深海沉积与全球变化研究的前缘与挑战

海洋正在经历变暖和酸化等人类活动引发的全球变化的影响,而深海沉积储存着地球演变历史时期由自然因素驱动过去全球变化的详细档案,通过探究其现今和过去全球变化过程,能够揭示全球变化的特征和规律,为预测未来变化提供依据。近年来在该领域的突出研究进展,是针对社会选择的未来排放轨迹,在深海记录中都能够找到相应的类似情形,用于评估未来地球系统各种变化的过程和后果。其中,以Dansgaard-Oeschger变化为代表的千年尺度事件、以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)为代表的十年尺度气候变化事件,是最接近现今地球变暖的快速气候变化场景。地球系统的发展轨迹目前正处于人类排放温室气体的“热室地球”路径的起点上,如果地球超过了这个“临界点”,它将沿着一条不可逆的道路进入“热室地球”状态,另一种路径则是通向“稳定地球”状态。深海沉积档案中的类似情形能够为社会选择未来排放的轨迹提供重要参考。全球变化研究面临的重大挑战是重新认识其关键过程的理论机制。以海洋变暖和酸化影响硅藻和颗石藻的海洋生物泵过程为例,传统知识认为酸化有利于硅藻建造,但最新的围隔实验研究却发现酸化大幅减少全球硅藻输出;传统知识认为酸化导致海洋生物钙化危机,但近期针对中生代大洋缺氧事件的黑色页岩研究,发现颗石藻的碳酸钙输出在海洋酸化期间大幅增加。这些颠覆性的认识严重挑战了传统全球变化某些关键过程的理论体系。     

我国海洋地质调查研究新进展

近10年来,我国海洋地质工作在海岸带、近海与管辖海域、大陆架边缘海和深海大洋开展了地质构造、矿产资源、环境灾害和探查技术及仪器设备等方面的调查研究和研发,取得一系列重要成果。如历时8年的“我国近海海洋综合调查与评价”专项(908专项),完成了1∶100万管辖海域的16个图幅、1∶25万13个图幅的综合调查和9个区块海砂资源评价; 在南海北部琼东南盆地发现了3个大气田; 开展了海岸带环境地质调查评价与图集(1∶400万)编制; “南海深海过程演变”专项研究与南黄海陆架区科学钻探均有新发现; 海底石油勘探与开发技术(“海洋石油981”钻井平台)、南海北部海域天然气水合物探测技术及发现(Ⅱ型天然气水合物、可燃冰冷泉)、南海天然气水合物试采成功,以及海底探测技术与采样设备的研发等等取得了实质性进展或突破。这些重要成果极大地提高了我国海洋地质调查的程度、研究水平和综合实力。     

全球海洋硅循环及研究中面临的主要挑战

海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。     

强化我国海洋领域国家战略科技力量的思考与建议

海洋是国家战略必争领域,海洋强国建设是世界科技强国建设的重要组成部分.坚持科技自立自强,强化海洋领域国家战略科技力量,是推动海洋强国建设的重要手段.研究了世界海洋科技强国一流科研机构发展态势,分析了我国海洋领域国家级科研机构和科技创新基地建设布局,介绍了中国科学院海洋领域机构改革创新的实践和经验,并对强化海洋领域国家战略科技力量提出了思考和建议:要聚焦最紧迫、最真实的国家战略需求,坚持"有所为、有所不为"的理念,在事关我国海洋核心利益的重点方向进行战略布局,以前瞻性、战略性重大科技项目为依托,充分发挥国家作为重大科技创新组织者的作用,为建设海洋强国提供有力的科技支撑.     

英国海洋科技计划重点布局及对我国的启示

对英国近年来主要海洋研究战略、计划、项目及其海洋研究整体布局进行分析,发现具有如下特点:加强海洋研究国家层面的顶层设计;对海洋研究基础设施给予长期支持;根据国家科技现状和国民经济需求确定海洋研究重点领域;未来将重点关注海洋酸化、海洋可再生能源开发和海岸带灾害研究。为此,提出我国海洋科技发展的建议:制订国家级中长期海洋科技发展规划;加强对海洋科研基础设施的投资支持;针对国家战略需求,合理规划海洋科技研究重点。     

陆地生态系统碳汇在实现“双碳”目标中的作用和建议

2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和(简称“双碳”)是我国对国际社会的庄严承诺,已被纳入生态文明建设的总体布局。生态系统碳汇是实现“双碳”目标的重要手段,也是林业和草原实现高质量发展的必然要求。国际有关机构对全球森林、草地和湿地生态系统的碳储量和碳循环进行了评估。自1990年以来,附件一国家(指《联合国气候变化框架公约》附件一列出的经济合作发展组织中所有发达国家和经济转型国家)对本国的碳排放和碳汇进行估算,编制了年度温室气体清单; 我国也编制了5次国家温室气体清单。这些工作对我国开展应对气候变化的研究提供了基础。提出了如下建议: 在编制“双碳” 路线图和时间表时,既要考虑我国生态系统碳汇与能源和工业领域碳排放在区域空间分布和时间维度上的差异性,也要考虑生态系统同时所具有的碳汇和碳排放的特殊性; 生态系统碳汇是碳达峰的非选项,是碳中和的必选项; 生态系统碳汇要遵循国家实现“双碳”目标的基本原则,要将生态系统碳汇作为国家生态建设和保护工程的主要目标,提高碳汇计量和监测能力,完善市场和融资机制。     

对我国矿床学未来发展方向的思考

进入21世纪,特别是最近10年以来,社会发展和科技进步对矿床学研究提出了严峻的挑战和新的要求,具体表现在3个方面:学科发展前沿的挑战、国家战略布局需求和社会重大需求。其中学科发展前沿的挑战主要包括成矿模式创新研究不足、学科交叉融合程度不够、应用基础研究相对薄弱;国家战略布局需求则主要体现在“一带一路”、海洋强国和关键金属等方面;社会发展重大需求主要包括深部勘查、智能高效勘查和绿色生态勘查等方面。为了更好地应对挑战、满足需求,在未来30年为建设社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴做出重要贡献,矿床学研究在未来发展中应注重以下几个方面:(1)成矿模式多维度综合研究;(2)勘查标识体系应用基础研究;(3)关键金属超常富集机制研究;(4)“一带一路”与海洋矿产研究;(5)深地勘查理论与方法集成研究;(6)智能高效绿色勘查体系研究。     

中国近海生态系统动力学研究进展

全球海洋生态系统动力学是全球变化和海洋可持续科学研究领域的重要内容,当今海洋科学最为活跃的国际前沿研究领域之一。以国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“东、黄海生态系统动力学与生物资源可持续利用(1999—2004)”的研究成果为主,介绍中国近海生态系统动力学研究进展及其发展趋势。     

“双碳”背景下石油地质学的理论创新与迈向能源发展多元化新时代

“双碳目标”已成为我国能源发展基本国策。如何开展这一大背景下的石油地质研究及如何推动能源多元化发展,是石油科技工作者面前的现实问题。本文对2000—2020年我国二氧化碳排放、油气能源消费、油气储量、产量等进行分析研究后认为,在“碳达峰”与“碳中和”应对全球气候变化的大背景之下,21世纪内石油和天然气仍将担任能源家族中的重要角色。我国石油工业要立足于理论和实践的自主创新,实现“万米级的超深层常规油气革命和纳米级超致密储层的非常规页岩油气革命”,实现超常规发展和低碳绿色转型发展。油田注水开发是我国提高采收率的核心技术,今后应大力推广注二氧化碳驱油技术,以达到增油与减排的双重目的,创新二氧化碳捕集与埋存技术以发展石油工业的减碳产业。21世纪为能源发展的多元化时代,水电、风能和太阳能等3类可再生能源开发利用是实现双碳目标的基本保障,地热能、生物质能和海洋能是重要推手;22世纪人类将建成一个由可再生能源和新能源保障的经济社会,氢能源将是未来最具发展潜力的新能源。     

正在发展的全球海洋生态系统动态研究计划（GLOBEC）

人类赖以生存的地球环境正在以前所未有的速度发生变化。预计在今后的年代里,人类活动的影响幅度将大于自然界的影响幅度。因此,80年代以来,研究全球变化就成为国际科学活动的重要内容之一。由于海洋作为地球水圈的主体,在地球气圈、水圈、岩石圈和生物圈的相互作用中,起着控制地球表面环境和生命特征的作用,因而产生了许多与海洋科学有关的大型国际合作研究计划,如国际地圈生物圈计划(IGBP)中的全球海洋通量联合研究(JGOFS)、海岸带海陆相互作用(LOICZ)、全球海洋真光层研究(GOEZS)、热带海洋与全球大气计划(TOGA),全球海洋环流实验(WOCE),海洋科学与生物资源(ISLR)和全球海洋     

海洋生态系统动力学研究与海洋生物资源可持续利用

围绕国家重点基础研究发展规划（973）项目“东、黄海生态系统动力学与生物资源可持续利用”，介绍了海洋生态系统动力学研究对我国社会与科技发展的意义、研究现状和发展趋势、拟解决的关键科学问题以及实施计划。该项研究的最终目标是弄清我国近海海洋生态系统的结构、功能及其服务与产出，量化其动态变化及生态容纳量，预测生物资源的补充量，寻求可持续开发利用海洋生态系统的途径。使集中多种机制于一体并具陆架特色的我国近海生态系统力学理论体系和研究队伍进行国际先进行列。     

我国海洋生态系统基础研究的发展--国际趋势和国内需求

进入21世纪,许多学科都对其以往的进展作了回顾,对其未来的发展作了展望;一些大型国际研究计划也在过去所取得的成就的基础上,在世界人口需求的框架下制定了新世纪的目标和研究内容;我国则确定了全面建设小康社会的宏伟目标,并就此制定了国家中长期科学和技术发展规划。结合海洋学科的发展趋势、我国未来社会经济发展的需求、重大国际研究计划的整合动向等3个方面,就我国海洋生态系统基础研究的发展作一些讨论。     

The Key Layout of UK Marine Science and Technology Plans and Some Implications for China

In this paper, we have analysed the major marine research strategies, programs and projects and the overall layout on marine research of the United Kingdom in recent years and found several characteristics: The United Kingdom increased emphasis on the national top-level design of marine research; The marine research infrastructures of the United Kingdom will be given long-term support in the future; Priority areas on marine research in the future will be determine and identified according to the national science and technology status and national needs of national economy; The United Kingdom will focus on ocean acidification, marine renewable energy development and coastal hazards research in the future. Then we gave out some recommendations on our courtry’ development on marine science and technology: Establishing a long-term national marine science and technology strategic plan; strengthening the investment in the important marine research infrastructure; setting several reasonable research priorities according to China’s national strategic needs.     

国际地球科学与资源环境科学发展战略分析

介绍了国际主要地学机构（NASA、USGS、NOAA、NERC、BGS）、主要组织（ICSU、EU、OECD、UNESCO）、国际主要基金机构（NSF、ESF）21世纪初10～20年有关地球科学与资源环境科学的研究与发展战略的目标、研究计划、主要研究内容与优先研究领域。这些机构与组织的地学与资源环境科学发展战略，反映了国际上地球科学与资源环境科学的研究重点和发展趋势，对把握国际地球科学与资源环境科学发展方向、明确我国地球科学与资源环境科学的战略重点和优先领域具有重要的参考价值。同时，依据美国科学信息研究所（ISI）的基本科学指标数据库（ESI），分析了过去20年国际地学（geosciences）、环境／生态学（environment／ec ology）领域著名科学家的国别和机构分布状况，分析了国际地学、环境／生态学过去10年成果产出最多、论文被引频次最多、篇均被引频次最高的前10个研究机构，反映了过去10年国际地学、环境／生态学研究的影响力。最后，简要分析了国际地球科学与资源环境科学的优先研究领域与主要特点。     

西太平洋——我国深海科学研究的优先战略选区

西太平洋是我国实施由浅海向深海发展战略的必经之地.从国家需求的角度来看,西太平洋海底资源丰富、海洋环境复杂,是维护国家权益的焦点、保障国防安全的屏障;从科学前沿的角度来看,西太平洋发育有独特的沟弧盆构造体系和弧后盆地热液系统,存有海底板块运动的遗迹和众多海山生态系统,更是"大洋传送带"冷暖水系的转换区.科学有序地进入西...     

北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响

我国东部陆架海和南海是国防安全的重要门户;位处第二岛链以西的副热带北太平洋既是各国争夺的重要海区,又是我国从近海走向大洋的重要通道.围绕"北太平洋副热带环流变异如何通过黑潮与我国近海动力环境之间相互作用"这一国际前沿科学问题,国家重点基础研究发展计划项目"北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响"于2007年9月正式立项.该项目不仅有助于拓展和丰富海洋动力学理论,揭示我国近海及邻近大洋动力环境变异机制,提高预测能力,而且也将为维护我国国防安全和海洋权益,为可持续开发利用海洋资源提供海洋动力环境保障.该项目主要研究内容包括:①北太平洋副热带环流变异和调整机理;②黑潮与我国近海的能量与水体交换过程及机制;③北太平洋副热带环流变异与大气驱动力的耦合效应;④我国近海及邻近大洋动力环境变异的可预测性研究.拟解决的关键科学问题为:北太平洋副热带内区环流变异的机理及其对黑潮的影响;黑潮源头变异机理及其对吕宋海峡水交换的影响和黑潮变异机理及其对东部陆架海域动力环境的影响.     

海洋生物高值利用研究进展与发展战略思考

海洋生物高值利用是海洋生物资源可持续利用的重要方面,是全球科技创新中最具实效性和创新性的领域之一。借助于现代生物技术开展海洋生物高值利用研究,开发海洋生物基化学资源、海洋微生物资源、海洋生物基因资源,获得海洋食品、海洋药物、海洋功能制品、海洋生物质能等高值制品,将成为海洋生物资源可持续利用的重要方向和突破口。分析了海洋生物资源高值利用的国内外研究现状,介绍了"十一五"期间中国科学院在该领域的布局情况和所取得的科技创新成果,提出了我国海洋生物资源高值利用研究的发展战略。     

国家资源环境安全的要素综合评价

资源环境安全问题始终是世界各国持续发展的核心任务和基本诉求。考虑到单要素和整体两大分析方法的不足，提出一种针对性很强的要素综合分析方法。根据世界上10个人口超过 1亿以上国家的抽样分析表明，土地、水资源、矿产及生态环境的整体状态是决定国家资源环境安全的基本所在。与此同时，为了改善国家，特别是发展中国家的 资源环境脆弱状态和提高其稳定程度，第一是要严格控制人口增长；第二是努力推进本国资源环境开发的国际化进程；第三是增大智力投入以提高资源深度化加工；第四是加大本国生态环境保护力度。     

Development and Application of the Chinese Global Operational Oceanography Forecasting System

Chinese Global operational Oceanography Forecasting System (CGOFS) is configured in three levels of nested grids from global ocean, open ocean to offshore. This global operational oceanography forecasting system architecture is firstly bulit in China by the National Marine Environmental Forecasting Center (NMEFC). It has been put into operational forecasting at NMEFC, providing real-time forecasting of multi-scale ocean current, temperature, salinity, wave, sea surface wind, etc. All the ocean forecasting products are released in many ways and made available through the online, realizing full-range coverage in resolution from hundreds kilometer to several kilometer. The CGOFS includes 8 subsystems: global sea-surface wind numerical forecasting subsystem, global ocean circulation numerical forecasting subsystem, global ocean wave numerical forecasting subsystem, global tide and tidal current forecasting subsystem, Indian Ocean marine environment numerical forecasting subsystem, polar sea ice numerical forecasting subsystem, refined marine environment numerical forecasting for China’s surrounding waters,and integration management subsystem for operational support service of the CGOFS. Operational applications of the CGOFS are closely connected with China’s economic-social development and military security needs. For example, the CGOFS palys a crucial role in environmental forecasting for Chinese research vessel and icebreaker Xuelong, MH370 Searching, submersible “Jiaolong” exploration and nuclear contaminant transport from Fukushima Daiichi nuclear power plant, providing important scientific support for developing an ocean power, protecting national maritime rights, ensuring marine safety and coping with ocean problems in emergency.     

Review and Prospect of Global Operational Ocean Forecasting

The marine environmental forecast plays an increasingly important role in economic growth and infrastructure development, and touches upon many fields and aspects, including marine security, energy resources development and protection, ocean shipping and fisheries. Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE) OceanView supports the national research groups providing them with coordination and technical support among the partners. Forecasting centers develop and establish global operational ocean forecast systems. The global operational ocean forecasting system uses the ocean dynamic numerical model as the dynamic framework, and the near real-time high-quality observation input field is integrated into the model by data assimilation to realize the future environmental forecasts of the marine conditions covering the multi-time scale. The products are routinely validated with observations in order to assess their quality. This paper briefly introduced and reviewed the development process and current situation of the global ocean forecasting system covered by GODAE OceanView, and outlined the future development of global ocean forecasting.