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海洋是生命的搖籃，是支撐地球宜居性的關(guān)鍵空間，是地球系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的重要引擎。海洋是地球氣候系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，對地球系統(tǒng)的熱量循環(huán)、水循環(huán)、物質(zhì)循環(huán)等有重要的調(diào)控作用，深入認(rèn)識海洋動力過程及能量物質(zhì)循環(huán)過程是理解和應(yīng)對及區(qū)域氣候變化的關(guān)鍵。海洋也孕育了地球上的生態(tài)系統(tǒng)，具有巨大的服務(wù)功能和價值，認(rèn)識藍(lán)色生命系統(tǒng)過程與規(guī)律、合理開發(fā)和保護(hù)藍(lán)色生物資源是支撐人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。隨著人口持續(xù)增長，人類對能源、糧食、空間、礦產(chǎn)、淡水等資源提出了更加迫切的需求。與此同時，隨著人類活動的加劇，溫室氣體、污染物(如重金屬、持久性有機污染物、微塑料)等排放量增加，地球氣候系統(tǒng)正在急速變化，環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)正在迅速退化。認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋關(guān)系到人類社會的興衰。

然而到目前為止，廣袤深邃的海洋只有5%的區(qū)域被人類探索。未知的海洋蘊藏著無盡的資源，是重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和性技術(shù)創(chuàng)新的搖籃。海洋的生命過程，特別是熱液、冷泉以及深海暗生命系統(tǒng)等一系列重大發(fā)現(xiàn)，了人類對于生命極限的認(rèn)識，有望通過人類的探索解答地球生命起源這一問題。海洋作為地球系統(tǒng)的“血液"，是聯(lián)系地球系統(tǒng)各圈層的紐帶(圖1)，開展以海洋為核心的多圈層耦合研究，是催生地球科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)建和發(fā)展地球系統(tǒng)科學(xué)新理論的必由之路。

圖1 地球系統(tǒng)多圈層耦合示意圖

自20世紀(jì)中期以來，圍繞海洋中的物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)過程及其對氣候和生態(tài)系統(tǒng)的影響，海洋科學(xué)界以國際合作的方式發(fā)起了一系列國際大科學(xué)計劃，例如海洋與氣候方面的世界海洋環(huán)流實驗(WOCE)、Argo海洋觀測網(wǎng)、耦合模式比較計劃(CMIP)，海洋生物地球化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)方面的海洋通量聯(lián)合研究計劃(JGOFS)和海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究計劃(GLOBEC)，海洋地質(zhì)和地球系統(tǒng)科學(xué)方面的國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃(IODP)、國際地球科學(xué)計劃(IGCP)等。這些國際大科學(xué)計劃極大地推動了海洋科學(xué)各個分支的發(fā)展及其與其他學(xué)科的交叉融合。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，海洋科學(xué)正在整體進(jìn)入轉(zhuǎn)型期，學(xué)科已逐步提升到集成整合、探索機理的系統(tǒng)科學(xué)新高度，深化拓展近海研究與管理、聚焦深海與極地新疆域、開展多圈層多尺度耦合研究成為世界各國海洋研究的新趨勢。

2017年12月，大會第72屆會議宣布2021—2030年為“海洋科學(xué)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展十年"，并于2020年10月在線發(fā)布了《實施計劃摘要》，提出“構(gòu)建我們所需要的科學(xué)，打造我們所希望的海洋"十年愿景，旨在“推動形成變革性的海洋科學(xué)解決方案，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，將人類和海洋聯(lián)結(jié)起來"。

本文對當(dāng)前海洋研究領(lǐng)域諸多懸而未決的重大前沿科學(xué)問題進(jìn)行了梳理和凝練，回顧總結(jié)了我國海洋科學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展與發(fā)展態(tài)勢，對標(biāo)找出與海洋強國的差距，并基于當(dāng)前這一重要歷史機遇，對我國海洋科學(xué)未來發(fā)展方向和具體目標(biāo)進(jìn)行了展望。

海洋科學(xué)具有鮮明的多學(xué)科綜合交叉的特點，其研究前沿實質(zhì)上是學(xué)科交叉的前沿，更是孕育性創(chuàng)新的高地。Science雜志在創(chuàng)刊125周年公布的125個挑戰(zhàn)性科學(xué)問題的前25個問題中，與海洋密切相關(guān)的包括地球內(nèi)部運行機制、地球生命起源、溫室氣體導(dǎo)致地球增溫的上限、石油能源的替代、地球的人口承載力。目前，海洋科學(xué)的前沿研究領(lǐng)域主要集中在海洋物質(zhì)能量循環(huán)、跨圈層流固耦合、海洋生命過程、健康海洋、海岸帶可持續(xù)發(fā)展、快速變化的極地系統(tǒng)等方面。

⒈闡明海洋物質(zhì)能量循環(huán)機理是認(rèn)識地球宜居性的關(guān)鍵

自工業(yè)革命以來，人類因使用化石燃料造成的累計碳排放已達(dá)4500億噸，目前氣溫正在以平均每百年1.5℃的速率迅速升高。變暖引發(fā)的氣候波動、海平面抬升以及日益頻繁的海洋和氣象災(zāi)害給人類社會帶來了的威脅。海洋由于其巨大的熱容，儲存了整個氣候系統(tǒng)中超過90%的熱量盈余，作為地球系統(tǒng)中的活動碳庫，吸收了大約30%的人類活動排放的CO₂。這些從根本上減少了進(jìn)入大氣系統(tǒng)的熱量，從而減緩了變暖的速率。海洋多尺度過程及其相互作用如何決定海洋物質(zhì)能量循環(huán)，進(jìn)而決定海洋對熱量和CO₂的吸收能力？物理泵與生物泵的貢獻(xiàn)分別有多大？深海大洋對熱量和CO₂的極限吸收能力是多少？對熱量與CO₂的吸收如何改變海洋的動力過程和生物地球化學(xué)環(huán)境？又如何進(jìn)一步影響不同時空尺度上的海平面、天氣和水循環(huán)等變化？在地質(zhì)歷史時期，大氣CO₂的變化幅度遠(yuǎn)大于工業(yè)革命以來的監(jiān)測結(jié)果，其控制因素是什么？對地球的宜居性產(chǎn)生了哪些影響？回答這些問題與認(rèn)識未來地球的宜居息相關(guān)，同時也是增加我國在應(yīng)對氣候變化、部署地球工程等重大世界性事務(wù)中話語權(quán)的關(guān)鍵。

⒉深入理解海洋與巖石圈的耦合過程是拓展地球系統(tǒng)科學(xué)理論的必由之路

海洋是地球不同圈層物質(zhì)與能量交換的關(guān)鍵載體，既是地球內(nèi)外動力地質(zhì)作用的交融地，也是不同來源物質(zhì)的匯集地。海洋的存在使得地球上廣泛存在流體活動，在地質(zhì)歷史時期改變著大洋板塊的物理化學(xué)組成，改變著海洋固體地表。隨著板塊構(gòu)造，大洋板塊俯沖將流體和流體改造的巖石圈帶入地球深部，影響著巖漿活動、板塊運動、海底資源的形成，乃至整個地球系統(tǒng)的演化(圖2)。20世紀(jì)60年代板塊構(gòu)造理論的建立，興起了一場改變地球科學(xué)發(fā)展軌跡的革命。海底是環(huán)境變化的記錄者，通過沉積物記錄的氣候和環(huán)境變化是揭示地球演化和人類生存環(huán)境變化規(guī)律的重要科學(xué)參考。海底流體活動和地質(zhì)過程形成的重要成礦資源，是人類未來賴以生存發(fā)展的潛力所在。但是，長期以來許多相關(guān)問題仍然沒有得到解答，如現(xiàn)代大洋殼/幔邊界結(jié)構(gòu)和組成是什么，板塊構(gòu)造的驅(qū)動力是什么，地球內(nèi)外物質(zhì)交換的基本規(guī)律是什么，地球深部過程演化與宜居地球環(huán)境形成的關(guān)系是什么，尤其是，地球內(nèi)部各圈層之間的碳、氧和水循環(huán)規(guī)律是什么，以及地質(zhì)歷對地表環(huán)境的影響如何，海底地震發(fā)生的機制是什么，如何科學(xué)評估和預(yù)測滑坡等大型地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生等。這些海洋和地球科學(xué)中亟待解決的重要科學(xué)問題，不僅有助于揭示地球系統(tǒng)的運行規(guī)律，也關(guān)系到人類生存環(huán)境的演化和社會可持續(xù)發(fā)展。

圖2 海洋-巖石圈耦合過程及大洋板塊形成、演化和消亡

⒊解碼藍(lán)色生命是揭示生命起源和演化、理解生物多樣性的關(guān)鍵

海洋是生命的搖籃，深海熱液被認(rèn)為是生命起源最可能的地方。海洋中保留著最完整的生物門類體系，深海、熱液、潮間帶等特殊生境中存在著豐富多樣的生命形式，隱藏著生命起源和演化的密碼(圖3)。生命進(jìn)化史中許多重大事件都發(fā)生在海洋中，解碼藍(lán)色生命是破解地球生命奧秘至關(guān)重要的一環(huán)。如“雪球地球"之后距今5.4億年前至5.3億年前，發(fā)生在海洋中的“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)"現(xiàn)象，被稱為古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案，也被國際學(xué)術(shù)界列為“科學(xué)難題"之一，自達(dá)爾文以來就一直困擾著進(jìn)化論等學(xué)術(shù)界。同時，海洋生物自身歷經(jīng)億萬年進(jìn)化，形成了特色鮮明的藍(lán)色生命現(xiàn)象，如基因組高多態(tài)性、環(huán)境調(diào)控性別轉(zhuǎn)換、形態(tài)多樣的多階段發(fā)育過程、貝殼及鰓等特化功能性器官系統(tǒng)、海鞘逆行等現(xiàn)象。造成這些生命現(xiàn)象的編碼機制和生物學(xué)過程是什么？高鹽、高壓、低氧、潮間帶、極地以及深海深淵、熱液、冷泉等海洋環(huán)境中生活的海洋生物是如何在分子、細(xì)胞、個體以及群體水平適應(yīng)特殊環(huán)境并繁衍生息的？海洋豐富多樣的海洋生物是如何演化的，其進(jìn)化鏈條的形成以及驅(qū)動力是什么？Science雜志發(fā)布的125個迄今未解科學(xué)難題中，就包括生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿問題如地球生物多樣性、生命起源、壽命極限、器官再生等。由于海洋中存在多樣化、復(fù)雜和古老的生命形式，相關(guān)科學(xué)難題有望在解碼海洋生命的研究中得到線索和解答。

圖3 動物起源與多樣性演化過程

⒋保持海洋水環(huán)境安全、生態(tài)系統(tǒng)健康，保障海洋食品安全和人類健康是人類社會可持續(xù)發(fā)展的前提

海洋每年為提供的服務(wù)和價值約為3萬億美元，占GDP的5%左右；超過26億人以海洋作為主要的蛋白質(zhì)來源；海洋中的光合作用和其他生物固碳過程吸收約30%人類活動產(chǎn)生的CO2，緩沖著暖化的影響。上述重要海洋功能的實現(xiàn)依賴于健康的海洋生態(tài)系統(tǒng)。但到目前為止，我們對海洋生物多樣性以及深海、海底和極地生態(tài)系統(tǒng)仍然缺乏基本的了解。當(dāng)前，在變暖和人類活動的雙重影響下，海水增溫、缺氧、酸化、過量營養(yǎng)鹽輸入以及重金屬、持久性有機物和微塑料等環(huán)境污染物排放增加等問題給海洋生態(tài)系統(tǒng)造成的威脅。在變化和人類活動背景下，微塑料、有毒有機污染物等在陸、海、氣界面的遷移、轉(zhuǎn)化過程和機制是怎樣的？關(guān)鍵環(huán)境因子如何影響和驅(qū)動海洋生態(tài)系統(tǒng)演變？環(huán)境污染物和致災(zāi)致害生物對于海洋食品安全和人類健康造成的風(fēng)險是怎樣的？我國近海海岸帶的環(huán)境承載力和生態(tài)閾值是怎樣的？如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展？這些都是關(guān)乎人類未來命運的問題。

⒌揭示海岸帶人地交互多圈層耦合規(guī)律，是保障、拓展人類生存空間，促進(jìn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要支撐

海岸帶是人類生存的重要空間、經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵區(qū)域。約有40%的人口生活在離海岸線100km以內(nèi)的陸地上，約有10%的人口生活在海拔低于10m的區(qū)域。海岸帶的海洋初級生產(chǎn)力占的25%，漁獲量占的90%。劇烈的人類活動給海岸環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)帶來了的威脅。在過去幾十年里，近海漁業(yè)資源減少了近30%，有接近50%的濕地消失，60%的珊瑚礁嚴(yán)重退化，環(huán)境和淡水資源被不斷污染。與此同時，海岸帶也是當(dāng)前和未來人類能力干預(yù)和治理的區(qū)域。海岸帶的人地交互在陸地-近海-大洋-大氣耦合系統(tǒng)中的作用及機理是怎樣的？如何認(rèn)知氣候變化和人類活動雙重脅迫下的海岸帶生態(tài)系統(tǒng)，并建立新的社會經(jīng)濟發(fā)展模式與監(jiān)管政策？這些問題對實現(xiàn)海岸帶的科學(xué)、安全、生產(chǎn)、管理的有效融合和促進(jìn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

⒍明確極地冰層的形成與海洋快速變化的機制，是提升長期氣候變化預(yù)測和應(yīng)對能力的重大前沿科學(xué)挑戰(zhàn)

南北極大部分區(qū)域被冰雪覆蓋，儲存著約95%以上的冰和超過70%的淡水。南大洋和北冰洋具有豐富的生物資源，是海洋吸收CO2的主要區(qū)域。相對于中低緯度，極地是氣候正反饋過程的區(qū)域(圖4)。因此，在極區(qū)，氣候系統(tǒng)的變化信號會得以放大，導(dǎo)地冰層和海洋發(fā)生快速變化，同時極地的快速變化會通過海洋和大氣環(huán)流變異等物理過程以及生物演化和碳循環(huán)等生物地球化學(xué)過程的反饋作用調(diào)制變化，對氣候、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。但是，控制極地冰蓋變化的因素是什么？極區(qū)的地質(zhì)演變機制及其對極區(qū)氣候系統(tǒng)形成的作用是什么？哪些氣候正反饋過程主導(dǎo)了極地冰層與海洋的快速變化過程及其位相轉(zhuǎn)換？為何極區(qū)的快速變化主要發(fā)生在年代際甚至更長的時間尺度上？極區(qū)生物群落和生態(tài)系統(tǒng)如何響應(yīng)物理系統(tǒng)的快速變化？其生物地球化學(xué)過程的長期氣候效應(yīng)是什么？發(fā)生在極區(qū)的快速變化過程，調(diào)制甚至驅(qū)動氣候變化的具體途徑和作用是什么？極地的海洋、氣候與生物地球化學(xué)過程與人類活動的耦合機制是什么，在人類社會的發(fā)展歷史中起到了什么作用？這些問題不僅與極地的環(huán)境和氣候變化密切相關(guān)，也是認(rèn)識變化驅(qū)動機制、提升長期氣候變化預(yù)測能力的關(guān)鍵問題之一。

圖4 在氣候變暖背景下，北極水文、生態(tài)環(huán)境及海洋與大氣耦合系統(tǒng)變化示意圖

海洋科學(xué)是一個“科學(xué)"，海洋問題的復(fù)雜性使其無法通過單一學(xué)科的研究得以解決，而是需要多學(xué)科領(lǐng)域間深度交叉。近年來，隨著科技投入的增大、科研條件的改善和對外合作交流的加強，我國海洋科學(xué)的研究正在逐步從過去的跟跑階段進(jìn)入并跑階段，但原始創(chuàng)新能力明顯不足。原因之一是，長期以來我國海洋科學(xué)內(nèi)部學(xué)科劃分過細(xì)，學(xué)科間交流不足，嚴(yán)重制約了整個學(xué)科的發(fā)展。作為海洋大國而非海洋強國，在強手環(huán)峙、競爭激烈的大環(huán)境下，我國海洋科學(xué)研究必須創(chuàng)新發(fā)展模式，通過跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的前沿交叉，在地球系統(tǒng)多圈層耦合機制、生命起源及演化等方面取得一系列從0到1的突破，國際科技前沿，為部署地球工程以應(yīng)對氣候變化、防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)海洋功能、拓展生存空間以及構(gòu)建人類“海洋命運共同體"提供科學(xué)的解決方案。

我國海洋科學(xué)研究發(fā)端于20世紀(jì)中葉，較發(fā)達(dá)國家起步晚，長期以來研究水平與發(fā)達(dá)國家存在較大差距。然而，近年來隨著綜合國力的增強，經(jīng)費投入的增加，我國海洋科學(xué)研究水平得到迅速提升。研究領(lǐng)域從中國近海拓展到深海大洋與極地海域，研究問題正在逐步從單一學(xué)科的科學(xué)問題向多學(xué)科交叉問題過渡，產(chǎn)生了一批具有重要國際影響力的學(xué)術(shù)成果。國內(nèi)學(xué)者通過積極參與國際合作和國際研究計劃，積累了經(jīng)驗，打好了基礎(chǔ)，培養(yǎng)了隊伍，并逐步走上了國際舞臺。

⒈海洋動力、生物地球化學(xué)過程與氣候研究

近年來，我國在海洋動力和生物地球化學(xué)過程及其氣候效應(yīng)領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展。、國家自然科學(xué)基金委、和等部委相繼啟動了一批重大科學(xué)計劃和科研項目。目前，已經(jīng)建立了較為完整的從近海到深海大洋、從大尺度環(huán)流到微尺度湍流的動力研究體系。圍繞氣候變率及其可預(yù)測性，海氣相互作用，近海和大洋環(huán)流變異機理，海洋中小尺度過程生成、演變及其引發(fā)的湍流混合取得了一系列重要進(jìn)展，但整體上仍然處于跟跑或并跑的態(tài)勢。高分辨率海洋和氣候模式迅速發(fā)展，部分自主知識產(chǎn)權(quán)的模式已進(jìn)入耦合模式比較計劃(CMIP)，但相對成為國際主流模式仍有一定距離。針對我國近海碳循環(huán)與生源要素地球化學(xué)過程，產(chǎn)生了一批具有明顯創(chuàng)新意義的重要成果。在邊緣海碳的源匯格局及調(diào)控機理，海洋微型生物碳泵(MCP)儲碳新機制，中國近海氮、磷、硫等元素循環(huán)與生源活性氣體生成機理，海洋酸化及其生態(tài)效應(yīng)等方面取得了重要進(jìn)展。然而，我國針對深海大洋碳及其他元素循環(huán)的研究起步較晚，缺乏多學(xué)科交叉、多圈層耦合的系統(tǒng)性研究。

⒉海洋地質(zhì)研究

我國在海洋地球科學(xué)領(lǐng)域推動了一系列重要研究計劃，取得了可喜的成績。例如，國家自然科學(xué)基金委2010年啟動的“南海深海過程演變"重大研究計劃，大大推動了我國對南海地質(zhì)過程的認(rèn)識；目前正在執(zhí)行的“西太平洋地球系統(tǒng)多圈層相互作用"重大研究計劃以流固耦合為紐帶，進(jìn)行跨圈層物質(zhì)循環(huán)和能量交換研究，已經(jīng)取得了初步成效。我國主導(dǎo)的國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃航次(IODP349、367、368等航次)也在南海的深部過程研究方面做出了貢獻(xiàn)；我國原主導(dǎo)開展的大洋航次對主要洋中脊和海山開展了一系列底質(zhì)調(diào)查，掌握了一些深海研究的重要資料。近五年來，利用科考設(shè)備，通過專項項目的執(zhí)行，在西太平洋俯沖系統(tǒng)、板內(nèi)火山系統(tǒng)以及熱液、冷泉系統(tǒng)也開展了調(diào)查研究，取得了一些重要成果。但是，我國在海洋地球科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域起步較晚，研究程度總體上落后于西方發(fā)達(dá)國家，尤其是在海洋固體地球科學(xué)領(lǐng)域，目前關(guān)于西太平洋俯沖系統(tǒng)相關(guān)理論的認(rèn)識仍然主要來源于西方國家，我國相關(guān)研究計劃匱乏，研究程度較低。

⒊海洋生物研究

我國海洋生物研究早期主要集中在近岸與海岸帶的海洋生物分類區(qū)系及資源調(diào)查。20世紀(jì)50—70年代的全國海洋普查工作基本摸清了我國近岸海洋生物，特別是經(jīng)濟物種的種類和資源量。魚蝦貝藻繁殖生物學(xué)和遺傳學(xué)研究成果奠定了我國海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾次浪潮。20世紀(jì)80年代以來，海洋生態(tài)學(xué)得到很大發(fā)展：參與了一系列國際重大計劃，如海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究(GLOBEC)等；同時對南大洋進(jìn)行了以南極磷蝦為主的南極生物與生態(tài)綜合調(diào)查；以及對北極周邊海域的綜合考察等。進(jìn)入21世紀(jì)，在“863"“973"和“國家重點研發(fā)計劃"等重大專項支持下，海洋生命認(rèn)知和海洋生物資源開發(fā)利用研發(fā)取得了顯著進(jìn)展，使我國水產(chǎn)科學(xué)躋身國際前沿，水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)居地位，在基于海洋生物多樣性的遺傳發(fā)育與演化生物學(xué)、基因組學(xué)和免疫學(xué)等領(lǐng)域取得了多項原創(chuàng)性重要進(jìn)展，極大提升了我國在海洋生物學(xué)乃至生命科學(xué)領(lǐng)域的國際影響力。另外，在深海生命探索、區(qū)域生態(tài)學(xué)、海洋生物綜合利用和海洋生物技術(shù)等方面開展了特色鮮明、有影響力的系統(tǒng)性工作，在國際上占有一定地位。但我國海洋生物學(xué)科與國家總體研究水平仍存在不小差距，如對海洋生物起源與演化、遺傳發(fā)育、免疫和代謝等重要生命過程的機理和機制等基礎(chǔ)生物學(xué)問題研究明顯不足，缺乏進(jìn)化節(jié)點海洋模式生物研究體系，存在開展海洋生物基礎(chǔ)研究的技術(shù)匱乏及高精尖儀器平臺主要依賴進(jìn)口等問題。

⒋海洋生態(tài)和海岸帶研究

我國近年來開始重視和關(guān)注海洋健康研究，但理論、方法和應(yīng)用體系需進(jìn)一步完善。2006年，我國《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)"列為優(yōu)先主題，將人類活動對海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、過程的影響及調(diào)控作為重要的研究內(nèi)容。2010年，《中國至2050年海洋科技發(fā)展路線圖》將中國近海生態(tài)系統(tǒng)健康診斷、評價和安保技術(shù)體系建設(shè)列為我國海洋科技的三大任務(wù)之一。2020年2月，全面深化改革委員會第十二次會議強調(diào)要“把生物安全納入國家安全體系"，海洋潛在生物安全風(fēng)險對近海生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和人類健康影響等方面的研究工作亟待開展。從20世紀(jì)90年代末開始，在“863"“973"“國家重點研發(fā)計劃"等一系列重大專項支持下，在大河三角洲發(fā)育演變、流域水沙輸入對近海生態(tài)系統(tǒng)影響、典型海岸帶環(huán)境脆弱性、食物網(wǎng)資源關(guān)鍵種能量轉(zhuǎn)換及可持續(xù)管理模型、赤潮形成機制和防控、黃東海水母暴發(fā)、黃海海域綠潮早期發(fā)展過程等方面取得重要進(jìn)展。我國已基本完成了海洋科技資源的原始積累，在近海海洋環(huán)境觀測、典型生態(tài)系統(tǒng)演變、生態(tài)災(zāi)害防控、資源開發(fā)利用方面建立了自主創(chuàng)新體系，具備了實現(xiàn)跨越發(fā)展的人才、學(xué)科、技術(shù)與裝備基礎(chǔ)。然而，我國針對近海生態(tài)系統(tǒng)的研究大多是圍繞近海某一特殊生態(tài)環(huán)境問題展開，缺乏系統(tǒng)性、前瞻性和定量化研究，也難以形成整體性的研究成果，在趨勢預(yù)測方面尤其薄弱；同時，我國海洋環(huán)境安全保障體系建設(shè)仍處于初級階段，海洋健康的理論、方法和應(yīng)用體系仍需進(jìn)一步完善和發(fā)展。

⒌極地海洋與氣候研究

我國從20世紀(jì)90年代開始系統(tǒng)地進(jìn)行南北極科學(xué)考察與研究，目前已經(jīng)組織了38次南極科學(xué)考察和12次北極科學(xué)考察，形成了以“雪龍?zhí)?“雪龍2號"破冰船，南極中山站、長城站、昆侖站、泰山站、羅斯海新站和北極黃河站為主體的“2船6站"極地科學(xué)考察和研究支撐體系，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)等衛(wèi)星遙感觀測系統(tǒng)在極地得到推廣應(yīng)用，極區(qū)海洋裝備研發(fā)取得突破性進(jìn)展，極地海洋認(rèn)知水平顯著提高。在海洋科學(xué)、大氣科學(xué)、地質(zhì)與地球物理、生物地球化學(xué)、冰川、高空物理、測繪等方面取得了一系列高水平的研究成果。在深冰探測能力、冰蓋機器人應(yīng)用、航空遙感和地球物理調(diào)查等方面躋身行列。經(jīng)過多年的努力，形成了一支老中青相結(jié)合的極地研究團(tuán)隊。但與國際社會相比，我們?nèi)杂胁簧俨罹?，明顯的不足包括：國際前沿領(lǐng)域獲得科學(xué)認(rèn)知突破的數(shù)量有限，國際合作缺乏牽頭的大型計劃，極地環(huán)境治理處于被動應(yīng)付局面，在南極冰下湖探測、極地冰下AUV、北極冰區(qū)組網(wǎng)觀測等重大裝備與前沿領(lǐng)域尚未有足夠的技術(shù)儲備，技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用相對滯后。

綜上所述，我國雖然在海洋科學(xué)的各研究領(lǐng)域取得了突出的研究進(jìn)展，但缺乏對奠基性理論的實質(zhì)貢獻(xiàn)，尚未在整體上形成學(xué)科前沿發(fā)展的態(tài)勢。我國在海洋模式開發(fā)、觀測體系建設(shè)、災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警等方面仍受到科學(xué)認(rèn)知水平和技術(shù)瓶頸的制約，無法為深海資源開發(fā)、環(huán)境安全提供有力保障和支撐。此外，因為缺少由中國發(fā)起或主導(dǎo)的國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程，我國在海洋科學(xué)領(lǐng)域的國際話語權(quán)不足。因此，唯有結(jié)合當(dāng)前國際海洋科學(xué)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，針對國際上的重大前沿科學(xué)問題，抓住契機、重點突破，以科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以技術(shù)推動科學(xué)的發(fā)展，才能實現(xiàn)我國海洋科學(xué)領(lǐng)域深海研究從跟跑到并跑、的跨越式發(fā)展，滿足國家海洋戰(zhàn)略的重大需求。

我國未來的海洋科學(xué)研究應(yīng)瞄準(zhǔn)海洋多尺度相互作用與氣候變化、跨圈層流固耦合、海洋生命過程、健康海洋與海岸帶可持續(xù)發(fā)展、快速變化的極地系統(tǒng)等重大科學(xué)前沿，凝練關(guān)鍵科學(xué)問題，在國內(nèi)啟動一批重大專項，在國際上聚焦“兩洋一海"(西太平洋-南海-印度洋)和極地等關(guān)鍵海區(qū)，組織并發(fā)起我國主導(dǎo)的國際大科學(xué)計劃，布局依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的太空-海氣界面-深海-海底的多要素立體觀測網(wǎng)，進(jìn)行前沿核心技術(shù)研發(fā)以及技術(shù)平臺整合，開展跨尺度、跨圈層的多學(xué)科交叉研究，構(gòu)建基于人工智能和大數(shù)據(jù)的多圈層耦合的高分辨率海洋觀測與模擬預(yù)測系統(tǒng)，搶占海洋科學(xué)研究的國際制高點。為實現(xiàn)以上戰(zhàn)略目標(biāo)，結(jié)合目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出以下發(fā)展方向和具體目標(biāo)。

⒈海洋能量物質(zhì)循環(huán)及其氣候效應(yīng)

關(guān)鍵科學(xué)問題：闡明海洋能量串級和物質(zhì)循環(huán)機理，建立多尺度海氣相互作用理論體系，大幅提升海洋和氣候變化的預(yù)測預(yù)報精度，揭示海洋對氣候變化的響應(yīng)、反饋和調(diào)控機制，為應(yīng)對天氣和氣候變化提供科學(xué)方案，顯著提升我國在海洋管理、科學(xué)部署地球工程、維系地球宜居性等熱點問題的話語權(quán)。

關(guān)鍵核心技術(shù)：需要發(fā)展大型深海超高速運載平臺共用技術(shù)、水下智能裝備平臺通信、導(dǎo)航與定位技術(shù)、小型核能及新型海洋能源利用技術(shù)、四維高分衛(wèi)星遙感技術(shù)以及測量生物地球化學(xué)要素和湍流交換過程的新型傳感器技術(shù)，建立垂向上從海氣界面到海底、水平上公里級分辨率，多要素協(xié)同觀測的海洋觀測物聯(lián)網(wǎng)。另需突破海洋多圈層數(shù)據(jù)耦合同化、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，完善關(guān)鍵過程參數(shù)化方案，發(fā)展基于異構(gòu)眾核的高效算法，發(fā)展機器學(xué)習(xí)和人工智能，建立公里級超高分辨率及百米級甚高分辨率區(qū)域大氣-海洋-生態(tài)耦合地球系統(tǒng)模擬及預(yù)報預(yù)測系統(tǒng)，融合多源數(shù)據(jù)，構(gòu)架海洋大數(shù)據(jù)。

⒉海底多圈層耦合與宜居地球

關(guān)鍵科學(xué)問題：揭示板塊運動驅(qū)動和影響機制，闡明地表圈層與地球深部圈層之間的物質(zhì)循環(huán)機理，將地球系統(tǒng)科學(xué)從地表圈層拓展到地球深部，建立并完善跨流-固界面和固體多圈層的地球系統(tǒng)科學(xué)的理論框架；恢復(fù)亞洲大陸邊緣高分辨率古氣候古環(huán)境演化歷史，認(rèn)識海洋記錄的海洋和氣候變化及其規(guī)律；認(rèn)識海底流體活動規(guī)律和規(guī)模，揭示板塊俯沖過程對元素運移和成礦作用的控制規(guī)律，闡明海洋資源形成規(guī)律，提高資源安全保障；認(rèn)識海底環(huán)境變化規(guī)律，揭示天然氣水合物分解、海底滑坡和地震活動等地質(zhì)災(zāi)害的機制和影響，提高海底減災(zāi)防災(zāi)能力，為合理評估海底災(zāi)害風(fēng)險提供科學(xué)支撐。

關(guān)鍵核心技術(shù)：為了研究海洋流固耦合和深部過程，除常規(guī)地球物理探測和海底采樣平臺外，尚需大洋鉆探原位取芯技術(shù)，獲得深海沉積物和基巖樣本；可視化超長巖心水下鉆機，與大洋鉆探深水作業(yè)互補，獲得全水深環(huán)境沉積物和基巖巖心；巖心高精度掃描技術(shù)，原位獲得巖心礦物、探測巖心物理性質(zhì)和化學(xué)組成；海底電磁探測技術(shù)，揭示海底多界面物質(zhì)組成；海上無人機海底磁測技術(shù)，認(rèn)識海底磁異常結(jié)構(gòu)；研制具有實時或準(zhǔn)實時監(jiān)測能力的固定式海底地震采集站，獲取高分辨率的地震記錄，提高對活動斷層的監(jiān)測和預(yù)警能力。

⒊藍(lán)色生命過程及其適應(yīng)演化機制

關(guān)鍵科學(xué)問題：利用現(xiàn)代生物學(xué)理論和技術(shù)，通過多學(xué)科交叉和協(xié)同攻關(guān)，建立海洋模式生物研究體系，從遺傳、發(fā)育、免疫和進(jìn)化等多維度，分子、細(xì)胞、個體等多層次解碼藍(lán)色生命現(xiàn)象與演化規(guī)律，突破海洋生物學(xué)認(rèn)知的瓶頸與極限，回答海洋生命過程的關(guān)鍵科學(xué)問題，形成系統(tǒng)性原創(chuàng)重大成果，國際學(xué)科前沿。同時，通過前沿技術(shù)研發(fā)以及技術(shù)平臺整合，搶占國際海洋生物研究制高點，建立海洋生物資源開發(fā)和利用高水平基地和技術(shù)平臺，為海洋生物資源精準(zhǔn)高效利用和綠色發(fā)展提供科技支撐。

關(guān)鍵核心技術(shù)：海洋生命領(lǐng)域的研究缺乏前沿和多學(xué)科交叉技術(shù)，且系統(tǒng)性集成不足。利用開發(fā)海洋生物資源，是精準(zhǔn)、高效利用海洋生物資源，支撐產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重大需求。開發(fā)高通量低成本全基因組分析技術(shù)，重要海洋生物轉(zhuǎn)基因與基因編輯技術(shù)和光遺傳學(xué)操作，海洋生物空間單細(xì)胞組學(xué)與單病毒檢測示蹤技術(shù)，生物大分子結(jié)構(gòu)觀測及功能解析技術(shù)，重要海洋生物活性物質(zhì)的合成生物學(xué)技術(shù)。開發(fā)、設(shè)計、建造用于海洋生物資源調(diào)查、評估和開發(fā)的科考船，搭載各種物理、化學(xué)、生物傳感器的全海深水下滑翔機以及無人纜控潛器(ROV)、載人深潛器(HOV)和自主式水下潛器(AUV)等水下觀測平臺，建立我國主導(dǎo)的大洋鉆探平臺以及巖心庫。構(gòu)建“船基-潛器-原位-長期"高精度-多尺度深海探測技術(shù)體系，發(fā)展包括海底原位觀測、基于流式細(xì)胞術(shù)和拉曼光譜等技術(shù)的單細(xì)胞高通量分離、深海難培養(yǎng)微生物培養(yǎng)、深海生物多光譜人工智能自動識別、深海大型生物的原位智能發(fā)現(xiàn)和識別系統(tǒng)、水下精準(zhǔn)保真采樣、深海生態(tài)模擬原位培養(yǎng)系統(tǒng)、深海模式生物研究等技術(shù)體系和裝備體系，建立深海難培養(yǎng)微生物菌種和基因資源庫。

⒋健康海洋與海岸帶可持續(xù)發(fā)展

關(guān)鍵科學(xué)問題：揭示主要營養(yǎng)鹽、重金屬、持久性有機污染物、微塑料等新型污染物在海洋環(huán)境中的遷移-轉(zhuǎn)化機制和生態(tài)效應(yīng)，建立陸海統(tǒng)籌污染物管控模式和治理體系；揭示氣候變化和人類活動影響下的典型海洋生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換機制和生態(tài)災(zāi)害發(fā)生機理；揭示海洋生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵生物功能群存續(xù)和環(huán)境適應(yīng)機制，揭示生物毒素、病原微生物的致災(zāi)致害機理，構(gòu)建生態(tài)閾值和預(yù)警體系，保障海洋食品安全和人類健康；全面評估近海生態(tài)系統(tǒng)健康狀況和環(huán)境承載力，科學(xué)預(yù)測典型海域生態(tài)系統(tǒng)演變趨勢。

關(guān)鍵核心技術(shù)：健康海洋研究任務(wù)實施與海洋環(huán)境保護(hù)技術(shù)密切相關(guān)，需要海洋環(huán)境觀測和信息系統(tǒng)、海洋生態(tài)環(huán)境技術(shù)、海洋氣候變化與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)等體系支撐，需研發(fā)和集成海洋化學(xué)和生物生態(tài)要素實時/智能監(jiān)測技術(shù)體系、海洋環(huán)境污染風(fēng)險評估技術(shù)及與污染物管控模式，建立和完善海洋健康指標(biāo)體系和評估技術(shù)、海洋生態(tài)系統(tǒng)演變數(shù)值模擬和生態(tài)海洋預(yù)警預(yù)測技術(shù)，建立和完善海洋食品安全、人類健康風(fēng)險評估技術(shù)和管控體系，系統(tǒng)化海洋環(huán)境污染防治技術(shù)、典型生境和生物資源修復(fù)技術(shù)、生態(tài)災(zāi)害防控及應(yīng)急處置技術(shù)，構(gòu)建防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)公共服務(wù)技術(shù)體系，保障海洋健康和近海海岸帶可持續(xù)發(fā)展。

⒌極地快速變化的機制、影響與適應(yīng)

關(guān)鍵科學(xué)問題：揭示極地冰蓋-海冰-海洋系統(tǒng)的形成與演變規(guī)律，明確極地系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)機理與反饋作用，實現(xiàn)極地海洋與大氣環(huán)境在小時、季節(jié)到年代際等多個時間尺度的預(yù)測，明確極地物理系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境資源與人類活動的耦合機制和效應(yīng)。建立完備的極地觀測-探測技術(shù)與裝備體系，支撐極地基礎(chǔ)科學(xué)研究及極地開發(fā)與治理。

關(guān)鍵核心技術(shù)：研發(fā)大洋鉆探技術(shù)，水、冰定年技術(shù)，研發(fā)極地環(huán)境長期觀測網(wǎng)建設(shè)所需核心技術(shù)，包括極地海洋、大氣、冰蓋、地球物理和生態(tài)環(huán)境綜合觀測探測技術(shù)、裝備和系統(tǒng)的研制，研發(fā)適用于極地環(huán)境下的新材料與新能源，發(fā)展極地環(huán)境下無人觀測臺站技術(shù)，發(fā)展極地航運與資源勘探裝備技術(shù)，研發(fā)極地天基遙感科學(xué)實驗衛(wèi)星星座并提高地面處理應(yīng)用能力，建立我國對兩極的全天時、全天候觀測和數(shù)據(jù)通信能力。

當(dāng)前，我國海洋科學(xué)發(fā)展正面臨的重要機遇。融合多觀測平臺組建的大的區(qū)域海洋觀測系統(tǒng)——“兩洋一海"立體觀測網(wǎng)、“蛟龍"“深海勇士"“奮斗者"載人深潛器、“雪龍2號"極地破冰船以及新一代超級計算機等相繼建成使用，譜系化水下無人觀測與探測技術(shù)與裝備取得一系列突破，使我國具備了沖擊國際海洋研究前沿的硬件實力。自“十五"以來，國家各部委陸續(xù)啟動了一批重大科學(xué)計劃，正在實施的國家自然科學(xué)基金委深海大洋重大研究計劃“西太平洋地球系統(tǒng)多圈層相互作用"為建立以海洋為紐帶的地球系統(tǒng)多圈層相互作用理論提出了新的科學(xué)設(shè)想和研究思路。

我們應(yīng)抓住當(dāng)前未來十年海洋科學(xué)可持續(xù)發(fā)展的黃金契機，瞄準(zhǔn)國際海洋研究領(lǐng)域的重大科學(xué)前沿，完善頂層設(shè)計和科學(xué)規(guī)劃，建立“頂層目標(biāo)牽引、重大任務(wù)帶動、基礎(chǔ)能力支撐"的新科研組織模式，圍繞重大基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵核心技術(shù)開展協(xié)同攻關(guān)；同時充分利用2029年將在中國青島舉辦世界海洋觀測大會(OceanObs'29)等國際平臺，加快推動國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程，聚集優(yōu)勢科技資源，力爭在深海地球系統(tǒng)及相關(guān)的生命科學(xué)等領(lǐng)域取得一系列“從0到1"的重大突破，實現(xiàn)我國海洋研究從跟跑、并跑到的歷史跨越，為應(yīng)對氣候變化、保障健康海洋、高效開發(fā)利用海洋資源、有效開拓深遠(yuǎn)海與極地戰(zhàn)略新空間提供重要科學(xué)支撐。