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⒈變化中的海洋

海洋一直處于變化之中，在很多情況下海洋的變化速度超出我們對海洋的認(rèn)知速度，很多海洋現(xiàn)象的發(fā)生對于我們來說是“措手不及”的，對于為什么會發(fā)生、何時會發(fā)生、程度會多大、突發(fā)性還是趨勢性等這樣的基本問題在很多時候難以回答。海洋的這些變化有些我們是能夠感受得到的，如魚類種類和數(shù)量的劇烈年際變化、赤潮生物的種類與數(shù)量的年際變化、浮游動物和底棲生物的數(shù)量波動等。有很多變化我們是感受不到的，但是一旦發(fā)現(xiàn)就已經(jīng)很晚了，例如海洋溫度和鹽度的變化、溫躍層的改變、海水中營養(yǎng)鹽要素的變動、海洋基礎(chǔ)生產(chǎn)力的變動、海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變化等。

以澳大利亞大堡礁為代表的珊瑚礁的白化、死亡與破壞情況非常嚴(yán)重，珊瑚礁中長棘海星的暴發(fā)對珊瑚礁造成致命的影響，但是為什么長棘海星會暴發(fā)卻是一個未知之謎；2006年前后我國近海海盤車的暴發(fā)對近海養(yǎng)殖業(yè)造成很大影響，對于暴發(fā)的原因尚不清楚；2007之后江蘇和山東沿海滸苔連年暴發(fā)，在其暴發(fā)機(jī)理、滸苔生物學(xué)與生態(tài)學(xué)特性上仍存在許多懸而未決的問題；海洋中水母的暴發(fā)、赤潮的暴發(fā)以及在一些區(qū)域出現(xiàn)的棕囊藻的暴發(fā)等一直困擾著企業(yè)和管理部門。海洋中發(fā)生的很多事情是未知的，例如海洋中有多少種生物？它們分布在哪里？數(shù)量有多少？有些海洋生物，在我們認(rèn)識它們之前就已經(jīng)消失了，在一些海洋生物物種消失的同時，另一些新的物種也在產(chǎn)生。我們對海洋的了解在很大程度上依賴于我們對海洋的觀測與研究，很多海洋事件的發(fā)生，如果不是影響到近岸、影響到我們的生活，可能不會引起關(guān)注。一個不變的事實(shí)是，海洋一直處于變化之中，而且有時變化非常劇烈，這些變化會對整個海洋系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而影響到我們?nèi)祟惢蛘叩厍蛏洗蟛糠謩游锖椭参锷嫠蕾嚨暮Ｑ蟓h(huán)境。海洋是地球上所有生物的生命保障系統(tǒng)，海洋環(huán)境的改變會影響到整個地球生命保障系統(tǒng)。

對于導(dǎo)致海洋變化的原因，我們不能夠?qū)⑵浜唵蔚貧w結(jié)為“全球氣候變化和人類活動”幾個字，如何了解海洋的變化、理解導(dǎo)致海洋變化的原因并找到應(yīng)對措施，這是海洋研究的核心問題，同時也是海洋科技工作者所不能回避的問題，因?yàn)檫@些問題直接影響到海洋領(lǐng)域應(yīng)該研究什么、如何進(jìn)行研究。

⒉神秘的海洋

據(jù)估測，迄今人類對海洋探測和了解的范圍僅僅是5%左右，也就是說有 95%的區(qū)域我們是不了解的，主要是深海。我們對很多海洋現(xiàn)象的了解也非常膚淺，例如海洋物質(zhì)能量的傳遞與氣候變化；生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變動之間的關(guān)系；海洋中熱量的丟失；海水中溶解氧的變化；海洋酸化；海洋生物多樣性的變動；海洋中大型魚類的消失——數(shù)據(jù)顯示全球海洋中 90%的大型魚類已經(jīng)消失；海洋中膠質(zhì)類生物，例如水母和被囊類等的增多；海洋地質(zhì)過程、深海極端環(huán)境與生命、深層海底中的微生物等很多問題都有待于我們進(jìn)行深入探索與研究，而這些問題與人類的生存與發(fā)展關(guān)系密切。

⒈近海研究

我國近海存在很多問題，近海環(huán)境安全面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)，赤潮發(fā)生的頻率和范圍有增無減，已經(jīng)成為一種常態(tài)化的現(xiàn)象；自2007年開始，滸苔在黃海連年暴發(fā)，海洋中水母的數(shù)量急劇增多，對漁業(yè)資源和沿岸工業(yè)設(shè)施以及旅游業(yè)造成影響；一些海洋生物的暴發(fā)對核電設(shè)施安全造成嚴(yán)重威脅；漁業(yè)資源處于崩潰的邊緣。近海資源與環(huán)境直接影響到藍(lán)色經(jīng)濟(jì)發(fā)展和沿海社會穩(wěn)定問題。近海所發(fā)生的問題是海洋研究領(lǐng)域所不能忽視和回避的問題。海岸帶和近海低氧可能會對水產(chǎn)養(yǎng)殖造成毀滅性的打擊；近海水體中氮的增加所帶來的生態(tài)問題不亞于海洋酸化所帶來的問題。我們對海洋生態(tài)系統(tǒng)承載力的研究遠(yuǎn)不能滿足海洋資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求。僅僅在近海開展工作可能不足以解析現(xiàn)在海洋中所出現(xiàn)的問題，需要進(jìn)行鄰近大洋與近海的協(xié)同研究，這方面的關(guān)鍵問題是黑潮的變動對中國近海的影響——二者是一種什么樣的關(guān)系，黑潮的年際變異能夠產(chǎn)生多大的影響，特別應(yīng)該加強(qiáng)黑潮對中國近海輸入通量方面的研究；我國長江口和蘇北淺灘是黃海東海生態(tài)災(zāi)害的發(fā)源地，但這兩個地方的海洋環(huán)境非常復(fù)雜，既受到陸源物質(zhì)排放的影響，也受到鄰近大洋變化的影響，長期觀測數(shù)據(jù)，特別是連續(xù)觀測和海洋立體綜合觀測數(shù)據(jù)的缺乏使我們對這個區(qū)域發(fā)生的很多生態(tài)問題難以理解。鄰近大洋對中國近海的影響以及近海本身的變化相結(jié)合才是解開中國近海生態(tài)系統(tǒng)演變的關(guān)鍵。海洋立體觀測網(wǎng)建設(shè)、近海生態(tài)環(huán)境綜合模擬系統(tǒng)的建立、生態(tài)系統(tǒng)承載力綜合評估模式的發(fā)展和漁業(yè)資源綜合評估模式的建立是近海資源與環(huán)境研究的核心問題。近海研究涉及到海洋研究評估體系的問題，因?yàn)榻Ｑ芯客菂^(qū)域性的問題，加上問題的復(fù)雜性，所以近海研究在國際高端雜志發(fā)表論文相對困難，這也是很多人回避或不愿意進(jìn)行近海研究的一個重要原因。因此，近海研究不能僅僅以論文論英雄，重點(diǎn)還在于是否能夠解決實(shí)際問題。從另一個方面來說，我國近海所出現(xiàn)的問題在很大程度上是管理上的問題，陸源物質(zhì)排放、過度捕撈、海岸帶環(huán)境改變等是導(dǎo)致近海資源環(huán)境問題的重要因素。近海問題的解決在很大程度上依賴于基于生態(tài)系統(tǒng)的綜合管理體系的建立。

⒉深海研究

海洋領(lǐng)域很多關(guān)鍵問題都與神秘的深海關(guān)系密切。海洋與氣候的問題。海洋中微弱的熱量變化就會導(dǎo)致全球氣候的劇烈變化，但是對于全球海洋熱量的傳遞和平衡問題我們卻知之甚少，其中一個關(guān)鍵問題就是目前我們只對表層海洋的熱量變化有所了解，而對深層海洋的了解非常少，缺少觀測數(shù)據(jù)，對于熱量的傳遞速率和不同深度海水溫度的變動速率缺乏了解，而這些問題直接影響到我們對海洋與氣候相互關(guān)系的了解，這些問題不解決也就不可能從根本上解決全球氣候變化的問題。

海洋碳循環(huán)一直是人們關(guān)注的問題。海洋作為最大的碳庫，能夠吸收多少碳，以及海洋碳通量、碳的生物地球化學(xué)循環(huán)、海洋碳泵與全球氣候變化和海洋食物網(wǎng)變動之間的關(guān)系等，在這些方面我們對深層海洋中的情況缺乏了解，對深海知識的缺乏使我們難以從根本上對海洋碳循環(huán)問題有一個深入的了解。

海洋領(lǐng)域另一個受關(guān)注的問題是海洋酸化問題。海洋在吸收二氧化碳的同時，自身也發(fā)生了變化，海水pH值的改變就是一個非常重要的現(xiàn)象。我們需要了解海洋在多大深度上受到海洋酸化的影響，海水pH值的變化在多大程度上會對海洋生物產(chǎn)生影響。海洋的容量很大，從表層海水到深層海水，海洋酸化的梯度和速率變化是我們需要研究的重要方向。

海水中溶解氧的減少對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成很大的影響，而深層海水中的溶解氧來自表層海水。深海中溶解氧的數(shù)量變動、氧從表層海水向深層海水的傳遞及其與海洋環(huán)境變動的關(guān)系也是我們所不清楚的，而海水溶解氧的變動是海洋生態(tài)系統(tǒng)變動的最重要的驅(qū)動因子之一，與海洋生物多樣性、海洋生態(tài)系統(tǒng)變動和未來海洋預(yù)測等關(guān)系密切。

深層海洋中的生物多樣性、深海食物網(wǎng)的現(xiàn)狀、變動規(guī)律、與全球氣候變化和人類活動之間的關(guān)系，特別是與海底采礦和其他深?；顒又g的關(guān)系等是亟待解決的問題。對一些海底潛在礦區(qū)的生物本底調(diào)查是深海生物，特別是海底生物研究的一個重要驅(qū)動因素，這方面的研究對于未來海底礦物資源開發(fā)利用的環(huán)境評估是十分重要的。

在深海研究中，我們應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的深度也是一個非常重要的問題，對深海概念的不同會導(dǎo)致研究戰(zhàn)略的不同。目前大部分人還是主張將 200m水深作為深海的一個標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)?/span> 200m是海水補(bǔ)償深度，真光層的界限就是在200m，所以很多海洋調(diào)查和觀測的深度定為200 m。我們對200m水深以下的海洋資料相對很少，也就是說應(yīng)該加強(qiáng)對200m以深的區(qū)域的觀測。有很多人主張將深海的深度定在1000m，理由是1000m深度之后海水溫度相對穩(wěn)定，海水流動減弱，認(rèn)為超過1000m才是真正的深海。因?yàn)閺暮Ｑ笱芯康慕嵌?，在很多情況下我們需要對全水層進(jìn)行觀測，而且各個學(xué)科甚至針對不同的科學(xué)問題對海洋觀測深度的要求也是不一樣的。海洋研究中最大的挑戰(zhàn)在深海，深海中的很多問題屬于國際前沿問題。沒有對深海的了解，我們就不可能對海洋的問題有一個確切的了解。海洋中大部分未知的事情都發(fā)生在深海，很多戰(zhàn)略性資源也存在于深海，對深海的探索與研究更多地體現(xiàn)在未來戰(zhàn)略層面上，或者說是為我們子孫后代造福。深海研究涉及到一個國家疆域的拓展、戰(zhàn)略性資源的探索、海洋技術(shù)發(fā)展和地球科學(xué)的發(fā)展，是科學(xué)與技術(shù)有機(jī)結(jié)合、海洋多學(xué)科交叉研究和海洋多圈層研究的理想領(lǐng)域。深海研究也是一個國家科技水平和綜合國力的體現(xiàn)，所以未來海洋領(lǐng)域的競爭在很大程度上將體現(xiàn)在深海的探索與研究上。

⒊海洋裝備研發(fā)

海洋探索與研究在很大程度上依賴于海洋探測與研究裝備的研發(fā)。關(guān)鍵是研發(fā)滿足科學(xué)研究需求的、實(shí)用的裝備?？茖W(xué)考察船和深潛器等在海洋探索與研究中發(fā)揮了不可替代的作用，但是面對變化中的海洋，從對海洋感知和認(rèn)識的角度，僅僅依靠科學(xué)考察船進(jìn)行海洋觀測是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更多的是依賴長期自動觀測設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用，長距離遙控探測與采樣設(shè)備的研制將會大大推動對海洋極端環(huán)境與生命探索的步伐。目前的熱點(diǎn)和瓶頸問題是化學(xué)傳感器和生物傳感器的研發(fā)，帶有化學(xué)和生物傳感器的深海Argo、大洋滑翔器、AUV（自主式水下航行器）和智能化海底觀測網(wǎng)等是全球海洋觀測，特別是深海觀測的重點(diǎn)。

面對變幻莫測的海洋環(huán)境、神秘的海底世界和日益嚴(yán)重的海洋資源與環(huán)境問題，如何部署海洋研究力量，抓住海洋領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，作出有影響力的、突破性的成果，支撐國家海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)海洋環(huán)境安全、海洋防災(zāi)減災(zāi)、實(shí)現(xiàn)海洋資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、維持健康的海洋生態(tài)系統(tǒng)是我們必須要面對的問題。

⒈建設(shè)自動化、智能化、無人化的海洋綜合感知體系

人類不生活在海洋中，我們對海洋的感知和了解在很大程度上依賴于海洋觀測和探測技術(shù)的進(jìn)步和裝備的研發(fā)。海洋聲學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和聲學(xué)裝置的研發(fā)對海洋科學(xué)的促進(jìn)作用是技術(shù)推動海洋科學(xué)發(fā)展的一個典型案例。在人們見到或者談起海洋的時候，首先會想到或提出的一個問題是：“海洋有多深？”這個看起來非常普通的問題，其實(shí)困擾了人類很長時間，甚至到現(xiàn)在也沒有真正弄清楚或者精確測量出海洋的平均深度。因?yàn)楹Ｑ筇罅耍覀兒茈y對全球海洋的深度進(jìn)行非常精確的測量，但是這個問題又非常重要，船舶的航行、水下軍事環(huán)境、全球海水容積的計(jì)算等都需要知道海洋的深度。過去是用繩索測定海洋深度，隨著海洋深度的增加，人們發(fā)現(xiàn)這種方法很難奏效。因?yàn)檫@種方法會受到海洋中海流等各方面的影響，另外也無法對廣闊的海洋進(jìn)行大規(guī)模的測量。因此人們發(fā)明了利用聲學(xué)原理進(jìn)行海洋深度測定的裝置。當(dāng)一個球形裝置碰到海底時會發(fā)出聲音，我們可以通過測定聲音到達(dá)水面所需要的時間來測定海洋的深度。1925年，德國人哈勃在“流星”號考察船上安裝了一臺“回聲探測儀”，希望通過這臺新設(shè)備獲得更多、更詳盡的海洋資料。在使用回聲探測儀進(jìn)行測量后，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，在大西洋中部的某些海域，不是人們想象的深海，而是“淺海”，于是發(fā)現(xiàn)了“大西洋中脊”的存在?！傲餍恰碧柨偣矞y量了 7萬多個數(shù)據(jù)，這對后來的深海和大洋探測起到了重要的推動作用?，F(xiàn)在對海底進(jìn)行測繪的設(shè)備也基本都是利用聲學(xué)原理進(jìn)行工作的，從這個看起來相對簡單的技術(shù)問題中我們可以看出技術(shù)的進(jìn)步對海洋科學(xué)的發(fā)展有多么重要。

CTD（溫鹽深儀）的發(fā)明和應(yīng)用使我們對大范圍的物理海洋探測成為可能，從而對海洋中的很多動力學(xué)問題和物理現(xiàn)象有了全新的認(rèn)識。有人認(rèn)為沒有 CTD的發(fā)明就不可能有對大洋環(huán)流的認(rèn)識，也不可能從海盆尺度上開展海洋動力過程的研究，現(xiàn)在海洋觀測體系中基本都離不開 CTD；深潛器的發(fā)明使我們能夠探測深海，發(fā)現(xiàn)海底熱液生物群落，提高人們對深海極端環(huán)境和生命的認(rèn)識；衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用和水色衛(wèi)星的研制使我們從全球尺度對表層海洋進(jìn)行觀測和研究；海洋浮標(biāo)和潛標(biāo)的發(fā)明使我們能夠?qū)Ρ韺雍蜕顚雍Ｑ笥兴私猓?/span>Argo 浮標(biāo)的使用使我們能夠大范圍探測海洋的狀態(tài)。這些儀器設(shè)備的研發(fā)都是在海洋研究需求下推動發(fā)展起來的，科學(xué)與技術(shù)的有機(jī)結(jié)合才能真正發(fā)揮作用。

海洋觀測對于海洋研究來說無疑是十分重要的。在過去的幾十年中，海洋觀測受到全球的關(guān)注，在觀測方法、觀測范圍、觀測技術(shù)和觀測精度等方面都取得長足進(jìn)步，但是主要是物理環(huán)境的觀測，海洋化學(xué)環(huán)境和生物環(huán)境的觀測還非常落后，尤其是生物環(huán)境的觀測，能夠達(dá)到實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的探測器很少。因此我們目前對于變化中的全球海洋物理環(huán)境相對了解得多一些，因?yàn)楝F(xiàn)在的海洋長期觀測網(wǎng)大多是用于物理海洋環(huán)境觀測的，換句話說，只要有能力投入，海洋物理環(huán)境信息的獲取是沒有問題的?；瘜W(xué)傳感器和生物傳感器是建立海洋長期觀測網(wǎng)的瓶頸問題。現(xiàn)在的化學(xué)環(huán)境與生物環(huán)境數(shù)據(jù)大部分來自基于科學(xué)考察船的海洋調(diào)查。在瞬息萬變的海洋環(huán)境中，這種觀測方式很難滿足現(xiàn)代海洋科學(xué)發(fā)展的需求。人類對生命的探索永無止境。對于宇宙智慧生物的探索和對其他星球上生命的探索開啟了深空、宇宙探索的新紀(jì)元，對于海洋生命的探索也是如此。分子生物學(xué)、基因技術(shù)和圖像技術(shù)的應(yīng)用、海洋生物芯片的研制、新型傳感器技術(shù)與生物技術(shù)的結(jié)合、與海洋無人潛器的嫁接，海洋生命科學(xué)與信息科學(xué)的有機(jī)結(jié)合將使我們對海洋生命、神秘的海洋有更加深入的了解，而在這方面僅僅依靠載人潛水器和科學(xué)考察船是做不到的。

未來的海洋研究將進(jìn)入自動化、智能化、無人化時代。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能夠通過遠(yuǎn)程遙控技術(shù)完成對深海極端環(huán)境的探測、取樣與原位觀測，深海將不再神秘。智能化的海洋觀測網(wǎng)和自動化的海洋探測體系的建立、海洋模擬器+超級計(jì)算機(jī)等人工智能技術(shù)的結(jié)合將使我們對海洋關(guān)鍵過程、海洋環(huán)境變化和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變動有更好的了解，基于生態(tài)系統(tǒng)的海洋綜合管理將成為現(xiàn)實(shí)，海洋對于經(jīng)濟(jì)社會的支撐作用將進(jìn)一步顯現(xiàn)。

綜上所述，未來海洋科學(xué)發(fā)展的一個核心問題是對海洋的感知，而海洋信息系統(tǒng)的建立是我們感知、認(rèn)識、了解海洋、綜合管控海洋的基礎(chǔ)和保障。海洋信息系統(tǒng)的建立包括海洋信息的獲取、傳輸、處理和應(yīng)用等幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我們必須充分認(rèn)識到海洋環(huán)境和海水介質(zhì)的特殊性、復(fù)雜性和困難性。有些在陸地、大氣和空間探測和觀測中已經(jīng)解決的問題，在海洋觀測中卻成為瓶頸問題。新型海洋探測器的研制，特別是化學(xué)和生物探測器的研制，海洋信息的有效傳遞、處理和應(yīng)用將是未來海洋科技發(fā)展的前沿核心問題?？紤]到海洋考察的成本、風(fēng)險、效率和海洋的廣袤性，科學(xué)考察船在現(xiàn)代海洋研究中的地位和作用會逐漸減弱，而自動無人探測器、海洋遙感遙測技術(shù)和遙控采樣技術(shù)等將成為未來海洋科學(xué)發(fā)展的趨勢。

⒉從海洋系統(tǒng)角度開展海洋研究

海洋領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題很多，從資源、環(huán)境到對未知世界的探索，海洋生物資源可持續(xù)利用、海洋環(huán)境安全、海洋生態(tài)系統(tǒng)健康、海洋生物多樣性保護(hù)、海洋生物地球化學(xué)循環(huán)、深海極端環(huán)境與生命，每一方面都很重要，我們能否在同一個平臺上開展系統(tǒng)研究？中科院海洋先導(dǎo)專項(xiàng)“熱帶西太平洋物質(zhì)能量交換及其影響”在這方面進(jìn)行了一些探索。

圖 1 從海洋系統(tǒng)角度開展海洋研究

涉及到的問題：海洋能量與物質(zhì)的傳遞、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化；海洋環(huán)流對熱量和物質(zhì)的輸送作用；海氣相互作用；陸架邊緣海與鄰近大洋的相互作用；深海海洋與中、上層海洋之間的相互作用關(guān)系；深海極端環(huán)境與生命探索。

海洋科學(xué)具有大科學(xué)的特點(diǎn)，陸地上有的過程海洋中幾乎都有；海洋學(xué)科也非常復(fù)雜，物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)無所不包，海岸帶、近海、大洋、深海都很重要。但是從另一個角度看問題，不僅海洋各個部分是連在一起的，海洋各個學(xué)科也是相互關(guān)聯(lián)的，例如海洋生態(tài)學(xué)的研究中，物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)環(huán)境缺一不可，所以海洋科學(xué)研究是物理海洋學(xué)、化學(xué)海洋學(xué)和生物海洋學(xué)以及海洋地質(zhì)學(xué)的綜合體現(xiàn)。我們是否能夠把這幾個學(xué)科結(jié)合在一起，圍繞同一個問題、在同一個平臺上開展研究？是否能夠?qū)⒋笱蟆⑸詈：徒Ｂ?lián)系在一起，形成一個有機(jī)整體開展綜合系統(tǒng)研究？什么樣的題目能夠表達(dá)這樣的綜合研究？在中科院海洋先導(dǎo)專項(xiàng)的設(shè)計(jì)中我們進(jìn)行了有益的探索（圖1和圖2）。首先在區(qū)域的選擇上重點(diǎn)開展熱帶西太平洋的研究，因?yàn)檫@一區(qū)域?qū)ξ覈Ｑ髴?zhàn)略的實(shí)施非常重要，同時在科學(xué)上也非常重要，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：⑴這里是全球海洋表層溫度最高的區(qū)域，即暖池所在地，這個區(qū)域海水溫度變動會對東亞乃至全球氣候造成影響；⑵這里是黑潮的發(fā)源地，黑潮作為太平洋一支重要的西邊界暖流，將熱量和物質(zhì)從低緯度向高緯度輸送，黑潮的變異會對中國近海環(huán)境產(chǎn)生影響；⑶西太平洋海底非?；钴S，分布著眾多的海山、熱液和冷泉，對于海洋極端環(huán)境與生命的探索、地球科學(xué)和海洋科學(xué)綜合交叉研究具有重要的意義。用什么題目能夠把要開展的研究內(nèi)容和內(nèi)涵表達(dá)出來？我們最終選擇了以“熱帶西太平洋物質(zhì)能量交換及其影響”為題，熱帶西太平洋環(huán)流與氣候的研究、黑潮與中國近海環(huán)境之間的關(guān)系研究以及深海探索從根本上來講是對海洋能量與物質(zhì)交換的研究，能量主要體現(xiàn)在海洋熱量的傳遞與交換上，物質(zhì)主要體現(xiàn)在海水中顆粒有機(jī)物、海洋生物和海洋溶解物質(zhì)的傳遞與轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化上。作為中科院 10個A類先導(dǎo)專項(xiàng)之一，海洋先導(dǎo)專項(xiàng)重點(diǎn)開展熱帶西太平洋海氣相互作用（圖3）、黑潮變異對中國近海生態(tài)環(huán)境的影響（圖4）、深海極端環(huán)境與生命探索與研究（圖5～圖7），以及基于海洋研究目標(biāo)需求的海洋設(shè)備研發(fā)（圖8）。

圖2 海洋先導(dǎo)專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案

圖3 西太平洋深海潛標(biāo)觀測網(wǎng)

海洋先導(dǎo)專項(xiàng)在西太平洋部署的深海觀測潛標(biāo)網(wǎng)，最深達(dá)到6000m。在海底進(jìn)行1周年的連續(xù)觀測后成功回收并重新進(jìn)行布放，最近部分潛標(biāo)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時傳遞。圖中★為本項(xiàng)目布放的潛標(biāo)；●為日本布放的潛標(biāo)；■為韓國布放的潛標(biāo)。

圖4 中國近海環(huán)境受到黑潮變異的影響

圖5 從200m～4000m海山地貌與生物

圖6 深海冷泉探測

圖7 深海熱液探測

圖8 海洋設(shè)備自主研發(fā)

⒊重視海洋多圈層相互作用研究

海洋是互相連通的，很多海洋現(xiàn)象的發(fā)生都不是孤立的，相互間密切關(guān)聯(lián)，如近海與大洋之間的相互作用、陸海相互作用、海氣相互作用。地球上不同圈層之間的相互作用在海洋領(lǐng)域表現(xiàn)的尤其突出，包括巖石圈、水圈、氣圈和生物圈之間的相互作用。對海洋的探索與研究應(yīng)該重點(diǎn)聚焦在三個界面之間的通量研究上：海氣界面，涉及到海洋與大氣之間的相互作用問題，熱量與水汽交換涉及到諸多國際前沿問題，如海洋環(huán)流與氣候、海洋碳循環(huán)、海洋酸化等；陸海界面，近海生態(tài)系統(tǒng)的變動在很大程度上取決于陸源物質(zhì)的排放，富營養(yǎng)化、低氧區(qū)的擴(kuò)大、近海生物資源變動、海洋環(huán)境安全等在很大程度上是陸地與海洋、近海與大洋之間相互作用的結(jié)果；海底界面，海底熱液、冷泉、海山、海底平原等深海極端環(huán)境與生命等對于我們來說基本是一個未知世界，也是地球科學(xué)的前沿問題，涉及到地質(zhì)地球物理、地球化學(xué)和海洋生命等各個領(lǐng)域的相互配合與交叉問題，新的油氣資源、礦物資源、藥物資源和基因資源等戰(zhàn)略性資源的探索和深海生命的起源、適應(yīng)與演化等將是海洋領(lǐng)域科學(xué)探索的熱點(diǎn)領(lǐng)域。