海洋也能被“预报”？
当我们谈起预报，第一时间想到的可能是天气。很多人出门前都有看天气预报的习惯，是晴还是雨？要不要带伞？气温几度？风大不大？
可你有没有想过，海洋也可以“预报”？
事实上，海洋预报并不是一个新词，它的历史甚至早于天气预报。但比起每天头顶的天空，脚下的这片大海，要难对付得多。它庞大、深邃、流动缓慢，却能积蓄起摧毁一切的力量。而要“听懂”这片海的语言，背后是一整套精密的科学体系。
海洋预报，是通过观测、建模与计算机模拟，对海洋中的潮汐、洋流、温度、海浪、盐度和海平面等变化趋势进行预测的一项高技术工作。它帮助我们提前了解大海的“脉动”，在航运、渔业、防灾减灾等领域都发挥着重要作用。
一次预报，扭转一场战争
海洋预报在航海、渔业、灾害预警，甚至战争中，它都扮演着不可或缺的角色。
1944年6月，二战进入关键阶段。盟军计划从英吉利海峡跨海登陆法国，实施“诺曼底登陆”。这不是简单的海滩冲锋——登陆当天15万人参与战斗，5000艘战舰、1300架运输机，空降、轰炸、炮击……每一步都对气象和海况提出了严苛要求。如果低云遮蔽，轰炸机将无法精确投弹；若风高浪急，登陆艇可能倾覆在海面。登陆计划的成败，很大程度上取决于对天气和海况的精准预报。
当时，盟军气象组凭借分布在大西洋上的观测船只、雷达气球及收集了很多关于风速、风向、气压、波浪高度等海况数据。盟军气象专家通过对风暴路径、海况、云层与潮汐数据的反复分析与绘图，判断出一个罕见的短暂“天气窗口”。风浪会短暂减弱，云层稍有裂缝，刚好够飞机起飞、舰队靠岸。这其中盟军的预报关键就在于风暴过境后24小时内，海上风力迅速减弱，浪高从原来的近2米下降到1米左右，满足舰船靠岸条件。这使得6月6日早晨具备登陆条件，而6月7日风浪又再次增大，错过就再等半月。
而德军由于缺乏大西洋的关键气象数据，误判风暴将持续多日，认为盟军不可能在此期间发起进攻。许多高级军官因此离岗休整，其中包括诺曼底防线的总指挥隆美尔。这一“海浪”判断误差，成为改变战争节奏的隐秘力量。随后，盟军成功登录诺曼底，成为二战转折点。美军指挥官称这场海洋预报的作用“抵得上一整个加强师。”
听懂大海的心跳
海水是流动的，有起伏、有变化，它的节奏就像一颗庞大而深沉的“心脏”。科学家通过观测、建模和计算，努力去“听懂”这颗心跳。和天气预报相比，海洋预报要“沉默”得多。没有云朵的翻滚、没有风声的呼啸，甚至看不出有什么动静。但这正是它神秘又强大的地方。想预报海洋，就得先知道它“在想什么”。
海洋预报的内容非常丰富。它不仅包括我们熟知的潮汐——那是月亮和太阳牵引下的海水起落；还包括海浪——风吹起的涌动波纹；更有水温与盐度，这些决定了海洋的“体质”；还有海平面高度的变化，甚至预警海岸是否会被淹没。最常见的还包括洋流——海水在地球上缓慢而强劲的迁徙旅程。
海洋也有高速公路和小巷弄
就像人类的城市有高速公路、小巷弄，海洋的流动也分许多“层级”。
最宏大的，是被称为大尺度环流的“洋流高速路”。比如著名的黑潮，是太平洋上一股强劲暖流，就像一条热能传送带，把温暖从赤道送往高纬度，是气候变化和季风系统背后的隐形推手。这些大尺度洋流延伸动辄几千公里，常年稳定流动，持续时间长达数十年，是维持地球气候平衡的重要力量。
稍小一些的是中尺度环流，你可以把它想象成大海中的巨大旋涡。这些旋涡有时看不见，却能将浮游生物聚集，形成渔场；也可能悄悄把海面上的污染物卷入深海。这类环流像大海里的漩涡城市，宽达几十公里，活跃时间在几天到几个月之间，是海洋中最具活力的角色之一。
再往下是次中尺度环流，它们个子小却本事大。常常出现在冷热水交界地带，它们像水下的小旋风，能把深海的养分拽上来，造成海水颜色变化，甚至有可能引发赤潮。科学家近年越来越关注这些“小角色”，因为它们是生态系统变动的重要触发器。
最细微的，是微尺度过程。这是一种我们几乎看不到的搅拌和混合，像无数个小精灵在水中跳舞。它们影响海水的温度分布、气体交换，是连接海洋和大气的重要通道。
大海，从不孤单，它和世界的每一个角落，都在悄悄相连。洋流不断地把热量、养分与生命的种子，从一片海洋带向另一片，从赤道输送到极地，从深海送往阳光洒落的浅滩。海水密度是空气的1000倍，流动缓慢但推力巨大。一个海流即使只有每秒1米的速度，也可能比台风更具能量。因此，海洋预报既缓慢又强大，既隐秘又深远。
海洋的耳与眼：从浮标到卫星遥感
我们靠什么“听懂”大海？要把这么多层次的变化预测准确，并不是一件容易的事。观测，是一切的起点。为了预测大海的脉动，科学家们首先要收集大量真实的海洋数据。海洋不像陆地那样布满观测站，它深沉、庞大、反应缓慢。科学家必须借助卫星遥感、漂浮浮标、水下滑翔机等工具，才能收集到关键的数据。但这些设备昂贵、分布稀疏，仍不能覆盖整个海洋。海洋观测在过去20几年里经历了迅速发展。自动水下观测平台跨越式发展，但观测区域和时间非常有限。
在今天的海洋里，悄悄漂浮着一支神奇的“海洋侦察队”——它们不是船，也不是潜水员，而是一群叫做“阿尔戈浮标”的小小探测器。全球海洋中已经布设了将近4000个阿尔戈浮标，它们就像是大海里的智能漂流瓶，能靠自己调整浮力，悄悄潜入海洋深处，有的甚至能潜到几千米以下。这些浮标不是来“游泳”的，而是来“听诊”的：它们会记录水温、盐度、含氧量，甚至是海里漂浮的微小植物，然后每隔5到10天浮上海面，把收集到的数据通过卫星“打包寄回地球”，再沉回水下，继续下一轮的“海中巡逻”。
虽然ARGO浮标已达4000台业务运行，但还远远不能满足海洋预报要求。
此外，还有能自由上下潜行的水下滑翔机，悄然穿行在海水深处，探测温盐结构和洋流特征。除了这些“专业选手”，科学家还借助自然界的帮手——海豹、鲸鱼、海龟等海洋动物。通过在它们身上安装微型传感器，人类得以进入冰盖下方或极地深海这些艰难抵达的区域，获取宝贵数据。此外，还有固定在海底的深海观测站，用于长期监测地震、冷泉、深海生态变化；海岸雷达，能远距离测出近岸海流；船只上投放的CTD仪器，用来获取不同深度水层的精细剖面；甚至志愿商船也在执行日常航线的同时，承担起海洋观测任务。在科技飞速发展的今天，卫星遥感、无人船、无人机也加入这场“海洋监听行动”。这些多维度、多手段的协同系统，正在悄无声息中改变我们对海洋的理解，也成为应对气候变迁与极端灾害的关键科技力量。
海洋预报的挑战与机遇
如果说浮标是“海上的耳朵”，那么卫星遥感就是“太空中的眼睛”。遥感技术通过接收海面反射或发出的电磁波，来获取海洋的温度、颜色、波浪、海平面高度等信息。经过几十年的技术发展，如今已经能测量出精确到几厘米的海表变化。
上世纪70年代，第一批搭载海洋高度计的卫星（如GEOS-3、SEASAT）测高误差高达1米，难以解析几十厘米级别的海面起伏，也就无法准确推导洋流结构。直到1992年，TOPEX/Poseidon卫星将误差缩小到2~3厘米，全球海洋环流与预报系统才真正具备数据支持。今天，而更小巧、低成本的微小卫星也正逐步进入教育与科研应用，拓展海洋观测的新方向。
我国在海洋预报领域起步较晚，一度在观测手段与模型技术上与欧美发达国家存在差距。比如2011年，日本福岛核电站事故发生后，放射性污染物进入海洋，引发了公众对海水污染扩散的关注。当时，我们虽启动了相应预报模式，但受限于数据来源和系统能力，尚无建立起完善的实时海洋预报系统，只能参考国际通用模型，开展本地化预测尝试。由于缺乏自主的实时数据与完整模型，难以在国际科学讨论中提供有力支持。
这也促使我国更加重视海洋观测和数值预报的建设。目前，我国已建成由海洋观测站、海洋调查船（志愿观测船）、海洋浮标、雷达观测站、飞机（无人机）和遥感卫星等组成的海洋立体观测网络，获取了大量海洋水文和气象观测数据，为海洋防灾减灾、海洋环境保护、海洋科学研究和应对全球气候变化等做出巨大贡献。
近年来，随着科技的进步与战略需求的提升，一系列新的系统正在建设之中。国内科学家正在构建一个名为“海洋孪生系统”的超级模型：它将观测数据与模拟系统实时融合，生成“海洋的数字双胞胎”，实现更精细、可视化的动态预报。这个系统不仅能预测海流和温度，还能模拟污染物扩散、海洋生态变化，甚至未来可能用于灾难预警和渔业管理。
中国海洋科学，正在追赶并接近国际前沿。
小实验也能连接大海洋：走进科学课堂
你可能想不到，如今已有中学生参与小卫星研发项目。在美国，一些高校乃至中学，学生们参与制作立方体小卫星（CubeSat），送入太空进行海洋与气象观测。而在中国，也已有大学和研究所开始布局相关教育计划。复旦大学小卫星的发展与应用，探索卫星遥感设计、运行，观测反演到应用的各个环节。与此同时，人工智能也正在走进海洋预报。AI可以整合浮标、卫星、无人机等多源数据，提升模型精度，让海洋不再是“黑匣子”，而成为可以被“理解”的系统。
著名大气与海洋科学家李志锦认为，“眼高手低”常被批评为理想高远却缺乏实践能力，但在科学教育中，学生恰恰要‘眼高手低’，目标要高，入手要低。”
中国学生普遍聪明，理解能力强，但在实际动手、解决问题方面，略逊一些发达国家同龄人，尤其在早期缺乏实践训练。因此，我们需要鼓励孩子们拥有探索深海、理解地球系统的远大目标，同时也要为他们提供具体、可操作的起点：动手做一张洋流分布图、设计一个浮标模型、模拟一个海浪的传播过程……从小实验开始，构建对科学的信任与兴趣。越来越多的学校和教育机构也在尝试将真实科学问题引入课堂，让学生不只是“读懂科学”，而是“参与科学”。
在我们脚下，海洋从不沉默。它以浪涌、洋流、温度、盐度等方式诉说着地球的节奏。而预报，就是倾听这些脉动、理解它们背后规律的过程。从诺曼底的风浪判断，到今天的卫星模型预测；从阿尔戈浮标的深潜数据，到数字孪生的仿真模拟，每一步进展，都是我们认知海洋、保护未来的努力缩影。面对气候变迁与极端天气，我们更需要这样的科学武器，也更需要一代代年轻人投身其中，去理解、去参与、去创新。
让我们一起——读懂海洋，预见未来。
作者简介：周甜，科普创作者，专注博物馆教育与科学传播，愿用文字点亮好奇，用故事讲述科学。