親歷者獨(dú)家披露：法航客機(jī)是如何找到的匯總

1、親歷者獨(dú)家披露：法航客機(jī)是如何找到的 陳長(zhǎng)勝（美國(guó)麻州大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院教授） 關(guān)鍵詞： 一個(gè)科學(xué)家最大的本領(lǐng)就在于化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，用簡(jiǎn)單的方法去解決復(fù)雜的問題。 程中發(fā)現(xiàn)的飛機(jī)機(jī)翼殘片 核心提示 美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所現(xiàn)任所長(zhǎng)把在大洋中尋機(jī)比喻為“在干草堆里尋 針”。作者認(rèn)為，在大海里尋找失事飛機(jī)，關(guān)鍵是能夠科學(xué)地確定尋找“范 圍”。 前 3 3 次搜尋都以失敗而告終，法國(guó)航空管理局和“空客”公司壓力倍增， 作者領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)“臨危受命”，領(lǐng)導(dǎo)了第 4 4 次尋機(jī)方案的制定工作 作者及其團(tuán)隊(duì)通過運(yùn)用 FVCOMFVCOMI I 海洋模型，找到了 4 4 個(gè)概率最高的地點(diǎn)，并 通過對(duì)模型可信度

2、的分析，認(rèn)為第一個(gè)位置可能性最高。最終，海上搜尋團(tuán) 隊(duì)在第一個(gè)位置處成功找到了飛機(jī)殘骸。 程中發(fā)現(xiàn)的飛機(jī)機(jī)翼碎片 這幾天找筆者的電話不斷，主要圍繞當(dāng)年在各國(guó)合作尋找法航 AF447AF447 飛機(jī)，3 3 次出航都無功而返的情況下，我們?nèi)绾螏椭▏?guó)空中客車公司確認(rèn)遇難飛機(jī) 在大約 40004000 米海底的位置，以及美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所搜尋團(tuán)隊(duì)在我們預(yù) 測(cè)地點(diǎn)找到飛機(jī)殘?bào)w和兩個(gè)黑匣子的經(jīng)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 AF447AF447，但并不了解 他們?yōu)槭裁茨芎芸斐晒?。媒體對(duì)我們的描述，最常見的用詞是 “ Professio nal Professio nal ”

3、 ，即專業(yè)性。其實(shí)，無論成功與否，每次尋機(jī)團(tuán)隊(duì)都是由 專業(yè)人員組成的。事實(shí)上，伍茲霍爾海洋研究所也參與了第 3 3 次尋找 AF447 AF447 的失敗行動(dòng)，但直到第 4 4 次才最終成功找到法航失事客機(jī)，從而為整個(gè)世界 解開了謎團(tuán)。 伍茲霍爾海洋研究所現(xiàn)任所長(zhǎng)在接受媒體采訪時(shí)，把在大洋中尋機(jī)比喻為“在 干草堆里尋針”，這很形象。當(dāng)媒體問為什么如此艱難時(shí)，我們通常的比方 是：在浩瀚的海洋里尋找飛機(jī)就像在游泳池內(nèi)找一根針。如果只告訴你針在 游泳池里，你可能永遠(yuǎn)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(zhǔn)確地指出針就在游泳池東北角的某一點(diǎn)， 而且確定那個(gè)點(diǎn)的誤

4、差范圍，你就有可能很快找到這根針。所以在海里尋找 失事飛機(jī)，關(guān)鍵是能夠科學(xué)地確定尋找“范圍”。 在這里，我想通過對(duì)尋找法航 AF447AF447 過程的回顧，與讀者分享我的經(jīng)歷，這 些經(jīng)歷可能對(duì)將來組織海上救援有所幫助。 第一次尋機(jī)一無所獲 20092009 年 6 6 月 1 1 日，法航 AF447AF447 在從巴西里約熱內(nèi)盧加利昂國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛，在 飛往法國(guó)巴黎途中的北大西洋赤道附近海域消失。在飛機(jī)信號(hào)消失前地面控 制臺(tái)最后一次收到飛機(jī)的位置為北緯2.98 2.98 、西經(jīng) 30.59 30.59 。飛機(jī)失事后， 法國(guó)航空管理局立即組織了由飛機(jī)、衛(wèi)星、 軍艦、以及潛艇組織的三維立體 大規(guī)

5、模的尋找行動(dòng)。法國(guó)海軍、美國(guó)海軍、北約組織、巴西、英國(guó)和德國(guó)等 都參加了這次行動(dòng)。 在正常的情況下，地面控制臺(tái)每 5 5 分鐘就會(huì)收到飛機(jī)發(fā)回的信息，其中包括 飛機(jī)的位置、高度、航速和航向等。信號(hào)消失前飛機(jī)最后所在的位置乘以 5 5 分鐘時(shí)間，就能確定出一個(gè)以飛機(jī)最后所在的位置為中心，以當(dāng)時(shí)航速條件 下 5 5 分鐘能走的距離為半徑的一個(gè)圓，這就是飛機(jī)落水的最大海域范圍。也 就是說，如果是由飛機(jī)故障問題或飛行員操作失誤所造成的飛機(jī)失事，這架 飛機(jī)一定在這個(gè)圓的范圍內(nèi)，而這個(gè)圓的半徑大約為 4040 海里（約 1.71.7 萬平方 公里）?？墒且谶@個(gè)圓內(nèi)找到飛機(jī)也不是一件容易的事。 通常的做法

6、是用聲吶儀在附近進(jìn)行高密度地尋找。在大多數(shù)情況下，飛機(jī)應(yīng) 當(dāng)離飛機(jī)最后所在的位置不遠(yuǎn)的位置。但由于法航客機(jī)最后所在的位置范圍 內(nèi)的海區(qū)有 40004000 米之深，且處于復(fù)雜 打撈過 程中發(fā)現(xiàn)的飛機(jī)機(jī)翼碎片 海脊帶，所以用高密度尋找方法未能找 到。 后來，美國(guó)海軍利用兩個(gè)全球海洋預(yù)報(bào)模型所預(yù)報(bào)的海流場(chǎng)，對(duì)飛機(jī)在水中 漂移作出預(yù)測(cè)，除了大范圍的走航式尋找外，還加大了對(duì)飛機(jī)最后所在的位 置范圍東北角海域的尋找，但仍然一無所獲。 遇難者位置，反演至飛機(jī)失事時(shí)的位置 第二次尋機(jī)無功而返 20092009 年 6 6 月 6 6 日，一艘新加坡的商船路經(jīng)此海域時(shí)，在該圓圈的北面發(fā)現(xiàn)了 第一具浮在海面的尸

7、體。這具尸體的發(fā)現(xiàn)，促使搜尋團(tuán)隊(duì)將尋找的視線全部 移向北面。 從 6 6 月 6 6 日到 6 6 月 19 19 日，在該圓圈外的北部海域找到了 5858 具遇難者尸體和 495495 件飛機(jī)殘片與物品。根據(jù)其所出現(xiàn)的位置，美國(guó)海軍和法國(guó)政府通過 3 3 個(gè)海洋預(yù)報(bào)模型所提供的海流場(chǎng)，反演了這些尸體和殘片在出事時(shí)的源點(diǎn)位 置。這些模型包括美國(guó)海軍投入預(yù)報(bào)服務(wù)的全球 G G- -NCOMNCOM 和HYCOMHYCOM 模式，以及5 20 55 i- 1 - 1 Longrtude (CW) 公5 發(fā)現(xiàn)的 O ZJ epoErl WRF wind (1% wind drag) wtm wave

8、s Locabon$ of lound on June M 法國(guó)的大西洋 MERCATORMERCATOR 模式。3 3 個(gè)模型的反演計(jì)算結(jié)果都表明飛機(jī)落海處在 飛機(jī)最后所在的位置的東北方 3030 海里4040 多海里的范圍內(nèi)。在海洋模型的指 導(dǎo)下，法國(guó)組織了第二次大規(guī)模海上搜尋行動(dòng)。但是，又一次以失敗告終 第三次尋機(jī)仍以失敗告終 第二次尋機(jī)的失敗，對(duì)法國(guó)航空管理局打擊很大，各種負(fù)面評(píng)論接踵而來。 對(duì)海洋學(xué)家而言，這是一種永遠(yuǎn)不會(huì)消失的陰影。為了向遇難者家屬有所交 待，法國(guó)航空管理局迫不及待地發(fā)起第三次尋找活動(dòng)。因?yàn)楣娒襟w大量地 報(bào)道了一些專家對(duì)空客公司可能出現(xiàn)的技術(shù)隱患的質(zhì)疑，空客公司面

9、臨的壓 力比法國(guó)航空管理局大得多。所以，他們主動(dòng)提供了第三次尋找的大部分經(jīng) 費(fèi)。但有了錢也不能無的放矢。這時(shí)，有人想起了伍茲霍爾海洋研究所的研 究員理查德？藍(lán)伯諾。藍(lán)伯諾曾經(jīng)多次協(xié)助美國(guó)航空公司找到在海上失事的飛 機(jī)和幫助民間組織找到百年前的沉船，被美國(guó)人稱為“找飛機(jī)專家”?？湛?負(fù)責(zé)尋找 AF447AF447 項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)人直接聯(lián)系了他，并希望伍茲霍爾海洋研究所能 參與第三次尋機(jī)行動(dòng)。藍(lán)伯諾認(rèn)為 AF447AF447 失落的海域海況太復(fù)雜，必須依靠 先進(jìn)的海洋模型技術(shù)。雖然在第二次的失敗尋找中 3 3 個(gè)權(quán)威模型已用于確定 飛機(jī)的可能范圍，但他并不放棄模型理論的先驅(qū)作用，問題是什么樣的海洋 模

10、型能夠更為切合實(shí)際。 最終找 到的 AF447 發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)輪相連的機(jī)體和兩個(gè)黑匣子 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(tuán)隊(duì)，參加第三次尋找行動(dòng)。其實(shí)，我和藍(lán)伯諾都是世界著名海洋學(xué) 家羅伯特？比爾茲利的學(xué)生。上世紀(jì)8080 年代我在美國(guó)麻省理工學(xué)院和伍茲霍 爾海洋研究所攻讀博士學(xué)位時(shí)，比爾茲利教授和藍(lán)伯諾師兄曾經(jīng)手把手地教 我海上觀測(cè)理論和海上觀測(cè)實(shí)踐。許多年后，我們共同發(fā)表了不少文章。也 就是說，我們?cè)诶碚摵蛯?shí)踐中有著共同的基點(diǎn)。當(dāng)他找我商量此事時(shí)，同時(shí) 轉(zhuǎn)達(dá)了比爾茲利教授和伍茲霍爾海洋研究所另一位海洋學(xué)家歐文斯教授的心 愿，他們都希望我能參與。再者我也

11、是伍茲霍爾海洋研究所的客座研究員。 出于對(duì)尊師的信任和自身的責(zé)任感，我領(lǐng)導(dǎo)的麻省大學(xué) FVCO MFVCO M 海洋模型開發(fā) 團(tuán)隊(duì)加入了由伍茲霍爾海洋研究所參與尋機(jī)隊(duì)伍。 不久，第三次尋機(jī)行動(dòng)的海上實(shí)驗(yàn)方案制訂討論會(huì)在法國(guó)巴黎舊機(jī)場(chǎng)空客會(huì) 議室召開。參加會(huì)議的有法國(guó)航空管理局的官員、法國(guó)軍方代表、北約組織 軍人、法航飛行員、空客 AF447AF447 尋找項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、英國(guó)和法國(guó)航空安全管理 部門負(fù)責(zé)人以及參加過第二次尋機(jī)的海洋學(xué)家們。藍(lán)伯諾和我全權(quán)代表伍茲 霍爾海洋研究所。會(huì)上各國(guó)科學(xué)家對(duì)第二次尋找失敗進(jìn)行了總結(jié)，我代表伍 茲霍爾海洋研究所作了 4545 分鐘報(bào)告。通過對(duì)第二次尋找方案制定過程

12、的所有 材料和法國(guó)航空管理局所有資料數(shù)據(jù)的分析，我歸結(jié)了尋機(jī)的困難之處和失 敗的原因，并提出了新的尋找方案。我的方案引起了劇烈爭(zhēng)議。開了幾天會(huì), , 仍然無法統(tǒng)一思想。 空客項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為了增強(qiáng)我們的積極性，專程來賓館探望，希望我能繼續(xù)堅(jiān) 持觀點(diǎn)，讓法航官員聽到基于海洋學(xué)理論的不同聲音。作為一個(gè)海洋科學(xué)同 行，我十分尊重那些為第二次尋找制訂方案的各國(guó)學(xué)者，為盡快找到飛機(jī)而 堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)。雖然爭(zhēng)執(zhí)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，并決定每星期開一次國(guó)際電話會(huì)議，討論各自的進(jìn) 展，以及接納我們 FVCOMFVCOM 模型來制定第三次尋找方案。在這里，我不得不提 的是

13、，歐洲各國(guó)學(xué)者在資料共享方面是真正的相互支持。雖然我們?cè)跁?huì)上爭(zhēng) 得面紅耳赤，但我需要他們提供相關(guān)資料時(shí)，他們做到了毫無保留。我覺得 與這些敬業(yè)的學(xué)者工作是我參加這次尋機(jī)的最大收獲之一。 在制訂第三次尋機(jī)方案過程中，某國(guó)的漁民告知法航管理局，為了了解海水 運(yùn)動(dòng)，他們?cè)诟浇３峭斗帕藘蓚€(gè)漂流計(jì)。在飛機(jī)遇難的時(shí)間段，他們發(fā) 現(xiàn)那兩個(gè)漂流計(jì)的軌跡經(jīng)過飛機(jī)最后所在位置范圍，然后向北漂去。漁民將 漂流計(jì)的記載數(shù)據(jù)送給了法航管理局。這兩個(gè)漂流計(jì)軌跡資料的出現(xiàn)，立刻 改變了眾人的思維。我們只要能用模型模擬出這兩個(gè)漂流計(jì)的軌跡，我們就 可以用反演法跟蹤尸體和殘片，找到飛機(jī)主體的所在地置。在這個(gè)思想指導(dǎo) 下，法

14、國(guó)學(xué)者通過四維同化技術(shù)預(yù)測(cè)飛機(jī)的位置可能在飛機(jī)最后所在位置范 圍的西北角。因?yàn)槟莻€(gè)海域未曾尋找過，許多人都相信這種可能性很大。于 是各國(guó)學(xué)者用不同的方法演算，都獲得相似的結(jié)果。然而，我們的團(tuán)隊(duì)卻提 出了疑問。因?yàn)槲覀兺ㄟ^ FVCOMFVCOM 模型對(duì)所有那個(gè)海域漂流計(jì)的模擬發(fā)現(xiàn)，不 同漂流計(jì)的軌跡在幾海里內(nèi)的流動(dòng)方向出現(xiàn)了完全相反的觀測(cè)值。如果我們 將這些反向漂流計(jì)去除，我們就可以得到與法國(guó)學(xué)者同樣的結(jié)果。反之，結(jié) 果完全不同。 考慮到海上每條船每天的費(fèi)用高達(dá)十幾萬美元，我希望能多做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，免 得興師動(dòng)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(jī)方案基

15、于法國(guó)學(xué)者的提議而制訂，重點(diǎn)放在飛機(jī) 最后所在位置范圍的西北部。第三次尋機(jī)由此開始。這次尋找動(dòng)用了伍茲霍 爾海洋研究所兩臺(tái)深海自動(dòng)行走聲吶車，該所海洋工程專家也參加了尋找。 他們將范圍圓的西北面，也就是 1/41/4 圓分成 6969 個(gè)方塊，每天找一個(gè)方塊。工 程技術(shù)人員在那里一待就是一個(gè)多月，期間還經(jīng)歷了多次惡劣天氣。他們辛 辛苦苦地找遍了整個(gè)西北面海域，但客機(jī)仍然杳無蹤跡。 領(lǐng)銜制訂第四次尋機(jī)方案 當(dāng)他們決定放棄尋找時(shí)，我正在上海華東師大進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。我收到了尋找 結(jié)果的圖片，十分驚愕，徹夜難眠。第二天我又收到空客項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的郵件， 他希望我盡快回美國(guó)，并告之他會(huì)在我回到美國(guó)的第二天與我

16、見面。 回到美國(guó)之后，與空客項(xiàng)目負(fù)責(zé)人同來的還有法國(guó)一位退役海軍將軍。他們 說，這次失敗對(duì)法國(guó)航空管理局打擊很大，他們已失去能找到失事飛機(jī)的信 心，但空客卻堅(jiān)持不懈，誓言無論如何也將繼續(xù)找下去。他們希望由我領(lǐng)導(dǎo) 的團(tuán)隊(duì)幫助制訂第四次尋找方案。我出于自身考慮，表示既不敢、也沒有能 力承擔(dān)此等重任。見我推辭，他們又找到藍(lán)伯諾，勸我站出來接受這項(xiàng)工作。 但考慮到各種因素，我當(dāng)時(shí)覺得這是一個(gè)鋌而走險(xiǎn)又出力不討好的事?？湛?項(xiàng)目負(fù)責(zé)人再次與我進(jìn)行了長(zhǎng)談。他坦誠(chéng)地說，第四次尋機(jī)由伍茲霍爾海洋 研究所獨(dú)家進(jìn)行。 最后，我們定下 3 3 個(gè)條件：1.1.我的名字不出現(xiàn)在第四次尋找團(tuán)隊(duì)名單內(nèi)，我 的介入對(duì)外保密

17、；2.2.在制定第四次尋找方案過程中，空客必須提供真實(shí)資料， 并滿足所有科學(xué)研究需求；3.3.在我認(rèn)為方案制訂基本滿意后，才能進(jìn)行尋找。 在得到東道主的充分承諾之后，我和我的團(tuán)隊(duì)，又踏上了這條尋機(jī)之路。 成功預(yù)測(cè)飛機(jī)殘骸所在 自 19991999 年以來，我領(lǐng)導(dǎo)的海洋研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新一代非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格：有限體積 海洋模式。這個(gè)模式的英文縮寫為 FVCOMFVCOM 這一模型成功地解決了分辨海洋 中復(fù)雜地形多尺度非線性物理過程的難題。但是，任何一個(gè)先進(jìn)的模型都要 依賴精確的驅(qū)動(dòng)力。這種驅(qū)動(dòng)力包括海面風(fēng)速、風(fēng)向、太陽(yáng)短波輻射、海面 凈熱通量、 降水與蒸發(fā)、潮汐、河水通量等。法航 AF447AF447

18、的失事海域位于 南北赤道流和赤道逆流之間，那是一個(gè)中尺度渦旋頻繁出現(xiàn)的海域。由于水 深很深，一旦渦旋形成后，其生命期長(zhǎng)至一年或幾年。渦旋與渦旋相互作用 再生渦旋。據(jù)我所知，目前沒有一個(gè)海洋模型能夠成功地模擬出該海域復(fù)雜 的渦旋流場(chǎng)。再者，出事海域恰巧位于熱帶輻合帶，由大氣模型模擬出的該 海域風(fēng)場(chǎng)在風(fēng)向上不可信程度較大。我們分析了由歐洲氣象中心、美國(guó)海洋 大氣管理局全球大氣模式和由衛(wèi)星反演的風(fēng)場(chǎng)，它們的方向在 20092009年 6 6 月 1 1 日6 6 月 1919 日期間相差超過 9090 度。用模型來反演尸體和殘片的移動(dòng)軌跡，除 流場(chǎng)外，還須考慮海面風(fēng)的影響。如此不精確的風(fēng)向資料是否可

19、用？而且誰 也沒有方法保證由這種不精確風(fēng)驅(qū)動(dòng)下的海洋流場(chǎng)可靠性。加之該海域的海 洋資料很少，僅有的就是路經(jīng)該海域的表面和次表面的漂流計(jì)軌跡資料，而 且這些有限的漂流計(jì)中有一部分所處水深不明。如何使這些資料運(yùn)用到模型 中幫助訂正、計(jì)算出真實(shí)的流場(chǎng)？第三次尋找計(jì)劃與第二次計(jì)劃最大的不同 就是用四維同化技術(shù)將漂流計(jì)資料同化入海洋模型。但由于所用的海洋模型 均無法分辨出中尺度渦流的演變，最后失敗了。但很清楚，這條路是對(duì)的， 冋題是如何走！ 面對(duì)諸多不定因素，我們團(tuán)隊(duì)對(duì)每一個(gè)問題進(jìn)行了深入的討論。我們采用了 將概率學(xué)與海洋模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)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(jìn)對(duì)熱帶輻合帶

20、風(fēng)場(chǎng)的模擬精度。與此同時(shí)，建立了分辨率 高達(dá) 500500 米至 1 1 公里的 FVCOMFVCOM 子區(qū)域模型，并將它與我們的全球 FVCOMFVCOM 模型 嵌套在一起。最為重要的一步是要求空客在飛機(jī)失事最大可能性圓內(nèi)，以中 尺度渦水平尺度為間距，在 20102010 月 6 6 月投放 9 9 個(gè)表面漂流計(jì)。空客項(xiàng)目負(fù)責(zé) 人對(duì)此事感到蹊蹺，明明聽我說該海域流場(chǎng)十分不穩(wěn)定，每時(shí)每刻都在變。 那么由 20102010 年觀測(cè)到的流場(chǎng)絕對(duì)不同于 20092009 年出事時(shí)的流場(chǎng)，為什么出爾 反爾？他們的確無法理解。好在他們還是按藍(lán)伯諾提供的位置投放了 9 9 個(gè)漂 流計(jì)。最后，其中一個(gè)出現(xiàn)故

21、障，我們獲得了 8 8 個(gè)漂流計(jì)的軌跡資料。 用于尋 找法航 AF447 的深海自動(dòng)行走聲吶車 資料獲得后，我詳細(xì)闡明了我們的目的。正因?yàn)?20092009 年所獲得的漂流計(jì)資料 來自不同水深，出現(xiàn)時(shí)間也不同，我們無法用這些資料來驗(yàn)證在模型分辨率 達(dá)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(chǎng)。我們必 須有一套同步的觀測(cè)流場(chǎng)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證和找出同化的時(shí)空尺度。我越講他們?cè)?糊涂，不過通過交流，幫助他們?cè)黾恿藢?duì)我們的信心。通過大量實(shí)驗(yàn)，我們 發(fā)現(xiàn)在當(dāng)我們的模型分辨率尺度與同化空間尺度對(duì)應(yīng)，而且同化時(shí)間窗與中 尺度渦旋演變尺度成一定比例時(shí)，我們能成功地分離和模擬出 8 8 個(gè)漂流計(jì)的 軌跡。 有了這一結(jié)果，我們用同樣的方法和參數(shù)對(duì) 20092009 年路經(jīng)出事海域的漂流計(jì)進(jìn) 行同化模擬，并發(fā)現(xiàn)模型能將所有的漂流計(jì)軌跡重演。其模擬誤差隨時(shí)間增 大，最可靠的時(shí)間段是 20092009 年 6 6 月 1 1日至 6 6 月 1010 日。有了這些可靠的實(shí)驗(yàn) 結(jié)果，我們選擇了 6 6 月 6 6 日至 8 8 日找到的遇難者尸體，通過模型反演了在不 同風(fēng)場(chǎng)條件下他們從出事時(shí)到被找到時(shí)的漂移軌跡。我們只選擇尸體而沒有 選擇殘片是因?yàn)闅埰笮〔町愄?，風(fēng)對(duì)其影響率很難