我室一项成果入选 2022年中国十大海洋科技进展 - 海洋地震研究成果

世界海洋日前夕，中国海洋学会联合中国太平洋学会、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2022年中国十大海洋科技进展揭晓，我室主持制定的首项国际标准“海底地震仪主动源探测国际标准”入选。

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海底地震仪主动源探测国际标准由我所联合中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学院南海海洋研究所、广州海洋地质调查局等单位共同编制，项目负责人为李家彪院士。依托我国自主研发的海底地震仪，并充分研究了国际同类产品的技术状况，规范了海底地震仪器主动源探测的专业术语、仪器校准、外作设计、OBS投放回收、人工震源、作业流程、数据采集与处理等的技术要求，将水声应答、释放机制、采集模式、姿态地震计等自主创新的关键技术成果转化为国际标准，极大地提高海底地震仪主动源探测的数据成果质量，推动海底地震仪勘探业健康发展。

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我国于2019年提出该项国际标准的提案（NP），在2020年3月通过了由国际标准化组织海洋技术分委会（ISO/TC 8/SC 13）11个成员国参与的投票，获得ISO正式立项，历经多轮技术修改，最终于2022年5月正式发布。

该标准的实施有利于促进各国海底地震仪技术性能的提高和数据格式的统一，有效促进不同国家在海底资源调查、开发、利用中的国际合作，并在与东南亚“一带一路”沿线国家开展合作中发挥重要作用，有助于提高我国自主海洋装备的出口和国际影响力。

2022年中国十大海洋科技进展（根据中国海洋学会网站公布，排名不分先后）

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1.首次从能量学角度阐释气候演变的低纬驱动

海洋是地球气候系统最大的热储库。人为释放CO2所产生的过剩热量，90%以上进入了海洋。要探索海洋热含量变化机制，仅靠仪器观测记录不足，亟需长期地质记录来解答。

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采用浮游有孔虫表层种和温跃层种的壳体地球化学，重建过去36万年以来西太平洋暖池上层（0-200米）海洋热含量，与地球气候系统模式CESM瞬变数值模拟的结果一致；同时，重建的表层海水剩余氧同位素也与热含量变化一致，而与中国石笋记录的大气降雨氧同位素在岁差周期上反相位变化，说明上层海洋热含量可以通过季风/台风调控海洋和大陆之间的水汽传输和氧同位素分馏。该研究从上层海洋热含量（而非表层海水温度）的角度探索水汽转换的潜热传输，第一次从能量学角度阐释了低纬海洋过程在气候演变中的驱动作用。

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研究成果于2022年10月发表在Nature上，被认为“揭示了低纬水热循环的轨道驱动机制，挑战了气候演变理论的传统认识”，得到国内外媒体的广泛报道，产生重要影响。

  2.30年洋流记录显示热带气旋增强

台风是世界上最严重的自然灾害之一。台风强度是目前台风预报的难点，其变化也一直是国际前沿科学问题。解决这些难点有两个挑战：（1）传统的台风强度估计主要基于卫星云图，存在较大主观性。即使针对同一个台风，不同业务机构给出的强度估计也常存在较大差异;（2）近20年的理论研究指出海洋变暖会导致台风增强，但因缺乏现场直接观测资料，一直存在争议。最新研究表明，海表面漂流浮标（drifter）观测的高精度海洋混合层流速可用于估算台风强度。通过分析1991-2020年期间全球大量drifter观测的混合层流速数据发现，最近30年占全球70%的弱台风无论在全球尺度还是海盆尺度上都存在明显增强趋势。该方法可用于全球所有台风的强度变化分析，为进一步提高台风模拟和预测精度提供了重要基础。另外，最近30年全球弱台风显著增强这一发现，一定程度上证实了全球气候变暖导致台风增强的理论，将有助于提高对未来台风强度变化的预估。相关研究成果以“Ocean currents show global intensification of weak tropical cyclones”为题发表于Nature期刊，并被Nature选为News & Views特评。

# {; R5 z* D# F4 ` 3. 全球海表油膜遥感监测

海面油膜是漂浮于海洋表面的烃类化合物薄层，来源包括海底油气藏的天然烃渗漏、船舶、油气平台/管道及陆源排放等，其中人类活动产生的油膜对海洋生态环境的影响更大，但界定不同来源的贡献仍存在很大的不确定性。研究克服全球海面油膜分布广泛、位置不定、过程短暂、形态多变等难点，利用2014–2019年56万余景Sentinel-1遥感影像，提出了半自动化海面油膜识别-提取-分类框架，首次建立了全球10 m分辨率海面油膜数据集，构建了迄今为止最为全面、位置明晰的海面油膜持续固定排放源清单。研究发现全球海面油膜近岸分布特征明显；首次观测到21条与航线高度吻合的高密度油膜带；人类活动是全球海面油膜的最主要来源，其比例远高于自然源油膜，与1990–1999年估算结果相比占比增长近一倍。以上发现改善了对海面油膜自然源与人为源贡献比例的结构性认知，为协同海洋能源开发、石油污染治理、海洋环境监管等提供了重要的数据支撑与决策依据。成果发表于Science并被遴选为亮点论文。

, g( K6 i- U* M 4. 海洋激光遥感的关键技术与应用

该科技进展围绕国家海洋环境立体剖面遥感测量的技术难点和发展我国海洋激光卫星的迫切需求，突破了机载蓝绿双波长海洋激光遥感技术、海洋体散射函数小角度测量技术、船载海洋激光雷达系统可调视场探测技术等三大关键技术，形成了船载海洋激光遥雷达遥感技术、机载海洋激光雷达遥感技术、星载海洋激光雷达系统指标论证、海洋激光雷达辐射传输模型和主被动海洋光学遥感融合技术等五大标志性成果，取得了多种不同体制船载海洋激光探测设备研制和综合试验、星载海洋激光雷达系统技术指标论证、基于实测水体偏振散射相函数的海洋激光辐射传输模型等三大创新点，为我国未来海洋激光卫星的探测新体制积累了经验，储备了技术。有助于提高我国海洋环境安全信息保障能力，推动我国海洋光学遥感技术的跨越式发展。

5. 海底地震仪主动源探测国际标准发布 8 X; j) M6 _3 F# {- c1 p2 H

2022年5月19日，国际标准化组织（ISO）发布《船舶与海洋技术-海底地震仪主动源探测技术导则》，这是由我国主持制定的首项海洋地球物理调查国际标准。该标准的实施有利于促进各国海底地震仪技术性能的提高和数据格式的统一，有效促进不同国家在海底资源调查、开发、利用领域的国际合作。

长期以来，海底地震仪（OBS）广泛应用于国际地学综合研究计划的海上地球物理调查工作中，在包括深部结构研究、海洋防灾减灾、海洋声场探测等方面取得了显著效果。但海底地震仪主动源探测技术要求复杂，不同国家生产的OBS在仪器性能、操作流程和数据格式上各有差异，亟需规范OBS的设备测试和成果评估方法。依托我国自主研发的OBS，将水声应答、释放机制、采集模式、姿态地震计等自主创新的关键技术成果转化为国际标准，可极大地提高海底地震仪主动源探测的成果数据质量，推动海底地震调查领域的健康发展。

6. 基于无人船艇集群的近海海域海底基础调查 : E. v8 \5 ^ ]# B

近海海域岛礁众多，海况复杂，传统测绘手段风险高，耗时长，成本高。2022年，相关科研人员积极探索了无人艇集群测绘作业模式，为海洋调测提供了新思路。

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通过“1艘母船+5艘无人船”的集群作业，首次突破了动态协同组网、联合海洋环境参数在线估计、全局障碍物场综合感知、障碍物联合感知、多级最优避障策略等技术难题，构建了适用于复杂海洋环境下的无人船集群环境感知与协同运动控制技术体系。仅用时55天，完成了超过2700平方公里海域面积测量，测线总里程高达25000公里，提升效率近5倍，总体作业成本下降30%以上，被《人民日报》称之为新时代的两万五千里“海上长征”。

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此次探索为查明大湾区近海海底地形，打造广东海洋大数据“一张图”夯实数据基础；为加快构建陆海统筹国土空间开发保护新格局推动经济社会高质量发展提供坚实保障；开创了我国无人船艇海上集群作业时代的新篇章。

' c2 G: J, Q2 r; c 7. “哪吒”海空跨域无人航行器

“哪吒”海空跨域航行器具有新颖独特的上天入海、飞潜合一以及反复水空穿越航行能力，为海气界面观测、海事应急搜救及隐蔽侦查等应用需求提供全新的解决方案。“哪吒”具备垂直起降与悬停、水平飞行与水下滑翔多种运动模式，也是当前国内外公开发布的同类成果中下潜深度最大、负载能力最强、水下运动范围最广的一款海空跨域航行器，攻克了多模式兼容与顺畅切换技术、俯仰姿态极限调节技术、浮姿耦合水下滑翔行为分析等关键技术。开发基于自适应动态面法和扰动观测器的鲁棒自适应控制策略，突破风浪流复杂海洋环境下快速、准确的运动模式切换与控制技术瓶颈。基于该技术的成功应用，“哪吒”成功完成首例真实海洋环境下海空跨域航行全流程试验。“哪吒”系列已获得9项国家发明专利、1项美国发明专利授权，在JFR、IEEE RAL、OE等领域内权威期刊发表多篇学术论文。“哪吒”系列海空跨域航行器在国内外引起了强烈反响，新华社、人民日报和各大网站进行了大量的报道。

! s6 s9 e( l0 d 8. 北冰洋中全新世海冰融化新机制的发现 ' _) U1 K. P" _) J! Q

北冰洋海冰是全球气候系统中的“驱动器”和“放大器”，其变化深刻影响着全球陆地-海洋-大气-生态-社会环境等不同圈层的发展演化。该研究基于中俄合作对现今河流热能排放入海影响因素的分析，利用陆架沉积速率数据首次重建了全新世北极东西伯利亚地区河流热能排放入海演化历史，发现中全新世较高的河流热能排放对应陆架海冰融化加剧时期，并首次提出中全新世增强的泛北极地区河流热能排放入海能显著促进北冰洋海冰融化，弥补了北冰洋海冰融化机制解释上的不足。研究结果表明，全新世中期相对较高的夏季太阳辐射强度导致俄罗斯泛北极地区河流入海热通量增加，从而直接融化北冰洋陆架海冰，这一过程同时也降低了海冰对太阳辐射的反射率，从而扩大夏季太阳辐射对海冰融化的影响力。该研究结果暗示，在全球变暖背景下，泛北极地区河流热量排放的增加可能加剧夏季北冰洋海冰融化，从而加速北极地区的快速气候变化。研究成果于2022年发表在Nature Communications上。

9. 中国海上首个百万吨级CO2回注封存关键技术及示范

恩平15-1油田位于中国南海东部海域珠江口盆地，是我国南海东部首个高含CO2气顶油藏；依托恩平油田群开发，开展恩平15-1油田CO2回注封存关键技术研究及示范应用（以下简称恩平15-1油田CCS）。

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恩平15-1油田CCS作为中国海上首个CO2封存量超百万吨级CCS示范工程，通过自主技术创新，集中攻关了海上二氧化碳捕集和封存地质油藏、钻完井和工程一体化联合关键技术。项目已形成一套海相沉积环境下CO2封存水层优选评价、封存机理定量表征及热流固化四场耦合运移规律动态模拟及封存安全性评价模拟技术，低密度耐CO2腐蚀固井及井筒实时监测技术，海上受限空间超临界CO2回注工程及装置优化技术等关键成果。实现了海上CO2封存关键设备的国产化，项目采用海上平台特有的模块化和成撬布置方式，应用相态控制、脉冲控制、联合振动分析等前沿技术，研制适用于海洋高温高盐环境的首套超临界大分子压缩机和首套复合材料CO2分子筛脱水撬；并已完成CO2捕集和封存系统的海上安装调试。该项目打破了国外海上CO2封存技术的垄断，有效填补了我国海上CO2封存技术的空白。

10. 勘探发现我国首个深水深层大气田

2022年10月20日，海南东南部海域琼东南盆地勘探获重大突破，发现我国首个深水深层大气田宝岛21-1，探明地质储量超500亿立方米。 

在海洋油气勘探领域，一般把水深超过300米的水域称为深水，把井深超过3500米的井定义为深层井。此次发现的宝岛21-1气田位于海南东南部海域深水区，最大作业水深超过1500米，完钻井深超过5000米，距离“深海一号”大气田约150公里，海洋地质条件极端复杂。随着地层的加深，地震等基础资料品质变差，储层预测、含气性分析、构造落实的难度成倍加大，钻井难度也大大提高。宝岛21-1的成功发现，表明我国在深水深层勘探技术上取得重要突破，对类似层系的勘探具有重要指导意义。 * R S6 |' S( Q0 Y1 U- t7 z; k: R5 C2 N 7 b! x! w4 @% |. ^' y

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