熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換及其影響專項構建了國際上最大規模的熱帶西太主流系和印尼關鍵海峽通道潛標觀測網並實現潛標實時化傳輸，開展深海海底原位長期觀測和現場實驗並證實南海存在海底可燃冰，深海近海底地形探測分辨率從亞米級提升到釐米級，自主研發水下無人裝備在東海黑潮區和西太平洋關鍵區實現長期自主觀測，建成了印度洋-太平洋 30 年模式產品和南海環境數值預報試驗平臺，赤潮防治技術成功應用於我國沿海核電行業。
1 立項背景及意義
長期以來，我國主要關注近海的研究與開發，忽略了對深海大洋的探測與研究，導致我國海洋科技的支撐能力遠不能滿足國家建設海洋強國的戰略需求。黨的“十八大”報告明確提出“提高海洋資源開發能力，發展海洋經濟，保護海洋生態環境，堅決維護國家海洋權益，建設海洋強國”。因此，走向深海大洋，提高探索和認知海洋的能力，是開發利用海洋和綜合管控海洋的基礎和保障，是建設海洋強國的首要任務。我國實施海洋強國戰略的最大挑戰在西太平洋，西太平洋擁有全球最複雜的環流系統，是暖池的中心區域，是黑潮（一支高溫、高鹽的西邊界流）的發源地。西太平洋擁有全球最深的海域，海底地質過程活躍，海底環境複雜，有豐富的海山和熱液系統。另外，西太平洋還是全球海洋生物多樣性最高的區域。
圍繞“熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換過程”這一研究核心和關鍵科技問題，海洋專項設立了 4 個子項目：（1） 主流系與西太平洋暖池變異機制及其氣候效應，（2） 黑潮及其變異對中國近海生態系統的影響，（3） 深海海洋環境與生態系統，（4） 深海探測設備研發。2015 年按照中科院對 A 類戰略性先導科技專項的總體要求，進一步聚焦到七大重點任務：（1） 海洋環境保障系統及其在印太大洋關鍵區示範，（2） 西太平洋主流系觀測網構建及在海洋環境和氣候預報中的應用，（3） 近海生態災害成因分析與應對措施，（4） 海洋牧場生態安全與環境保障，（5） 深海系統探測與技術體系建設，（6） 深海微生物資源的綜合利用，（7） 深海設備研發與應用。
2 階段性進展
2.1 大洋深海觀測能力實現跨越式發展
（1） 國際上首次在熱帶西太平洋開展大規模潛標觀測。構建包含 18 套全水深潛標的國際最大規模西太平洋邊界流和赤道流系觀測網（圖 2），實現對西太平洋邊界流和赤道流系流量和流速及其結構的長時序連續觀測，為系統、定量化地研究熱帶西太平洋海洋環流對暖池變異的影響、深層環流特徵及與大尺度環流的關係以及深層水體混合及其對環流變異的影響等重大科學問題，提供國際上前所未有的長週期、多水層、高頻率的全海深科學實測數據，專項奠定了我國在全世界對該海域觀測研究的核心地位。
（2） 建成國際一流水平的深海探測與研究綜合平臺。依託“科學”號海洋綜合科學考察船（圖 3），通過自主探索與實踐，在國內首次建立了宏觀與微觀、走航與定點、梯度與原位相結合的深遠海環境探測技術體系，突破了 10 000 m 深海定點探測、6 000 m 深海探測與採樣、4 500 m 深海精準探測與取樣、1 000 m 水體剖面走航探測、深海 30 m 長沉積物取芯和 20 m 長岩石取芯等關鍵技術，具備立體同步精準開展深海地形地貌、海底環境、水體環境的綜合探測和樣品採集的能力，整體達到了國際先進水平。構建深海原位長期連續監測和現場原位實驗平臺（圖 4），成功實施極端環境生物適應性原位培養實驗，真正實現“室內模擬實驗→海洋移動實驗室→深海原位實驗室”的跨越。深海探測與研究平臺體系建設研究集體獲得 2015 年中科院傑出科技成就獎。
（3） 成功構建深海自主連續觀測平臺。水下滑翔機、自主水下潛器（AUV）（圖 5）等海洋自主連續觀測平臺實施試驗性應用，大幅提升基於我國自主研發設備的海洋環境信息實時快速獲取效率和能力。三臺“海翼”水下滑翔機在西北太平洋強流區海域成功完成高精度觀測應用，獲得了 343 個垂直剖面多參數觀測數據。探索 4500 AUV 在南海下潛作業，獲取了大面積冷泉區精細地形地貌圖和數千張海底高清影像照片。探索 1000AUV 海上連續工作 7 天，最大工作水深超過 800 m， 創造了我國 AUV 水下連續工作時間最長新記錄，達到了國際先進水平。
2.2 前沿基礎研究取得突破
（1） 引領西太平洋邊界流與氣候相互作用研究，歷史性地確立中國主導和領跑國際熱帶西太平洋前沿研究的地位。研究了赤道太平洋冷舌區強混合過程的存在性，揭示了強混合過程的發生規律，該成果可為厄爾尼諾（ El Niño ）和南方濤動（ENSO）機理研究和數值模式改進帶來重要啟示。相關成果在 Nature Communications發表。專項研究團隊牽頭撰寫的 Pacific westernboundary currents and their roles in climate（《太平洋西邊界流及其氣候效應》）評述文章在 Nature 正式發表，這是 Nature 首次發表有關太平洋環流與氣候研究的評述性文章，也是中國科學家在該雜誌發表的首篇海洋領域綜述文章。
（2） 揭示了黑潮對我國近海典型海域生態系統的影響及其關鍵過程，深化了對我國近海生態災害成因與過程的科學認識。通過對黑潮和中國近海環境的協同研究，構建的數值模式準確模擬了黑潮分支對長江口鄰近海域生態災害多發區的影響，表現出了目前其他模式所不具有的模擬能力，相關成果在 JGR、JPO 等 JCR 分區一類期刊發表。圍繞近年來對我國近海有嚴重影響的有害藻華和水母暴發等生態災害，在系統總結前期相關研究成果的基礎上，揭示了南黃海綠潮的來源與早期發展過程，提出了綠潮早期發展過程的概念模型，闡明瞭水母暴發的關鍵過程、受控機理、生態環境效應和發展趨勢。
（3） 首次提出光滑洋殼俯衝更易於引發災難性大地震的顛覆性理論。研究人員首次發現有大地震發生的俯衝斷層較蠕變滑動的俯衝斷層強度更弱，並提出俯衝洋殼的粗糙程度控制著俯衝斷層的強度及地震活動性，光滑的俯衝洋殼導致更弱的斷層並可產生大的地震。該研究成果為認識大地震發生的地質條件提供了嶄新的思路，對了解俯衝斷層大地震的物理機制與地震和海嘯的防災減災工作有重要作用，相關研究成果已在 Science 上發表。
（4） 實現了深遠海環境和生物多樣性新認知，奠定了我國自主開展深海綜合科學研究的基礎。在國際上率先開展熱液噴口流體溫度梯度原位探測，在馬努斯熱液區探明 20 餘個熱液噴口（最高溫度 344℃），使用自主研發的深海熱液噴口流體溫度梯度儀和拉曼光譜儀獲得了熱液噴口周圍溫度梯度分佈和物質成分數據（圖 6）。發現深海大型生物 1 個新科、3 個新屬、23 個新種，其中 1 個新科為在甲殼動物圍胸總目鎧茗荷目（Scalpelliforms）中新建的原深茗荷科（Probathylepadidae Ren & Sha, 2015） ，這是在甲殼動物圍胸類中首次以中國人發現並定名的科級分類單元（圖 7）。
2.3 創新技術取得顯著效益
（1） 自主研發 ENSO 預測模式實現 El Niño 事件實時預報。自主研製的 IOCAS ICM（Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences Intermediate Coupled Model）模式已被收錄於美國哥倫比亞大學國際氣候研究所（International Research Institute for Climate and Society（IRI），Columbia University）作集成分析和應用（圖 8），這是首次以我國國內單位命名的海氣耦合模式為國際學術界提供 ENSO 實時預報結果。
（2） 建立有害藻華應急處置技術體系。針對我國近海赤潮災害，從理論研究入手，研發出具有自主知識產權的改性粘土應急處置技術，解決了影響黏土治理赤潮的關鍵瓶頸問題，提高了改性黏土對微型藻華生物的去除效率；圍繞“保障重點工程”“保護景觀休閒水域”“保障重大活動”三大任務，將該技術在我國近海進行推廣。2015 年度，該技術應用於廣西防城港核電站冷源取水海域球形棕囊藻藻華的應急處置，為近海核電冷源用水提供了安全保障。
（3） 建立了基於生態系統的海洋牧場管理模式，助推海洋農業發展。確立了“生態優先，先場後牧”的發展理念，通過生態位互補，多種類搭配，構建海洋生態立體混養系統，建立了“藻貝參”“藻魚參”生態增養殖模式。構建管控指標覆蓋人、船、海洋環境、養殖環境、海生生物等全部生產要素，形成了無縫化、全信息的現代化海洋牧場管理體系。構建了基於物聯網的產業鏈無縫化、全信息質量安全溯源系統平臺，實現“從海洋到車間，從苗種到產品”的加工產業鏈，為養殖戶提供產品質量控制、產品信息追溯、風險預警、生產信息分析等多種服務（圖 9）。
3 對我國相關領域未來部署的建議
21 世紀人類已進入全面開發和利用海洋的新時代，海洋已成為當今世界各國在政治、經濟和軍事等重要領域展開競爭的戰略空間，直接關係到國家主權、生存和發展。我國海洋科技事業正處於快速發展的大好時機，機遇與挑戰並存，為實現建設海洋強國的戰略目標，需要加快制定實施我國海洋科技發展戰略。
3.1 創新組織機制，優化海洋領域佈局
面向國際前沿、國家重大需求和國民經濟主戰場，按照“陸海統籌、近海大洋統籌、科學與技術統籌、科技與社會發展統籌”的發展思路，聚焦近海環境、深海大洋、海洋資源三大領域，以重大產出為導向，以強化技術能力為支撐，以創新管理模式為手段，加強國內創新單元海洋科技力量的整合，調整優化海洋研究佈局。重點關注：海洋與氣候、生態系統健康、生物資源開發利用、大洋與近海相互作用、陸海相互作用、生物多樣性、碳循環、生物地球化學、熱量傳遞、海洋地質過程、戰略性資源開發、深部生物圈、極端環境、化能合成生態系統等方向。
3.2 發展先進技術，提高自主創新能力
始終圍繞“增強海洋科技創新能力與國際競爭力，構建國家海洋科技創新體系”這一中心，著力提高海洋科研水平，培育海洋關鍵核心技術創新能力，突破制約我國海洋科技創新的薄弱環節，前瞻部署戰略問題和前沿技術研究；深化近海，拓展遠洋，強化保障，支撐開發；突破近海生態環境可持續發展、深海資源探測與開發、海洋立體綜合觀測系統等一批關鍵技術，形成多層次有機融合的戰略部署，並加速實現相關成果產業化、業務化，為建設海洋強國奠定基礎。
3.3 完善資源配置，穩定支撐科學發展
具有國際視野的綜合性國家級海洋科研機構，應該擁有大型海洋裝備並且具有研發和更新的能力，具有開展深海和大洋研究的能力，具有開展長期研究的能力，具有綜合交叉、系統集成的能力，具有大數據處理的能力，對全球海洋和區域海洋的問題具有比較透切的認識和理解。因此，應加大海洋科技投入，支持重點科研機構的建設、設備更新和運行經費，加強綜合性海洋科學調查和考察，建設衛星地面站，加強衛星海洋信息的研究開發和應用，加強海面和水下浮標觀測，繼續支持一批海洋科學實驗室的建設，改善技術裝備，加強運營管理，提高使用效率。
3.4 強化團隊建設，構建創新人才高地
人才培養與建設是海洋科技發展的戰略核心，強化團隊建設，構建創新人才高地，應從以下4方面著力提高。
（1） 在制度和政策層面，建立有利於造就人才的機制，為人才的成長和發展造就良好環境。
（2） 培養和造就海洋科技人才尤其是領軍人才，不斷壯大海洋科技的研發力量。
（3） “引進來”和“走出去”，以人才為載體，促進海洋科技創新水平的提高。
（4） 注重人才的創新能力和綜合素質的培養，努力激發人才的積極性、主動性和創造性，重視協同創新，建成一流科技智庫。
3.5 實施專項驅動，推進科技跨越發展
做好海洋科技規劃，實施“中國海洋科技行動計劃”，圍繞中國重點海洋科技的主要研究領域，部署重點項目，開展長期的觀測和研究，制定總目標和分階段目標，特別要在海洋高技術領域部署重大專項。針對不同研發任務的特點和規律進行全鏈條創新設計，目標具體、邊界清晰、週期明確，一體化組織實施，強化項目、人才與基地建設的統籌，加強中國海洋創新體系建設，建立有效促進海洋科研、教育和企業的產學研聯合機制，推動中國海洋科技創新能力的整體提升。
（依託單位：中科院海洋所）
注：文中部分圖片來源網絡
專家點評
由於氣候變化和人類活動的多重壓力，中國正在經歷海洋生態系統劇烈、消極的變化。而海洋生態系統對中國龐大沿海區域的社會、經濟可持續發展至關重要。中科院海洋所聚焦于海洋生態系統演替機制，在近海環境惡化的原因和潛在機制，生態系統的結構和功能，海洋災害的預測、恢復和緩解等方面已經成功取得多項研究成果，例如有害藻華（赤潮）和水母暴發。另外，中科院海洋所依託“科學”號科考船構建國際一流的海洋綜合探測體系，無疑為中國探索深海，參與並領導海洋學/ 氣候、海洋地質及生物多樣性領域的國際重大科研項目提供了機會。
點評專家
John Gunn 全球海洋觀測系統（GOOS）聯合主席，澳大利亞海洋科學研究所所長，澳大利亞國家海洋科學委員會和綜合海洋觀測系統董事會成員。在海洋生態漁業、沿海系統、海洋物理和化學、大氣化學和氣候科學等海洋研究領域具備豐富的管理及發展戰略經驗。作為澳大利亞南極計劃的首席科學家，在發展“澳大利亞南極科學戰略計劃2011—2021”中發揮了關鍵作用，並曾在CSIRO海洋和大氣研究所任副所長。發表過150多篇同行評議的出版物、文章和報告，並在超過100場會議及研討會上作大會報告，在表層魚類生態學和海洋生物學觀測技術的發展和系統領域具有國際聲譽。
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