2021年中国十大海洋科技进展揭晓 - 海洋地球化学循环研究

近日，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评选出2021年中国十大海洋科技进展（排名不分先后）。

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01 北极海冰——海洋动力遥感协同观测与航道保障应用

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北极是全球气候变化最敏感、最显著的区域。空间观测是支撑北极科学研究、资源开发和航道利用的基础与关键。我国科研人员建立了北极海冰和海洋动力环境的七种关键参数的卫星遥感反演算法，突破了高分辨率合成孔径雷达北极海冰和海洋动力协同观测的瓶颈，面向全球发布和共享了系列高级遥感产品，在高水平期刊发表论文8篇。基础研究的突破支撑了北极航道空间观测保障服务体系的建立，向中远海运特运公司2021年度北极东北航道航行提供海冰与海洋动力遥感观测信息150余次，为航路规划、风险规避等起到了关键支撑作用，显著提升了我国海运公司在北极航行的商业竞争力。该科技成果对于推动我国极地和海洋科技自强自立发展起到了重要作用。

02 我国首套深海矿产混输智能装备系统“长远号”海试成功

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深海矿产资源丰富，深海采矿具有重要战略意义。在国家重点研发计划“深海关键技术与装备”专项支持下，我国首套深海矿产混输智能装备系统“长远号”成功研制并于2021年8月在南海圆满完成海试，海试克服了复杂恶劣海况影响，下放深度达519米，总运行时间超56小时，稳定运行体积浓度超11%，关键核心部件混输泵稳定运行流量大于240m³/h，最大流量356m³/h，实现了真实海洋环境下系统布放回收等混输全过程的健康监测、智能调控和预警决策。

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“长远号”具有完全自主知识产权，其海试成功创造了我国深海矿产混输智能系统海上试验最大下放深度和最长连续稳定运行时间的记录，实现了我国深海矿产混输智能化装备技术的重大突破，是我国深海采矿技术发展史上的重要里程碑。

03 海洋古菌新门的发掘及其功能演化

古菌是海洋微生物的重要组分，但绝大多数海洋古菌尚未得到分离培养，因此人们对海洋古菌的多样性及功能演化知之甚少。本研究从滨海湿地、近海沉积物到西太平洋深渊等样品中，发现了多个新的古菌门类，拓展了生命之树；通过解析阿斯加德古菌和乌斯古菌的代谢潜能，阐明了它们在碳、氮等元素的地球化学循环中的作用；研究还重构了阿斯加德古菌和乌斯古菌的功能演化过程，不仅为揭示阿斯加德古菌与真核生物起源的关系提供了重要依据，还为探究乌斯古菌从寄生到自由生的代谢多样化的演化史提供了科学依据。研究成果于2021年分别发表在国际著名期刊《自然》和《自然·通讯》，为我国在海洋微生物学和真核生物起源等国际前沿研究领域抢占了一席之地。

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04 海洋极端环境微生物独特生命特征及环境生态效应机制

解码海洋极端环境中微生物独特的生命过程及其对极端环境适应与生态效应的机制，具有重要理论意义。科研人员在海洋有机硫二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）循环方面取得了重要进展：首次发现海洋细菌代谢DMSP的新生态功能，揭示了极地海洋中DMSP循环独特的生物地理学特征，鉴定了一类催化机制全新的DMSP裂解酶。发现并揭示深海细菌通过合成甲基胺类物质耐受高静水压的耐压新机制。发现并揭示细菌小染色体由单向复制进化为双向复制的现象和机制。发现了第一个肝素外切酶家族，阐明了该家族酶的催化机制及其应用潜力。揭示了海洋细菌代谢甲基胺的分子机制及新型酯酶的低温适应机制。相关研究成果发表在Nature子刊、Science子刊等国际高水平杂志上，推动了海洋学科的发展。

05 新型海洋微波遥感探测机理模型与信息提取技术

经过近5年的科技攻关，2021年我国科研人员在新型海洋微波遥感探测机理模型上取得重要突破，发展了复杂海况多尺度全极化微波散射新模型，建立了微波多普勒海表流场测量新机理，提出了一种新型海洋测流的星载原型载荷；突破了干涉成像雷达高度计海面高度、有效波高等要素信息提取、星载海洋波谱仪高精度海浪谱信息提取、海洋盐度计主被动联合盐度反演和静止轨道SAR成像模型和成像算法等关键技术，研究成果已成功应用于在轨天宫2号成像雷达高度计和中法海洋卫星波谱仪数据处理中，有力推动了我国海洋微波遥感基础理论和原创性技术水平大幅提升，我国海洋微波遥感技术实力已由跟跑向并跑领跑转变，在新型载荷仿真研制、数据处理算法模型等领域已跻身世界先进行列。

06 国产全平台远距离高速水声通信机突破全球最高指标

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远距离高速水声通信是大范围水下无线信息传输的重要手段，对水下搜救、探测和国防等都具有重要意义。当前国外的远距离高速水声通信设备普遍体积重量大、抗移动性弱，水下高速移动平台搭载困难，且高技术指标的型号对国内禁售。2021年11月我国科技人员研制出具备体积小、功耗低、抗移动性强等特点的远距离高速水声通信机，在云南抚仙湖和浙江舟山近海试验中分别实现14公里和4.5公里距离的3.07千比特每秒的高速率相干通信，突破了同类水声通信机全球最高性能指标。该成果标志着我国自主远距离高速水声通信技术打破了国外封锁，实现了技术超越，对推动我国水下装备信息化具有重大意义。

07 海上风电新型桩——桶复合基础研发及其工程应用

发展绿色能源是国家战略，海上风电是风电技术的制高点。风电基础造价占比超过25%，是控制项目经济可行的决定因素之一。

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发明了新型桩-桶复合基础(ZL201310144668.9) ，提出了一体化设计方法等系列核心技术，2021年9月，在福建平海湾海上风电工程实现了替代“打桩-钻、扩孔-浇筑混凝土-打桩”式嵌岩单桩的全球首次应用，避免了嵌岩和桩周冲刷防护施工，大幅提高了施工效率，降低了造价，同时，为克服深远海和大容量机组发展趋势下，多桩基础施工效率低而常规单桩基础承载力不足且需要冲刷防护等瓶颈，以及单桩沉桩不到位的补救处理提供了新的解决思路。

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该项填补国内外空白的技术发明，为我国海上风电工程技术进步提供了原创性的、具有自主知识产权的核心技术解决方案，促进了新装备、新工艺、新技术的研发升级，打造了可复制、可推广、可借鉴的新经验，对落实海洋强国战略、助力“3060双碳目标”具有积极的推动作用。

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08 我国主持制定首项海洋调查国际标准发布

在海洋领域的国际谈判中，国际标准是仅次于国际法和联合国海洋法公约的理论依据。由我国提出并联合8个国家制定的国际标准《海洋环境影响评估（MEIA）-海底区海洋沉积物调查规范-间隙生物调查》（ISO 23040:2021）经国际标准化组织（ISO）批准正式发布。这是由我国主持制定的首项ISO海洋调查国际标准，标志着中国海洋调查技术标准国际化工作取得重要突破。该标准的发布为海底区沉积物生物调查提供基于国际前沿的理论体系与技术方法，适用于海底区域沉积物生物多样性的调查与评估，为开展海洋调查领域多边合作和国际谈判提供强有力的科学依据。研究成果于2021年由国际标准化组织（ISO）经多轮国际投票后正式出版发布，为国际社会贡献中国方案并参与全球海洋治理。

09 我国自主完成北极高纬密集冰区国际首次大规模海底地球物理综合探测

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北极加克洋中脊是全球最慢速扩张的洋中脊，由于常年冰封，难以进行海底地球深部探测。2021年，中国第十二次北极科学考察航次创造了多项国际新记录：首次在该区自主完成了大规模海底地震和大地电磁探测，打破了国际上高纬密集冰区无法开展深部探测的断言，完成了洋中脊地壳探测最后一块拼图；首次在缺乏观测的洋中脊东段取得大量地质样品和影像资料，发现了异常范围大、信号强、生物匮乏的独特极地热液系统；实现冰下海底地震仪、海底电磁仪、短基线阵列、电视抓斗、光学拖体、水下机器人等关键设备自主研发，形成高纬密集冰区海底探测自主作业能力；航次推动了中国主导的国际北冰洋洋中脊联合探测计划（JASMInE），得到了国际科学界广泛参与和赞誉。

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10自主质量守恒海洋温盐流数值预报模式（妈祖1.0）研制与应用

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海洋数值模式是海洋环境数值预报的“芯片”，在海洋环境安全保障、海洋科学研究中发挥着重要作用。没有高质量的“芯片”，就难以做出及时的、准确的预报。长期以来，我国的海洋环流数值预报系统一直缺乏“自主芯”。经过多年攻关，我国科研人员于2021年完成了质量守恒海洋温盐流数值预报模式（妈祖1.0）研发工作，并投入预报业务试运行，实现了“中国芯”对“欧美芯”的替代。

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妈祖1.0发展了两大数值模式技术创新：一是采用先进的质量守恒物理框架，成为国际上首个基于海水质量守恒的业务化海洋环流预报模式，能够更加真实地模拟海洋动力环境变化过程。二是支持在CPU和GPU计算设备上高效计算，具有“碳友好”特性。经测算，相对于传统计算方式，妈祖1.0可降低预报运行能耗90%，减少设备购置维护费用70%以上，每年可减少碳排放520吨。

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（中国海洋学会）

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来源： 学会服务365

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