极地之星号大西洋断面培训：海洋科学船基培训的创新模式与实践蓝图

《ICES Journal of Marine Science》：The Polarstern Atlantic Transect as a concept for shipboard training on ocean science

本刊编辑推荐：为应对全球海洋科研能力分布不均及实践培训匮乏的挑战，研究人员开发了极地之星号大西洋断面培训（PSATT）这一模块化船基培训项目。该项目通过在北-南大西洋断面（NoSoAT/SoNoAT）航次中实施，成功培训了97名学者，证明了其在不同尺度研究船上的可扩展性与有效性。PSATT不仅提升了学员在海洋观测、数据采集（如CTD、xBT）及科学传播等方面的实操技能，其产生的环境数据（如温盐深剖面）已存档于PANGAEA，为全球海洋观测系统（GOOS）做出了贡献。该模式为联合国海洋十年挑战中的“可持续扩展全球海洋观测系统”（Challenge 7）和“为所有人提供技能、知识、技术和参与”（Challenge 9）提供了实践范例，是推动包容性、跨学科海洋能力建设的宝贵蓝图。

　　

海洋覆盖了地球表面的绝大部分，其健康状况直接关系到全球可持续发展。然而，全球海洋科研能力分布极不均衡，许多拥有广阔海岸线和专属经济区（EEZ）的新兴经济体国家，在科研基础设施、专业人才以及海洋管理能力方面存在显著不足。这种失衡不仅威胁着区域资源的可持续利用，也阻碍了这些国家为全球数据库贡献符合国际标准数据的能力。问题的核心不仅在于资金和仪器的匮乏，更在于缺乏能够收集、分析和解读海洋学数据的科学人员。传统的海洋科学教育多侧重于理论传授，而能够让学生在真实科研船环境下进行实践操作的机会凤毛麟角。即便在发达国家，为学生们提供能够模拟真实世界条件的船基培训也面临巨大的后勤挑战。因此，开发一套行之有效、可灵活适配的船基培训方案，对于培养下一代海洋科学与管理的实战型人才至关重要。

在此背景下，由阿尔弗雷德-魏格纳研究所（Alfred-Wegener-Institut, AWI）等机构的研究人员主导，在“极地之星”号（RV Polarstern）研究船执行北大西洋-南大西洋断面（NoSoAT/SoNoAT）航次期间，设计并实践了名为“极地之星号大西洋断面培训”（Polarstern Atlantic Transect Training, PSATT）的船基培训项目。这项研究旨在提供一个经过验证的、多功能的船基培训框架，能够根据船只大小（中型50-100米，大型>100米）和航次时长（至少5天至超过14天）进行模块化缩放，以满足不同需求。该研究得出结论，PSATT是一个成功的、可适应的海上培训框架，它通过四次航次（2015、2016、2019、2022年）培训了97名学者，不仅显著提升了学员的实践技能和跨文化团队协作能力，还产生了高质量的海洋环境数据集，并通过广泛的科学传播活动提升了公众对海洋科学的认知。其意义在于为国际海洋科学教育提供了一个可复制的蓝图，直接支持了联合国海洋十年的多项可持续发展目标。

为了开展这项研究，作者团队运用了多种关键的技术与方法。首先，在项目开发阶段，他们借鉴了已有的成功培训模式（如爱尔兰的SMART项目），并进行了小规模“概念验证”测试。其次，在航次规划上，采用了长达1-2年的前瞻性筹备流程，涉及船只与仪器选型（确保至少三种主要设备可用，如CTD采水器、浮游生物网、xBT等）、学员的全球招募与多维度筛选（基于专业潜力、地域代表性等），以及培训模块与教师的针对性选择（模块主题随全球关注点动态调整，如气候变化、海洋可持续发展等）。核心的培训实施采用了独特的轮转模式，将学员分成小组，在为期数天的航次中循环参与不同模块的实践学习。数据收集严格遵循海洋学标准操作程序，利用船载设备（如CTD罗盘、走航式系统）在预设断面站位进行环境参数（温度、盐度、深度、营养盐等）的测量与样品采集。所有环境数据均按照国际标准，在航次结束后两年内存档于世界数据平台PANGAEA（https://www.pangaea.de），并采用CC-BY许可。此外，研究还包含了通过社交媒体（如X/Twitter）、博客、视频会议（与多国中小学生互动）以及公共讲座等形式进行的系统化科学传播与影响力评估。

培训概念与结构

PSATT培训的核心是一个灵活的轮转结构，旨在无缝融入科研船的常规作业。培训开始时，学者们首先适应船上的专业作息，并围绕一个共同选定的科学问题（例如：“变暖如何影响海洋生物地球化学过程？”）进行小组讨论。在船只航行期间，学者们被分成5-6个小组，以轮转方式参与不同的培训模块，每个模块持续约5天。这种设计确保了每位学者都能获得所有关键领域的动手经验。例如，在NoSoAT和SoNoAT航次中，5个学者一组，进行5个模块的轮转，被证明是高效可行的方案。模块内容极具实践性，讲座和讨论均与现场采样和走航测量获得的数据紧密相关。培训共设置了11个深海采样站，用于CTD和采水器作业。学者们在每个站点亲自操作24个尼斯金瓶（Niskin bottle）的采样，获取CTD剖面数据，并在实验室进行后续的营养盐分析。此外，航次中还尽可能安排了走航测量，如xBT投放、表层水桶采样、气象观测、多波束或侧扫声呐的地形测绘等。

方法学途径：发展船基培训项目

项目的发展基于对现有成功船基培训模式（如爱尔兰的SMART项目）的借鉴以及与AWI、POGO等机构的合作经验。通过在小规模航次（如RV Celtic Explorer, RV Heincke）上进行“概念验证”测试后，培训概念被成功放大到“极地之星”号这样的大型研究船及其长途断面航次上。培训的筹备周期长达1-2年，涉及复杂的组织工作，包括船只时间申请、国际资金筹措（如日本基金会、POGO）、学员全球招募与严格筛选（申请人数远超名额，显示了巨大需求）等。学员选拔注重专业潜力、地域代表性和参与科考机会的稀缺性。培训模块的主题选择紧跟全球关切（如UNFCCC COP-22、IPCC报告、海洋塑料污染），并始终保持物理海洋学（如CTD操作、水团识别）这一核心模块的稳定。安全规程、个人福祉、压力下的专业沟通以及冲突管理也被主动纳入培训内容。

预航次规划

基于在“极地之星”号和“海因克”号（RV Heincke）上多次规划和执行船基培训的经验，研究人员制定了一套详细的战略考量、采样流程和教育概念。航次准备期需1-2年，其组织流程和潜在问题通过流程图进行了系统梳理，确保了培训项目的每个方面都得到周密规划和执行。

PSATT培训概念与结构总结

PSATT培训被证明可以轻松地融入船只的常规采样和操作。它始于学者对船上专业惯例的适应以及基于整体问题的分组讨论。船只航行后，采用轮转培训结构，将学者分组循环参与与整体问题相关的多个模块。

选择培训主题/模块和教师

培训主题和教师的选择旨在契合社会需求。例如，2016年NoSoAT（PS102）培训的重点是应对气候变化，而2019年SoNoAT（PS120）则强调海洋可持续性。模块内容始终保持核心的物理海洋学实践，同时灵活融入当时的热点议题，如海洋治理、微生物学、遥感、数据统计等。这种灵活性确保了培训内容的时效性和相关性。

评估与发展

对PSATT概念的评估显示其在个人职业发展、网络建设、科学传播技能提升等方面产生了高度积极的影响。自愿参与的一年后续评估（n=31）表明，多数学者认为该培训对其专业和个人成长（特别是安全意识）产生了高度正面或正面影响。

此外，PSATT培训在科学传播方面取得了显著成效。通过社交媒体（如X/Twitter）、博客、视频会议以及与学校儿童的直接互动，培训的科学目标和成果得到了广泛传播。例如，相关的社交媒体帖子获得了大量的阅读量和互动。

数据资源

将培训嵌入以科学为导向的航次，不仅培训了科学家，还通过PANGAEA数据平台为海洋学界提供了宝贵的基础数据集。这些数据集包括沿断面的温盐深（CTD）剖面、营养盐、叶绿素、溶解氧、浮游生物、微生物群落以及走航xBT剖面和海底地形数据等，为长期监测和全球海洋观测做出了贡献。

讨论

当前，海洋及其生态系统面临污染、变暖和酸化等严峻挑战。基于实践知识的海洋和海岸带管理政策日益重要，而这高度依赖于训练有素、具备实践经验的专家。PSATT项目展示了一种极具成功且灵活的国际海洋培训模式，可作为中型至大型科研船上任何船基培训的教育蓝图。其重要性体现在为学员提供了接触海洋环境和海洋技术、获得实践经验、促进国际合作、进行多学科学习以及推动职业发展的宝贵机会。通过将船基培训嵌入盆地尺度的经向断面，PSATT让学生直接体验到此类断面在全球海洋观测系统（GOOS）中的作用，并培养了他们在收集、处理和解读海洋数据方面的关键能力。该培训模式强调包容性、跨学科和科学传播，符合联合国海洋十年和可持续发展目标的要求，是弥补全球海洋科研能力差距、培养未来海洋专业人才的重要实践。

综上所述，极地之星号大西洋断面培训（PSATT）研究证实，通过精心设计的模块化、轮转式实践教学，结合严格的科学数据采集和广泛的社会传播，能够高效地培养具备实战技能、国际视野和团队协作能力的早期职业海洋专业人员（ECOP）。这一模式的成功实践，为在全球范围内推广类似船基培训项目、加强海洋科学能力建设、最终实现海洋的可持续管理与利用提供了强有力的证据和可行的路径。