对海洋科学的认识与实践

"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"是中国科学院海洋领域投入最大、参加人员最多的一个海洋科学先导项目,该项目使我们第一次有机会从海洋系统角度研究中国近海到西太平洋的一些海洋前沿问题。来自物理、化学、生物、地质和大气等不同学科的科学家们围绕共同的问题,在同一个区域、从不同方向开展协同研究。目前,海洋先导专项已在深海探索与研究、海洋能力建设、科考平台建设、技术队伍建设、科研与技术有机融合的体系建设和海洋前沿探索方面取得一系列突破,为全面、综合地开展深海资源的探测与近海生态安全研究奠定了重要基础。海洋先导专项更多系统性、有影响力的成果将在未来不断涌现出来。     

生态适宜性研究综述

生态适宜性研究是解决区域生态-环境问题,平衡资源保护与开发利用间的矛盾,维持生态系统结构和过程的完整性,实现区域发展协调可持续的重要技术方法之一,也是地理学、生态学、环境经济学和管理学等学科研究的热点。基于国内外相关研究进展,文章论述了生态适宜性的概念内涵及其理论演化过程;评述了陆域生态适宜性研究的典型方法,即生态因子叠置法、逻辑规则组合法和格局-过程模型法的适用性和优缺点;归纳了国内外海洋生态系统管理及与海洋生态适宜性相关的研究进展,提出了海洋生态适宜性的概念、内涵;最后总结了目前生态适宜性研究存在的主要问题及未来发展方向。研究结果对基于生态系统的海洋综合管理理论体系的构建和实践应用,以及维护海洋生态安全具有重要的意义。     

深海探测技术研发和展望

深海探测是人类实现可持续发展的战略途径和重要手段。为加快我国开发利用深海资源的进程,文章系统梳理深海探测技术及其研发,分析关键性深海探测技术,并提出深海探测技术的发展趋势。研究结果表明:全球积极研发深海探测技术,主要包括载人潜水器等深海运载器探测技术,声学、光学、电磁学和热学等深海传感探测技术以及生物、海水和岩芯等深海取样探测技术;我国也取得一系列研究成果,但技术水平和产业化水平总体较落后;精确、可靠和高效深海探测的关键性技术主要包括深海光学通信技术、深海导航定位技术、深海动力能源技术和深海装备材料技术,亟须技术攻关;未来深海探测技术将向体系化、协同化和智能化方向发展。     

海上钻探取芯的几项技术措施

随着海洋地质科学的迅速发展,已有的钻探取芯手段已不能满足海洋地质工作进一步发展的需要。因此,海底钻探技术的研究已成了海洋科学领域的一个重要课题。 目前,国内外所采用的海底钻探技术设备在类型、经济和性能方面都很不相同。美国在六十年代为了执行《深海钻探计划》而建造了     

珊瑚礁生态学的研究现状和展望

近２０年 ,珊瑚礁生态系统优美的水下景观及其在旅游和渔业方面带来的巨大经济效益不断地被认同 ,但同时人类的活动却严重影响了它所维持的生态平衡 ,这引起了人们 ,尤其是科学家、政府部门的关注。其实 ,早在１９世纪ＣｈａｒｌｅｓＤａｒｗｉｎ时代的科学工作者们就对珊瑚礁的生物学、地质学有所研究 ,德国生物学家赫克尔对“生态学”的提出及其在海洋科学研究中应用［１］,为珊瑚礁生态学的发展提供了基础。接着 ,生态系统的概念也被引入到珊瑚礁的研究中。但之后相当长的一段时期内 ,对复杂的珊瑚礁生态系的大部分的理解仍然处于初始状…     

两个新的群落多样性指数

群落多样性是生物群落的重要生态学特征,反映群落自身及其与环境之间的相互关系［３］。目前已经成为生态学研究领域中一个极为活跃的领域［１］。关于群落多样性的概念和衡量方法马克平１９９３年、１９９４年,ＢｒｉｇｇｓＪ．Ｃ．１９９４年,ＢｉｃｋｍａｎＭ．１９６８年已有评述。但过去各种衡量方法采用的多样性指数只注重洋方大小和物种丰富度,忽视了物种在分类学上存在的多样性差异,而本文介绍的两个应用于海洋底栖生态学研究的新指数［６］,包含了这方面的信息,并同其他几个常用的多样性指数进行了比较。１过去常用的几个指…     

洋底地质学的进展

1968年以前,研究洋底地质学的手段主要是地球物理学和海洋地质学.1968年,联合海洋研究所深部取样组织(JOIDES)成立,并在同一年发起开展深海钻探计划(DSDP).从1968年到1983年,格拉玛挑战者号钻井船做了多次环球航行,在96个航次中总共完成了624个钻孔.这些工作使海洋地质学发展成为一门可以与大陆地质学并驾齐驱的学科.现在,我们不仅可以通过深钻或直接研究深海岩芯来验证早先根据地球物理调查提出的各种理论推测,钻探本身还带来了许多意想不到的新发现.这些新数据、新思想和新结论极大地加深了我们对海洋演化历史的认识.本文试图就我们在深海钻探计划实施15年以后获得的主要成果作一总结.     

深海拖曳系统水下控制技术研究

深海拖曳系统是人类开发利用海洋的一项重要手段。在众多深海探测装备中，深海拖曳系统以探测面积广、作业效率高、操控性能好等优势而得到了广泛应用。针对深海拖曳系统水下控制技术，从控制手段和控制策略2个方面对其发展历程、国内外研究现状等进行梳理，分析对比不同控制手段的优缺点，并对深海拖曳系统水下控制技术未来的研究方向进行展望，以期为深海拖曳系统的应用与发展提供参考。     

序

海洋地质学是海洋科学中的一门重要支柱学科。本世纪后半叶以来,由于大量的系统调查,特别是应用了各种先进的科学技术,在海洋地质研究中出现了一系列重要的发现,从而动摇了某些传统的地质学基本概念和理论,诞生了一些新的理论和学说。例如古海洋环流变化的发现丰富了古海洋学这一新兴学科;海底热液矿床的发现充实了现代矿床成因理论;深海钻探计划等的实施加速了海底扩张学说的诞生……。人们已经认识到,海洋地质学的每一项重大进展,不仅加速了海洋科学的发展,还在更深的层次上影响地质学界,甚至在整个地学界引起了革命.     

基于海洋命运共同体理念的深海战略新疆域建设

为加快我国深海事业的发展,促进全球海洋命运共同体的构建,文章基于海洋命运共同体理念,分析深海战略新疆域的内涵、地位及其与海洋命运共同体的关系,并提出发展建议。研究结果表明：深海是保障经济社会可持续发展的潜在战略基地和全人类共有的资源宝库,是开展科技创新和推动科技进步的新场所,是保障国家安全和维护国际海洋秩序的重要领域,是深度参与全球治理和构建海洋命运共同体的新领域;我国应充分履行勘探合同承包者的义务、持续开展深海科技创新、加强深海支撑保障能力建设和系统开展深海战略问题研究。     

印太交汇区浮游植物和浮游动物生态学研究进展

海洋浮游植物和浮游动物是海洋生态系统中的重要组成部分,支撑了整个海洋生态系统的正常运转。因此,海洋浮游植、动物的生态学研究有利于我们全面认识和了解一个海洋生态系统的状况。印太交汇区作为全球最大的海洋生物多样性中心,是国际上生物多样性研究的热点区域,但该区域对浮游生物生态学方面的研究较少,不利于我们深入认识该区域生物多样性中心形成的生态机制。本文针对当前国内、外关于印太交汇区浮游植、动物生态学研究的进展进行综述,介绍了印太交汇区的浮游植物群落结构、生物量、粒级组成和初级生产力水平,以及浮游动物群落结构特征、生物量分布及影响因素等,对未来印太交汇区浮游生态学研究的方向进行了展望,希望可以为该区域相关生态学研究提供借鉴和参考。     

深度学习在海洋信息探测中的应用:现状与展望

深度学习可以通过深度神经网络,使机器理解学习数据,从而提高数据分类效果和预测结果的准确性,因此在海洋信息探测中应用越来越受到重视.作者基于深度学习的基本原理,阐述了海洋上常用的深度学习神经网络模型,并结合海洋信息探测要素,对温度、盐度、风场、有效波高和海冰等进行了海洋环境信息因子的预测分析;同时,对船舶、溢油和涡旋等进...     

21世纪的大洋钻探——IODP

人类在地球科学方面已取得了相当大的成就,但就研究范围而言,却仅仅触及了地球的表层。IODP是一项国际性的大洋钻探计划,预期将于2003年10月正式开始实施。IODP将运用新的科学方法、科技设备,使人类对大洋底乃至整个地球系统得出更深、更广的认识。简单介绍了IODP的由来、组织机构、钻井技术、前期科学目标及中国的深海研究现状,提出中国参与IODP的必要性和可行性。通过了解21世纪的IODP在研究课题及研究技术方面的最新动态,不仅有助于我国根据国际动态调整深海研究的方向,制定符合我国需求的研究计划,而且有助于我国把握参与21世纪IODP的时机和策略,迎接“海洋世纪”的挑战,从而逐步实现“从地学大国走向地学强国”的目标。     

Ecological restoration in the deep sea: Desiderata

An era of expanding deep-ocean industrialization is before us, with policy makers establishing governance frameworks for sustainable management of deep-sea resources while scientists learn more about the ecological structure and functioning of the largest biome on the planet. Missing from discussion of the stewardship of the deep ocean is ecological restoration. If existing activities in the deep sea continue or are expanded and new deep-ocean industries are developed, there is need to consider what is required to minimize or repair resulting damages to the deep-sea environment. In addition, thought should be given as to how any past damage can be rectified. This paper develops the discourse on deep-sea restoration and offers guidance on planning and implementing ecological restoration projects for deep-sea ecosystems that are already, or are at threat of becoming, degraded, damaged or destroyed. Two deep-sea restoration case studies or scenarios are described (deep-sea stony corals on the Darwin Mounds off the west coast of Scotland, deep-sea hydrothermal vents in Manus Basin, Papua New Guinea) and are contrasted with on-going saltmarsh restoration in San Francisco Bay. For these case studies, a set of socio-economic, ecological, and technological decision parameters that might favor (or not) their restoration are examined. Costs for hypothetical restoration scenarios in the deep sea are estimated and first indications suggest they may be two to three orders of magnitude greater per hectare than costs for restoration efforts in shallow-water marine systems.     

南海开放共享航次关键科学问题的思考——从多尺度海洋动力学角度出发

南海是西太平洋最大的边缘海, 通过一系列的海峡与西太平洋和印度洋相联通, 其不同时空尺度的海洋环流动力过程及其生态环境效应是南海区域海洋学研究的重要内容。自20世纪50年代末全国第一次海洋普查开始, 我国对海洋调查的支持力度不断加大, 以科学考察船为代表的海洋科学观测平台建设不断加强; 进入新千年以来, 国内海洋科考船依托的各主要研究所和院校本着开放的理念, 先后组织多单位联合进行海上观测。尤其是最近10年, 国家自然科学基金委员会支持实施了船时共享航次计划, 进一步促进了国内海洋界的交流和合作, 南海区域海洋学的相关研究取得了很多重要的成果。从多尺度环流动力学的角度出发, 本文简要回顾了南海海洋观测的发展历程, 并初步总结了近些年来南海关键科学问题的研究进展, 包括南海和西太平洋的水体交换过程、南海中小尺度过程、多尺度相互作用及其生态环境效应等; 并且在现有的研究基础上, 对未来南海的观测和科学问题提出若干思考与展望。     

南海及邻近海区科学数据中心资源建设初探

南海及邻近海区科学数据中心是国家地球系统科学数据中心的分中心, 其目标是通过联合热带海洋生物资源与生态、热带海洋环境动力领域和边缘海与大洋地质研究领域的优势力量, 建成具有南海特色的海洋科学数据资源共享服务平台, 促进海洋科学数据资源的开放共享与高效利用。南海及邻近海区科学数据中心资源在建设和实践过程中, 整合和共享了1985年以来南海水文、气象、生态、地质等多学科、多要素、多尺度的海洋科学数据资源, 一方面为南海海洋学各学科的科技创新提供精确、完整和可靠的海洋科学数据资源, 增强我国海洋科技创新能力; 另一方面为国家重大战略需求、海洋经济社会发展和相关决策活动提供数据基础支撑。     

海洋酸化对浮游植物生理生态影响的研究进展

当前全球气候变化下的上层海洋变暖与酸化对以浮游植物为主的海洋生态系产生了重大影响,理解此背景下的海洋浮游植物生理生态响应,对我们理解和抑制全球气候变化具有重要意义。在全球大气二氧化碳分压（pCO₂）升高情景下,浮游植物通过光合作用、微生物循环等过程,通过不同功能群对海洋生源要素循环模式的改变,进而影响区域及全球海洋的生物地球化学循环。研究全球浮游植物对海洋酸化生理生态的响应使得我们对生物地球化学系统的认识更加全面、系统。     

深海化能生态系统大型生物多样性分布格局及其起源演化研究进展

深海被认为是地球上尚未被认识和开发的“最后疆域”,深海环境不仅可满足人类对未来资源的部分需求,还孕育出了独特的生态系统和特殊的生命过程。地球上绝大部分生态系统是利用光合作用来维持生命循环,而深海中存在着以化能合成为基础的生态系统。本文重点综述了国内外关于深海化能生态系统中大型生物多样性及其起源演化方面的研究进展,并对印太交汇区深海极端环境的生物多样性研究趋势和发展方向进行了展望。     

面向2024年后的中国引领的国际大洋钻探计划管理与运行机制思考

历经53年的发展,国际大洋钻探计划从DSDP(Deep-sea Drilling Program)到IODP(International Ocean Discovery Program),在机构设置、运行机制、管理模式等方面积累了丰富的经验,并得到世界各国的认可.长期以来,通过参与并成为该计划的正式成员国,我国在科学研...     

海洋温差能开发特点及其对生态环境的影响方式

根据海洋温差能转换(OTEC)工艺过程的特点,分析了海洋温差能开发对海洋生态环境的特殊影响。认为大流量吸排水形成的大尺度水团在海洋中的重新分布,致使厂址周边海水的层化结构和环流结构以及海水盐度、溶解氧和营养水平等参数发生变化,进而对海洋环境造成很大改变,形成了OTEC技术特殊的环境影响方式。还着重分析了羽状流对初级生产力的影响,以及卷载和冲击对海洋生物的影响,分析归纳了海洋温差能开发生态环境影响的关键评价因子,对下一步的研究重点提出了建议。为未来开展洋温差能开发以及全面评价海洋温差能开发造成的生态环境影响提供技术参考。