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2023年中国十大海洋科技进展揭晓
2024-05-20 14:23:04  来源:中国自然资源报

近日,中国海洋学会联合中国海洋湖沼学会、中国航海学会、中国指挥与控制学会、中国大洋矿产资源研究开发协会评选出2023年中国十大海洋科技进展(排名不分先后)。

我国绘制迄今为止最大动物基因组图谱

南极磷虾是全球海洋生物量最大的物种,亦是南极海洋生态系统的关键种。我国科学家利用自主研发的基因组组装算法,突破了超大且高重复基因组组装的技术瓶颈,破译了南极磷虾这一迄今为止地球上最大的动物基因组(48Gb,约为人类基因组的16倍);首次完整刻画了南极磷虾适应极昼极夜生物节律的基因网络;明确了环南极三大洋不同群体间具有遗传连通性,解决了长期以来国际上有关南极磷虾地理群体异/同质性的争议;阐明了南极磷虾种群扩张的历史演变规律。系列研究成果为深入研究海洋生物环境适应机制及群体演化规律提供了新的理论支撑,为我国深度参与极地渔业国际治理提供了科学依据。

海洋生物碳泵与营养盐循环研究取得突破

生物泵是海洋碳循环的核心内容,也是发展基于海洋的气候解决方案和实施海洋负排放技术的关键理论基础。项目通过跨时空尺度的观测、多同位素示踪和数值模型等手段,在解析生物泵结构及海洋碳氮循环的互作关系等方面取得突破性进展。

项目研发了生物地球化学逆向模型,刻画了全球海洋生物泵的分布格局,提出海洋生物泵的时间域分布,为全球变化下生物泵的演变提供了参考。提出了寡营养海区真光层“双层结构”,即营养盐匮乏层和营养盐充足层这一新的理论框架,提高了对副热带流涡区固碳机理及增汇潜力的认识。揭示了氨氧化古菌产生一氧化二氮(N2O)的机制,量化了其产率。发现并证明了有氧水体N2O也可以来源于反硝化过程,深化了对海洋N2O生产过程机理的认知。指出对于负排放技术效率的评估应该考虑全路径碳输出,大型海藻养殖是一种潜在的高效负排放技术选择。

在新近纪全球大洋有机碳埋藏研究领域取得重要进展

2023年1月4日,国际顶级学术期刊《自然》以长文形式在线发表题为《新近纪全球大洋有机碳埋藏》的文章。

地质历史时期埋藏在大洋海底沉积物中的有机碳能够有效地与地球表层系统隔离,海底因此成为大气二氧化碳的重要碳汇,对调控全球碳循环发挥着重要的作用。在当前全球气候变化加剧的背景下,准确估算地质历史时期有机碳在全球大洋海底的埋藏速率,揭示有机碳埋藏对地球气候系统的反馈效应,成为目前全球碳循环研究所广泛关注的热点问题。传统上有机碳埋藏速率的估算主要是基于有机碳和无机碳的质量平衡方法,然而这一方法在关键参数的估算上存在相当大的不确定性,导致对全球大洋海底有机碳埋藏速率的估算存在非常大的偏差。

该研究综合了国际大洋发现计划在全球不同海盆共计81个站位上的岩芯总有机碳测试数据和地质年代框架,建立了基于海底有机碳埋藏速率的自下而上的计算方法,首次揭示了新近纪海底有机碳埋藏的变化历史,发现海底有机碳埋藏的时空变率远高于以往的估计。研究成果对于认识地质历史时期以及当前全球变暖背景下海洋有机碳埋藏、全球碳循环和气候系统演变均具有重要意义。

发现全球变暖将导致多年拉尼娜事件频发

类似2020年~2022年的多年拉尼娜事件会给全球气候、农业生态及人类经济社会带来叠加的破坏性影响,并显著提高极端天气灾害的发生风险。未来多年拉尼娜事件如何变化,是海洋与气候领域急需解答的重大前沿问题之一。研究发现全球变暖将导致多年拉尼娜事件频发,提出太平洋背景场增暖型、热带外-热带海气耦合增强是关键机理。未来变暖情景下,副热带东北太平洋增温较快,热带外大气扰动更容易诱发位置更偏北的经向模态;赤道东太平洋增暖也较快,厄尔尼诺的暖海温异常可引发更强的热带外大气扰动。二者结合,造成负位相的经向模态更易产生且其空间结构在经向上更宽,由此赤道外的负风应力旋度异常偏小,向赤道的“充电”过程进一步减弱,有利于冷海温异常持续。

该成果提示,未来与多年拉尼娜相关的气候灾害可能频繁来袭,控制温室气体排放迫在眉睫。同时为明晰全球变暖下热带-热带外相互作用过程和机理提供了新视角,对有效认知厄尔尼诺-南方涛动的多样性及其未来变化有重要意义。

粤港澳大湾区超级工程深中通道主线贯通

2023年11月28日,正在建设的国家重大工程——深中通道主线贯通,项目建设取得重要进展,距离2024年建成通车更近一步。深中通道地处粤港澳大湾区核心区域,横跨珠江口东西两岸,路线起自广深沿江高速机场互通立交,东接机荷高速,向西跨越珠江口,在中山市马鞍岛登陆,与在建的中开高速对接,路线全长约24公里,采用双向八车道,设计速度按照100公里/小时高速公路技术标准建设。

项目是集“桥、岛、隧、水下互通”于一体的世界级跨海集群工程,工程建设条件异常复杂、综合技术难度非常高。其中,伶仃洋大桥为主跨1666米海中特大跨径悬索桥,是世界最高海中大桥、世界最大跨径全离岸海中悬索桥。大桥桥面高91米,通航净空达到76.5米,是世界通航净空高度最高的大桥,能够满足3万标箱集装箱船、30万吨级油轮、22.5万吨级豪华邮轮通航需求。沉管隧道创新采用了钢壳混凝土沉管隧道新结构,是目前世界最长、最宽的钢壳混凝土沉管隧道,在设计理论、制造工艺、新型材料、大型装备和最终接头等方面取得了多项原始创新,有力推动了我国沉管隧道建设技术进步。

未来深中通道建成通车后,深圳与中山的车程,将从现在的2小时缩减为约20分钟。作为连通珠江口东西两岸城市群的交通大动脉,深中通道将与已建成的港珠澳大桥、南沙大桥、虎门大桥等,共同组成大湾区跨海跨江通道群。

“数字化深海典型生境”大科学计划正式获批

2023年6月8日,来自全球6大洲39个国家64家海洋机构、国际组织等共同发起的“数字化深海典型生境”大科学计划(简称“DEPTH”计划)正式获批,成为2023年联合国“海洋科学促进可持续发展十年”(简称“海洋十年”)大科学计划申报中的唯一获批计划,也是我国在联合国框架下发起的首个深海生境领域大科学计划。

“DEPTH”计划以解决“海洋十年”的第八项挑战“数字化的海洋”为目标,重点关注海山、洋中脊、陆坡和平原等易受自然变化、气候变化、人类活动影响的深海典型生境类型,开展科学调查及连通性研究,发展深海长期智能观监测技术,提升深海典型生境应对扰动的预测能力,构建“发现-模拟-预测”数字化平台,集成深海典型生境“一张图”等公共产品并形成深海典型生境治理解决方案。该计划将聚焦深海生境与生物多样性的调查与研究,探索人类生存与深海生物多样性养护的可持续发展路径。该计划同时还针对发展中国家开展能力建设,与近20个发展中国家建立了合作关系,致力于培养青年一代公平参与深海科学研究与治理,展现我国负责任大国形象。

2023年11月9日,“DEPTH”计划在厦门国际海洋周期间正式启动,并组织召开了第一次国际研讨会。2024年将开展“西太平洋国际航次”,邀请国际知名专家学者联合开展生物多样性调查,为提升对海山区生物多样性认知作出积极贡献。

国产首艘大型邮轮“爱达·魔都号”正式命名交付

2023年11月4日,国产首艘大型邮轮“爱达·魔都号”历时8年科研攻关、5年设计建造,顺利完成命名交付,已具备正式商业运营的条件。

国产首艘大型邮轮命名交付,标志着中国又一次成功摘取世界造船业皇冠上的明珠,中国成为目前全球唯一一个同时建造航空母舰、大型液化天然气(LNG)运输船、大型邮轮的国家,是中国由造船大国向造船强国迈进的标志性一步。

国产首艘大型邮轮总吨位13.55万吨,长323.6米、宽37.2米,设计吃水8.26米,最大高度72.2米。船上有客房2125间,可容纳乘客5246人,配置了高达16层、面积4万平方米的生活娱乐公共区域,被誉为“海上现代化城市”。

在建造此大型邮轮中,采用引进消化吸收再创新的模式,联动和管理361家一级供应商、1105家二级配套企业,汇集全球30多个国家超过5000名的工程技术人员紧密协作,相继突破重量重心、安全返港、动力系统、综合电网、舱室环境、振动噪声等贯穿邮轮全生命周期的一系列关键核心技术,形成了大型邮轮设计建造和复杂巨系统工程管理能力,持续构建邮轮业的中国标准体系。

国首次完成3000米超深水三维地震勘探

我国大型深水物探船“海洋石油720”搭载我国自研“海经”拖缆地震勘探系统,完成了珠江口盆地2600平方千米的三维地震数据采集。这是我国首次完成3000米超深水三维地震勘探作业,标志着我国自主海洋勘探技术取得重大突破,对保障我国海洋油气开发自主可控、提升我国深海资源开发能力具有重要意义。

“海经”是我国自主研发制造的首套海洋拖缆地震勘探采集装备,填补了我国在海洋地震勘探领域装备技术空白,实现了“从0到1”的突破。该装备以其超低频、高精度的三维地震采集能力,精准描绘出深水深层以及复杂地质结构的3D立体图,大幅提升了我国在超深水领域油气勘探能力。

此次作业位于珠江口盆地3000米超深水区块,最大作业水深达到3500米,勘探目的层最大埋深处5600米,打破了我国海洋三维地震勘探作业最大水深纪录。“海洋石油720”深水物探船搭载“海经”,60天时间采集到40TB的三维地震勘探数据,为落实工区地质结构、沉积充填和油气运移等基础石油地质条件打下坚实的基础。

我国首艘大洋钻探船正式命名试航

我国自主设计建造的首艘大洋钻探船正式命名为“梦想”号,并在广州南沙首次试航,标志着我国深海探测能力建设和装备现代化建设迈出关键一步。

“梦想”号总吨约33000,总长179.8米、型宽32.8米,具备全球海域无限航区作业能力和海域11000米的钻探能力。“梦想”号突破了十余项关键技术,完成了多项国际首创设计。该船具有全球最先进的钻探系统。建有全球面积最大、功能最全、流程最优的船载实验室,总面积超3000平方米,涵盖基础地质、古地磁、无机地球化学、有机地球化学、微生物、海洋科学、天然气水合物、地球物理、钻探技术九大实验室,配置世界一流的磁屏蔽室、超净实验间和全球首套船载岩芯自动传输存储系统,可满足海洋领域全学科研究需求。建有全球规模最大、最先进的科考船综合信息化系统,可实现钻采作业全过程监测、科学实验智能协同。

“梦想”号建成后将为深海资源开发利用提供重要装备保障,进一步提高我国能源自主保障能力,有力支撑我国实施大洋钻探国际大科学计划。

有限体积海浪模式“妈祖∙海浪”研发与业务化应用

有限体积海浪模式“妈祖·海浪”攻克了我国海浪数值预报严重依赖国外模式、自主技术缺失、计算耗时长等突出问题,取得以下科技创新与突破:首次采用六边形网格及相应动力框架,能在重点加密海域和南北极高纬度海域获得高精度预报结果;提出了新的卷积算法,使波-波非线性作用项计算效率提升三分之一;优异的大规模并行可扩展性,在逾20万CPU核的超规模并行计算情景下,依然保持线性加速比;领先的GPU并行加速能力,单台GPU服务器的计算能力相当于90台CPU服务器,计算能耗降低约88%。

“妈祖∙海浪”对极端大浪过程刻画能力更强,周期模拟优势明显,整体性能达到国际同类模式先进水平,可替代原有海浪数值预报模式。

 

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