——记南京信息工程大学海洋科学学院副院长丘仲锋
　　
王 涵

　　
　　
　　在辽阔浩渺的海面上，海洋科考船劈波斩浪、风雨兼程。一次次航次调查取样，奠定了我国海洋科学底层的基石。而他——南京信息工程大学海洋科学学院副院长丘仲锋，从18岁第一次看到海那刻起，就注定了他与海洋科研有解不开的情缘，从此成为一次次航次调查的参与者。
　　作为21世纪成长起来的海洋科学青年专家，丘仲锋见证、参与了我国海洋科学快速发展的新航程。追随丘仲锋的航线，按图索骥，可以窥见我国近20年来的海洋科学发展历程。
　　
结缘海洋 一往情深
　　1997年，18岁的丘仲锋考入厦门大学。报到的时候，看惯了山间风物的丘仲锋才第一次看到海，曾经在文学作品中对海洋的印象第一次复刻进了现实，神秘又浪漫。虽然高考志愿填报海洋学专业实属偶然，但自那一刻起，他对这个专业便开始无限憧憬。正所谓，结缘海洋——情不知所起，却一往而深。
　　“我当时学的是海洋物理专业，最主干的课程是海洋声学，声学是海洋水体环境探索一种最主要的手段。得益于当时学科的全面设置，我们在学习水声之外，把海洋涉及的学科都系统地学了一遍，包括物理海洋、海洋生物、海洋化学、海洋地质，甚至包括海洋法等，此外，还有数字电路、模拟电路、信号与系统等工科基础课程，非常全面。这些专业知识的学习使我对海洋充满了全方位的兴趣，也为将来从事海洋研究打下了很好的基础。”就这样，在厦门大学系统全面的4年学业结束以后，丘仲锋被保送到中国科学院海洋研究所。
　　在中国科学院海洋研究所，丘仲锋的研究方向大体上围绕着海洋探测，同时也做了一些海洋环境、生态环境的课题。“接触到生态环境的课题后，尤其是接触了水质生态环境后，我意识到水质问题对人类的影响、对海洋生态系统的影响非常大，这项工作意义重大。所以接下来的这么多年，我的工作主要围绕着海洋环境探测开展，包括对水质生态环境的探索。”
　　从2006年完成博士学业起的5年时间，丘仲锋留在中国科学院海洋研究所做助理研究员、副研究员，继续他的海洋研究。其间，两年的法国马赛地中海大学博士后和半年的香港中文大学博士后工作经历，带给了他不一样的体验。围绕兴趣开展的科研，更加纯粹的学术工作，以及这些在学科上有着深厚积淀的团队的科研氛围，都促进使丘仲锋在此后的科研教学中形成独特的风格。
　　回首近十年的求学生涯，丘仲锋感慨万千。他最难忘的是恩师们的关照，引领他走出了一条不断攀登的科研路。
　　丘仲锋说，本科期间，物理海洋学专家胡建宇老师就给他埋下了从事科研工作的种子。“本科毕业论文设计那半年，我一直跟着胡老师和他的团队出海处理数据、写程序，他完全把我当研究生要求，对我的影响非常大。最后，我的本科毕业论文在胡老师的指导下，发表在了《海洋科学》上，那应该是我科研的起步。”
　　而丘仲锋本科时的班主任陈明茹老师，则鼓励他走上了科研道路。“在我最迷茫的时候，陈老师的关心和鼓励为我指明了方向。因为我是家里的长子，责任比较重，家里也希望我早点工作。所以我大学四年级没有准备考研，已经要去找工作了。那时，陈老师和我聊天，她觉得我应该能够再往上走，那样我的人生、事业可能会更好。一席话让我个人的观念有了转变，从此走上了不同的道路。”
　　研究生期间，连同导师何宜军老师在内，丘仲锋身边的老师都是真正的海洋科学家。他们踏实、专注的工作态度，让丘仲锋很受触动。“在他们的熏陶和感召下，在那样的氛围下，我愿意跟随他们做海洋研究，希望能为我们国家做点贡献。”
　　老师们的影响在丘仲锋这里实现了代际传递，他把这些感悟与体会应用到了带学生和团队中去。“我觉得培养学生最重要的，就是建立一个标准，让他知道应该做什么事。其实我觉得，知识是一方面，能力更重要，经验一定要有。我让他们出海，让他们做培养测试，给他们推一些标准，这样的话，不管学生本身的情况怎么样，通过几年的培养，他就能具备一定的科学素养，拥有思考问题、解决问题的能力，我觉得这就是一个很好的学生。当然，有些学生有更多的自主特点，我们可以给他们更多的启发。”
　　
明德格物 立己达人
　　从2011年年底至今，丘仲锋已经在南京信息工程大学工作了9个年头，南京的这些年对他来说是又一种成长。
　　走进南京信息工程大学，“明德格物、立己达人”的校训首先映入眼帘。“明德格物”语出《礼记·大学》，取“德才兼备、以德为先”之意，意为立德修身、笃学求是。“立己达人”语出《论语·雍也》，取中国知识分子“独善其身、兼济天下”之意，意为自律自强、尽责尽心。这八字校训所表达的风骨，在丘仲锋身上体现得淋漓尽致。
　　南京信息工程大学的前身是南京气象学院，办学特色鲜明，大气科学入选国家“双一流”建设学科，在教育部一级学科评估中蝉联全国第一、获评A+等级，气象学为国家重点学科，地球科学、工程学、计算机科学、环境科学与生态学4个学科跻身ESI学科排名全球前1%。
　　“海气不分家，大气的驱动很大一块在海上。当时我们学校大气类学科是国内最齐全的，做得非常好。但是，如果只发展单一学科，学校在发展过程中就会遇到瓶颈。瓶颈在哪儿？大气相关学科已经是全国第一了，再往上走，纯粹地做大气肯定不够，还需要其他跟大气相关联的学科，比如海洋、水文、信息、环境等学科的发展，能够反过来促进大气学科的提升。再加上我们国家对海洋越发重视，将海洋开发上升为国家战略，所以当时校领导就有意愿准备成立海洋学院。”丘仲锋说，正是这个契机让他来到了南京信息工程大学。其实回过头看，这个看似顺理成章的选择，丘仲锋在当时也是下了不小决心的。
　　海洋环境探测是与海洋卫星工程建设、海洋环境安全保障、全球气候变化密切相关的重大前沿课题。海洋科学学院成立后，丘仲锋继续相关课题研究，成果接踵而至，尤其是“海洋动力和生态环境要素探测理论方法与遥感应用研究”荣获2018年江苏省科学技术奖一等奖，标志着学院上了一个新台阶。
　　作为项目第三完成人，丘仲锋深入参与其中。这个项目的历程可以溯源到15年前。而项目的完成单位——南京信息工程大学和中国科学院海洋研究所，是丘仲锋学习、工作的地方。可以说，这个项目的成果，正是由丘仲锋和所在团队一脉相承的努力和在科研工作中点滴积淀培育出来的。
　　经过近15年的努力，在国家原“863”计划等项目的持续支持下，该项目阐明了新型传感器海洋微波遥感机理，建立了一套完备的海洋动力环境遥感研究方法体系；揭示了浑浊水体固有光学特征变异的驱动机制，建立了生态环境要素遥感信息提取方法；构建了典型海洋灾害遥感监测新理论与新技术，解决了高海况和复杂水体海洋动力和生态环境关键要素遥感探测的难题，提出近岸海域波浪观测和远海水体剖面生态要素观测的新策略。
　　此外，项目还取得了一系列创新成果：揭示了新型干涉与极化雷达海面高风速和海浪遥感机理，建立了以理论建模、系统仿真、信息反演为框架的海洋动力环境要素遥感研究方法体系；揭示了近海浑浊水体固有光学变异特征的驱动机制，构建了面向复杂水体生态环境要素的系列区域化遥感模型；构建了海洋环境灾害（台风、溢油、绿潮）探测关键技术，发展了全球海洋拖曳系数和斯托克斯漂流信息获取方法，研发了近岸海域波浪观测系统。
　　在项目攻关过程中，丘仲锋带领团队建立了区域化的复杂水体悬浮物、叶绿素等一系列生态环境要素遥感反演模型，提高了中高浑浊水体的遥感算法适用性和反演精度，为项目的成功做出了重要贡献。
　　对于海洋遥感应用来说，这个项目的成功意义非凡。它突破了一系列典型海洋环境灾害探测关键技术，研发了具有自主知识产权的岸基雷达波浪观测设备。这些研究成果为我国近海海洋灾害监测和灾后损失评估提供了有效的观测数据和科学决策；为我国近海交通运输、渔业生产、应急搜索救助等提供了可靠的服务信息保障；为我国自主海洋卫星进行全球海洋环境探测奠定了坚实的理论基础和技术支撑；为我国海洋环境安全保障、海洋资源调查、海洋与气候变化研究提供了重要科学依据；为我国空间海洋遥感领域培养了一批专业技术骨干和拔尖人才。
　　与此同时，项目研究成果丰富和发展了海洋环境遥感探测研究的理论与方法，拓展了海洋遥感应用领域，深化了对新型卫星传感器海洋遥感机理的认知，为我国自主海洋卫星进行全球海洋环境探测奠定了坚实的理论基础和技术支撑。
　　该项目研究成果在BAMS、JGR、GRL、IEEE TRGS、RSE等国际著名学术期刊上发表SCI论文136篇，SCI他引1170次；其中8篇代表性论著被SCI引用132次（他引90次）。他引期刊和著作包括RSE、GRL、IEEE TGRS等国际权威刊物和世界著名出版机构Elsevier出版的学术专著。项目主要完成人多次参加国际学术会议，宣讲主要创新成果，得到了国际同行的积极评价。项目研究成果获国家发明专利4项，并在原国家海洋局第二海洋研究所石油平台项目中开展了海面风、浪、流观测示范性应用。
　　而这一系列荣耀的背后，是一砖一瓦搭建新院系的辛勤付出，以及一点一滴培养团队的巨大努力。
　　
专注遥感 拓展应用
　　21世纪“海上丝绸之路”、海洋安全保障、海洋资源调查、海洋与气候变化研究、“透明海洋”和“智慧海洋”建设亟须海洋环境探测提供科学决策。
　　针对这些需求，丘仲锋带领研究团队，围绕海洋水质生态环境遥感的两个关键科学问题——“海水颗粒物对水体光学特性影响机制”和“近海复杂水体水质生态要素信息提取方法”，开展了系统深入的研究，为我国近海水质生态环境的卫星遥感监测提供了理论基础和技术支撑。
　　近5年来，在国家原“863”计划、国家自然科学基金等项目的持续支持下，丘仲锋团队在我国近海开展了17个航次的观测，初步认清了颗粒物及水体光学特性的时空分布变化规律，揭示出水体颗粒固有光学特征变异的驱动机制，建立了近海复杂水体水质生态要素的系列遥感信息提取方法，并进行了结合遥感与数值模拟的海洋生态灾害监测应用。
　　在上述项目攻关过程中，悬浮物粒径对海水光学性质及遥感算法的影响是一个难题。“海水光学性质与许多海洋过程及海洋生态系统密切相关，受颗粒物性质影响很大，粒径就是其中一项重要因素，影响着水体吸收散射等光学特性及水体中光的辐射传输，其分布跨度达到12个级别，对水色要素浓度的遥感反演影响很大。”丘仲锋介绍，开展粒径对水体光学性质及遥感算法的影响研究，不仅有利于了解区域水体光学特征，而且对于发展适合我国的水色遥感算法，具有重要的科学意义，但在以往中国近海的研究中较少涉及。
　　2013年至今，丘仲锋负责的国家自然科学基金面上项目“悬浮物粒径对海水光学性质及遥感算法影响研究”和“低于2微米海水小颗粒的物理特征及其光散射的响应机制研究”，就是通过理论数值模拟、现场观测和室内实验，研究颗粒物特性对水体光学的影响及贡献，不同波长水体光吸收、散射特性受粒径影响情况，粒径与成分、密度等特性对水体光学性质的联合影响，并评估遥感反演算法所受影响程度，进行可能的算法改进。
　　丘仲锋和团队希望通过这些项目的研究，了解中国典型海域颗粒物对水体光学性质的影响机制，解决颗粒物对水体后向散射影响及对遥感算法影响的关键科学问题，为提高悬浮物浓度反演精度、发展适合算法打下基础。
　　“悬浮颗粒物是海洋水体中重要的物质之一，其对海洋水体光学性质、诸多海洋过程、海洋生态系统以及海洋光学遥感有着重要的意义。为此，我们做这个项目的时候，针对我国海域，基于多个航次的调查数据，以悬浮颗粒物粒径为切入点，开展了悬浮颗粒物的粒径分布特征及其模拟模型、固有光学量特性及其受控因素，以及悬浮颗粒物粒径和有效截面的遥感估测模型等相关研究内容。”丘仲锋介绍，2013年至2016年期间，项目组成员搭载“东方红2”科考船，参加了国家自然科学基金委组织的黄渤海共享航次7次，开展了黄渤海海洋光学调查，获取了800多个站点数据资料。“在大量的观测资料基础上，我们建了一个黄渤海现场生物光学数据库。”
　　通过对海量数据的获取与分析，丘仲锋和团队有了三项重要发现：
　　一是，黄渤海悬浮颗粒物的粒径分布呈现出明显的空间变化特征，小颗粒物通常主导近岸水体，而大颗粒物主导远岸水体；在垂直空间上，悬浮颗粒物粒径分布呈现出明显的季节差异，夏季由于水体明显的层化现象，上层颗粒物比下层大，而冬季在风浪作用下水体混合充分，使得粒径垂向分布更加均匀。同时研究发现，在黄渤海，模拟悬浮颗粒物粒径分布的常用幂律模型在不同的参考粒径下呈现出不同的模拟精度，为此提出了一种新的混合式粒径分布模型，相比单一模型，该模型具有更高的模拟精度。
　　二是，悬浮颗粒物的衰减和后向散射特性的一级变异主要由悬浮颗粒物的有效截面积浓度控制；而二级变异本质上则受悬浮颗粒物粒径、密度、物质组成、折射率的综合影响，相比之下，悬浮颗粒物的粒径能够解释二级变异最大比例的变化，而密度和折射率的影响次之，物质组成的影响最小；同时发现利用悬浮颗粒物粒径、密度、折射率和物质组成可以对其衰减和后向散射特性的二级变异进行有效的模拟，并建立了高精度的模拟模型。
　　三是，为了利用遥感技术，丰富对悬浮颗粒物属性的认识和研究，基于悬浮颗粒物粒径与遥感反射率的相关关系，建立了悬浮颗粒物中值粒径的经验遥感估算模型；同时，也建立了基于悬浮颗粒物比后向散射系数的悬浮颗粒物中值粒径遥感估算半分析模型；此外，基于悬浮颗粒物有效截面积与光学参量的强相关性，建立了悬浮颗粒物有效截面积的经验遥感反演模型，这些模型能够成功地用于现有卫星遥感数据，具有较好的反演精度。以上研究发现为黄渤海海水光学特性的全面理解、水体光辐射传输机制的揭示、耦合光学参量的海洋过程和生态系统的相关研究以及水色遥感技术的进一步发展，提供了重要的科学依据和技术支撑。
　　这些研究成果丰富和发展了海洋光学遥感的理论与方法，拓展了海洋水色遥感的应用，为更好地利用光学遥感进行海洋水质生态环境探测提供了坚实的基础和支撑。
　　
航次调查 醉心研究
　　茫茫天海之间，广阔无际，实验船就是一个孤岛般的存在，与外界隔绝、信息不通，有时还会出现停电的情况。就是这样一个特殊的实验场所，丘仲锋和团队一去至少十天，最长的时候甚至是“一待就是两个月”。有时候海况不好，大风大浪，晕船严重。种种问题伴随着，但实验不能出差错。丘仲锋调侃极端情况的情景：“往往是一边做实验，一边抱着一个桶随时准备吐。”
　　“我们做海洋研究的，要是不去海上做实验、不去现场看，根本无法了解海洋到底是怎么样的，那对海洋是没有感情的。”漂在海上的科研工作，让18岁以前没见过海的丘仲锋在此后的人生中与海结下了不解情缘。条件虽苦，丘仲锋却乐在其中。
　　在丘仲锋给记者展示的一份航次调查报告中，有这样一段描述：“2017年1月1日至17日（冬季）在长江口—东海区域进行航次调查，通过断面和走航航次观测、关键站点浮标—潜标时间序列观测、海底沉积观测、遥感资料时间序列分析，结合数值模拟技术，从多时空尺度上对长江口—东海生态环境变化过程与机理和长期演变规律开展多学科综合调查与研究。航次收集数据情况如下：其中，冬季航次采集遥感反射率数据48条，获取叶绿素样品154个、CDOM样品214瓶和颗粒物样品141个；夏季航次采集遥感反射率39条、叶绿素样品140个、CDOM样品140瓶和颗粒物样品135个。2017年5月14日至2017年5月27日开展了一次春季航次，该航次依托于国家自然科学基金委2016年东海共享开放航次，搭载‘向阳红18’科学考察船，通过定点过程性观测、船基走航和大面调差，获取海区理化生地等参数的综合数据集和样品集，包括气象水文要素、生源要素、理化因子、遥感光学和相关要素、悬浮颗粒物、叶绿素、浮游植物诊断色素等。”
　　这段记述只是丘仲锋及其团队参与的众多航次调查中的冰山一角。可以看出，细致的采样，不仅包括数据、样品，还包括海区理化生地等参数的综合数据，而且不同季节和时间也都要分别采样。上述样品和数据的获取，是参与国家重点研发计划“海洋光学遥感探测机理与模型研究”里的研究内容，对以藻类颗粒物和黄色物质为主的二类水体的吸收系数特性开展研究，探索水体悬浮颗粒物固有光学量的二阶变异特性，并深入分析二阶变异特性与悬浮颗粒物本质属性，包括平均粒径、平均表观密度、折射指数和组成之间的联系。
　　丘仲锋说，像这样的出海取样航次调查工作，是后续整个研究工作链条中的第一步。“从本质上来讲，海洋环境探测是帮助了解海洋、认识海洋的一种手段。所以在很多时候，我们需要与做动力环境或生态环境的研究人员联合，对应他们的需求获取数据，然后提供给他们，跟他们交流，从他们那里再得到信息反馈，对数据获取的准确性等加以改进，促使我们更好地去发现、去探索。”
　　海雾能见度方面的工作，就是这样一个不同研究之间互相促进的案例。丘仲锋介绍，这项研究是基于全球首颗静止轨道海洋水色卫星，在无中红外通道的前提下，通过建立海雾、低云和中高云的真实光谱数据集，分析其光谱特征，挖掘出能够有效提取海雾的光谱指数，进而设定相关阈值，建立海雾遥感提取算法，并利用实测数据进行优化改进，最后将新算法用于长时间卫星数据，分析理解黄海海雾的时空分布规律。在此基础上，建立针对黄海海上能见度反演算法并分析其时空变化特征，以期为黄海海雾及能见度的准确数值预报提供科学支持。这个项目让海洋环境探测与海气相互作用研究之间有很好的合作，海雾提取算法实现从卫星对海雾能见度的探测，对海雾生成、消散等研究提供支撑；海雾性质及机理研究又从微物理层面给海雾探测提供参照，两者相互促进。
　　另一项多研究合作促进的工作是X波段测波雷达系统的研制。丘仲锋主持的国家原“863”项目“X波段雷达产品化技术研究”，通过与电子科技大学等单位合作，经过团队成员十几年的研究攻关，且在大连獐子岛、平潭等海域长达3年多现场观测试验，研制出一套海面波浪监测系统，融合了独创的海浪参数雷达提取技术。基于固定的平台或移动的船只，该系统可用于测量有效波高、主波周期、主波波长和波向等海浪参数，以及海浪的一维频率谱和二维波数谱；另外，也可同时获取海表面流速、流向、风速和风向资料。该成果具有探测精度高、实时性好、稳定性强等优点，能在无人监管下自行运行，对于海上工程建设、航行安全、军事登陆作战等活动具有重要作用。国产X波段雷达测波系统的成功研制，将打破国外产品的垄断，对提高海洋环境现场探测技术国产化水平做出积极贡献。
　　海洋对于人类社会生存和发展具有重要意义。海洋孕育了生命、连通了世界、促进了发展。站在国家大力倡导建设海洋强国的风口浪尖，对团队未来的工作重点和方向，丘仲锋心中已经有了规划：“海洋环境探测作为海洋研究和开发利用非常重要的部分，我们这个团队一方面同相关科研院所研究团队开展紧密合作；另外一方面同海洋相关业务部门进行交流与讨论，从中找出相关的结合点，成立联合体，以便今后进一步开展相关研究工作。”
　　从18岁到40岁，丘仲锋已经在海上“漂”了22年。醉心海洋科学的他，也散发着海洋带给他的热血与浪漫。每一次航次调查时，他都喜欢久久遥望着辽阔无边的天海之间，那里有远航的目标和前进的方向……
　　
　　
创新成果一：初步认清了颗粒物及水体光学特性的时空分布变化规律，揭示出水体颗粒固有光学特征变异的驱动机制。
　　基于中国近海水体复杂多变的特征，利用17个航次现场调查资料，初步认清研究海区水体颗粒物浓度、粒径、密度及色素成分等颗粒属性的分布规律，以及水体吸收散射固有光学特性的差异规律；发展了水体颗粒混合式粒径分布模型，揭示了水体悬浮颗粒特性的时空变异规律。
　　在统一的生物光学框架下，初步揭示了水体颗粒固有光学特征变异的驱动机制和控制因素，阐明水体颗粒固有光学特性的一阶影响因素并非颗粒浓度，而是颗粒的截面积浓度；揭示出后向散射效率呈现出明显的聚类特征，可区分有机大颗粒主导和无机小颗粒主导的两类颗粒物。
　　探索了水体颗粒固有光学量的二阶变异特性，率定了水体衰减及散射的光谱变化规律、时序性变化特征、与水体组分物理特性的关联关系，量化了悬浮颗粒物粒径、密度、浓度、物质组成等对水体衰减及后向散射特性的影响程度，其本质上受悬浮颗粒物粒径、密度、物质组成、折射率的综合影响，粒径能够解释二级变异中最大比例的变化，而密度和折射率的影响次之，物质组成的影响最小，然而，对比光束衰减系数和比后向散射系数影响更大的是颗粒物密度而非颗粒粒径。
　　
创新成果二：构建了近海水体颗粒特性的系列遥感算法模型，开展了浒苔与马尾藻海洋生态灾害遥感监测应用。
　　在水体颗粒浓度遥感反演算法研究方面，建立了一系列区域化模型，包括叶绿素a浓度的半分析算法、神经网络反演算法，颗粒物浓度的经验算法、联合算法，有色可溶性有机物(CDOM)浓度经验算法，以及浊度的直接反演算法等一系列生态环境要素遥感反演模型，提高了中高浑浊水体的遥感算法适用性和反演精度；
　　在与水体颗粒关联的生物光学参数遥感反演方面，建立了颗粒中值粒径、折射率、颗粒等效密度等的遥感估算经验模型，以及漫射衰减系数、透明度、吸收系数、后向散射系数等半分析模型，并首次提出水体颗粒物有效截面浓度的遥感估测模型方法，发展了适用于我国近海水体的浮游植物粒径等级遥感反演算法，拓展了水色遥感技术在海洋要素探测方面的应用范围；
　　搭建了黄海浒苔与马尾藻海洋生态灾害遥感监测应用系统，建立了浒苔和马尾藻人工神经网络快速检测模型，开发了漂浮藻漂移扩散数值模式，得到了准确的浒苔和马尾藻分布变化监测信息。
　　
专家简介　　
　　丘仲锋，南京信息工程大学海洋科学学院副院长，国家卫星气象中心遥感应用室副主任（挂职），学术任职有：中国海洋学会海洋物理分会第六届理事、中国光学工程学会第一届海洋光学专家委员会委员等。
　　近年来，丘仲锋带领研究团队，以海洋环境探测为专业领域方向，围绕海水颗粒物对水体光学特性影响机制、近海大气与环境生态要素信息提取方法、海洋环境探测装备研制及海洋环境信息可视化等关键科学问题，开展了系统深入的研究，为我国海洋环境探测提供了理论基础和技术支撑。近5年，其研究成果在国际著名学术期刊上发表SCI论文46篇，其中第一作者或通讯作者发表SCI论文29篇，得到了国内外同行的积极评价和广泛认可。