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研究船太貴怎麼辦? 科學家「搭便車」進行海上研究

2025年05月07日
轉載自對話地球;文:對話地球編輯 丹尼爾·克雷西(Daniel Cressey);翻譯:子明

研究船的價格非常昂貴,所以貨船、觀光船和漁船都能成為科學家了解海洋的幫手。

印度洋上,科學家從法國研究船馬利翁.德弗萊號(Marion Dufresne)上下到海中。研究船非常昂貴,因此一些科學家開始用貨船、遊艇和漁船進行研究。圖片來源:Benoit Stichelbaut / Hemis / Alamy

在海洋進行科學研究成本很高。

如果要買一艘最先進的研究船,10億美元可能也不夠。一艘研究船每天的實際運行費用動輒就要數萬美元,這還不包括水下探測或搭乘直升機探查遙遠冰川的費用。

高額費用限制了研究人員的出海時間,也束縛了他們的手腳:他們無法到某些地方去收集漁業、氣候變遷、天氣、以及一系列其他問題的相關數據,而這些問題或許會影響數萬億美元。也因此,大部分海洋沒有完整的數據,世界上較為貧窮的地區尤其如此。

因此科學家開始逐漸以更便宜的方式收集諸如氣溫、鹽度、深度等必要的基礎資訊。這就是科學界的「援手船」(vessels of opportunity),也就是自願幫忙完成某件事情,例如清理漏油或救援等的地方商用船隻。科學家利用已經在海上航行的船隻開展工作,可以用遠低於研究船的成本,填補現有海洋數據中的巨大空白。

又冷又遠,還特別特別貴

南極是研究難度最大的地區之一。

研究船要駛入那片冰冷的水域,必須先成功通過南大洋複雜的政治和許可系統。

因此,如果某個研究隊想要深入南極水域尋找巨型烏賊,他們有一個花費更少的辦法:載著越來越多的遊客前往南極洲的遊輪。

 「研究船每天的費用大約為10萬美元,有時運行成本可能高達每秒22美元。而且要讓涉及的各方都給這艘船發放許可,需要大量的協調工作。」 加拿大紐芬蘭紀念大學(Memorial University of Newfoundland)的海洋科學家邁拉.格雷厄姆(Myrah Graham)說:「但觀光船已經獲得了許可,而且它們已經在前往那裡的路上輪約了成本。」根據格雷厄姆的團隊估計,如果不使用自己的船隻,每位研究人員每天可以減少約417公斤的二氧化碳排放。

一艘停靠在南極洲庫佛維爾島(Cuverville Island)附近的客輪,離它不遠的地方有一群巴布亞企鵝。根據海洋科學家估算,與使用專門的研究船相比,搭乘遊輪進行科研任務可以顯著降低溫室氣體排放。圖片來源:David Rowland / One Image / Alamy

搭乘遊輪也不是十全十美。研究人員無法控制遊輪的航向、以及何時向海中投放設備,而且他們還要在乘客上下船的時候挪動設備。捕捉巨型烏賊的研究人員可能想要去人跡罕至的深海海域,而可以想見,遊客們更願意去的是有著大量企鵝的海灘。

但格雷厄姆表示,他的這趟行程「毫無疑問是成功的」,他的團隊在一個先前少有人研究的地區架設了36台攝影機,甚至捕捉到了可能是巨型烏賊的影像。如果真是巨型烏賊,那將是首次在自然棲息地捕捉到其影像。

「不過,這也是我們首次看到這部分海底區域。」他說,「尤其是氣候變遷導致極地正以比其他地區高4倍的速度產生變化,掌握了那裡的現狀,我們未來就有可能以此為基線,監測並了解海底正在經歷的改變。」

在海洋的「高速公路」上

儘管全球只有約100艘遠洋研究船和幾百艘遊輪,但商船卻超過5萬艘。

「夾竹桃」號貨輪(CMV Oleander)就是其中之一。這艘船每週在美洲東海岸的紐澤西與百慕達之間往返。自1992年起,它每次航行都會收集墨西哥灣流(Gulf Stream)的數據。

多年來,人們一直利用船隻收集天氣數據——即海平面上的氣候狀況,而利用「夾竹桃」號做的卻是一件其他船很少做的工作:用其自身搭載的一個名為「聲學多普勒流速剖面儀」(Acoustic Doppler Current Profiler)的傳感器,測量海面下的洋流情況。

自1992年以來,每週往返於新澤西與百慕達的「夾竹桃」號貨船便在航行過程中收集墨西哥灣流的數據。商船可以重複造訪同一片水域——這往往是研究船無法做到的。圖片來源:Oceanography Magazine(CC BY 4.0)

研究船的時間非常寶貴,因此可能很少重複訪問同一地點。 「夾竹桃號」計畫的可貴與不同之處在於:它能一次又一次地收集同一片海域的資料。

曾在「夾竹桃」號項目的測量工作中起到了關鍵作用的羅德島大學(University of Rhode Island)退休教授湯姆.羅斯比(Tom Rossby)說:「這些船沿同一條航線來來回回,一遍又一遍地重遊同一片海域。因此,可以建立起一個記錄這條航線上各種海洋狀態的數據庫和詳細目錄。」

參與「夾竹桃號」工作的一些人員現在負責「商業船隻上的科學研究」(Science RoCS)計劃,這是全球幾個旨在增加研究人員利用船隻機會的項目之一。 Science RoCS希望建立航運業和科學界之間的聯繫,將擁有儀器的科學家與船主搭上線,從而在研究船很少到訪的地區,進行大規模的重複測量。

美國伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的海洋學家艾莉森.麥克唐納(Alison Macdonald)說:「現在有很多其他儀器可以安裝在這些船上,包括測量二氧化碳分壓的儀器。這對於理解碳系統、海洋和大氣之間的動態關係非常重要。」

漁船出海,兼顧研究

在海洋上航行的商船數以萬計,但漁船的數量卻高達數百萬。

除了在捕魚過程中收集的數據(例如捕獲的魚類品種及捕撈位置的詳細資訊)之外,這些船隻也越來越多地被用來為科學家進行測量工作。在美國,100多艘在新英格蘭海岸作業的船隻已經在龍蝦籠上安裝了感測器,用來測量海水溫度和氧氣水平。紐西蘭則更進一步。 Te Tiro Moana(毛利語中的「海洋之眼」)計畫目前有200艘船隻參與,佔全國漁船總數的1/3以上。

庫柏.範.弗蘭肯(Cooper Van Vranken)是海洋數據網絡(Ocean Data Network)的創始人兼首席執行官,該機構牽頭開展漁船海洋觀測網絡(Fishing Vessel Ocean Observing Network,簡稱FVON)計畫。弗蘭肯負責給漁船配對現有的感測器,並分析和發布它們產生的數據。 他說:「漁船的獨特之處在於有機會收集水面下的數據,因為捕網是下到海裡的。事實證明,我們在公海上獲得的水下數據比近海漁場多得多。」

加納,一位漁民在漁網上加裝溫度和深度探測器。世界各地的漁船被越來越多地用來收集水下科學數據。圖片來源:Ocean Data Network, Environmental Defense Fund, Partnership for Observation of the Global Ocean, and the University of Ghana

庫柏的夢想是在FVON的旗下建立一個規模更大、遍及全球的網絡,來監測海水溫度、鹽度和其他重要的海洋資訊。近期他在合作發表的一份研究論文中寫道,「全球漁業意味著一個巨大機遇,可以改變海洋數據收集範式。」

過去的一年是忙碌的一年。 FVON加入了海洋資料收集的傘狀組織——全球海洋觀測系統(Global Ocean Observing System),聯合國組織的一篇關於亟需擴大海洋觀測的白皮書中也提到了FVON。

庫柏告訴對話地球,全球約有200萬艘可供利用的漁船,目前有近1000艘已經用於資料收集。

他說:「我們的目標是1萬艘漁船。那將從根本上改變海洋數據觀測、海洋學以及海岸韌性。」

遊艇向科學啟航

漁船與貨船的航線是由經濟效益決定的,而有些船的航線則是由船主的喜好決定的:私人遊艇。

目前,一些項目嘗試利用遊艇收集各類海洋資訊。 「遊艇為科學」(Yachts for Science)計畫就是其中之一。該計畫曾經幫助一位蝠鱝研究者前往馬爾地夫,並幫助一位研究黑珊瑚的科學家乘坐一艘豪華遊艇在印尼水域進行研究。

負責該計畫科學工作的露西.伍德爾(Lucy Woodall)表示:「要在海洋各處收集我們需要的所有數據,僅靠現有的研究船是不夠的。」

對他所在組織的而言,關鍵在於為想要進行專案的研究人員與可以幫忙的遊艇主牽線搭橋。

伍德爾是英國艾克希特大學(University of Exeter)的海洋保護與政策研究員,同時也是非營利研究基金會Nekton的首席科學家。這個基金會支持了「遊艇為科學」計畫。他認為,重要的是要認識到能夠登上一艘船開展工作,不論是什麼船,都是一種福氣。

他說:「這是大多數對海洋領域感興趣的科學家所沒有的特別待遇,因為他們的國家可能沒有合適的船隻或平台,或者他們所在的機構無法輕易獲得這樣的資源。」

已開發國家的水域,或是它們感興趣海域的資料都更為完備。對於那些無法為研究船和大學提供充足資金的國家而言,「援手船」可以幫助填補其管轄海域的數據空白。

「我自己曾搭乘各種船隻進行研究,從槳板到裝備精良的研究船,任何能漂浮的平台都是有用的。」伍德爾說。

如果這些以及其他「援手船」計畫的願景得以實現,那麼將來海上研究將不再那麼昂貴,因為幾乎所有的船隻都有能力進行研究。

※本文轉載自對話地球,原文標題〈科學家「搭便車」進行海洋科考