2023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2023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、全球变暖将导致多年拉尼娜事件频发
全球变暖情景下类似2020-2022年的多年持续型拉尼娜事件如何变化，是气候变化研究领域持续关注的重大前沿科学问题之一。基于CMIP6多模式多场景试验数据，首次发现全球变暖将导致多年拉尼娜的发生频率显著增加。全球变暖后，副热带东北太平洋增温较快，热带外大气扰动更容易在该区域诱发位置更偏北的经向模态响应。结合赤道东太平洋增暖引发更强的热带外大气扰动，造成第一年拉尼娜赤道外的东风异常位置更加偏北，向赤道的“充电”过程进一步减弱，有利于拉尼娜的冷海温异常持续。该发现推进了对ENSO的多样性特别是未来变化的认知，对明晰全球变暖背景下热带外-热带相互作用的过程和机理有重要意义。
2、首次揭示了全球海岸带浮游植物藻华的增加趋势
浮游植物藻华引发的海洋生态环境问题严重威胁沿海地区可持续发展。传统的原位观测手段时空覆盖能力低，难以从全球尺度上量化解析其变化过程。该研究利用76万景卫星遥感观测数据，实现了全球沿岸海域藻华的逐日遥感动态监测。研究发现，2003-2020年间，全球82%以上沿海国家的沿岸海域发生过藻华；藻华发生的面积、频率在18年间分别增加了13.2%、59.2%。其中，南半球及北半球中、高纬度沿岸海域的藻华频率总体呈增加趋势，而北半球低纬度等沿岸海域的藻华则有所减弱。研究揭示了全球沿岸海域藻华发生频率与气候变化下海温和海流的变动、渔业养殖及农业化肥施用等因素的显著时空关联。研究成果于2023年发表在《Nature》（封面文章）上。
3、全球海洋生物碳泵估算研究取得突破
海洋生物泵是海洋碳汇过程的重要组成部分，但对海洋生物碳泵的准确估量是目前气候科学及地球科学研究所面临的重大挑战。自主研发了耦合碳、磷和氧元素循环的生物地球化学逆向反演模式，建立了生物碳泵和营养盐等参数（包括溶解无机磷、溶解无机碳、总碱度、氧气和溶解有机碳）的反演关系。对全球海洋生物碳泵分布格局做出可靠评估，揭示了平流和扩散对有机碳输出的重要影响，调和了总碳输出和深层海洋呼吸作用的碳需求之间的矛盾，首次提出海洋生物碳泵的时间域分布，论证了有机碳通量主要由停留时间较短的部分主导，表明大部分有机物生产在海洋中快速循环，为海洋碳循环的研究和发展奠定了科学基础。主要完成人：王为磊、François Primean、符伟伟、汤锦铭
4、贵阳生物群揭示现代类型海洋生态系统的崛起
当今的海洋以软体动物、甲壳类、鱼类等移动型动物为主，被称为现代演化动物群。现代类型海洋生态系统起源时间和早期面貌尚不清楚。在贵阳大冶组地层中发现了早三叠世特异埋藏化石库贵阳生物群。高精度铀铅测年结果表明，贵阳生物群的年龄为250.83 +0.07/–0.06 百万年，距二叠纪-三叠纪生物大灭绝仅1.08±0.08百万年，是迄今发现的最古老的中生代特异埋藏生物群。贵阳生物群至少包括12纲19目，包括种类繁多的鱼类和软甲亚类，显示出营养等级复杂的海洋生态系统。该研究揭示了最早现代类型海洋生态系统的组成和结构，研究成果被英国皇家学会院士Mike Benton评价“这一新发现非比寻常”。研究成果于2023年发表在《Science》（封面推荐、亮点文章）上，入选ESI高被引论文。
5、气候变化下的区域和全球水循环的演变特征和归因
水资源对于维持国民生计和保障社会经济发展至关重要。近年来全球水资源的可用性发生了重大变化，成为备受关注和争议的焦点。为了解决这一难题，整合了卫星遥感和大流域观测数据，系统研究了过去20年全球陆地水资源的年变化趋势，发现其下降明显，由南半球主导，主要受制于气候模态变化控制，特别是厄尔尼诺-南方涛动引起的降水变化是主控因素，植被变化和人类活动次之。研究还发现IPCC报告采用的地球系统模型高估了全球径流，未来水资源干旱可能会加剧。相关成果深化了对于全球水循环和地球系统模型的认知，有助于提高对未来水资源的预估和决策能力。研究成果于2023年发表在《Science》和《Nature Water》上，入选《Science》头条新闻。
6、发现海洋光合作用关键捕光色素的合成酶
叶绿素是光合作用光能捕捉与化学能转化所需的关键分子。与陆地植物的常见捕光叶绿素a和b不同，海洋“主力”真核藻类采用叶绿素a和c的组合来拓展捕光能力，其中仅硅藻类群即贡献了地球每年原初生产力的20%。叶绿素c发现于1864年，然而其关键合成酶一直未被解析。该研究整合遗传学和多组学技术工具，在模式海洋硅藻（三角褐指藻）中发现并解析了叶绿素c合成酶基因CHLC的功能与演化机制；发现了硅藻等在水下捕获绿光所需的高营养价值类胡萝卜素——岩藻黄素的合成酶编码基因CRTISO5。研究成果于2023年发表在《Science》和《Plant Cell》上，授权相关发明专利1项。
7、迄今最大动物基因组揭示极地环境适应与群体演化机制
南极磷虾是地球上多细胞生物中资源量最大的物种之一，被誉为“海上金矿”。南极磷虾基因组信息资源的匮乏限制了对其基础生物学和种群历史演化的认知。研究突破了超大且高重复基因组组装的技术瓶颈，绘制了迄今为止最大的动物基因组图谱（48GB）；首次揭示了南极磷虾具备完整生物节律等极昼极夜适应的分子机制；证实了环南极大陆不同群体间具有遗传连通性，解决了长久以来关于南极磷虾地理种群异质性的争议；阐明了南极磷虾资源量形成与积聚的历史演变规律，回答了地球上资源量最大的物种形成原因。研究成果为海洋生物极端环境适应机制、群体演化的深入解析和南极磷虾渔业资源管理提供了新的理论参考。研究成果于2023年发表在《Cell》（封面文章）上。
8、气候变暖下中国近海物理-化学-生物协同演变规律
中国近海包括渤海、黄海、东海和南海，研究气候变暖之下中国近海长期演变规律有助于实现区域可持续发展。该研究从多学科角度系统阐述了过去几十年间中国近海的变化规律，通过集成分析多种观测、代用指标和数值模拟资料，厘定了增暖、海洋热浪、富营养化、缺氧酸化、海洋生物物种更迭和群落结构变化等现象在各个海域的程度，并阐明其成因和相互联系，在国际上首次指明了海洋物理-化学-生物过程的协同演变在中国近海长期变化中的关键作用，呼吁进一步加强中国近海多学科交叉研究，关注近岸和次表层增暖、陆架环流和海气通量、多因子联合作用、生物多样性预测等研究热点，并倡导广泛应用人工智能手段。研究成果于2023年发表在《Nature Review Earth & Environment》上。
9、海洋微生物的生命特征及其驱动元素循环的过程与机制
海洋微生物的生命特征与环境生态效应是当今研究的热点和前沿。该研究取得系列重要进展：①发现了有机硫二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）氧化代谢途径中的关键酶；发现并揭示了海洋细菌新型DMSP转运系统及DMSP的浓缩机制；首次发现海洋细菌在有氧条件下将硫化氢固定为二甲基硫的机制与解毒效应。②发现海洋微生物代谢D型谷氨酸的新途径、新机制；揭示了原绿球藻识别吸收尿素的机制。③解析了对虾白斑综合征病毒的结构，揭示了其侵染宿主释放DNA的机制与结构基础；首次在细菌细胞壁中观察到Lpp蛋白，揭示了其在细菌分裂中的重要作用。④解析了隐藻光合作用光系统I及其捕光复合物I高分辨率结构，揭示了光系统I从红藻到隐藻、硅藻的进化机制。研究成果于2023年发表在《Nature Microbiology》、《Science Advances》(2篇)、《The ISME Journal》(3篇)、《The Plant Cell》和《Journal of Biological Chemistry》上。
10、洋底高原形成机制研究取得新进展
洋底高原是海底大范围地形隆起区，是大规模岩浆活动的产物，对地球板块构造运动、气候演变和生物灭绝等事件具有重要影响，但其形成机制存在争议。该研究以西北太平洋的沙茨基海隆为例，综合分析了地球物理与地球化学数据，建立地球动力学与地球化学耦合模型，揭示了该海隆形成时地幔的热化学状态，发现地幔柱与洋中脊相互作用是洋底高原形成的主控机制。结合沙茨基海隆形成过程，提出地幔柱与洋中脊相互作用“两步曲”时空演化模式，即在地幔柱头与地幔柱尾阶段，地幔柱与洋中脊相互作用会呈现不同的地球物理与地球化学特征。研究成果解决了大火成岩省地球动力学领域长期存在的争议问题，得到国际同行高度评价。研究成果于2023年发表在《Nature Geoscience》上。主要完成人：张旭博、Eric Brown、张锦昌、林间、鲍习源
