我國在熱帶西太平洋前沿研究取得重大進展

　　“建設海洋強國，我一直有這樣一個信念。”2018年6月，習近平總書記在青島考察時強調。

　　中國科學院海洋研究所——我國成立的第一個專門從事海洋科學研究的國立機構，始終以習近平總書記“三個面向”要求為指引，不斷深化科技體制改革，瞄準聚焦建設“海洋強國”的國家戰略需求，解決自主創新核心關鍵問題，引領我國海洋科技創新實現跨越式發展。

　　面向世界科技前沿，中國科學院海洋研究所歷史性地確立了我國在西太平洋前沿研究中的國際地位。面向國家重大需求，構建了國際上最大規模的從我國近海到鄰近大洋的科學觀測網，建成世界首個具備實時傳輸能力的潛標觀測陣列；成功構建了國際一流的深遠海探測體系，引領我國海洋探測能力實現跨越發展。

　　五年，時間凝結成珠華。一千多名科研人員、35個深遠海航次、113個近海航次，航程超33萬海里，“發現”號ROV下潛210余次，獲取海山、熱液/冷泉區巨型和大型生物樣品5000余號近600種，新增海洋科學數據達127TB，發表SCI論文1198篇……《自然》雜志報道，“600年之前中國人鄭和率領龐大船隊跨越太平洋七下西洋，增加了中國的影響。今天中國重新進入太平洋，觀測數據對于改進氣候預測模式和研究東南亞季風以及全球氣候起到不可估量的作用”。

　　五年來，以中國科學院海洋研究所研究員孫松為首席科學家的科研團隊乘著自主研發的大國重器“科學”號科學考察船在西太平洋海域耕海探洋，取得了一項又一項國際領先的成績，填補了我國在深海遠洋科學考察中一個又一個科研空白。

　　中科院設立戰略先導專項

　　深入認知和經略海洋

　　建設海洋強國，必須進一步關心海洋、認識海洋、經略海洋，加快海洋科技創新步伐。

　　2010年國務院第105次常務會議批準，中國科學院自主組織、前瞻部署國家重大科技任務，集成中科院內的優勢力量，聯合院外的相關力量，來開展一些跨學科、跨領域的重大科技任務。自此，中國科學院戰略性先導科技專項誕生。按照習近平總書記對中科院提出的“三個面向，四個率先”的要求，成為實現中科院“率先行動”計劃的重要抓手。

　　中科院戰略性先導科技專項分為三類：A類主要圍繞國家需求來突出引領示范，突破戰略高技術、重大公益性關鍵核心科技問題促進國家技術和產業變革，服務經濟社會的可持續發展；B類定位面向世界科技前沿，把握科技革命可能發生的新方向、新趨勢，用原創性的技術前沿成果占據未來科技制高點；C類先導專項聚焦關鍵核心技術，旨在破解“卡脖子”的一些問題，實行關鍵核心技術的攻堅，從根本上改變相關領域、相關產業我國一直受制于人的被動局面。

　　2013年，中國科學院海洋研究所承擔的海洋戰略性先導專項“熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換及其影響”（A類）作為中國科學院前期啟動的10個專項之一，應運而生。時任中國科學院海洋研究所所長孫松擔任專項首席科學家。

　　那么，這個同時兼具“戰略性”和“先導”作用的海洋專項做什么？“我們在專項申請的過程當中，就面臨這個很重要的問題，既要符合國際前沿，也要符合國家需求。在篩選戰略性先導專項的時候除了要明確目標和任務外，一個很重要的考慮就是我們是否具備相關的基礎和能力。”孫松告訴《中國科學報》。

　　根據聯合國、重要涉海國家及國際組織的海洋科學發展報告，當今海洋科技發展熱點主要集中在健康海洋、深海大洋觀測、技術裝備研發以及與此相關聯的海洋大數據及信息系統的建設。

　　為此，孫松回顧，“熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換及其影響”海洋戰略性先導專項的主要任務就確定為瞄準海洋領域國際前沿問題，圍繞認知和經略海洋的國家重大需求，以熱帶西太平洋為重點、兼顧東印度洋和印尼貫穿流區域，開展海氣相互作用、海洋環境安全與生態系統演變、深海極端環境與生命綜合研究，以科學需求為導向，研發海洋探索與研究急需的海洋裝備，從整體上提高我國海洋探測與研究能力。

　　作為A類戰略性先導專項，五年來，“熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換及其影響”的成功實施，掀開了我國“海洋強國”戰略嶄新的篇章。

　　國際上首次破解潛標數據

　　長周期穩定實時傳輸的海洋觀測難題

　　“在做大洋觀測方面，我們一直面臨著很大挑戰。比如潛標放下去能不能收回？能不能獲得數據？非常令人驕傲的是，在西太平洋，我們投放的潛標最深達六千米，只有一套潛標出現過回收的問題，其他全部順利回收并獲得了一系列寶貴的觀測數據。”西太平洋深海潛標網建設負責人、中國科學院海洋研究所所長王凡如此介紹。

　　據了解，西太平洋是國際合作調查研究的熱點海域之一。西太平洋暖池與西邊界流是影響我國近海生態系統穩定性和演變趨勢的重要驅動器。西北太平洋海洋環流對于掌握全球氣候變化動態、提升我國氣候預測能力至關重要。此外，還將有助于解析大尺度生態系統的變動和生態災害的問題，深化近海生態系統演變規律的認識，從而完善近海生態系統動力學理論。

　　談到該項目開展之初面臨的挑戰時，王凡表示，“能不能實時拿到數據，是開展這個項目的關鍵點，也是一個世界難題。國際上很多專家都進行過探索，我們團隊經過不懈的努力終于成功了。”

　　在主流系與西太平洋暖池變異機制及其氣候效應方面，項目組建成了由30套深海潛標組成的我國西太平洋印尼海科學觀測網并實現穩定運行，國際上首次破解潛標數據長周期穩定實時傳輸的海洋觀測難題，并實現10余套潛標深海3000米數據每小時一次的組網實時傳輸，成為首個具有實時傳輸功能的潛標觀測網。目前，已成功獲取最深觀測深度達5300米、連續4~5年的溫度、鹽度和海流等數據。

　　基于觀測網綜合數據，在西邊界流區和暖池核心區次表層環流、赤道西太平洋中深層環流、印尼貫穿流的結構特征和多時間尺度變異規律上取得了新認知；發現向上傳播的內潮內波、地形波動等在深層與上層海洋物質能量交換中的重要作用；揭示了南太平洋熱點區域表層流場、高鹽南太平洋熱帶水的涌升強度和位置、印度洋偶極子“海洋通道”等預報ENSO的前兆因子。

　　此外，項目組構建了印太大洋精細化溫鹽密聲環境現報系統；改進物理參數化方案和同化技術，初步建成了準全球—區域多重嵌套的海氣耦合預報系統，達到國際先進水平。

　　“通過科學考察船進行綜合立體觀測，構建了從中國近海到西太平洋再到東印度洋，整個西太最大、高強度的觀測探測體系，實現了準同步實時觀測。這是迄今為止世界上沒有做到的，中國做到了！”孫松興奮地宣告。

　　通過一系列的探測和觀測，項目組成功破解了全球變化“消失的熱量”之謎，發現了東亞夏季氣候預測的新影響因子，揭示了暖池核心區次表層和中層環流結構變異規律，并逐步優化了我國擁有自主產權的中間型ENSO預報模式，向國際社會提供實時預報。海洋研究所的ENSO模式同時也是中國首個在世界開展聯測的模式。

　　深入“黑潮暖流”

　　推動海洋可持續發展

　　黑潮是位于北太平洋亞熱帶總環流系統中的西部邊界流，能夠將太平洋高溫、高鹽度海水帶到近海廣大海區，從而對近海水團結構、環流格局及生物區系產生巨大影響。

　　一直以來，國內外都非常重視黑潮的調查研究工作并在黑潮主流系和延伸體觀測方面取得了重要進展和認識。然而，這些調查仍然對黑潮給我國近海輸入的路徑、通量以及我國近海生態環境造成的影響認識不足。特別是黑潮入侵東海的途徑與方式、變異規律等沒有統一認識及理論依據，大洋生源要素輸送方式、時空特征、控制機理及其對近海生態系統變動影響等懸而未決的科學難題亟待解答。

　　項目組在中國近海及鄰近大洋組織實施綜合航次30次，其中包括黑潮主干區和黃、東海航次9次，南海東北部航次8次，渤海大面航次13次；共布放潛標35套、浮標2套，成功回收潛標30套；完成基礎圖集編撰；建立了能準確模擬黑潮入侵近海分支及變異的高精度環流數值模式，獲得黑潮與東海陸架間水之間的交換通量及其年際變化特征；提出了地形beta-spiral理論，解釋了黑潮入侵的形成與變異機制；精細刻畫了黑潮入侵東海路徑并估算通量。

　　項目組辨析了長江沖淡水和黑潮入侵在長江口鄰近海域赤潮形成和演替過程中的不同作用，分析預測了該海域赤潮災害的演變趨勢。基于長期調查結果和海洋模式分析了水母暴發與環境因子的關系。

　　項目組將“健康海洋與可持續發展研究”作為重要的研究方向和目標。關于近海可持續發展等問題的戰略咨詢報告相繼得到了國家相關部門響應。“2018年上合峰會在青島召開期間，我們給國家的綠潮綜合防控報告得到了采納，并得到了實踐，幾省聯合起來防控，取得了非常好的效果。”孫松說。

　　據了解，項目組還與澳大利亞學者合作發展了近海生態系統的評價方法框架，在明確近海生態系統健康定義和指標體系的基礎上，完成了近海生態系統健康評估模型框架的構建。

　　項目組完善了改性黏土治理有害赤潮的理論模型，改進技術方案并廣泛推廣應用。今年，海洋研究所研究員俞志明有效治理赤潮的改性黏土ZL技術及產品、設備已走出國門，服務海外。

　　項目組開展典型海洋牧場環境與資源的調查和監測，構建牧場環境資源監測平臺，并開展預警預報。

　　打破國際深海技術封鎖

　　構建我國深海系統探測與技術體系

　　2013年海洋專項啟動時，由海洋研究所承建的國家重大科技基礎設施“海洋科學綜合考察船”項目——“科學”號于2012年12月底剛剛交付使用，“發現”號水下機器人2014年3月投入使用。深海探測負責人、現任自然資源部第一海洋研究所所長李鐵剛介紹說， 孫松給項目組制定了“下得去，看得清，測得準，拿得上，可擴展，用得起”的深海探測能力建設目標，在深海系統探測與技術體系建設上邁出了關鍵的一步。

　　項目組成功構建了“船基—潛器—原位”一體化的國際先進的深海系統探測與技術體系，實現了“室內模擬實驗→海洋移動實驗室→深海原位實驗室”的跨越。

　　五年來，項目組共完成12個深海綜合科考航次，共獲取綜合地質調查數據、水文流場數據、近海底理化參數數據9.2Tb，完成表面/淺層巖石、沉積物樣品與海水、生物樣品采集，其中沉積物樣品>500余份、巖石樣品>4噸、深海大型生物5000余號。深海探測項目負責人、專項辦公室主任、中國科學院海洋研究所副所長李超倫向記者介紹了海洋專項在深海探測中取得的重要成果。

　　通過海洋先導專項的實施，在國內率先建立了從宏觀到微觀、從走航到定點、從探測到采樣，梯度與原位相結合的深遠海探測與作業技術體系，建成了我國迄今樣品量最大、物種數最多的深海大型生物樣品庫并實現樣品共享。深海環境探測與取樣能力達到國際先進水平，并廣泛應用于西太平洋深海極端環境探測。

　　編制了雅浦海山區高分辨率（整體達到1：10000）地形地貌系列圖集；提出了新的俯沖帶大地震發生機制和碳酸巖漿向堿性玄武巖轉化的新模式；揭示了雅浦海山區的精細地殼結構，完善了其動力學演化模式。

　　發現深海大型生物1新科、1新亞科、5新屬、51新種；系統刻畫了南海臺西南冷泉生態系統基本結構和深海化能營養食物網結構；揭示了深海細菌適應低溫環境的獨特調控機制；揭示熱液柱熱和物質通量，建立熱液柱動力學過程物理模型；發現了具有生物活性新結構化合物130余個（含3個先導化合物），揭示了深海微生物非酶二聚化、異構化、環化等特殊生物合成機制，實現了多種手性化合物的酶法拆分。

　　對此，孫松表示：“專項對西太平洋海域進行了大規模的調查，從規模、強度看都是世界最大、前所未有的。可以說，專項是一個大科學工程，充分發揮了戰略引領作用，科學問題完全運轉起來了。”

　　研發深海探測設備

　　引領深海技術裝備跨越式發展

　　五年來，項目組完成了10臺水下滑翔機系統、1套長期剖面觀測型AUV系統、1套深海熱液探測AUV系統、1份萬米載人潛水器研制科學需求分析報告；完成了2套船載拖曳式光纖溫深剖面連續測量系統、1套深海通量與混合觀測系統、1臺套深海生態過程長期定點觀測系統、1臺套深海科考型ROV系統。專項裝備研發負責人、中國科學院沈陽自動化研究所副所長李碩向記者介紹了設備研發情況。

　　此外，還完成了1套基于深海ROV平臺的拉曼光譜原位定量探測系統，1套海洋生物光學剖面測量系統，2套深水可視化可控超長底質取樣系統，2套高通量深海海水采樣及分級過濾系統，6臺套深海極端環境高精度溫度鏈及其應用系統。

　　在海洋探測設備研發方面，項目組開展了多項綜合性研究，總計研制12種類型33臺（套）深海裝備，裝備涉及自主式觀測系統、連續觀測作業系統、傳感器與采樣系統等多個領域，發布了長期剖面觀測型AUV系統、深海熱液探測AUV系統、拉曼光譜原位定量探測系統等多個國際領先儀器。

　　人才隊伍建設

　　——青年海洋科研人員茁壯成長

　　專項的實施，是中國科學院海洋研究所從近海走向深海的歷史性轉折，完成了深海綜合探測裝備體系以及技術與支撐體系的建立，其中的一大亮點，就是青年科學家隊伍的成長，建立了以青年科學家為主的科技隊伍。

　　回憶起外海作業的經歷，孫松對由青年科學家構成的深海探測技術與支撐隊伍的成長感觸頗深。“受到海上突發事件的干擾，項目組要把深海1800米的6套裝備進行緊急回收，原計劃進行12小時。即使不能完成任務，到時間也必須撤離。在受到外界干擾的情況下，晚上作業，5個小時全部收回，充分說明了我們的海上作業能力，更為重要的是培養了一支優秀的青年科學家隊伍。他們是海上作業的主力軍、高端文章的主要作者，是落實我國海洋強國戰略、‘一帶一路’國際合作中的新鮮血液和生力軍。”

　　海洋專項在大洋觀測方面面臨著很大的挑戰。在深層環流探測中，雖然解決了預測因子的問題，但潛標放下去以后，可能有去無回，無法獲得數據。但在科研人員的努力下，在西太平洋最深達到六千米的位置成功布放潛標且全部成功收回。專項對西太平洋的觀測規模是世界上最大的，技術是最先進的，起到了引領作用。最關鍵的是，通過這樣一個行動，鍛煉了一批專業化的團隊。這支隊伍由青年人組成，在工作效率和運行安全上，堪稱世界一流。

　　記者了解到，專項在人才培養上取得了一系列重要成果，涌現出一批優秀青年人才：2人入選國家百千萬人才工程突出貢獻中青年專家，4人獲得國家自然科學基金委“杰出青年基金”項目資助，6人獲得國家自然科學基金委“優秀青年基金”項目資助等，此外還培養碩博研究生及博士后累計900余名，人才培養方面收獲頗豐。

　　五年的耕海探洋建立了一支成熟可靠、年輕有為的專業科考團隊，航次首席隊長平均年齡34歲，科考隊員平均年齡29歲。

　　海洋科學家的情懷

　　——“我們實現了一個夢想”

　　走向深海、建立國際一流的探測與研究平臺、取得國際一流的科研成果一直是科學家的夢想。隨著海洋專項的實施，一個個夢想正在逐步變成現實。

　　這群可愛的科學家們有著自己的情懷和夢想。

　　“我們實現了科學家的一個夢想。過去是把樣品取上來，但是取上來以后，各種特征全部改變了。通過我們的技術創新，現在我們可以在海底進行觀測，在水下直接進行實驗、探測，而且是長期的觀測，關鍵是水下平臺與海上平臺進行有機結合，形成一套完整的體系。”孫松感慨地介紹。

　　海洋專項自主研發了多臺深海裝備，首次實現對我國南海冷泉區綜合協同調查。通過“探索 4500”AUV 在南海冷泉區開展大面積海底地形地貌精細探測和海底光學調查，獲取了近海底水體探測數據，鎖定一塊海底冷泉疑似區；利用“發現”號ROV 進行海底高清攝像和采樣作業，為研究影響冷泉區化能生態系統環境要素和生物分布的機制提供了重要資料；在確定科學家感興趣的觀測點后，操控“發 現”號ROV 將“冷泉”著陸器精準調整到海底指定位置，對海底冷泉生物群落和環境進行為期三個月的連續觀測，分析環境變化對冷泉區生物遷移、生長率和繁殖等關鍵過程的影響。

　　專項實施中，還同步實現了多臺探測設備的協同探測與作業及交匯拍攝。在“科學”號科考船和“發現”號ROV 的精準協同配合下，科學家第一次看到了AUV 在深度超過1000米近海底的工作狀態，在我國首次實現了兩種不同類型的水下機器人近距離交匯拍攝。

　　從無到有 跨越式發展

　　——科研成果受到國內外矚目

　　海洋專項從實施開始，就一直被國際目光所關注。

　　專項基于國家重大科技基礎設施“科學”號海洋綜合考察船，集成4500米水下纜控潛器（ROV）等多套先進儀器設備，構建了國際最先進的深海環境綜合探測研究平臺，《自然》雜志兩次報道認為“中國已經完全具備開展深海研究能力”，國際學術界對此予以廣泛關注。海洋專項的實施，使我國的深海研究真正實現了跨越式發展，從無到有，一躍進入國際先進行列。

　　專項任務承擔者、中國科學院大氣物理研究所所長朱江帶領團隊利用近期較為豐富的海洋觀測去評估重構的歷史熱含量變率在不同海盆和不同時間尺度的準確性，首次量化了由于歷史觀測不足導致的估計誤差，提出了一個最新、更準確的全球上層2000米歷史海洋熱含量的重構，反映了更快的全球變暖速率，美國《華盛頓郵報》、英國《衛報》等相繼對該研究成果做出報道……

　　其實，從2014年開始，專項就已進行國際評估。2017年，項目組還把國際上重要的海洋研究機構的學術委員會領導人，包括國際大的海洋科學組織的領導人邀請到委員會當中。項目實施后，中國海洋科研在國際合作中的地位也發生了很大的改變，與斯里蘭卡在太平洋、印度洋的觀測上建立了長期的合作關系；與印度尼西亞在海峽通道、海洋資源環境方面進行了合作；與澳大利亞建立了海洋生態系統健康聯合評估中心，得到科技部的支持。西太平洋海氣相互作用研究計劃成為中國人提出并起到引領作用的國際合作計劃。

　　“這個項目是我國海洋項目一個里程碑，并且是以地球科學的系統理論和理念來研究。”中國地質大學（武漢）金振民院士認為，專項中，西太平洋觀察體系、裝備體系、深海技術探測體系的建立，為我國向海洋大國、海洋強國邁進打下了基礎。專項培育了一支深海研究隊伍，奠定了我國在西太平洋研究的國際地位。

　　中國礦業大學（北京）何滿潮院士坦言，自己見證了改革開放以來科技高速發展的40年，“科學院戰略性先導專項，是推進我們國家科學和技術進入到前沿領域、領跑或者領先這個領域真正的動力。”

　　專項多次獲得重要嘉獎。2014年，承載專項任務的“科學”號深海科學考察團隊被CCTV和七大部委聯合評選為“科技創新團隊”，是與探月、天河一起獲獎的三個創新團隊之一。

　　近五年，先后榮獲中國海洋工程科學技術獎特等獎1項，中國海洋工程科學技術獎一等獎2項，中科院杰出科技成就獎2項、中科院科技促進發展獎2項、中科院國際合作獎1項、海洋科學技術獎一等獎4項等，填補了中國科學院杰出科技成就獎在海洋科研領域上的空白。

　　先導引領——中科院青島科教園

　　海洋大科學研究中心建立

　　海洋先導專項驗收組組長、中國科學院副秘書長汪克強指出，專項的實施，為建設中國科學院海洋大科學研究中心奠定了基礎，為青島海洋科學與技術試點國家實驗室建設作出了貢獻。

　　“對于海洋復雜系統的認識，不是這一個專項，不是這五年時間就能解決的，要系統地總結專項研究的結果，把它產生的成果應用于國民經濟、國防安全方面。盡管這個專項結束了，但是后續的整合、集成以及這方面的研究，還需要進一步支持、強化，或者深化。” 中科院生態環境研究中心傅伯杰院士說。

　　專項將科學與技術有機結合，率先開展了科學目標驅動下的設備研發，并且取得重要突破。科學與經濟社會相結合，在“用得上、有影響，海洋生物資源可持續利用、海洋環境安全”等方面，走在了前面。

　　海洋戰略先導專項的實施，帶動了一大批科研項目的立項和爭取，并為中國科學院的后續部署創造了條件。2016年1月，中國科學院和青島市簽訂合作協議，共建科教融合基地——中國科學院青島科教園。

　　中國科學院以深入實施“率先行動”計劃為契機，服務國家和區域創新體系建設，在海洋領域打破海陸界限、部門界限和區域界限，由海洋研究所牽頭，聯合院內其他12家研究所，在山東組建中科院海洋大科學研究中心。

　　“科教園把科學和教育相結合，培養特殊的人才，最關鍵的是把大科學工程設施、重要海洋設備、基礎設施進行共享，推動各研究所之間的合作。”科教園發展中心主任孫松說。