2022年度中国海洋与湖沼十大科技进展揭晓
近日，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推荐2022年度“中国海洋与湖沼十大科技进展”项目，本次共推荐50项。经学会理事投票，评议出2022年度“中国海洋与湖沼十大科技进展”，现将结果予以公布（排名不分先后）。
1、古气候演变低纬驱动的机制研究取得突破
古气候演变的米兰科维奇理论强调高纬地区，然而研究发现低纬海洋过程在气候演变中起关键作用，只是其过程和机制尚不清楚。利用地质记录和数值模拟，重建过去36万年以来印度洋-太平洋暖池区上层（0-200米）海洋热含量的变化，发现在岁差周期上暖池海洋热含量增大对应表层海水剩余氧同位素变重、中国石笋记录的大气降雨δ18O值变轻。从暖池区上层海洋热含量（而非表层海水温度）的角度探索水汽潜热传输，通过海陆之间的水同位素梯度来衡量水循环强度，第一次从能量学角度阐释了气候演变的低纬驱动，在国际上产生重要影响，受到国内外广泛关注和报道。厘清海面油膜的自然/人为来源比例对海洋可持续发展至关重要，但受限于油膜分布广泛、位置不定、过程短暂、形态多变等特性，全球尺度海面油膜分布特征不清晰，不同来源的贡献不确定性很大。研究分析了2014–2019年56万余景SAR影像，提出了半自动化海面油膜识别-提取-分类框架；首次建立了全球高分辨率油膜数据集；首次观测到21条与航线高度吻合的高密度油膜带；建立了迄今为止最全面、位置明晰的油膜持续固定排放源清单；发现人类活动是全球海面油膜最主要来源，揭示了过去20年人类活动对海洋石油污染的影响被严重低估。为海洋能源开发、污染治理、环境监管提供了先验知识与决策依据。研究成果于2022年发表在《Science》（亮点文章）上。主要完成人：刘永学、董雁伫、胡传民、Ian Macdonald、陆应诚
3、相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢原理技术
由于淡水资源紧缺，向大海要水是未来氢能发展的重要方向。但复杂的海水成分（约92 种化学元素）导致海水制氢面临诸多难题与挑战，先淡化后制氢工艺流程复杂且成本高昂。以物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。该技术彻底隔绝了海水离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢。未来有望与海上可再生能源相结合，构建无淡化、无额外催化剂工程、无海水输运、无污染处理的海水原位直接电解制氢工厂。此外，探索了多元化水资源（如废水、盐湖等）直接原位制氢，为资源富集浓缩与能源生产提供多效利用新思路。
4、全球尺度湖泊范围与藻华强度时空动态研究
湖泊是最重要的地表淡水资源，湖泊水体范围变化、藻华暴发及其生态效应是地学研究的热点问题。利用近四十年数百万张遥感图像，针对湖泊水体范围与藻华强度的时空动态变化开展研究，取得了若干突破性进展：创新性地提出了基于水体绿度的藻华遥感全自动提取算法，对全球24,8243个淡水湖泊进行藻华提取，完成了全球尺度湖泊藻华的第一次系统调查；提出了基于深度学习和水体历史淹没频率的湖泊范围提取方法，构建了一套全球湖泊数据集GLAKES，涵盖了340万个最大范围≥0.03 km2的湖泊，首次追溯了近40年全球尺度湖泊面积变化，明确了人类活动对于全球湖泊扩张的主导作用以及小湖在湖泊面积以及碳排放的长期变化中的重要贡献。研究成果于2022年发表在《Nature Geoscience》和《Nature Communications》上。
5、人工智能技术在海洋学研究和气候模式发展方面取得突破性进展
随着海洋观测技术的提高，高时空分辨率的海洋原位和遥感数据呈爆发式增长，如何从海量数据中高效获取有效信息成为海洋学研究面临的新挑战。全面总结了运用人工智能技术开展海洋学研究的最新进展，阐明了人工智能技术为海洋科学的快速发展做出贡献的巨大潜力。同时，最新的海气耦合模式结果与观测间仍存在较大的系统性差异，而海洋垂向混合参数化方案是一个公认的重要误差来源。设计了国际首个物理约束下基于深度学习的海洋垂向混合参数化方案，成功应用到海气耦合模式中，显著提升了热带太平洋海温模拟性能。研究成果于2022年出版领域内国际首部专著《Artificial Intelligence Oceanography》，在《National Science Review》发表。
6、海洋微生物独特的代谢过程与环境适应的分子机制
研究海洋微生物代谢过程与分子机制，对于更好的认识和利用海洋微生物资源具有重要意义。揭示了海洋弧菌胶原酶识别和降解胶原蛋白的分子机制，为设计新型抗弧菌感染药物提供依据；发现了海洋细菌中几丁质氧化降解利用新通路，表明氧化降解途径在海洋几丁质循环中发挥重要作用；首次系统阐明海洋细菌合成有机硫二甲基巯基丙酸内盐关键步骤的分子机制；揭示了蓝细菌固定二氧化碳羧酶体中二磷酸核酮糖羧化酶的结构和组装机制；揭示了蓝细菌光合膜的天然超分子结构及极端环境适应机制；揭示了光合紫细菌光合复合物超分子结构的多样性、模块化组装的精细过程以及发挥光合作用功能的分子机理。研究成果于2022年发表在《Nature Communications》（5篇）、《Plant Physiology》和《Environ Microbiol》上。主要完成人：张玉忠、刘鲁宁,陈秀兰，李春阳，李平一
7、“南海立体观测网”的构建与信息保障应用取得重要突破
南海是我国建设海洋强国的核心战略海域，实现其复杂海洋环境立体组网观测与信息保障应用意义重大。该成果以40套自主研发的实时与自容深海潜标为主体，有机整合我国海洋系列天基遥感卫星，以及国产长航程水下滑翔机等多样化观测装备，构建了国际上规模最大、海地空天一体化的区域海洋观测系统—“南海立体观测网”，实现了南海复杂多变的海洋环境全天候、全海域长期连续实时观测；为南海重大演训任务水下环境安全保障及亚洲第一深水导管架平台“海基一号”安装施工的海洋环境信息保障做出重要贡献。2022年4月，习近平总书记视察中国海洋大学三亚海洋研究院，听取了关于上述工作的汇报，相关情况得到新华社、新闻联播等中央媒体集中报道。
8、首次发现贝类分泌内源性红霉素构筑免疫屏障
无脊椎动物，尤其是生活在充满微生物的浅海滩涂等栖息地的物种，在没有特异性免疫系统的状况下，如何应对病原体密集的环境正常生存以及是否存在已知先天免疫系统以外的防御机制，是该领域的前沿科学问题。首次发现并证实埋栖贝类文蛤能在体内特定粘液细胞中合成、储存、分泌内源性的红霉素，给出了这一问题的新答案，即化学防御结合粘液屏障是埋栖贝类适应环境与抵御微生物侵染的重要策略。该发现打破了只有放线菌能合成红霉素的已有认知，为理解无脊椎动物的环境适应和免疫防御机制提供了新视角，是该领域的标志性创新成果，受到国内外媒体高度关注。研究成果于2022年发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（PNAS）上，《Science》和《Chemistry World》对此进行了专题报道。
9、海洋微生物来源抗肿瘤产物弗洛他汀生物合成机制
海洋微生物是药物发现的重要资源，如南海来源微生物N160能产生具有良好抗肿瘤活性的弗洛他汀（Fluostatin, FST）。系统揭示了弗洛他汀的生物合成机制，发现FSTs生物合成途径中隐藏着黄素（Flavin）介导的环氧基团开环反应，揭示了黄素可以还原和氧化两种方式介导FSTs中环氧开环的反应机理；FSTs中氧杂蒽酮环是常见的药效基团，揭示了黄素蛋白FlsO1通过三步级联氧化反应成环的酶反应机理，阐明了海洋细菌中存在着显著不同于真菌和植物来源氧杂蒽酮环的生物合成机制。研究丰富了黄素化学，拓展了海洋微生物黄素蛋白功能的研究视野，可为海洋微生物代谢产物的多样化提供新工具酶和合成生物学技术手段。研究成果于2022年发表在《Nature Communications》（2篇）上。主要完成人：张长生、杨春芳、张文军、张丽萍、Bidhan Chandra De
10、海洋真光层碳、氮耦合代谢的复合气候效应
海洋是大气温室气体的重要调节器，可吸收约30%的人为源二氧化碳（CO2），但同步释放了全球近25%的氧化亚氮（N2O）。长期以来，关于海洋CO2和N2O的研究分别聚焦于各自通量与调控过程，对于二者的内在关联及净气候效应缺乏研究。针对这一科学问题，6年来对南海北部N2O分布特征、海气通量的时空变异特点进行了系统地定量观测，发现其显著的季节变异特点，揭示其主要调控机理；并证实了真光层活跃的N2O产生嵌套在有机质再生过程内，受控于有机质储量和初级生产，该N2O释放支撑近一半的海气通量，显著抵消了生物泵运转有机碳输出的气候效应，为深入理解与评估生物泵的气候调节能力提供全新的视角。研究成果于2022年发表在《Nature Geoscience》和《Global Biogeochemical Cycles》上。
