依托海上风电场建设广东海洋立体观测网--访中国科学院南海海洋研究所研究员于红兵

“依托海上风电场,建设广东海洋立体观测网”,这是《海洋与渔业》记者采访中国科学院南海海洋研究所研究员于红兵时,他给的建议。2018年,广东将有16个海上风电项目上马,这些项目的开发建设,能否与其他产业如海洋牧场建设、海洋观光旅游等实现融合,提升规模效应。为此,《海洋与渔业》记者特地来到中国科学院南海海洋研究所,采访了该所研究员于红兵。

情系珊瑚 心怀国家——访中国科学院南海海洋研究所研究员张乔民教授

本访谈主要围绕张乔民教授的热带生物研究展开。珊瑚礁保护对我国海岸线保护、海洋经济发展、海洋权益维护具有重要意义,我国的热带生物海岸研究工作具有跨学科合作优势,科技工作者要面向国家需求,主动作为,积极维护海岸带生态安全,为建设海洋强国而努力。

中国科学院近海海洋观测研究网络建设概况与展望

海洋技术、海洋生态等被列为国家中长期科技发展规划的重点发展领域,也是中科院创新三期资源与海洋基地建设的重要任务。中科院在创新三期部署建设近海海洋观测研究网络,重点对我国东海、黄海、南海北部海域进行长期定点综合观测。该网络是中科院五大基础平台建设的重要组成部分,由在建的黄海站、东海站、西沙站、南沙站、现有的3个国家近海生态环境监测站以及中科院开放航次断面组成,实现点、线、面结合,空间、水面、水体、海底一体化的多要素同步观测,同时兼有全面调查与专项研究功能,将为海洋科学研究和区域海洋经济发展提供坚实的数据支撑和保障。

南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编1.资料整编技术及应用

南海宽广深厚、资源丰富、自然条件复杂、地理位置重要,是我国的核心利益。自20世纪50年代以来,我国先后组织了十数次大规模的南海与诸岛海洋科学综合考察,取得了大批重要原始数据。但是,早期资料无电子化手段,记录标准不一、质控标准不一、归档标准不一、原始资料散落或濒于遗失,抢救与整编需求迫切。南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编项目规范化整编了1950年至2019年共353个项目664个航次超过200多种要素的历史数据,构建了包含水文气象、海洋化学、生物生态、渔业资源、地质环境、岛礁地质样品等第一手实测的宝贵科学数据的综合数据库,同时对整编数据完成了相关科学分析,新形成一些分析数据产品,出版了《南海科学考察历史资料整编丛书》1套共12部,以及其他专著7部。本系列文章共3篇,文章1针对历史数据的系统整编,简要论述规范化整编的实施步骤,针对技术难点提出相应实践策略;文章2针对整编数据的科学管理,简要论述南海海洋数据治理技术研究与实践;文章3针对整编数据的共享服务,简要论述“数字南海”的建设实践与创新应用。通过本系列文章完整地论述南海科考历史资料整编综合数据库暨“数字南海”的研究过程与实践经验,为其他海洋科学考察资料系统整编提供参考。

南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编3.数据共享服务及应用

在南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编项目实施过程中,数据共享是一项重要工作。文章主要介绍南海科考历史资料整编综合数据库暨“数字南海”平台的设计与建设。首先阐述“数字南海”的设计与开发重点,实现数据管理共享的流程集约化和资源利用高效化;其次以“航次一张图”和“岛礁一张图”模块介绍数据的交互分析应用及动态可视化应用。“数字南海”平台建设按照项目目标,统一规划部署、统一标准体系、统一数据平台、统一成果发布,数据服务贯穿项目实施的全生命周期,推动形成共商共建共享共赢的数据工作发展新格局。

南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编2.数据治理技术与应用

在南海及其附属岛礁海洋科学考察历史资料系统整编项目实施过程中,数据管理是一项重要工作。文章从数据管理者的角度,以数据为研究对象,以数据治理为研究核心,探讨数据的科学管理工作,构建一个简单的数据治理模型,包含安全体系、组织体系、标准体系、资源体系、共享体系、对接体系共6大体系,为项目数据以及南海海洋数据的数据治理工作提供保障。文章重点围绕数据安全体系、数据标准体系、数据资源体系做简要论述。

中国科学院海洋生物资源可持续利用重点实验室

海洋生物是人类食物、医药和绿色环保产品的重要资源库。在当前陆地资源过度开发、全球气候变化和环境污染日益加剧的背景下，海洋生物资源的保护和合理开发是实施可持续发展战略，加速海洋经济建设，构建和谐海洋的必然选择。因此，中科院海洋生物资源可持续利用重点实验室的建设不仅具有重要的战略和科学意义，也是国家经济建设和社会发展的迫切需要。

南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂–破裂研究新进展

文章基于深地震探测数据与大洋钻探资料,研究了南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂–破裂机制科学问题。2018-2023年在国家基金委共享航次的协助下,实施了三维深地震探测实验,共投放海底地震仪52台次,海底电磁仪2台次,放炮数量达8750炮,累积获得了294Gb的第一手数据,并取得了一系列的创新性成果:1)首次获得南海北部陆缘洋陆转换带深达上地幔的三维速度结构,精准确定了研究区洋陆转换带三维空间展布范围宽度为10~20km;2)揭示南海北部陆缘异常活跃的岩浆作用,提出了不同时间段的构造与岩浆相互作用方式,岩浆活动随着伸展作用不断向洋迁移并逐渐占据主导地位;3)建立了边缘海独特的张裂–破裂地质演化模型,最后一期强烈的岩浆活动导致岩石圈破裂,形成由玄武岩为主的“鳄鱼嘴”构造,同时张裂–破裂过程沿其陆缘走向又存在显著的构造–岩浆差异性。

中国海洋环境数据及其资产价值评估体系的现状

海洋环境数据是人类认识海洋、保护和开发利用海洋的重要战略资源。随着数字经济和科学技术的迅猛发展,海洋环境数据成为新的重要的生产要素。海洋环境数据资产作为一种新的资产形式,如何对其进行价值评估成为一个新的难题。通过对国内海洋数据资产价值评估的深入调查和研究,得出传统的成本法和收益法及其二者组合的方法是目前海洋环境数据价值评估的基础,发现新时期海洋环境数据的价值评估的方法具有复杂性、灵活性和多维度等的评价方式,对海洋经济发展和海洋科学研究可持续性具有非常重要的经济价值。

中国南海来源真菌Penicillium sp.SCSIO 40438次级代谢产物研究

本论文对中国南海来源真菌Penicillium sp.SCSIO 40438的次级代谢产物进行了研究。通过硅胶柱色谱、Sephadex LH-20凝胶柱色谱以及高效液相色谱等多种分离方法对该菌株的发酵产物进行了分离纯化,并利用核磁共振和高分辨质谱等波谱学方法对分离得到的化合物进行了结构鉴定。从中共分离鉴定到9个化合物:1-(2-Methylbut-3-en-2-yl)-1H-indole-3-carbaldehyde(1)、1-methyl-2(1H)-quinazolinone(2)、fructigenine A(3)、fructigenine B(4)、2-[(s)-hydroxy(phenyl)methyl]-3-methylquinazolin-4(3H)-one(5)、3-methylviridicatin(6)、3-O-methylviridicatol(7)、viridicatol(8)和(+)-cyclopenol(9)。其中,化合物1和2为新天然产物。抑菌活性实验表明,化合物8具有中等强度的抑制金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌活性,最低抑菌浓度为8.0μg·mL^(-1)。

深海科学实验装备发展研究

深海孕育了世界上最大的生态系统,对深海相关演变规律的深刻认知将支撑人类社会的可持续发展;深海极端环境条件决定了开展原位实验作业非常困难,也对深海科学实验装备提出了苛刻的要求。本文从深海科学实验研究的视角出发,按照深海试验装备及试验场、深海原位探测与实验装备、深海环境模拟实验装备的主要划分,系统梳理了国内外深海科学实验装备的发展态势和面临的问题。我国在深海科学实验装备领域已形成了一批自主研发的装备技术,推动了深海科学研究进步,部分优势方向已跻身国际先进水平;但在高精尖装备及其关键核心技术方面未能构建成熟的产业链,导致部分装备发展受限、一些技术薄弱环节凸显。需要加强顶层谋划、协调技术攻关,建立激励机制、推动创新转化,建设示范平台、形成标准体系,突破传感技术、加快国产进程,加强国际合作、提升创新能力,以深海科学实验装备高质量发展推动深海科学研究和海洋强国建设。

南海洋脊跃迁的深地震探测数据分析

洋脊跃迁事件是海底扩张阶段受强烈构造和岩浆作用的普遍现象,地球物理资料表明洋脊跃迁事件存在于南海多期次海底扩张过程中,然而关于洋脊跃迁的深部速度结构特征尚不清楚.2021年国家自然科学基金共享航次实施了深地震探测测线OBS2021-1,该测线横穿南海东部次海盆洋脊跃迁(J3)区域.本文介绍了该测线数据的采集情况,完成了导航文件(Ukooa文件)的制作、原始数据的格式转换、炮点位置和海底地震仪(OBS)位置校正的前期数据处理工作.结果表明,OBS2021-1测线数据质量良好,经过炮点和OBS位置校正后,OBS综合地震记录剖面可识别出多组清晰的P波震相,包括Pw、Pg、PmP以及Pn震相.根据同船采集的多道地震处理解释和国际大洋发现计划(IODP)钻探数据,建立了沿测线的初始速度模型.使用RayInvr软件初步获得了OBS2021-1测线下方的正演速度结构模型,识别洋脊跃迁的深部速度结构特征.数据处理结果表明南海洋脊跃迁的地壳厚度增厚,在多道地震剖面上存在渐新世地层的缺失,为进一步研究南海洋脊跃迁过程与构建南海形成演化历史奠定了研究基础.

深化南海海洋科学研究是我国国家安全和发展的重大战略需求

文章指出,对南海进行全面深入的科学研究,不仅在经济和科学上具有重要意义,而且在今天复杂的国际环境下,也是我国在南海行使主权的重要体现,是事关我国发展的重大战略问题。

南海诸岛自然科学调查研究概述——纪念中国政府收复南海诸岛70周年(2)

近百年来,中国应形势需求和国力状况开展了对南海诸岛的自然科学调查研究,研究分阶段和分片区进行:20世纪20―30年代首开南海诸岛的现代自然科学调查研究;1946年南海诸岛收复后的科学调查研究;20世纪70年代重开西沙、中沙、东沙群岛科学调查研究;20世纪80年代开展大规模的南沙群岛科学考察。调查研究规模逐次变大,涉及学科增加,参加调查研究的单位与人员增多,获得实际资料更加丰富,成果累累,成效显著,推动了中国海洋科学研究事业的发展和提高,同时对国家的南海诸岛维权、建设和生产作出了贡献。

垂向层化对海洋生物生产和碳沉降影响的模型研究

受到太阳辐射和淡水输入等影响,海洋的次表层和表层将形成温度跃层和盐度跃层。温度和盐度跃层的存在将使得海洋在不同深度上形成明显的层化现象,阻碍上下层水体间的物质交换。为了研究这种不同深度上的层化现象对海洋生态系统垂向结构的影响,使用了一个简化的一维营养盐-浮游植物-碎屑的模型进行研究。结果显示,无论是表层还是次表层的层化,都会显著地抑制层化区域以下水层营养盐的向上输运,导致层化区以上水层内营养盐浓度的降低。同时,层化区域以上水体浮游植物生物量显著降低,次表层浮游植物生物量最大值层(DCM层)变薄,导致真光层内生物生产力降低;而真光层向深海的碳输出通量也同时降低。层化区域越厚、层化越强,真光层内生物生产越受抑制,碳输出通量越低。相比于表层层化,次表层层化的存在则进一步导致DCM层深度加深,并显著降低DCM层的浓度,使得次表层层化造成的真光层内生物生产力和向深海碳沉降降低得更多。研究证明了在全球气候变化造成海洋增温和冰川融化、极端降雨事件增多造成局部海域表层盐度降低的背景下,海洋垂向层化的增强将对海洋生态系统和全球海洋生物地球化学循环产生不可忽视的影响。

基于多尺度深度学习对南海海表温度预报的研究

海表温度是海洋最重要的物理量之一,提供了气候系统的基本信息,准确地预报海表温度有着广泛而重要的应用。近年来,基于人工智能的海温预报方法开始流行,并展现出巨大的潜力。基于卷积长短时记忆神经网络(ConvLSTM),本文研究了多尺度输入场对南海北部二维海表温度预报结果的影响。文章采用多元集合经验模态分解方法(MEEMD)将日均海表温度分解成多个尺度的空间主模态,并以不同的组合训练ConvLSTM模型进行预报实验。结果表明,采用前4个海表温度主模态数据训练模型时,预报1~7 d海表温度的均方根误差约为0.4~0.8℃,比仅用原始海表温度训练时减小了0.2~1.2℃;平均绝对百分比误差为1%~6%,减小了0.5%~10%;空间相关系数为99.5%~96.5%,提高了0.5%~3.5%。而且,随机实验也进一步证明该方法具有较高的普适性。基于深度学习的预报模型,需结合海温的物理特性,选择合适的数据进行训练,才能进一步提高其预报精度。本文初步探究了人工智能方法与物理概念在海温预报中的融合,可为以后的研究提供一定的参考。

南海北部涠洲岛边缘珊瑚礁的生物侵蚀实验研究

在全球变化背景下,边缘珊瑚礁面临着来自自然与人类的双重压力。海水富营养化引起的生物侵蚀加剧,虽然较为隐蔽,但却会对珊瑚群落的发育以及礁格架的稳定性产生不良影响,是边缘珊瑚礁潜在的危害之一。本研究在南海北部涠洲岛三个典型的边缘珊瑚礁开展了近一年的原位侵蚀实验,定量分析了珊瑚礁的生物侵蚀强度与侵蚀速率,并结合卫星遥感监测的水体环境参数,探究了珊瑚礁侵蚀与海水环境的关系。研究发现,内部大型侵蚀生物的侵蚀速率相比侵蚀强度更能够指示海水富营养盐与高浊度环境,而侵蚀强度能够体现侵蚀生物的群落演替阶段。此外,将涠洲岛生物侵蚀速率数据与全球其他典型珊瑚礁区域进行对比,发现涠洲岛生物侵蚀速率处于全球中等水平(以内部大型侵蚀生物为主导),但在其所属的“人为边缘礁”类型中为较低水平。结合气候变化、城市化发展、礁体健康状况等趋势以及本研究结果,推测涠洲岛的生物侵蚀可能会继续加强,达到“人为边缘礁”的高侵蚀水平,并进一步加剧珊瑚礁的退化。

GNSS-IR测量水位的精度评估和站点对比:以中国南海北部和日本南部站点为例

通过南海北部和日本多个实例,量化分析影响近岸全球卫星导航系统干涉反射计(GNSS-IR)反演潮位或风暴潮过程效果的主要影响因素。结果表明:接收机所能接收的卫星信号波段数量、反射信号功率对反演的时间分辨率和精度影响巨大。研究以中国香港HKQT站点为例量化多模多频GNSS-IR监测风暴潮的优势,同时展示日本J425站点在潮位站空缺地区记录完整风暴潮波形的能力。分别针对卫星信号接受波段、硬件配置、台站架设位置和架设高度等因素,对未来架设具有测量海平面能力的近岸GNSS站点提供具体的指导意见。