本刊记者  褚 焱

孕育地球生命的海洋，正因人类的活动而发生着改变。

近年来，赤潮、绿潮、极端缺氧等有害生态现象频繁出现在我国近海。海洋生态环境的破坏，已为人类敲响警钟。而生态环境的任何改变，都极有可能导致海洋生态系统、生物多样性、渔业资源的变化，进而影响人类社会的可持续发展。

柴扉现任国家海洋局第二研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室主任，20余年来一直从事着物理—生物地球化学模型的研究工作，并在海洋生态环境模拟与预测、生态环境演变机制和碳循环等方面做出了国际一流的成果和突出的贡献。

他说：“我们迫切需要减少科学上的不确定性，摸清和掌握整个生态系统、尤其是地球上最大的碳库——海洋的碳收支清单，以及海洋酸化对海洋生态系统的影响。”

聚焦海洋生态环境

上世纪80年代，柴扉就读于中国海洋大学（原山东海洋学院）物理海洋学专业，开启了一段海洋探索之旅，从此再也没有离开过。

他的研究内容包括许多：营养盐在海洋中的输送，对初级生产力和碳循环的影响；铁对全球生产力和碳循环的影响；人类活动对全球气候和边缘海环境的影响；海洋生态系统预测……总的来说，弄清海洋如何调控全球碳循环以及海洋生态环境的演变机制是他关注的两大研究方向。

他告诉记者，由于人类过度使用化石燃料，大量的二氧化碳被释放到整个地球系统中，其中26%的二氧化碳被海洋吸收，44%的二氧化碳停在了大气当中。日积月累，如今大气中的二氧化碳浓度超过400PPM，这是过去一百万年以来从未出现过的现象。

“这个浓度，依照目前的趋势，还会继续增长。而且二氧化碳作为温室气体，肯定会造成全球变暖。如今全球变暖的温度已经超过了1.2℃，而2015年是0.9℃。过多的热量集中到海洋里面，这是否会导致海洋吸收二氧化碳的能力改变，这一切还有很多未知和不确定。”

柴扉坦言，海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，但人类目前对其了解甚少，更是难以预测未来的变化趋势。如果海洋吸收二氧化碳的能力降低，将会导致更多的二氧化碳停留在大气当中，加重温室效应。因此，利用物理和生物化学模型及观测资料、弄清海洋吸收二氧化碳能力的控制因子，是他和许多科学家致力要解决的问题。

另一方面，全球变暖导致了气候环境的变化，不仅使得海水温度升高，还将伴随海水酸化。而海洋生态环境作为有机的统一体，任何海域某一要素的变化，都有可能对邻近海域或者其他要素产生直接或间接的影响和作用。

更为严重的是，人类的某些活动也在影响着海洋生态环境。例如，过度捕捞鱼类，使得海洋中的渔业资源急速下降，导致海洋生态结构的改变；过多使用化肥，导致海水富营养化，产生一系列生态灾害性事件，包括赤潮的发生。

生物依赖环境，环境影响生物的生存和繁衍。当占据地球表面积71%的海洋生态环境遭受破坏，尤其是可能带来我们不可预知的后果时，弄清海洋生态系统的演变机理及其预测就变得格外重要，这也一直是国际海洋科学的重大前沿问题。

“海洋生态系统的演变包含了非常复杂的物理与生物化学过程，一方面，生态系统的结构、功能及时空演变受物理、化学和生物过程的控制；另一方面，生态系统变化也会影响碳循环及全球气候变化等物理、化学过程。”

面对如此复杂的系统，柴扉首先建立了生物化学系统模型（简称“CoSiNE”），该模型描述了多种浮游植物和浮游动物受环境因素（如温度、光、流场等）以及各种营养盐（如氮、磷、硅和铁等）的影响，以及海洋中的碳循环。

通过将该模式与区域动力学模型（简称“ROMS”）耦合，他建立了ROMS-CoSiNE耦合模式。该耦合模式已被成功用来研究北太平洋初级生产力的年代际变化，赤道太平洋海域营养盐的时空变化，铁元素以及硅元素在高营养盐低叶绿素海域对浮游植物以及整个生态系统的影响，以及中国南海初级生产力受环境因素的影响等。

紧接着，他又将ROMS-CoSiNE同渔业模式耦合，来分析以及预报渔业资源（如金枪鱼和鳀鱼）的种群和数量分布，以及温度和初级生产力对鱼类分布及生长过程的影响。

这些模型的建立和完善，为研究和预测海洋生物动力学演变过程提供了关键手段和方法。目前，他已成功将该些模型应用于中国近海，揭示了气候变化对太平洋及边缘海碳循环的影响过程，并量化了边缘海碳的过程和收支平衡的变化规律。

虽然取得了一些成果，但在柴扉看来，他还有很长的路要走。每当谈起海洋生态环境变化趋势，他的心情总是沉重的。“在人类活动和全球变化双重压力影响下，我国近海生态环境持续恶化，生态环境安全和海洋经济可持续发展受到严重威胁。我们亟需从科学的角度阐明我国近海生态环境变化的核心机制，并发展物理—生态耦合数值预报技术，提升我国海洋环境安全保障能力。”

为此，2016年，由他负责的国家重点研发计划“海洋环境安全保障”重点专项——中国近海与太平洋高分辨率生态环境数值预报系统已经开始启动。该项目拟针对我国近海与邻近太平洋，建立能融合多源观测的高分辨率物理—生态耦合模式，自主研发海洋生态环境业务化数值预报系统。

“通过项目研究，我们不仅能了解和认识生态环境变化的规律，更重要的一点是为中国近海的经济发展提供一些科学的建议。”柴扉总结道。

走进学科交叉

多年来，柴扉一直围绕着学科交叉探索海洋的秘密。在他看来，多学科的交叉背景能使自己更加宏观、多角度地看待复杂的海洋生态系统。而当初使他走上这条交叉研究之路的，则是一次偶然的相遇。

在普林斯顿大学攻读硕士期间，柴扉得到了杜克大学Richard T. Barber教授的赏识，并鼓励他毕业后到杜克大学跟随他从事生物海洋学研究。而在此之前的10余年，柴扉一直从事着海洋动力学方面的研究，并打下了良好的基础。在硕士毕业之际，他选择了到杜克大学尝试新的研究方向——生物海洋学。

转向一个新的研究方向，对他来说是一次大胆的尝试。不过，仔细权衡之下，他还是愿意抓住这个机会。毕竟，到新的研究领域闯荡一番，也是他的兴趣所在。而长期以来积累的数理基础，让他在生物海洋学开辟了另一片天地——除了做海洋现场观测，他还可以将一些收集的数据量化起来。

博士毕业后，他很自然地选择了美国缅因大学。事实上，在杜克大学攻读博士期间，他就成为了美国缅因大学海洋系的研究助理教授。20多年来，尽管其他单位对他提出不少邀请，他仍然不为所动，从未离开。2012年，他开始担任该校海洋学院的院长。

相对来说，缅因大学海洋学院的学科比较综合，涉及海洋生物、海洋政策管理、渔业资源等各个不同的方向。在美国所有大学中，缅因大学的海洋本科教育排在全国前列，海洋科学研究也在全国25名以内。

“美国缅因大学比较小，但这也正是它的特色所在。大家都很团结，相处和睦，而且更有利于学科交叉。”他告诉记者，整个学校，特别是同一个学院的人会有更多的机会在一起交流，虽然大家做不同的方向，但是很有可能相互启发，做一些交叉性的项目。在做院长期间，柴扉更是体会到学科交叉的重要性。“我知道同事发表了什么文章，做了什么项目，通过了解他们的研究内容，让我能从一个比较宏观、多学科的角度来更好地认识海洋。”

在美国期间，他先后主持和参加了美国国家科学基金委、美国国家航空航天局和美国国家海洋与大气总署25项研究项目，曾经被聘为美国、中国等多家基金委和重大项目评审专家。在国际著名学术刊物上发表论文和专著120余篇，其中在Science上发表论文2篇。论文已被引用4400余次。

当记者问及取得这些成果背后的秘诀是什么时，他笑着说：“学科交叉是一个很重要的方面。我们的项目涉及物理海洋、生物海洋以及生态动力学，我们的观察资料也来自多个方面，如卫星遥感、历史和现场的观测资料，它们可以验证和改进我们建立的数值模型。而一旦有了数值模型，就像天气预报一样，我们可以做不同时间尺度的海洋环境要素预测。”

相比之下，柴扉觉得在交叉研究方面，我国海洋学发展空间还很大，尤其是在从宏观角度把握整个海洋学的研究。“近年来，中国对整个海洋科学研究的投入几乎呈指数级增长。可以说，我国迎来了一个很好的海洋研究时代，但同时也存在一些问题。比如在资助方面的布局，不需要都集中于深海和大洋的探测，近岸的环境也有许多问题需要我们去考虑。”在他看来，整个海洋观测系统也需要将物理、生物、化学、气候、气象等方面结合起来，而不是只关注某一个方面。此外，缺乏多方面人才的交流和资料信息共享也是阻碍中国海洋发展的一个很大的瓶颈。

为了改变这一局面，柴扉打算从项目开始做起，通过项目攻关，组建起一个注重多学科交叉的团队，培养一批具有新思维的海洋学家以及未来海洋界的领军人物。他说：“中国需要跨学科的思考方法和跨学科人才的培养。”

布局新的蓝图

目前，我国科技部仅有5个海洋类国家重点实验室，分别在浙江、上海、福建和广东。卫星海洋环境动力学国家重点实验室是浙江唯一一个海洋类国家重点实验室。2016年3月，柴扉正式就任该实验室新一届主任。他说：“我的任务就是让实验室的3个大方向有更好的交叉与交流。”

卫星海洋环境动力学国家重点实验室于2006年7月由科技部批准建设，2009年12月通过验收。实验室是在国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室的基础上重新组建，聚集了国家海洋局第二海洋研究所在物理海洋、海洋遥感和海洋生态环境等传统优势学科的优秀人才。

该实验室有3个主要研究方向：海洋卫星遥感技术与应用、海洋动力过程与生态环境、大洋环流与气候变化；同时设有4大公共支撑平台，即卫星地面站、Argo数据中心、海洋调查设备部和数值计算中心。

柴扉告诉记者，该实验室以卫星海洋学、海洋环流动力学和近海环境关键过程为重点研究内容，以国家海洋环境安全和海洋生态系统产出与服务中的重大需求为牵引，以卫星遥感和Argo浮标等海洋观测新技术为重要手段，开展多学科交叉与整合研究，重点解决在中国近海及邻近洋区中所面临的海洋环境科学问题。

为了更好地促进不同方向之间的交叉，柴扉首先从团队文化建设着手。他认为，“一个和谐的文化氛围能够让每一个人都能感受到温暖，形成一种归属感，同时也促进大家相互交流”。在硬件设施方面，柴扉特意打造了一个温馨的公共空间，团队活动的许多照片也被贴到了墙上。在这里，大家可以随意喝茶、聊天。“平时大家都很忙，但是我希望在吃午饭的时候，大家可以坐下来聊一聊，而不是在电脑桌上吃。当然，主要还是让大家有这个意识。一般我在研究所里，也会经常来这泡杯咖啡或茶，看谁在这里就找谁聊天。”

提升实验室的学术气氛也是柴扉的期望之一。他说：“一个好的学术气氛能够让大家主动去了解新的东西，比如今天有一个讲座，虽然和你做的不是直接相关的，但是你要看它是不是带来新的信息，要考虑人家是如何做的。”

一直以来，实验室都比较注重国际交流与合作。这在柴扉看来，是一个很好的传统。不同学科背景的人“碰撞”在一起，才能擦出更多的火花。目前，实验室通过访问学者、开放课题、星火系列学术论坛等多种平台，让国内外知名科学家和青年学者来实验室访问和交流，并开展实质性的合作研究工作。

此外，他们每年还通过暑期夏令营、海洋开放日、科技活动周等多种形式，面向社会公众和高校学生开放，传播海洋科学知识，吸引学生来实验室继续深造。实验室还多次举办国内外学术会议和培训班，提升其国内外影响力。

在实验室团队建设方面，柴扉也十分注重人员组成的多样性。他认为，组建任何团队首先要以人为本，要让每一个团队成员感受到自己的价值，然后给他们创造一个平等交流的环境，没有高低之分，让他们的思维相互碰撞，产生出其不意的想法。

“我正在有意识地发展团队。比如，一个小团队是3到5人，过一段时间，我会让他们重新组队，再去研究其他的问题。每一个团队里的学术交流都是平等，可能有时候我也会错，我希望他们能够挑战我。”

在繁忙的工作之余，柴扉会找一个安静的地方“发几天呆”。过去，他常常去的地方是缅因州一个未经开发的湖边。他说，那里仿佛与世隔绝一般，没有手机信号、没有网络、没有电视，也没有电话。他会去湖边钓鱼，然后做一顿大餐。晚上睡觉的时候，他习惯想想过去发生的一些事情，并为今后的事情做打算。

为了将更多的时间放在重点实验室上，柴扉去年辞掉了美国缅因大学海洋研究院院长的职位。在接下来的2?3年里，他将花大部分时间在国内重点实验室。他说，等自己将缅因大学剩下的工作做完之后，他便要全身心投入进去。

从事海洋科学研究，柴扉仿佛走上了一条“不归路”。只要海洋生态环境的问题没有得到解决，他就不能停止脚步。“到2050年，中国近海的生态环境将发生怎样的变化？整个生物的生产力是高了还是低了？溶解氧是多还是少？海洋的酸化有多严重……”这些都是他将要用毕生所学去回答的问题。