面染成金色的时候，更是雨后天晴，一道道彩虹出现在天边的最美时刻。

最美海上日落

雨过天晴的彩虹

看看我们在海上的工作日常吧！

结语

通过这段经历，我们终于知道，曾经处理过的成千上万条观测数据，获取的过程并不是“点击”“下载”这样轻易，背后可能要经历“九九八十一难”，付出一线科研人员极其宝贵的时间和金钱成本，才能被采集到。

7月28日，“马里翁·迪弗雷纳号”回到开普敦港口，为期1个月的“南大西洋追涡旋”经历终于结束。离别的时候，大家都在合影，记下这些相处、陪伴了1个月的面孔。这段时间里，大家从陌生到熟悉，依依不舍。在考察最后一天里，我们把船上本地服务器的数据和初步分析结果都备份并共享到了大家的电脑上，用于接下来进一步的科学探索和研究。这些数据，在不久的将来，也会免费开放共享给世界各地的研究者们。

全体科考队员的合照

（本文图片、视频均由作者提供）

参考资料：

[1] WHIRLS项目官网：https://www.whirls.eu/

[2] Gouretski, V., Cheng, L., Du, J., Xing, X., Chai, F., and Tan, Z.: A consistent ocean oxygen profile dataset with new quality control and bias assessment, Earth Syst. Sci. Data, 16, 5503–5530, https://doi.org/10.5194/essd-16-5503-2024, 2024.

作者简介

谭哲韬，理学博士，研究方向为海洋气候变化、物理海洋学和海洋观测技术提升，现为法国动力气象实验室-巴黎高等师范学院（LMD-ENS）博士后研究员，博士毕业于中国科学院大气物理研究所。

马天，理学博士，研究方向为海气相互作用和台风，现为法国动力气象实验室-巴黎高等师范学院（LMD-ENS）博士后研究员，博士毕业于中山大学大气科学学院。