这台世界首台海洋-大气模拟器矗立在加利福尼亚州圣地亚哥一栋巨大的木结构建筑内，距离太平洋海浪仅几步之遥，它轰鸣着启动了。随着开关的拨动和一阵声响，一人多高的海浪开始在一条120英尺长的水箱中涌动，该水箱连接着一排传感器、灯光和计算机。
Scripps 海洋大气研究模拟器（Scripps Ocean Atmosphere Research Simulator），简称SOARS，在实验室环境中模拟了海水、天气、盐度、化学成分和海洋微生物在海表面的相互作用。这款由加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所设计的微型生物圈，能够产生巨大的海浪，制造飓风级别的风力，控制空气和水的温度以模拟极地和热带条件，并通过各种物种搅动浮游植物的爆发。此外，SOARS还允许研究人员测试诸如温室气体和其他空气污染物等变量，以研究未来的气候情景。
该模拟器有潜力匹配和重现七大洋以及不同时间点的物理、生物和化学过程，旨在成为跨学科海洋探索的催化剂，其团队表示。更具体地说，它有可能加深我们对海洋与大气相互作用的理解——这是一个在地球运行中发挥着巨大作用的层。
水面发生的事情与水下发生的事情同样重要。
housed SOARS的SIO水力学实验室建于1964年，正是为了容纳这种大型实验设备。几十年来，它一直存放着各种波浪槽、波浪池、流动槽和更简易的风洞。随着设备老化和退役，大学将空间让给了更先进的仪器，如新的模拟器。
“SOARS是独一无二的，是同类中的第一款，”斯克里普斯海洋学家、SOARS联合首席研究员Dale Stokes说。“其他地方也有波浪槽或风洞，但没有哪一个拥有SOARS所具备的全部环境控制能力和复杂性……以及它能够复制地球上任何地方海面状况的能力。”
耗时五年才完工的这台机器，主要由美国国家科学基金会（The National Science Foundation）提供的280万美元赠款资助，并由风洞制造公司Aerolab建造。Aerolab公司副总裁兼SOARS首席工程师Paul Vasilescu，很少有哪项发明能让他如此印象深刻。
“我们从零开始，在整体设计上完全是重新开发，”Vasilescu说。“能够创造出这台机器，并真正实现[斯克里普斯]将能够用于研究的类型，这绝对令人兴奋。”
这个36,000加仑的盐水箱直接从圣地亚哥的La Jolla Cove注入。它配备了一个大型的桨，可以按需产生海浪，并由可调节的天窗和模拟自然光照射到海面的鲜艳灯泡照明。
就海洋生态系统而言，水面发生的事情与水下发生的事情同样重要。研究空气-海洋边界，即大气和海洋相交的区域，是建造该模拟器的主要动机。作为世界上化学和物理最为动态的环境之一，空气-海洋边界对海洋生命——以及其他所有生命——至关重要。
“这是一个特殊的地方，水与空气之间精妙的舞蹈，”斯克里普斯海洋学家、SOARS联合首席研究员Grant Deane说。“由于空气-海洋边界覆盖了地球的71%，在那里发生的事情与地球的命运息息相关。大约90%的过量温室气体造成的集热以及地球上释放的所有二氧化碳的三分之一会穿过边界进入海洋。它对天气和气候有着非常非常重要的影响。”
当水和其他颗粒物从空气-海洋边界蒸发时，它们会凝结形成云或水蒸气。然后，这些水通过降水循环回大地，滋养植物、微生物、动物和人类。
以前，海洋生物学家和其他科学家会在船上和复杂的计算机上研究空气-海洋边界。然而，在大自然的摆布下，研究水面微妙的化学和物理动态非常困难，更不用说成本高昂了。虽然SOARS团队表示该模拟器并非旨在取代海上探索，但它可以作为实验室与自然环境之间的桥梁。
威斯康星大学大气化学家Timothy Bertram是许多渴望看到SOARS投入使用并为其即将开展的海洋-空气边界研究做出贡献的科学家之一。
“环境边界是研究中最迷人的领域之一，因为质量和能量会在地球系统的各个组成部分之间交换，”Bertram说。“然而，在这些界面研究过程以系统和可控的方式进行是出了名的困难。SOARS将激起广泛领域的兴趣，并允许经常难以协调的跨学科研究。”
该模拟器提供的最大机会之一是对极地地区正在发生的事情进行深入研究。在北极地区，空气-海洋边界包括冰盖，冰盖依赖于海洋和大气的稳定。通过SOARS更寒冷的设置，研究人员将能够研究融化的冰与海平面上升之间的相互作用，以及微生物从水到空气的转移。有兴趣研究南大洋的团体也可以将机器切换到极地模式，将海水温度降低到34华氏度，风温降低到-2华氏度。
“我们可以调节旋钮，像使用时间机器一样使用它，”Stokes说。“我们可以模拟我们最近过去的气候条件，或者，我们可以调高二氧化碳水平，看看这些微生物在未来会发生什么。”
通过向化学家、生物学家、海洋学家等提供模拟器使用权限，斯克里普斯希望SOARS不仅能成为一个创新的研究设施，还能成为未来科学的灵感汇聚之地。
在接下来的几周内，Deane、Stokes和Vasilescu将与外部研究人员和实验室合作，为各种实验配置机器。该模拟器已经计划进行风力升级，以更好地模拟飓风和热带风暴。这可能有助于改进现实世界建筑物的建筑规范，使其更能抵御随着时间推移日益普遍的极端天气事件。
“虽然地球上没有其他东西能与SOARS相比，但我们真心希望其他国家也能建造自己的，”Deane说。“海洋是一个非常复杂的系统，它不在乎我们如何将其划分为不同的部分或领域。我们可以用[我们的模拟器]做很多工作，但如果这项工作被复制和协作，我们可以做得更多。”
