2024年度中国海洋与湖沼十大科技进展揭晓
近期，中国海洋湖沼学会组织学会分支机构、学会理事，以及海洋与湖沼领域相关单位共同推荐2024年度“中国海洋与湖沼十大科技进展”。经学会理事投票遴选，现将结果予以公布（排名不分先后）。
1、超慢速北极加克洋中脊超强变化的岩浆增生
洋中脊是占地表约2/3面积的海洋地壳的诞生地。根据板块构造学说的经典地幔被动上涌理论，洋中脊的岩浆量随扩张速率的降低而减小。在世界上扩张速率最慢的北极加克洋中脊，学术界一直认为其地壳厚度接近为零，即教科书上的地球壳幔结构在此并不存在。该研究利用国际上首次的冰下海底地震阵列实验数据，在加克洋中脊发现了局部极厚、超强时空变化的海洋地壳。结合数值模拟提出，主动上涌控制了超慢速洋中脊的增生，全球洋中脊受到主动和被动地幔上涌双机制的控制。成果颠覆了学术界半个多世纪以来一直认为的超慢速扩张洋中脊岩浆供给极度贫瘠的观点。受到央视新闻、新华网和科技日报等媒体的广泛报道。主要完成人：李家彪、张涛、丁巍伟、牛雄伟、方银霞等
2、全球海洋微生物基因组数据库及其基因资源勘探
近年来，海洋微生物基因组数据呈现爆炸性增长趋势，但也面临数据分散、标准化程度低等问题。该研究构建了迄今最大、最全面的全球海洋微生物基因组数据库，为研究海洋微生物的系统演化、环境适应机制、生态学效应，以及开发相关生物技术提供了新机遇。通过建立深度学习算法与实验验证相结合的高效基因资源开发体系，成功发掘出一系列新型基因编辑工具和抗菌肽，以及首个深海源高效PET塑料降解酶。研究成果发表后，引发了国内外广泛关注，数据库下载量已超过40万次。该研究为海洋微生物基因资源勘探提供了关键数据源和应用示范，将有力推动生物医药、生物技术、绿色循环经济等领域的发展。
研究成果于2024年发表在《Nature》上，授权发明专利6项。
3、海洋次表层热浪与冷浪的关键驱动机制
海洋次表层是地球上最大的生物栖息地与迁徙地之一，拥有许多重要的海洋生物种群，热浪与冷浪会严重破坏这些生物的生境，造成生态系统和社会经济的灾难性后果，但长期连续观测数据的匮乏限制了对其特征与机制的认知。该研究提出了适用于时空离散剖面数据的分析方法，整合了长期潜标观测资料、历史温度剖面数据与卫星遥感涡旋信息，发现绝大多数次表层（100-1000米）热浪与冷浪的发生与表层事件无关，首次从全球尺度上揭示了涡旋是驱动海洋次表层事件的关键机制，发现并阐释了全球变暖影响下涡旋对次表层极端温度增强的放大作用。该研究为海洋次表层热浪与冷浪的探测、评估与预测提供了全新的路径。主要完成人：詹海刚、何庆友、詹伟康、龚延昆、蔡树群
4、首次揭示地球生命过程对气候变化的双向调节机制
全球气候变化影响地球生命发展，但调控机制尚不清楚。通过学科交叉、古今结合，发现了地球生命与气候变化的互馈机制：（1）揭示了微型生物碳泵MCP驱动的惰性有机碳库既可在全球变暖中积累碳汇降温，亦可在冰期结束时碳源释放促暖，缓冲了对地球生命系统的冲击；（2）阐明了海洋溶解氧和酶活性主控的有机碳和无机碳迁移转化，导致雪球地球δ13C呈两阶段变化；（3）发现了铁结合有机碳在沉积物中累积循环，为微生物提供能量且调控碳收支；（4）解析了潮间带沉积物溶解有机碳多样性与微生物群落的调控机制。成果不仅为应对气候变化提供了理论引领，还为全球碳中和贡献了海洋方案。研究成果于2024年发表在《Nature Reviews Microbiology》、《Nature Communications》（2篇）和《The Innovation Geoscience》上。主要完成人：焦念志、王风平、屠奇超、骆庭伟、刘纪化
5、气候变暖下三大洋温盐长期变化差异
气候变暖背景下海洋呈现出复杂的温盐变化，对生态环境和生物多样性产生深刻影响。基于海洋观测数据，研究揭示了过去60年三大洋温盐变化的鲜明差异：大西洋的总体增暖速率是印-太海洋的三倍，其盐度总体上升；太平洋和印度洋增暖较慢，盐度普遍下降。长期变化显著影响了各大洋之间的联系：热带太平洋与东南印度洋的年代际变率加强，联系更加紧密。除了大气驱动外，海洋环流和水团的变异对塑造三大洋温盐长期变化及其影响也具有重要作用。研究还指明了气候模式模拟上述变化中存在普遍的偏差。这些研究有助于理解气候变暖下出现的新现象和新过程，对提高未来的气候预测水平具有参考价值。研究成果于2024年发表在《Nature Climate Change》、《Nature Communications》和《Journal of Climate》上。
6、湖泊热力过程对气候变暖和极端高温的响应机制
围绕“湖泊热力过程对气候变暖和极端高温的响应机制”这一湖沼学前沿热点问题，研发了耦合卫星遥感的湖泊热力学过程数值模拟方法，揭示了全球湖泊增温、湖泊热浪和湖泊寒潮多时空尺度变化规律，量化了短期极端高温对湖泊长期变暖的影响；发现过去40年全球湖泊普遍变暖，湖泊热浪形成和消散更快、持续时间延长、强度增加；极端高温事件贡献了24%的变暖趋势，是湖泊热浪持续时间和累积强度增加主要驱动力。研究成果对于深入理解气候变化对湖泊生态系统的影响，构建极端高温事件风险评估和预警系统，建立新的湖泊适应机制和应对策略具有重要科学价值和现实意义。研究成果于2024年发表在《Nature Climate Change》、《Nature Communications》、《Science Bulletin》和《Geophysical Research Letters》等上。
7、全球变暖下印度洋偶极子的多样性变化及其对全球气候的影响
印度洋偶极子（IOD）在全球变暖背景下的变化及其对全球气候的影响，是海洋与气候变化领域的重大前沿科学问题之一。该研究系统阐述了全球变暖下IOD的时空变化特征并评估了气侯模型的模拟偏差，以及IOD与厄尔尼诺—南方涛动和亚洲夏季风的关系、对全球气候的影响等。在高排放情景下，IOD对全球增暖的长期响应是非线性的，即在21世纪IOD的东极子变率增加、西极子变率减小，而21世纪后两极子变率均减小。研究进一步揭示了IOD西极子对南极春季海冰和澳洲春季山火天气的主导作用，并指出上述影响会随全球变暖而减弱。该成果对全面认识未来IOD多样性变化及其对全球气候的影响具有重要意义。研究成果于2024年发表在《Nature Review Earth & Environment》、《Nature Communications》（2篇）和《Environmental Research Letters》上。
8、海洋生物光合作用机制、进化及结构基础
海洋生物光合作用机制与进化是海洋生物学研究热点和前沿。该研究取得系列重要进展：（1）解析了隐藻门藻类光系统II的结构与光能吸收传递机制，揭示了红藻进化支系中捕光复合物II的起源及进化机制；（2）解析了定鞭藻门藻类光系统I的结构、能量传递及进化机制；（3）揭示了珊瑚共生甲藻门藻类光系统I的结构及其适应共生的结构基础，《Nature Communications》同期进行评述；（4）解析了光合细菌紫细菌光合作用光系统RC-LH1的结构，揭示了不同紫细菌光能捕获与醌传递的平衡策略与机制；（5）体外组装了光合作用浓缩与固定CO₂的类细胞器羧酶体，揭示了羧酶体的组装机制。研究成果于2024年发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》、《Nature Communications》(2篇)、《Science Advances》(2篇)和《Plant Physiology》等上。
9、揭示极端热浪下全球海洋的“缺氧”危机
全球海洋溶解氧的变化直接影响到海洋生态系统的健康与稳定，但是极端热浪对溶解氧的影响却长期未被充分理解。该研究通过对130万条浮标剖面数据的深入分析，首次从观测发现海洋热浪会促进极端低氧事件的形成，并使用先进的地球系统模式进一步验证了二者的密切耦合关系。研究表明极端热浪不仅引起海水温度升高，还会进一步加剧海洋脱氧信号，形成正常气候变化背景下数十年都不会产生的极端低氧环境。这种协同作用在过去半个世纪中显著增强，对海洋生物多样性和可持续发展构成严重威胁。研究揭示了极端热浪如何加剧海洋缺氧危机，为制定有效的海洋保护政策提供了必要的科学依据。研究成果于2024年发表在《Nature Communications》上，入选编辑亮点推荐论文。
10、国产水下滑翔机超长续航科学应用取得突破性进展
海洋装备是建设海洋强国的基础。水下滑翔机是实现海洋观测与探测技术变革的新质装备，国外对此严格禁售禁运且技术封锁。该成果提出基于数模融合的 水下滑翔机快速响应智能设计优化方法，突破轻量化结构设计与功能材料匹配、高能机载能源与智能管理等关键技术，研制成功国内首台航程超过 7500 公里的超长航程水下滑翔机。2024年完成超过330天、7600公里的科学应用，打破水下滑翔机航时和航程双项世界纪录，连续获取了“银杏”等5个台风过境期间的温盐响应数据，并开展了连续 157 天的西太平洋中尺度涡观测应用，为海洋科学研究提供了超长续航新质装备支撑。研究成果于2024年发表在《Science Bulletin》、《Advanced Engineering Informatics》和《International Journal of Mechanical Science》上，入选 ESI 高被引论文 2 篇 和热点论文 1 篇。
