●美國伍茲霍爾海洋研究所現任所長把在大洋中尋機比喻為“在乾草堆里尋針”。作者認為，在大海里尋找失事飛機，關鍵是能夠科學地確定尋找“範圍”。



　　●前3次搜尋都以失敗而告終，法國航空管理局和空客公司壓力倍增，作者領導的科學研究團隊“臨危受命”，領導了第4次尋機方案的制定工作。

　　●作者及其團隊通過運用FVCOM海洋模型，找到了4個概率最高的地點，並通過對模型可信度的分析，認為第一個位置可能性最高。最終，海上搜尋團隊在第一個位置處成功找到了飛機殘骸。

　　■美國麻州大學海洋科學學院教授 陳長勝

　　這幾天找筆者的電話不斷，主要圍繞當年在各國合作尋找法航AF447飛機，3次出航都無功而返的情況下，我們如何幫助法國空中客車公司確認遇難飛機在大約4000米海底的位置，以及美國伍茲霍爾海洋研究所搜尋團隊在我們預測地點找到飛機殘體和兩個黑匣子的經過。

　　人們都知道世界著名的伍茲霍爾海洋研究所找到了法航AF447，但並不了解他們為什麼能很快成功。媒體對我們的描述，最常見的用詞是“Professional”，即專業性。其實，無論成功與否，每次尋機團隊都是由專業人員組成的。事實上，伍茲霍爾海洋研究所也參與了第3次尋找AF447的失敗行動，但直到第4次才最終成功找到法航失事客機，從而為整個世界解開了謎團。

　　伍茲霍爾海洋研究所現任所長在接受媒體採訪時，把在大洋中尋機比喻為“在乾草堆里尋針”，這很形象。當媒體問為什麼如此艱難時，我們通常的比方是：在浩瀚的海洋里尋找飛機就像在游泳池內找一根針。如果只告訴你針在游泳池裡，你可能永遠找不到。但如果告訴你這根針在游泳池的東北角，你就有希望通過努力找到它。如果能準確地指出針就在游泳池東北角的某一點，而且確定那個點的誤差範圍，你就有可能很快找到這根針。所以在海里尋找失事飛機，關鍵是能夠科學地確定尋找“範圍”。

　　在這裡，我想通過對尋找法航AF447過程的回顧，與讀者分享我的經歷，這些經歷可能對將來組織海上救援有所幫助。

　　第一次尋機一無所獲

　　2009年6月1日，法航AF447在從巴西里約熱內盧加利昂國際機場起飛，在飛往法國巴黎途中的北大西洋赤道附近海域消失。在飛機信號消失前地面控制台最後一次收到飛機的位置為北緯2.98°、西經30.59°。飛機失事後，法國航空管理局立即組織了由飛機、衛星、軍艦、以及潛艇組織的三維立體大規模的尋找行動。法國海軍、美國海軍、北約組織、巴西、英國和德國等都參加了這次行動。

　　在正常的情況下，地面控制台每5分鐘就會收到飛機發回的信息，其中包括飛機的位置、高度、航速和航向等。信號消失前飛機最後所在的位置乘以5分鐘時間，就能確定出一個以飛機最後所在的位置為中心，以當時航速條件下5分鐘能走的距離為半徑的一個圓，這就是飛機落水的最大海域範圍。也就是說，如果是由飛機故障問題或飛行員操作失誤所造成的飛機失事，這架飛機一定在這個圓的範圍內，而這個圓的半徑大約為40海里（約1.7萬平方公里）。可是要在這個圓內找到飛機也不是一件容易的事。

　　通常的做法是用聲吶儀在附近進行高密度地尋找。在大多數情況下，飛機應當離飛機最後所在的位置不遠的位置。但由於法航客機最後所在的位置範圍內的海區有4000米之深，且處於複雜海嵴帶，所以用高密度尋找方法未能找到。

　　後來，美國海軍利用兩個全球海洋預報模型所預報的海流場，對飛機在水中漂移作出預測，除了大範圍的走航式尋找外，還加大了對飛機最後所在的位置範圍東北角海域的尋找，但仍然一無所獲。

　　第二次尋機無功而返

　　2009年6月6日，一艘新加坡的商船路經此海域時，在該圓圈的北面發現了第一具浮在海面的屍體。這具屍體的發現，促使搜尋團隊將尋找的視線全部移向北面。

　　從6月6日到6月19日，在該圓圈外的北部海域找到了58具遇難者屍體和495件飛機殘片與物品。根據其所出現的位置，美國海軍和法國政府通過3個海洋預報模型所提供的海流場，反演了這些屍體和殘片在出事時的源點位置。這些模型包括美國海軍投入預報服務的全球G-NCOM和HYCOM模式，以及法國的大西洋MERCATOR模式。3個模型的反演計算結果都表明飛機落海處在飛機最後所在的位置的東北方30海里~40多海里的範圍內。在海洋模型的指導下，法國組織了第二次大規模海上搜尋行動。但是，又一次以失敗告終。

　　第三次尋機仍以失敗告終

　　第二次尋機的失敗，對法國航空管理局打擊很大，各種負面評論接踵而來。對海洋學家而言，這是一種永遠不會消失的陰影。為了向遇難者家屬有所交待，法國航空管理局迫不及待地發起第三次尋找活動。因為公眾媒體大量地報道了一些專家對空客公司可能出現的技術隱患的質疑，空客公司面臨的壓力比法國航空管理局大得多。所以，他們主動提供了第三次尋找的大部分經費。但有了錢也不能無的放矢。這時，有人想起了伍茲霍爾海洋研究所的研究員理查德·藍伯諾。藍伯諾曾經多次協助美國航空公司找到在海上失事的飛機和幫助民間組織找到百年前的沉船，被美國人稱為“找飛機專家”。空客負責尋找AF447項目的領導人直接聯繫了他，並希望伍茲霍爾海洋研究所能參與第三次尋機行動。藍伯諾認為AF447失落的海域海況太複雜，必須依靠先進的海洋模型技術。雖然在第二次的失敗尋找中3個權威模型已用於確定飛機的可能範圍，但他並不放棄模型理論的先驅作用，問題是什麼樣的海洋模型能夠更為切合實際。

　　那天一早，他來到我的辦公室。第一句話就說：我希望你加入伍茲霍爾海洋研究所團隊，參加第三次尋找行動。其實，我和藍伯諾都是世界著名海洋學家羅伯特·比爾茲利的學生。上世紀80年代我在美國麻省理工學院和伍茲霍爾海洋研究所攻讀博士學位時，比爾茲利教授和藍伯諾師兄曾經手把手地教我海上觀測理論和海上觀測實踐。許多年後，我們共同發表了不少文章。也就是說，我們在理論和實踐中有着共同的基點。當他找我商量此事時，同時轉達了比爾茲利教授和伍茲霍爾海洋研究所另一位海洋學家歐文斯教授的心願，他們都希望我能參與。再者我也是伍茲霍爾海洋研究所的客座研究員。出於對尊師的信任和自身的責任感，我領導的麻省大學FVCOM海洋模型開發團隊加入了由伍茲霍爾海洋研究所參與尋機隊伍。

　　不久，第三次尋機行動的海上實驗方案制訂討論會在法國巴黎舊機場空客會議室召開。參加會議的有法國航空管理局的官員、法國軍方代表、北約組織軍人、法航飛行員、空客AF447尋找項目負責人、英國和法國航空安全管理部門負責人以及參加過第二次尋機的海洋學家們。藍伯諾和我全權代表伍茲霍爾海洋研究所。會上各國科學家對第二次尋找失敗進行了總結，我代表伍茲霍爾海洋研究所作了45分鐘報告。通過對第二次尋找方案制定過程的所有材料和法國航空管理局所有資料數據的分析，我歸結了尋機的困難之處和失敗的原因，並提出了新的尋找方案。我的方案引起了劇烈爭議。開了幾天會，仍然無法統一思想。

　　空客項目負責人為了增強我們的積極性，專程來賓館探望，希望我能繼續堅持觀點，讓法航官員聽到基於海洋學理論的不同聲音。作為一個海洋科學同行，我十分尊重那些為第二次尋找制訂方案的各國學者，為儘快找到飛機而堅持自己的觀點。雖然爭執不休，各持己見，但最終還是有所成效：大家一致同意公開自己的資料，並決定每星期開一次國際電話會議，討論各自的進展，以及接納我們FVCOM模型來制定第三次尋找方案。在這裡，我不得不提的是，歐洲各國學者在資料共享方面是真正的相互支持。雖然我們在會上爭得面紅耳赤，但我需要他們提供相關資料時，他們做到了毫無保留。我覺得與這些敬業的學者工作是我參加這次尋機的最大收穫之一。

　　在制訂第三次尋機方案過程中，某國的漁民告知法航管理局，為了了解海水運動，他們曾在附近海城投放了兩個漂流計。在飛機遇難的時間段，他們發現那兩個漂流計的軌跡經過飛機最後所在位置範圍，然後向北漂去。漁民將漂流計的記載數據送給了法航管理局。這兩個漂流計軌跡資料的出現，立刻改變了眾人的思維。我們只要能用模型模擬出這兩個漂流計的軌跡，我們就可以用反演法跟蹤屍體和殘片，找到飛機主體的所在地置。在這個思想指導下，法國學者通過四維同化技術預測飛機的位置可能在飛機最後所在位置範圍的西北角。因為那個海域未曾尋找過，許多人都相信這種可能性很大。於是各國學者用不同的方法演算，都獲得相似的結果。然而，我們的團隊卻提出了疑問。因為我們通過FVCOM模型對所有那個海域漂流計的模擬發現，不同漂流計的軌跡在幾海里內的流動方向出現了完全相反的觀測值。如果我們將這些反向漂流計去除，我們就可以得到與法國學者同樣的結果。反之，結果完全不同。

　　考慮到海上每條船每天的費用高達十幾萬美元，我希望能多做幾個實驗，免得興師動眾而去，大失所望而歸。但在這種看似萬事已備的情況下，大家都有些急不可耐。第三次尋機方案基於法國學者的提議而制訂，重點放在飛機最後所在位置範圍的西北部。第三次尋機由此開始。這次尋找動用了伍茲霍爾海洋研究所兩台深海自動行走聲吶車，該所海洋工程專家也參加了尋找。他們將範圍圓的西北面，也就是1/4圓分成69個方塊，每天找一個方塊。工程技術人員在那裡一待就是一個多月，期間還經歷了多次惡劣天氣。他們辛辛苦苦地找遍了整個西北面海域，但客機仍然杳無蹤跡。

　　領銜制訂第四次尋機方案

　　當他們決定放棄尋找時，我正在上海華東師大進行學術交流。我收到了尋找結果的圖片，十分驚愕，徹夜難眠。第二天我又收到空客項目負責人的郵件，他希望我儘快回美國，並告之他會在我回到美國的第二天與我見面。

　　回到美國之後，與空客項目負責人同來的還有法國一位退役海軍將軍。他們說，這次失敗對法國航空管理局打擊很大，他們已失去能找到失事飛機的信心，但空客卻堅持不懈，誓言無論如何也將繼續找下去。他們希望由我領導的團隊幫助制訂第四次尋找方案。我出於自身考慮，表示既不敢、也沒有能力承擔此等重任。見我推辭，他們又找到藍伯諾，勸我站出來接受這項工作。但考慮到各種因素，我當時覺得這是一個鋌而走險又出力不討好的事。空客項目負責人再次與我進行了長談。他坦誠地說，第四次尋機由伍茲霍爾海洋研究所獨家進行。最後，我們定下3個條件：1.我的名字不出現在第四次尋找團隊名單內，我的介入對外保密；2.在制定第四次尋找方案過程中，空客必須提供真實資料，並滿足所有科學研究需求；3.在我認為方案制訂基本滿意後，才能進行尋找。在得到東道主的充分承諾之後，我和我的團隊，又踏上了這條尋機之路。

　　成功預測飛機殘骸所在

　　自1999年以來，我領導的海洋研究團隊開發了新一代非結構網格：有限體積海洋模式。這個模式的英文縮寫為FVCOM。這一模型成功地解決了分辨海洋中複雜地形多尺度非線性物理過程的難題。但是，任何一個先進的模型都要依賴精確的驅動力。這種驅動力包括海面風速、風向、太陽短波輻射、海面淨熱通量、降水與蒸發、潮汐、河水通量等。法航AF447的失事海域位於南北赤道流和赤道逆流之間，那是一個中尺度渦旋頻繁出現的海域。由於水深很深，一旦渦旋形成後，其生命期長至一年或幾年。渦旋與渦旋相互作用再生渦旋。據我所知，目前沒有一個海洋模型能夠成功地模擬出該海域複雜的渦旋流場。再者，出事海域恰巧位於熱帶輻合帶，由大氣模型模擬出的該海域風場在風向上不可信程度較大。我們分析了由歐洲氣象中心、美國海洋大氣管理局全球大氣模式和由衛星反演的風場，它們的方向在2009年6月1日~6月19日期間相差超過90度。用模型來反演屍體和殘片的移動軌跡，除流場外，還須考慮海面風的影響。如此不精確的風向資料是否可用？而且誰也沒有方法保證由這種不精確風驅動下的海洋流場可靠性。加之該海域的海洋資料很少，僅有的就是路經該海域的表面和次表面的漂流計軌跡資料，而且這些有限的漂流計中有一部分所處水深不明。如何使這些資料運用到模型中幫助訂正、計算出真實的流場？第三次尋找計劃與第二次計劃最大的不同就是用四維同化技術將漂流計資料同化入海洋模型。但由於所用的海洋模型均無法分辨出中尺度渦流的演變， 最後失敗了。但很清楚，這條路是對的，問題是如何走！

　　面對諸多不定因素，我們團隊對每一個問題進行了深入的討論。我們採用了將概率學與海洋模擬實驗相結合的方法，首先建立了該海域高分辨率的中尺度天氣模式，改進對熱帶輻合帶風場的模擬精度。與此同時，建立了分辨率高達500米至1公里的FVCOM子區域模型，並將它與我們的全球FVCOM模型嵌套在一起。最為重要的一步是要求空客在飛機失事最大可能性圓內，以中尺度渦水平尺度為間距，在2010月6月投放9個表面漂流計。空客項目負責人對此事感到蹊蹺，明明聽我說該海域流場十分不穩定，每時每刻都在變。那麼由2010年觀測到的流場絕對不同於2009年出事時的流場，為什麼出爾反爾？他們的確無法理解。好在他們還是按藍伯諾提供的位置投放了9個漂流計。最後，其中一個出現故障，我們獲得了8個漂流計的軌跡資料。

　　資料獲得後，我詳細闡明了我們的目的。正因為2009年所獲得的漂流計資料來自不同水深，出現時間也不同，我們無法用這些資料來驗證在模型分辨率達到何種程度條件下可以分離和模擬出熱帶輻合帶處中尺度的流場。我們必須有一套同步的觀測流場數據來驗證和找出同化的時空尺度。我越講他們越煳塗，不過通過交流，幫助他們增加了對我們的信心。通過大量實驗，我們發現在當我們的模型分辨率尺度與同化空間尺度對應，而且同化時間窗與中尺度渦旋演變尺度成一定比例時，我們能成功地分離和模擬出8個漂流計的軌跡。

　　有了這一結果，我們用同樣的方法和參數對2009年路經出事海域的漂流計進行同化模擬，並發現模型能將所有的漂流計軌跡重演。其模擬誤差隨時間增大，最可靠的時間段是2009年6月1日至6月10日。有了這些可靠的實驗結果，我們選擇了6月6日至8日找到的遇難者屍體，通過模型反演了在不同風場條件下他們從出事時到被找到時的漂移軌跡。我們只選擇屍體而沒有選擇殘片是因為殘片大小差異太大，風對其影響率很難確定。我們用浮力理論對海面屍體漂移進行了研究，並向美國和歐洲的專家請教，找到了風影響的係數在1%~ 3%之間。通過對各種係數條件下屍體漂移的模擬，我們找到了4個概率最高的地點。第一地點就在飛機最後所在位置附近，第二地點是在東北海域內，第三個地點在飛機航線後方（那裡曾經發現過油跡)，第四個地點在航線右後方的最大圓之外。我們通過對模型可信度的分析，認為第一個位置可能性最高。將我們實驗結果匯總後，我起草了第四次尋找方案建議書。與以往不同的是，空客要求我簡明扼要，並明確指定尋找路線與地點的前後安排。報告交上後，通過空客評估，最終交給海上尋機作業團隊。這些成員大多都參加過第三次尋機工作。由於他們經歷過幾次失敗，對模型結果不大相信。他們要求我到他們實驗室詳細解釋我們的方案和我們的推理方法，並提出了各種各樣的問題。最關鍵的是，第一個可能位置已在第一和第二次找過，為什麼還要再找。我花了整整一個上午耐心給他們解釋。

　　第四次尋機就由伍茲霍爾海洋研究所海上作業團隊在這種凝聚着許多不安的狀態下展開了。非常幸運！海上作業團隊第一時間就在我們預測的第一個地點海底找到了飛機殘體。殘體找到後，用高分辨率拍下了當地海底各殘體和兩個黑匣子的位置。隨後的打撈過程十分順利。當我在凌晨收到發自空客項目負責人找到飛機的郵件時，我興奮極了。尤其是註明就在我們指定的位置上找到，我頓時感到前所未有過的輕鬆。我把郵件轉發給我們實驗室的全體同仁。參加這次試驗的成員全部是華人，研究員包括徐啟春、戚建華、林輝嬋、趙柳智，當時的研究生是高郭平、薛鵬飛和來志剛。他們是真正的無名英雄。沒有他們的努力和認真的工作，此次成功是不可能的。