发现北太平洋存在千年尺度的淡水事件,我国在太平洋西边界流观测和研究方面取得了若干重要科学发现

生命科学院
2015中国海洋与湖沼十大科技进展揭晓

2018中国海洋与湖沼十大科技进展评选揭晓

12日,从中国海洋湖沼学会传来消息,2015年度中国海洋与湖沼十大科技进展评选正式揭晓。该评选由中国海洋湖沼学会主办,自2013年开始,每年评选一次,经全国海洋与湖沼领域科研院所和高校,联合该领域专家推荐,由中国海洋湖沼学会理事投票选出。
最终入选的2015年度中国海洋与湖沼十大科技进展分别为:
深海探测与研究平台体系建设
深海探测与研究平台体系建设研究集体历时10年,完成我国新一代科学考察船、深海装备体系、技术体系和人才队伍体系建设,建成国际一流水平的深海探测与研究综合平台,突破我国深海探测与研究领域技术与装备瓶颈,使我国深海探测与研究能力跨入世界先进国家行列,引领我国新一代科学考察船建设,带动我国海洋装备技术体系发展。建成三年来,“科学”号海上科考640余天、航行7.6万海里,取得大量宝贵的多学科调查数据资料;“发现”号深潜器成功下潜56次,获得高精度深海极端环境信息、地质和生物样品及系列重要科学发现,成功开展了深海原位观测和现场研究,为我国深海探测与研究跻身国际前沿并向纵深发展打下了坚实基础。
2014年荣获中央电视台和七大部委联合举办的科技盛典“科技创新团队”称号,荣获2015年度中国科学院杰出科技成就奖。
西太平洋至东印度洋海域大规模深海潜标观测阵列成功建成
西太平洋、南海、印尼贯穿流和东印度洋同步观测潜标阵列的成功建设,标志着我国已自主建立起热带西太平洋至东印度洋科学研究的观测网络,是目前国际上针对特定海区组网规模最大的潜标综合观测网,奠定了我国在全世界对西太平洋-东印度洋海域观测研究的核心地位,为我国大洋观测网的建设和运行起到了示范作用。该网络为我国大洋科学及其气候效应的研究探索提供持续的数据支撑,将显著提高我国气候和海洋环境的预测能力。
基于该潜标观测网,我国在太平洋西边界流观测和研究方面取得了若干重要科学发现,2015年被《Nature》杂志特邀发表太平洋西边界流研究的综述文章,是我国物理海洋界有史以来首次在该杂志发表综述文章,体现了我国在西太平洋海洋观测和研究的国际领导地位。
中国近海海洋科学观测研究网络多学科观测系统的构建及其科学发现
通过十几年的努力,中国近海海洋科学观测研究网络多学科观测系统已初步建成,该观测研究网络建立了黄海、东海、南海和西沙等四个观测研究站,观测研究站主要由观测浮标系统、组合潜标系统、自动气象站,以及岛礁外缘水位计、岛上自动气象站、岛上实验室、岛屿外缘坐底式观单元、上层和深层海洋环境观测单元以及多学科观测单元组成。2015年,东海观测研究站成功全过程实时记录了台风“灿鸿”中心区域移动过程中的风、波浪和环境等参数。记录数据为上海市和浙江省的防台减灾工作提供了强力的数据支持,也为我国台风预报模式研究提供了典型案例。基于西沙站观测数据以及数值模式,首次发现了南海深海涡旋并刻画了其变异特征,且对西沙上层海域中尺度涡旋进行了更深入的统计分析与动力诊断,比如南海西部春季暖涡、2010年西沙异常暖涡等,同时观测到南海西边界流的变异。利用潜标数据,研究了近惯性振荡在流-涡以及风场影响下的变异特征。与海洋地质学者合作,基于海底沉积物观测以及反射地震剖面观测,对西沙海底沉积物分布以及底层流系进行了深入的刻画。
该研究成果发表于《Bull. Amer. Meteor. Soc》、《Scientific
Reports》、《J. Geophys. Res. Oceans》、《Deep-Sea Research
I》和《Marine Geology》。 中国大陆架划界关键科学技术研究及应用
大陆架划界事关国家海洋主权权益、资源利益和国家安全,已成为全球沿海国家海洋权益争夺的新焦点。通过联合攻关先后创立了弧后盆地大陆架划界地质理论,建立了3大类20亚类全球大陆架划界地质模型;创建了大陆坡脚点自动识别方法,建立了基于海底地形多维网格的界限点识别模型,有效解决了复杂地貌条件下大陆架外部界限点的确定问题,攻克了假地形改正的国际难题。通过整合大陆架划界数据,建设了大陆架划界分析与决策信息系统,高精度融合处理了我国建国以来200万公里海量实测地质地球物理基础数据,为我国大陆架划界提供了强有力的信息化支持。
该项目成果为维护我国海洋权益、拓展战略空间和资源新区起到重要推动作用。此外,项目成果已在尼日利亚大陆架划界中应用,并广泛应用于外交部对其他国家大陆架划界方案的评估。提升了我国的国际影响力,也充分体现了我国的科技软实力和话语权。
全球变暖导致极端拉尼娜事件发生频率增加
热带地区气候变率的自然模态是全球气候年际变化的主要影响因素。该研究首次发现,在全球变暖场景下,极端拉尼娜事件的发生频率是过去20世纪气候场景下的近2倍,事件频率由每23年一次变为每13年一次,其中近75%的增长频率发生在极端厄尔尼诺事件之后。研究认为,极端拉尼娜事件频率的增加是由于海洋大陆的快速增暖以及相应的上层海洋垂向温度梯度的增强。同时,极端厄尔尼诺事件发生频率的增加也会诱导极端拉尼娜事件的发展。
该研究成果2015年在线发表于《Nature Climate Change》。
深海资源与环境综合调查研究取得重要进展
首次揭示了全球范围内热液活动输出的稀土元素总量,给出了计算氦和热通量的新方法,进一步明确了热液活动在全球范围内大洋热输出的地位和作用,为评价海底多金属硫化物的资源潜力提供了重要研究支撑;首次在印度洋发现大面积富稀土的沉积物,具有重要潜在应用价值;获得亚米级马努斯热液区的深海高分辨地形图,发现2个国际上未报道的新热液区;首次使用自主研发的深海激光拉曼光谱探针对马努斯海盆热液区的热液喷口开展原位测量,提出对热液喷口流体的原位pH反演的新方法;热液-冷泉-海山生物多样性研究成效显著,发现1个新科、3个新属和23个新种;国内首次在1800-2000米的热液区开展为期一年的深海原位培养、环境胁迫试验,实现深海生物原位培养。
该研究成果发表于在《Chemical Geology》和《Geochemistry Geophysics
Geosystems》。 刺参健康养殖综合技术研究及产业化应用
开展刺参繁殖及发育生物学研究,探明了刺参的生殖周期、生物学零度及性成熟的有效和累计积温,探明了刺参个体发生及幼体发育各阶段的生态习性,完成了刺参种参促熟、稚幼参高密度培养、大规格苗种培育、冬季陆上养殖、配合饵料和专用附着基开发等关键技术的研究,建立了完整的刺参苗种生产技术工艺;以刺参生态学研究为基础,进行了刺参养殖设施开发、养殖环境调控、健康养殖模式建立等技术研究,形成了刺参健康养殖技术工艺;通过刺参的遗传学研究,开展了刺参种质保存与良种培育工作,培育出生长快、品质优良的刺参新品种和抗逆新品系并大面积推广;针对刺参病害,开展了流行病学调查、研究了刺参常见病害、流行规律,开展了病原分离鉴定和快速检测技术以及刺参免疫应答与调控相关研究,构建了刺参病害预警系统,建立了养殖刺参疾病综合防控技术体系。
该研究成果共授权发明专利32项,实用新型专利10项;发表论文195篇;出版专著9部和2部科普读物。相关成果获2015年度国家科学技术进步奖二等奖。
深海可控源电磁探测技术与装备研制取得重大突破
针对深海油气资源和海底天然气水合物勘探的目标,研发具有自主知识产权的海洋可控源电磁勘探系统,并取得突破性进展。自主研发的海底电磁采集站在我国南部海域成功完成4000米水深海底大地电磁数据采集试验,填补了我国在这一方面的空白,使我国成为美、德、日之后第四个有能力在水深超过3000米以上海域进行海洋电磁场测量和研究的国家。自主研发的水下电流逆变系统突破了1000A大功率电流发射,并测试成功,标志着我国海洋电磁装备研制达到国际先进水平。
黄东海沙海蜇数量分布格局、种群动态与生态系统变异之间的关系
沙海蜇是黄东海最重要的致灾水母种类,其数量时空分布格局变化可指示生态系统的演变。结合沙海蜇的生活史策略,该成果从物理、化学、生物海洋学的角度系统揭示了沙海蜇种群动态过程与气候变化、富营养化加剧及食物网改变之间的关系:发现全球变暖背景下,水母分布关键区冬季底层水温下降的趋势,而冬季海底低温期的延长有利于水螅体的生长,有助于水母种群数量增长;水母高发区富营养化加剧,营养盐浓度和结构变化导致浮游食物网中浮游生物群落结构的改变,有利于甲藻或鞭毛藻类浮游植物生长,使得浮游动物小型化,水母对这种环境的高耐受力,有利于其大量生长。与此同时,大型水母的摄食能够造成微食物网的能流向低营养层次转移,在水母暴发期,浮游动物生物量下降,浮游植物生物量增加,群落组成改变,情景预测揭示了这种情况下能量向鱼类顶级捕食者流动的截断,预示可能的生态灾害。
该研究成果在《Hydrobiologia》等国际期刊发表论文36篇,得到《Nature》和《Science》的评述。
我国海洋工程设施腐蚀研究与防护技术取得重要进展
在交通运输、能源、工业、水、公共和市政设施等各领域运行服役的船舶、码头、桥梁、平台、管道等设施设备是国家重要的基础工程设施,腐蚀是影响这些设施安全运行的关键因素。针对海洋钢铁设施海洋浪花飞溅区和异型部位研发成功的复层矿脂包覆防腐蚀技术和氧化聚合型包覆防腐蚀技术成功应用于重要设施关键部位的腐蚀防护。在大量工程应用实践的基础上,已获批4项国家标准,3项地方标准,出版专著3部,获得省级科技发明一等奖1项。我国正在针对5大领域30多个行业开展全国范围内的腐蚀状况及控制战略研究。
针对我国材料腐蚀数据调查、收集、共享和应用等的重要性,有关专家提出了“腐蚀大数据”的概念,并在《Nature》评论上发表。

近日,中国海洋湖沼学会组织学会分支机构、学会理事,以及海洋与湖沼领域相关单位推荐2018年“中国海洋与湖沼十大科技进展”项目,共推荐了24项。经学会理事投票,评选出2018年度“中国海洋与湖沼十大科技进展”,现将评选结果予以公布。

一、首次确认了北太平洋存在千年尺度的淡水事件

项目进展:该研究利用过去5万年的硅藻δ18O记录,发现北太平洋存在千年尺度的淡水事件,并且这种大量低盐水的突然注入与Cordilleran冰盖的融化(即北大西洋淡水事件)有着密切的联系。该研究还揭示了Cordilleran冰盖融化的机制,解释了3万年前的Heinrich
Stadial
3时期,东北太平洋显著淡水注入信号的缺失。此项研究揭示了北太平洋在北半球冰期气候千年变率中的响应及反馈机制,为了解北太平洋和北大西洋之间的遥相关机制提供全新的认识,为研究未来气候变化背景下的北太平洋和北大西洋之间的波动关系提供参考。

该研究成果于2018年在《Nature》发表文章1篇。

主要完成人:张旭、Maier、Abelmann A、Gersonde R、Mulitza S

推荐单位:中国海洋湖沼学会化学分会

二、北大西洋经向翻转环流减弱加强全球气候变暖

项目进展:北大西洋经向翻转环流变异会影响热量在气候系统中的分配,其主要作用包括两个方面:一是从低纬度向高纬度输送热量,二是向中深层海洋输送热量。该项目通过分析观测数据指出,AMOC减缓虽然会减少向高纬度的热量输送,同时也会减少向深层海洋输送的热量。在温室气体排放持续加速、温室效应持续增强的背景下,AMOC减缓减少了向深层海洋输送的热量,使得温室效应聚集的热量驻留在海洋表面,加热大气,加剧了气候变暖。这一发现是对AMOC影响全球气候变化作用的重要补充和完善,揭示了人类活动对气候系统自然变率的调制作用。

该研究成果于2018年发表在《Nature》杂志上。

主要完成人:陈显尧、Ka-Kit Tung

推荐单位:中国海洋大学

三、自主研制的系列“海燕”水下滑翔机创造世界纪录

项目进展:我国自主研制的“海燕”万米级水下滑翔机于2018年4月在马里亚纳海沟顺利通过测试并安全回收,最大下潜至8213米,获得宝贵的海底深渊数据,创造水下滑翔机下潜深度的世界纪录。

“海燕”长航程水下滑翔机从2018年6月起在我国南海无故障连续运行141天,剖面数734个,续航航程达3619.6公里,刷新了此前由自己保持的多项中国纪录。

目前已具备工作深度200米、1000米、4000米和10000米谱系化“海燕”研发和技术服务能力。本年度,共计50台次“海燕”面向全国12家海洋科研单位提供服务,完成观测剖面7807个,并多次参与南海国防任务,为我国海洋科学和国防安全提供了重要支撑。

主要完成人:王树新、王延辉、张宏伟、刘玉红、杨绍琼

推荐单位:青岛海洋科学与技术试点国家实验室、中国海洋湖沼学会海洋观测分会

四、中国科学院海洋先导科技专项“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响”通过结题验收

项目进展:2018年12月14日,中国科学院海洋先导科技专项“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响”顺利结题,通过总体验收。验收专家认为,该专项围绕认知和经略海洋的国家重大需求,以热带西太平洋及邻近海域为重点区域,针对深海大洋信息获取、大洋动力过程及其气候效应、近海生态系统健康、深海综合探测和自主深海探测装备研发等关键科学技术挑战,突破若干核心关键技术,深化海洋系统的科学认知,高质量完成了全部任务,各项成果指标均达到或优于批复指标,研究成果奠定了我国在热带西太平洋科学研究的引领地位,在服务国家海洋战略、提升海洋科技支撑能力等方面,取得突出进展。总体验收专家组一致同意该专项通过总体验收。

专项先后共执行深远海航次35个、近海航次113个,总航程超33万海里,“发现号”ROV下潜210余次,获取海山、热液、冷泉区巨型和大型生物样品5000余号近600种,新增科学数据约127TB,发表SCI论文1198篇,科学专著15部。

主要完成人:孙松、王凡、王东晓、俞志明、李超伦、李铁刚、李硕

推荐单位:中国科学院海洋研究所、中国海洋湖沼学会水环境分会

五、现代化海洋牧场构建与生态安全保障

项目进展:建立了人工鱼礁和配套技术,突破了海草床修复和大型藻类周年修复技术,实现了生境从局部修复到系统构建的跨越;突破了关键物种扩繁和资源增殖技术,实现了生物资源从生产型修复到生态型修复的跨越;构建了现代化海洋牧场安全保障平台,实现了资源环境从单一监测评价到综合预警预报的跨越。在莱州湾、海州湾、祥云湾、养马岛等地构建了现代化海洋牧场,示范区水质长期稳定在一类水质标准,经济生物种类增加29~46%,资源量增加5倍以上,每户渔民年收入由原来的5万元提高至14万元。

该研究成果获山东省技术发明一等奖、科技进步一等奖和中国科学院科技促进发展奖,并入选中国科学院改革开放四十年40项标志性重大科技成果。

主要完成人:杨红生、张涛、周毅、王清、赵建民

推荐单位:中国海洋湖沼学会棘皮动物分会

六、治疗阿尔茨海默症海洋创新药物甘露寡糖二酸

项目进展:2018年7月17日,治疗阿尔茨海默症新药“甘露寡糖二酸”顺利完成临床3期试验,效果达到预期。此次试验完成,意味着该新药研制已经迈过了最关键的一步。11月20日,GV-971上市申请获得CDE的正式承办受理。GV-971是从海藻中提取的海洋寡糖类分子,不同于传统靶向抗体药物,GV-971能够多位点、多片段、多状态地捕获β淀粉样蛋白,抑制Aβ纤丝形成,使已形成的纤丝解聚为无毒单体。最新研究发现,GV-971还通过调节肠道菌群失衡、重塑机体免疫稳态,进而降低脑内神经炎症,阻止阿尔茨海默症病程进展。GV-971为阿尔茨海默症药物研发开辟了新路径,有望引领糖类药物研发新的浪潮,成为服务全民健康的具有国际影响力的重磅创新药物,对提升我国创新药物研究领域的国际地位具有重要意义。

主要完成单位:中国海洋大学、中国科学院上海药物研究所、上海绿谷制药有限公司

推荐单位:中国海洋大学

七、海洋系列卫星多星发射,初步构建海洋立体观测天基系统

项目进展:我国海洋系列卫星在2018年引来大发展,海洋一号C卫星、海洋二号B卫星和中法海洋卫星相继于2018年9月7日、10月25日和10月29日成功发射,HY-1C卫星使我国首次拥有全球24小时开机的水色探测卫星,可每日覆盖全球一遍以上、首次实现了星载紫外波段水色大气校正能力和星上高精度定标能力、CFOSAT卫星在全球首次具备海浪波谱探测能力,HY-2B卫星海洋动力环境要素动力探测精度进一步提高。这些卫星将与明后年发射的HY-1D、HY-2C/D卫星形成海洋水色上下午星座和海洋动力卫星星座,初步构建我国海洋立体观测网天基星座系统。

主要完成人:蒋兴伟、林明森、刘建强、邹斌、张有广、孙从容

推荐单位:中国海洋湖沼学会遥感专业委员会

八、西太平洋湍流混合研究取得重要突破

项目进展:湍流混合是调控海洋环流和温盐结构的关键因子,探明其时空分布和驱动机制是改进海洋模式的关键所在。湍流混合具有时空上的间歇性和随机性,因此,长期连续观测是获取混合鲁棒性统计特征的唯一手段。该研究基于太平洋17套潜标所获取超过一年的连续观测资料,首次发现西太平洋上层混合率在0~22oN范围内呈现“W形”的子午向分布,其中混合率的三个峰值分别出现在0~2oN、12~14oN和20~22oN;指出驱动这三个强混合带的动力学机制分别是:赤道区域背景流的强剪切、全日內潮的亚谐波不稳定和中尺度暖涡对近惯性内波的“抽吸”效应。该研究不仅极大丰富了多尺度动力过程驱动海洋混合的理论框架,也为改进海洋模式的混合参数化方案奠定了重要基础。

该研究成果于2018年发表在《Nature Communications》上。

主要完成人:田纪伟、张志伟、赵玮、裘波、黄晓冬

推荐单位:中国海洋湖沼学会海洋与气候分会、中国海洋大学

九、全球气候变化下的海洋生物适应新认知

项目进展:随着全球气候变化及人类活动的多重叠加影响,海洋生物的生存与多样性面临诸多挑战,对关键种的生存现状和适应潜力评估是海洋科学的重点和热点。证实了海洋生物代表种牡蛎在精细尺度上的遗传分化,发现环境适应的关键作用基因与遗传位点;揭示了表型可塑性以及乙酰化介导的能量抑制过程在环境适应中的重要性,同时还评估了不同环境的牡蛎群体的适应潜力差异。为评估海洋环境变化对海洋生物的影响以及预测生物适应潜力提供了创新性理论基础,并为海洋生物资源的精确评估、保护与持续利用提供了可行性途径与方法。

该研究成果于2018年发表在《Nature Ecology & Evolution》上。

主要完成人:张国范、李莉、黎奥、宋凯、孟杰

推荐单位:中国海洋湖沼学会贝类学分会

十、中国改性粘土技术引领国际赤潮治理领域

项目进展:近年来,美国佛罗里达州沿岸持续爆发大规模赤潮,导致大量海生物死亡和近海旅游业损失,引发全球关注。为应对这一生态灾害,2018年10月23日美国伍兹霍尔海洋研究所与中科院海洋所在巴黎第18届全球有害藻华大会上签署了利用中国改性粘土技术应对佛罗里达沿海赤潮灾害的合作协议。11月14日,首批改性粘土材料及赤潮治理专用设备正式启运美国,应用于美国佛罗里达沿岸的赤潮治理。这是具有我国自主知识产权的改性粘土治理赤潮技术2017年落地智利后,又一次走出国门,标志着该技术已经达到国际领先水平,在全球赤潮治理领域起到引领作用。

该研究成果于2018年在包括ES&T、JGR、MPB、HA等国际著名期刊上发表高水平论文12篇、授权发明专利1项、获得山东省发明专利一等奖和中国专利优秀奖等科技奖项。

主要完成人:俞志明、宋秀贤、曹西华、袁涌铨、吴在兴

推荐单位:中国海洋湖沼学会水环境分会

2018年度中国海洋与湖沼十大科技进展推荐项目表

(按项目收到时间排序)

科技进展名称:自主研制的系列“海燕”水下滑翔机创造世界纪录

主要完成人:王树新、王延辉、张宏伟、刘玉红、杨绍琼

推荐单位:青岛海洋科学与技术试点国家实验室、中国海洋湖沼学会海洋观测分会

科技进展名称:现代化海洋牧场构建与生态安全保障

主要完成人:杨红生、张涛、周毅、王清、赵建民

推荐单位:中国海洋湖沼学会棘皮动物分会

科技进展名称:海带褐藻酸与岩藻多糖代谢通路的挖掘与功能验证

主要完成人:刘涛、王绪敏、池姗、王珊珊、王忍

推荐单位:中国海洋湖沼学会藻类学分会

科技进展名称:基因组挖掘环二肽合酶揭示独特的tRNA依赖型二酮哌嗪-萜类化合物生物合成机制

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