海洋科学在开发海洋、利用海洋、保护海洋、管控海洋等方面具有举足轻重的作用。早在1995年苏纪兰等^[1]就提出:海洋科学的发展涉及我国的海洋开发、权益和未来, 其意义远在学术问题之上。可以说海洋科学是国家战略的一部分, 世界海洋强国已把海洋科学研究和探索海洋的能力作为维护国家海洋权益的重要手段。

长期的环境观测、样品获取和数据积累是人类认识海洋和研究其发展规律必不可缺的基础资料; 海洋调查是人类了解海洋、认识海洋的必由之路。美国科学基金会一直把基础理论的研究建立在实践是第一性的认知基础上。由美国海洋学研究人员撰写的《海洋揭秘50年:海洋科学基础研究进展》^[2], 总结了1950— 2000年由美国科学基金会资助的项目中所产生的划时代的科学成就, 这些研究均与海洋调查有关。如在1976年, “ 阿尔文” 号下潜到深海底部并发现了海底热液喷口, 生物海洋学在思维上经历了一次巨大的震撼, 这种极端环境下的生态系统刺激着每一个人的想象力。美国科学基金会大力支持和指导的大洋钻探计划(Ocean Drilling Program, ODP), 已在全球大部分海域一千多个位置取得了海洋沉积物和地壳的岩心, 并验证了一些重要的假说, 如海底扩张假说等。由此可见一些重大的海洋科学理论的形成首先来自于对海洋的感性认识。

海洋科学考察船和调查设备是进行海洋考察与研究的重要平台和必要工具, 考察船和调查设备的运行维护需要庞大的经费支持。过去我国科学考察船的船舶所有权、管理权和使用权受部门所有制的束缚, 缺乏相互协调和共享使用机制, 一些没有考察船的研究单位出海调查异常困难。即使是有船单位, 考察船多用于承担国家指定的调查任务, 大批的科学家很难有机会利用考察船进行自由探索和海洋科学创新研究。国家自然科学基金项目受经费所限, 无力支付出海调查费, 大批需求出海调查的科学家不得不面临无船出海的困境。截至到2005年底, 海洋方面只有不足1/3的基金项目使用来自其他渠道的调查资料进行研究, 而其余的只能利用再分析资料和计算机进行“ 室内研究” 。

随着我国经济快速发展, 以科学考察船为代表的海洋科学观测平台建设不断加强, 但由于缺少有效的管理制度, 有的考察船一年只出海30余天, 一些有船单位在为船舶和调查设备的长期闲置而发愁^[3]。

为此, 海洋学界的院士及知名科学家曾针对海洋科学考察船的使用问题, 通过公开撰文向中国科学院和国家自然科学基金委员会(简称基金委)提出改进建议, 同时向全国人大撰写提案, 呼吁开展海洋调查航次共享计划^[4], 即让多个基金项目联合使用一条由基金委租用的考察船。这样既可以比单一项目租船节省经费, 又可以使考察船高效利用。同时多个项目聚集在一起开展调查, 基础资料可以共享, 促进多学科相互交流、相互碰撞和相互提高。

2004— 2007年, 中国科学院率先对海洋科学考察航次的开放与共享进行了有意义的尝试, 中国科学院南海海洋研究所在我国南海北部进行了海洋观测开放航次; 中国科学院海洋研究所在黄海至南海北部进行了每年一度的中国近海海洋科学考察开放航次, 这为共享航次计划做出了初步的尝试和实践^[5]。

为从根本上解决科学基金项目对海洋科学考察船的需求, 2008年基金委组织了“ 海洋科考船运行模式管理研修班” , 赴美国多个海洋科学研究单位和大学进行了广泛调研, 通过对美国海洋科学研究体制、海洋科学考察船的管理形式、海洋科学研究的现状和海洋科学人才培养等多方面的深入了解, 根据我国的具体国情, 初步形成了我国海洋科学考察船共享使用的基本构想。

2009年基金委启动了“ 国家自然科学基金海洋科学考察船时费专款” 项目, 该项目的设立是为需要出海调查的国家自然科学基金项目提供考察船运行时间 ( 简称“ 船时” ), 以确保基金项目海上调查的顺利实施。通过合理、有效地调配考察船资源, 将基金项目的出海需求与考察船的高效利用统筹起来。在我国创建了“ 海洋学考察船开放与共享” 的新机制, 因其开放与共享的特点, 亦被称为“ 共享航次计划” 。

“ 共享航次计划” 的管理理念是科学家共同参与管理, 在科学基金的框架下, 按照公正、公平、安全、经济、科学的方针开展共享航次项目的资助与管理, 将运行资助方(基金委)、船舶所有者及航次组织承办单位(研究所或高校)和用户(科学家个体)密切联系起来。为此基金委成立了“ 共享航次专家组” 、“ 资料共享服务中心” 和“ 共享航次项目管理办公室” 3个组织共同参与共享航次的实施与管理。基金委每年组织航次专家组与航次项目管理办公室一同进行年度航次设计, 其中包括:建议资助的“ 船时” 项目和租用的考察船, 决定年度的考察航次计划以及航次首席科学家, 审核航次执行单位和首席科学家提出的航次实施方案等, 资料共享服务中心负责所有航次调查资料的汇交管理和信息共享服务等工作。航次项目管理办公室负责 “ 船时” 项目自由申请平台的建设与管理; 首席科学家负责航次组织、协调工作、调查实施等工作; 大家各行其职、相互配合、相互监督与制约, 共同为推动共享航次的顺利实施献计献策。

共享航次调查项目运行时间为1年, 项目结题验收时, 基金委召集专家组和资料中心负责人, 听取项目负责人汇报共享航次调查执行情况, 确保船时共享航次的实施符合预定的科学目标。同时听取有关共享航次调查资料汇交情况, 确保国家巨资投入所取得的数据成果统一保存与管理, 实现共享航次调查资料的永久保存和共享使用。

2009年9月3日基金委通过官方网站(www.nsfc.gov.cn)发布了《关于申请国家自然科学基金项目海洋科学考察“ 船时” 的通知》, 向全国相关领域的科学家征集“ 船时” 需求, 立即得到了国内科学界的积极响应。当年收到海洋科学考察“ 船时” 申请113份, 来自30家依托单位, 依托项目涉及基金委4个学部, 几乎涵盖了所有的基金项目类型。基金委通过对“ 船时” 需求申请的统计分析, 2009年10月29日, 发布了《关于国家自然科学基金项目共享航次申请的通知》, 向全国海洋科学考察船所属单位征集“ 船时” 资源和共享航次科学考察项目执行申请。

通过自由申请和严格的评审论证, 基金委于2010年出资1 000万元调查经费, 资助5个科学考察项目在黄渤海、东海、台湾海峡、南海、西太平洋海域开展共享航次调查。至此, 我国海洋科学的一个重大基金项目— — “ 共享航次计划” 拉开了序幕。

2010— 2014年, 基金委共收到“ 船时” 申请项目1 120项(表1), 共出资1.4亿人民币资助40个共享航次开展科学考察(表2), 调查范围遍及渤海、黄海、长江口、东海、台湾海峡、南海、西北太平洋、印度洋等海域, 调查区域分布见图1。

5年间申请搭载共享航次调查的基金项目逐年增加, 调查海域范围逐年扩大, 基金委资助经费逐年递增, 参与现场调查人员累计达2 500多人次。研究项目涵盖物理海洋、海洋化学、海洋生物、海洋地质等学科研究领域, 几乎涵盖了所有的基金项目类型^[6]。承担执行共享航次的海洋科学考察船有中国海洋大学的“ 东方红2” 号; 中国科学院海洋研究所的“ 科学一号” 和“ 科学三号” ; 中国科学院南海海洋研究所的“ 实验1” 号、“ 实验2” 号、“ 实验3” 号。福建海洋研究所的“ 延平2号” ; 浙江舟山润禾海洋科技开发服务有限责任公司的“ 润江1” 号; 国家海洋局东海分局的“ 中国海监49” 等。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 2010— 2014年共享航次资助情况 Table 1 Funding of open cruise during 2010-2014 年份 申请“ 船时” 项目数 共享航次 调查项目数 资助船费 /万元 2010 113 5 1 000 2011 163 7 2 000 2012 223 9 3 000 2013 321 10 4 000 2014 300 9 4 000 总计 1 120 40 14 000

表1 2010— 2014年共享航次资助情况 Table 1 Funding of open cruise during 2010-2014

共享航次计划实施5年来, 取得了丰硕成果, 其主要体现在以下的几个方面:

(1) 科学理念上与国际接轨, 管理体制上更加先进

我国基金委的“ 共享航次” 计划和美国科学基金委措施有异曲同工之妙, 且又不是亦步亦趋, 而是根据我国国情, 有自己的特殊创建。美国每一艘科学考察船出航前, 要向各个研究单位发布信息, 告诉船只航行海域、预定时间、作业计划, 征求项目参加航次调查。如果一个单位研究项目和这个航次相近, 可以申请加入。而我国共享航次计划, 是基金委创建的一种新的资助模式。首先是向科学家公开征集“ 船时” 需求, 然后根据需求再设计航次计划。为了保证“ 共享航次” 运行管理更加科学、合理, 基金委特聘请海洋界有威望的知名科学家, 组成“ 共享航次专家组” , 对每个航次调查申请进行评审及评价, 并监督航次组织者与申请“ 船时” 的科学家进行航次方案论证协调会, 确保调查项目的可行性与公平性。为完善基金制度、探索新的资助模式做出了贡献。

(2) 为科学研究创造了良好的研究平台

共享航次计划的实施, 极大地缓解了之前出海难的问题, 使大批的基金项目借助共享航次跨越了缺少观测平台的壁垒, 获得了研究项目所需的调查数据和样品。5年间共享航次“ 船时” 申请逐年增加, 调查海域需求逐年扩大, 基金委的资助金额逐年提升, 现在基本维持在每年执行10个航次任务, 总计船时超过400天的水平, 已有大批的基金项目受益于此。不仅对海洋科学和地球科学部的研究项目, 对其他学部的研究项目类型亦有受益。在获得了大量的第一手现场调查数据的基础上, 海洋科学基础研究得到了促进与提高。共享航次计划已成为我国海洋科学基础性研究的有力支撑, 如在基金委重大项目和西太平洋共享航次的资助下, 我国科学家在西边界流区成功布放、回收深海测流潜标, 取得了长时间连续、原位的实测数据, 奠定了我国在西太平洋海洋环流与气候研究领域的国际学术地位^[7]。其他海域也发现一些令人深思的科学现象, 如南海西部深层环流, 珠江口地质构造, 长江口北面的冷涡等。这些刚刚崭露头角的观测结果, 他日必然成为金玉之作。

(3) 推动资料积累与共享

共享航次计划不仅推动了海洋科学考察船的共享, 同时带动了调查资料的积累与共享。既然是共享航次, 那么所有参加者都有义务提供调查所得的资料和样品, 与此同时, 也有享有使用资料的权利, 所有参与调查的项目在航次结束后都有权使用航次调查采集的基础资料。同时为了确保调查资料的永久保存和共享, 基金委委托国家海洋局第一海洋研究所组建的青岛海洋科学资料共享服务中心承担了共享航次调查资料的汇集管理工作。根据资料共享服务中心的统计, 目前已收到2010— 2014年40个共享航次提交的调查数据近800 GB; 定点测站超过4 000站次; 调查资料涵盖物理海洋学、海洋化学、海洋生物、海洋地质、海洋光学等多学科研究领域; 海域范围遍及渤海、黄海、长江口、东海、台湾海峡、南海、西北太平洋和东印度洋海域。目前这些数据采用元数据和基础数据集中管理、实体数据(专业数据)集中与分散管理相结合的管理模式。资料服务中心目前正在对数据的完整性、溯源性与准确性进行数据质量分析与评价。在数据共享方面, 目前已实现了元数据信息广泛共享, 基础数据航次内共享, 专业数据在项目之间协商使用的共享模式。船时共享航次计划的实施实现了我国海洋科学资料大范围覆盖和快速积累, 促进了我国海洋调查资料的共享机制的建设与思考。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 2010— 2014年共享航次实施情况 Table 2 The establishment of open cruise during 2010-2014 年份 序号 项目 批准号 共享航次 调查项目简称 项目依托单位 使用的考察船 2010 1 40949901 2010年台湾海峡科学考察 厦门大学 延平2号 2 40949902 2010年渤黄海科学考察 中国海洋大学 东方红2 3 40949903 2010年南海科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验3、实验2 4 40949904 2010年西太平洋科学考察 中国科学院海洋研究所 科学一号 5 40949905 2010年东海科学考察 中国科学院海洋研究所 科学三号 2011 1 41049901 2011年渤黄海科学考察 中国海洋大学 东方红2 2 41049902 2011年南海综合考察 中国海洋大学 东方红2 3 41049903 2011年东印度洋科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验1 4 41049904 2011年南海北部地球物理 中国科学院南海海洋研究所 实验2 5 41049905 2011年台湾海峡科学考察 福建海洋研究所 延平2号 6 41049906 2011年东海科学考查 中国科学院海洋研究所 科学三号 7 41049907 2011年西太平洋科学考察 中国科学院海洋研究所 科学一号 2012 1 41149901 2012年渤黄海科学考察 中国海洋大学 东方红2 2 41149902 2012年长江口科学考察 华东师范大学 中国海监49 3 41149903 2012年东海科学考察 中国科学院海洋研究所 科学三号 4 41149904 2012年台湾海峡科学考察 福建海洋研究所 延平2号 5 41149905 2012年南海北部地球物理 中国科学院南海海洋研究所 实验2 6 41149906 2012年南海科学考察(A) 中国科学院南海海洋研究所 实验1 7 41149907 2012年南海科学考察(B) 中国海洋大学 东方红2 8 41149908 2012年东印度洋科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验1 9 41149909 2012年西太平洋科学考察 中国科学院海洋研究所 科学一号 2013 1 41249901 2013年渤黄海科学考察 中国海洋大学 东方红2 2 41249902 2013年东海科学考察 中国科学院海洋研究所 科学三号 3 41249903 2013年长江口科学考察 中国科学院海洋研究所 科学三号 4 41249904 2013年台湾海峡科学考察 福建海洋研究所 延平2号 5 41249905 2013年南海东北部科学考察 中国海洋大学 东方红2 6 41249906 2013年南海北部科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验3 7 41249907 2013年南海西部科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验3 8 41249908 2013年南海北部地球物理 中国科学院南海海洋研究所 实验2 9 41249910 2013年东印度洋科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验1 2014 1 41349901 2014年渤黄海科学考察 中国海洋大学 东方红2 2 41349902 2014年东海科学考察 中国科学院海洋研究所 科学一号 3 41349903 2014年长江口科学考察 华东师范大学 润江1 4 41349904 2014年台湾海峡科学考察 福建海洋研究所 延平2号 5 41349905 2014年南海深部科学考察 中国海洋大学 东方红2 6 41349906 2014年南海北部科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验3 7 41349907 2014年南海西部科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验3 8 41349908 2014年南海北部地球物理 中国科学院南海海洋研究所 实验2 9 41349909 2014年东印度洋科学考察 中国科学院南海海洋研究所 实验1 10 41249909 2014年西太平洋科学考察 中国科学院海洋研究所 科学一号

表2 2010— 2014年共享航次实施情况 Table 2 The establishment of open cruise during 2010-2014

(4) 培养和锻炼了大量能文能武的青年骨干

船时共享航次调查项目建立首席科学家负责制, 充分发挥首席科学家在航次规划、组织与实施过程中的作用, 逐渐培养出一批能文能武的优秀青年科学家。同时, 大量的研究生通过参与共享航次海上现场调查作业, 对海洋的感性认识和科研实践能力得到了质的提升。对于年轻的科学家群体, 在科研生涯的起步阶段即获得了充足的现场调查研究机会, 这将使他们终生受益。

图1

Fig.1

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	图1 2010— 2014年船时共享航次调查区域分布 (a)2010年; (b)2011年; (c)2012年; (d)2013年; (e)2014年Fig.1 The research areas of the vessel sharing voyage in 2010-2014

(5) 促进多学科研究领域相互交流

共享航次计划不但推动了海洋科学考察船的共享, 同时推动了多学科研究领域的交叉融合, 不同学术背景和不同思想的科学家借助共享航次搭建的平台, 相互交流、相互碰撞、相互学习借鉴, 所产生的灵感和思想火花, 必将促进我国海洋科学研究向更高层次发展。

共享航次获得的资料和样品共享是船时共享之后的一项重要工作。目前调查资料已经实现了元数据信息广泛共享、基础数据在航次范围内共享、专业数据在项目之间协商使用的资料共享模式。随着共享航次计划的影响逐渐扩大, 更大范围共享资料的需求逐渐增加, 但是资料广泛共享受到以下几个因素的制约:

(1) 海洋调查资料的安全。随着海洋的战略地位日益提高, 也对海洋数据保密工作提出了新的、更高的要求。但我们尚未从法律上对海洋数据信息共享加以规定, 不能为海洋数据信息共享提供法律保障^[8], 特别是现在数字信息扩散难以把控的时代。因此共享航次调查数据尚未开展广泛共享。建议在现有的条件下, 开展调查资料的再分析产品制作, 实现数据产品共享, 这也是国际上很多国家所采用的方法。

(2) 数据的质控与评价。没有进行误差订正和质量控制的数据难以准确地反映客观现象^[9], 不应该进入数据共享流通环节。目前, 面对快速增加的观测数据, 数据质量控制与评价工作需要及时开展。建议加大对调查数据质控工作的支持力度, 让更多专业人员加入到这项工作中, 使观测数据成为让科学家放心使用的科学数据。

(3) 数据分类管理^[10]。海洋科学属于地球科学中的一个分支, 包含物理海洋、海洋化学、海洋生物、海洋地质等多个学科。现场调查数据中每个学科又含有多个要素、不同类型的数据。进行数据的分类管理是数据共享过程中必不可少的一个环节。

基金委能因时度势, 将国家基金资助范围扩大到海洋调查范围, 既解决了每一个基金项目的出海调查需求, 又能从科学资料和学术讨论上为他们提供更广的交流平台, 与国际海洋科学先进大国共抒一个理念, 同时又能根据我国国情, 创建了具有中国特色的“ 船时” 共享机制, 青出于蓝而胜于蓝。可以预见, 共享航次计划的实施, 在中国海洋科学事业发展中具有重要和深远影响, 不仅提升我国海洋观测与实验能力, 还将推动了中国观测平台的规划、建设, 对促进海洋多学科交叉研究的发展、人才培养与队伍建设具有重要意义。同时营造了一个开放、包容、高效、共享的海洋研究文化氛围。