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大自然贈予航海者的測量工具

唐代詩人白居易在《憶江南》中寫道：“日出江花紅勝火,春來江水綠如藍。”常被后人譯為，燦爛的陽光把江畔的野花照耀得比火還要紅，春天的江水如藍草一樣碧綠清澈。但是，這一催生無數名詩名畫的水上美景，實為陽光在波動水面鏡面反射的物理現象，科學術語稱之為“太陽耀光”。

航海者將太陽耀光視為大自然贈予他們的精準測量工具。200多年前，就有人利用太陽在地平線上的高度、水面太陽耀光條帶的長寬所對應的視場角度，測量波浪斜面的坡度。

國外科學家運用太陽耀光航空攝影測量獲得的波浪斜面坡度與海面風場關系式，揭開了海洋與大氣相互作用的“面紗”，在氣象預報和氣候變化預測中大顯身手。

福建東山島，盡顯海面太陽耀光的蘇峰霧海日出（攝影/方騰越）

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我與太陽耀光的初次邂逅

機緣巧合，我也有幸進入對太陽耀光這一領域的研究。

20世紀末，上網速度還很慢，在網上瀏覽資料很不方便。于是，每次出差到北京，不論日程安排多緊張，我都會抽時間到中國科學院中國遙感衛星地面站查閱衛星遙感數據，常常一待就是好幾個小時。

記得那是個陽光和煦的下午，我正在瀏覽臺灣海峽索引圖像，恰巧看到一張來自美國的陸地衛星遙感圖像，其高亮區形態并不是常見的空中云像，卻似海底的潮流沙脊形態。這應該是為海底光纜選線的海洋地質同行們晝思夜想的臺灣淺灘水下地形信息！

收到數據光盤后，放進電腦一看，果真是疊加著優美沙波群的水下潮流沙脊。但是按經典的計算方式反復推演，我卻始終得不到與實測水深剖面相匹配的結果。帶著疑問我請教了專攻波浪遙感的同事楊勁松，方知國外也有類似案例。

沿著他們的思路，確認這是水下地形調制波浪斜面坡度形成的太陽耀光遙感圖像后，我的學生邵浩將“臺灣海峽沙波的太陽耀光遙感研究”作為論文選題。于是，我們便一同投入到太陽耀光這個令人著迷的領域。

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不唯書 只唯實

1997年，曾有國外著名學者發表了一組與太陽耀光有關的公式，但錯將其中一個加號寫成了減號，且被其他同行一直沿用。

2011年，邵浩在臺灣海峽沙波的太陽耀光研究中發現了這個問題，隨即推導驗證出正確的公式，并反復通過他的論文向同行提醒。

這個修正在太陽耀光研究領域具有里程碑式意義。也因為有了正確的公式，近年來衛星海洋環境動力學國家重點實驗室的張華國團隊，應用多角度衛星太陽耀光遙感技術，在探測海面粗糙度和等效折射率方面收獲頗豐。

科學無小事，一個公式、一個符號都關系著研究的最終成敗。對于有爭議的數據、公式、論點，即便是國際學術權威發表的，也要敢于發表不同意見，這正是年輕人的優勢。

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科研如同一場接力賽

水下地形的太陽耀光遙感探測，需要在海上現場測量一些重要參數。但是國外同行始終沒有找到最優的測量方案，因此測出的數據一直不理想。

2006年，邵浩根據廈門大學的儀器特點，巧妙地設計出一套觀測與推算方案。我們用延平2號科考船在臺灣淺灘沙波群核心區一個周長為12.8千米的三角形閉合測線上，連續重復航行28圈進行測量。

福建海洋研究所延平2號科考船在臺灣淺灘沙波群進行測量，
沙波脊線位于遠處光強突變線的水下十余米深處（攝影/李炎）

沙波群是個天然的水波儲能帶，無風三尺浪。科考船在海上不停顛簸，28圈航行下來，除了專注航行和觀測的人們外，其他人都已轉暈了。但這顛簸的28圈卻讓我們“抓住”了一系列重要的物理量！

科研如同一場接力賽，對個人意志力和團隊協同性都是大強度的磨煉。太陽耀光遙感研究的成果，已經為海洋與大氣相互作用、水下地形、海洋溢油、海洋內波的快速精準探測，打開了更廣闊的空間。中國新一代的海洋學家們，正將這個精準但緩慢進展的領域，轉變為精準且迅速進展的領域！

責任編輯｜高琳 岳煥琦

運營編輯｜岳煥琦 李元龍
質量審核 | 業蕾
文章來源 | 《知識是力量》雜志《海洋學家的科研日常》，撰文/李炎（廈門大學東山太古海洋觀測與實驗站），原創作品轉載請注明來源。

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