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海草床-红树林连续体是重要的滨海蓝碳生态系统。相较于单一生态系统,连续体通过潮汐驱动实现了碳在系统间的横向迁移与再分配,深刻影响着区域乃至全球的蓝碳收支评估。然而,连续体内部碳循环以及多界面、多过程的碳汇耦合机制仍是一个黑箱,也是当前蓝碳研究的热点之一。本文对海草床-红树林连续体碳循环研究进展进行了系统梳理,从“纵向固存-横向迁移”两个维度,全景式地阐释了植物光合固碳、沉积物碳累积、水体碳转化及气体交换等关键过程,重点解析了以潮汐为驱动力的横向碳通量(包括凋落物、DOC、POC、DIC)及其在连续体碳循环中的核心地位。基于潮间带生境的复杂性,海草床-红树林连续体的碳循环耦合机制研究是一个关键且有待探索的领域,尤其是植物的固碳机制、沉积物碳累积、元素交换等关键过程都亟需深入研究与完善。

深水沉积过程是塑造深海地形地貌、深度参与海洋物质循环的核心动力机制,对大陆边缘和深海盆地沉积体系的构建和物质循环具有重要意义。地表碳元素及含碳物质的迁移与循环是维持有机生命活动与适宜气候环境的核心因素,而深海沉积物作为循环体系中容纳有机碳的优良储库端元,能够有效封存大气温室气体,对地质历史时期的气候演替具有重要调控作用。本研究旨在探讨典型深水沉积过程与有机碳埋藏之间的耦合机制,为构建“陆架边缘-陆坡-深海盆地有机质连续输运体系”及“深水有机碳埋藏金字塔模型”提供理论依据。基于对全球各海域典型深水有机碳埋藏体系的综合分析,研究认为重力流与底流是有机质深水连续输运体系的核心动力机制,(微)生物碳泵、浊流碳泵、底流碳泵和深地碳泵四者共同构筑起深水沉积碳埋藏基本格局。此外,影响深水有机碳埋藏结果的各类因素亦具有层级特征。然而,目前深水有机碳埋藏研究仍处于起步阶段,相关实例及机理研究非常匮乏,亟需提升对深水环境碳埋藏研究的重视程度。

沉积物源汇系统是连接大气圈、生物圈、水圈等活跃碳库与岩石圈稳定碳库的关键纽带,在全球碳循环中发挥核心缓冲作用。三角洲-陆架区作为海洋沉积碳汇的核心区域,以不足全球海洋8%的面积贡献了80%以上的海洋沉积有机碳通量,其碳埋藏过程与机制对全球碳平衡至关重要。本文系统综述了三角洲-陆架沉积体系中陆源有机碳的来源组成、沉积通量特征,重点阐述了有机碳源汇示踪技术、再矿化作用过程及主控机制,分析了人类活动对沉积碳汇的影响,并探讨了基于沉积物管理的海洋负排放增汇方案。研究表明,陆源有机碳的异质性、沉积环境的物理化学条件及人类活动干扰共同调控着有机碳的迁移转化与埋藏效率;当前沉积碳汇的潜力尚未被充分挖掘,亟需通过方法学创新、机制深化及技术研发,推动沉积碳汇纳入全球气候治理体系,为实现《巴黎协定》温控目标提供科学支撑与可行路径。

联合国“海洋科学促进可持续发展十年(2021—2030)”(以下简称“海洋十年”)作为一项全球性科学倡议,旨在将海洋科学研究与创新能力转化为推动全球海洋治理的发展体系。该倡议通过构建跨学科、跨区域和跨机构的合作框架,致力于提升海洋观测能力、促进数据与知识共享,并加强科学成果向政策实践的转化。中国作为参与该倡议的关键国家,通过设立国家委员会、主导大科学计划、建设协作中心等方式,系统推进“海洋十年”倡议实施。在此过程中,科研机构在科学计划实施、技术创新与国际合作等方面发挥了重要作用。例如,自然资源部第二海洋研究所牵头实施或深度参与多项“海洋十年”行动方案,在国际前沿研究以及能力建设等领域形成了具有国际显示度的科研与合作体系。尽管“海洋十年”的实施已经取得一定进展,但全球海洋治理仍面临诸多挑战,包括各国在科技能力与资源投入方面的差距、数据共享机制的不完善、科学成果向政策转化效率不高、地缘政治因素影响国际合作等。为实现2030年可持续发展目标,未来需要进一步深化科学创新,完善开放共享机制,加强包容性合作,推动构建更加公平、有效的全球海洋治理体系。在此过程中,各国科研机构可通过持续参与全球观测网络建设、推动数字化与智能化技术发展、支持区域合作与能力建设等方式,为实现“科学共所需,海洋同所期”的“海洋十年”愿景提供科学支撑。

为探究潮汐作用对海水溶解性代谢物组成的影响,本研究于2023年3月采集了长江口半日潮锋面附近的海水样品,通过开展高分辨率非靶向代谢组学分析,共鉴定出1 379个代谢分子(鉴定率为6.8%),涵盖14个超级分类,其中以有机杂环化合物、苯环型化合物、脂质和类脂分子为主(占比为59.1%)。研究发现,代谢物组成明显受潮汐作用调控,其空间分布在落潮时的异质性明显高于涨潮时,揭示了潮汐运动与代谢物组成变化的不同步性。统计分析进一步表明,大部分代谢物与盐度呈明显负相关,且非保守性营养盐(硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐)对其分布特征贡献较大。这表明陆源溶解有机质输入是控制代谢物组成的重要因素,而咸淡水混合过程会改造其组成特征。此外,浊度与大部分代谢物的相关性较弱,但在悬沙锋内侧,脂质和类脂分子的百分比变化显著,表明再悬浮过程对溶解性有机质的改造作用主要发生在水动力较强的区域。对涨、落潮阶段差异性代谢物的分析发现,这些代谢物以脂质和杂环类化合物等次级代谢产物为主,其变化可能指示其受微生物群落相互作用的调节。本研究强调了短时间尺度的潮汐作用对溶解性有机质组成的影响,为理解多尺度物理过程如何调控河口有机质循环提供了新视角。

浮游植物的垂直结构是理解南大洋-印度洋扇区生物碳汇功能的关键。本研究综合遥感、BGC-Argo浮标观测及再分析数据（2015—2018年），系统分析了该海域浮游植物叶绿素a（Chl a）与浮游植物碳生物量（phytoplankton carbon biomass，C_phyto）垂向分布的季节与年际变化及其环境驱动机制，并重点探讨了2015/2016厄尔尼诺事件的影响。结果表明，Chl a主要分布于0~100 m上层水体，在10~100 m存在次表层叶绿素最大值层（subsurface chlorophyll maxima layer，SCML）。浮游植物分布的季节变化显著：夏季（南半球，12月—次年2月），光照充足（PAR均值>100 μmol·m^-2·s^-1），0~100 m层Chl a和C_phyto均达到全年峰值（Chl a质量浓度平均值>0.75 mg·m^-3，C_phyto平均值>20 mg·m^-3）； 冬季（6月—8月），光照减弱且混合层加深，SCML结构消退，Chl a质量浓度平均值（< 0.5 mg·m^-3）和C_phyto平均值（< 10 mg·m^-3）均降至全年最低水平， 其中Chl a分布垂向扩展至200 m左右，而C_phyto 的垂向分布范围未显著改变，二者呈现明显的解耦状态。进一步分析发现，2015/2016年厄尔尼诺期间，埃克曼抽吸增强导致温跃层抬升，真光层营养盐供应增加，使夏季浮游植物爆发强度增大（Chl a质量浓度>1 mg·m^-3）且持续时间延长（持续约7个月）。该研究可为评估南大洋碳汇潜力及厄尔尼诺等极端气候事件对浮游植物碳泵的影响预测提供科学支撑。

星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)具备全天时、全天候工作能力,在海洋监测方面已展现出巨大的应用价值。本文从海洋动力环境要素和海洋目标两个方面,系统总结了星载SAR技术在海洋监测领域的研究现状。对于前者,重点梳理了SAR用于海浪、内波、涡旋、风场、海流及海底地形等环境要素监测的主流技术与算法,并深入讨论了多波段、多极化与多模式SAR数据在提升反演精度方面的作用;对于后者,则系统总结了海冰、溢油、船舶及海上人工设施等海洋目标的识别方法,阐明了多极化信息在刻画目标散射特性中的关键贡献。此外,本文进一步评述了人工智能技术在SAR海洋监测中的进展,并对未来SAR海洋遥感技术的发展方向进行了探讨。

本研究基于1990—2020年高分辨率卫星遥感海面温度数据,采用深度优先搜索算法识别了南海海洋热浪面积,并探究了不同空间尺度南海海洋热浪的特征。研究结果表明,南海小尺度海洋热浪事件(Ⅰ类海洋热浪,面积<1.8×10⁴ km²)发生最为频繁,占总发生次数的94.20%。大尺度海洋热浪事件(Ⅲ类海洋热浪,面积>1.2×10⁵ km²)在31年期间仅发生74次,其中面积最大的热浪事件发生在2015年。进一步分析发现,不同面积海洋热浪的平均强度、持续时间以及发生频率的空间分布有显著差异性。相较于Ⅰ类海洋热浪,Ⅱ类海洋热浪(面积为1.8×10⁴~1.2×10⁵ km²)平均强度超过1.5 ℃的空间范围明显增加。统计分析表明,南海海洋热浪面积增加,其平均强度和累积强度均增强,持续时间也随之变长。Ⅲ类海洋热浪事件累积强度的中位数分别是Ⅰ类的1.4倍,是Ⅱ类的1.2倍。进一步研究发现,厄尔尼诺时期Ⅰ~Ⅲ类海洋热浪的面积均显著增加,并且存在6~7个月的滞后关系。厄尔尼诺时期Ⅲ类海洋热浪事件持续时间比拉尼娜时期长2 d。本研究探究了南海海洋热浪面积的基本特征,并进一步分析了不同空间尺度海洋热浪的共性和差异性,为研究南海海洋热浪生消特征及机制提供了新的研究思路。

海底电缆管道在国家安全、社会经济发展与海洋生态环境保护中具有多重战略意义。本文系统回顾了海底电缆管道管理政策的发展历程,梳理了其在国际法框架与国内政策体系中的演进脉络,分析了当前我国海底电缆管道管理在行政审批、保护管理、空间管制与国家安全等方面存在的主要问题。研究认为,由于海洋开发活动日益频繁、管理政策相对滞后、国际地缘政治复杂多变等因素,海底电缆管道面临空间资源紧张、安全风险上升等挑战,提出从制度重构、系统保护、空间治理、安全保障四个维度优化管理政策,推动构建与时俱进、高效韧性的海底电缆管道治理体系,以保障国家海洋战略实施和可持续发展。

牡蛎礁是重要的海岸带栖息地之一,近百年来在全球范围内退化严重。伴随着牡蛎礁生态系统服务功能被逐渐认知,牡蛎礁的保护与修复工作对于全球退化海岸带生态系统的修复与保护的意义开始凸显。本文系统搜集、整理了中国天然牡蛎礁和人工修复牡蛎礁的分布信息,总结了本世纪以来中国在牡蛎礁保护与修复领域开展的主要工作及取得的成果,并结合笔者参与的温州市海岸带保护修复工程(牡蛎礁)的修复实践,详细介绍了修复技术流程,着重介绍了修复工程中采用的斜撑组合式牡蛎礁体的设计构造和礁体人工附苗技术,并提出了相应的建议,可为将来开展牡蛎礁保护与修复工作提供参考。

《联合国海洋法公约》大陆架制度的确立标志着沿海国主权权利的范围首次延伸至200海里以外的深海区域,这一规定不仅赋予沿海国在深海资源开发中的法律地位,也促使地球科学与国际法之间建立了制度性联系。迄今为止,已有109份划界案正式提交给大陆架界限委员会,意味着大陆架划界进入了科学实践与法律程序高度交织的新阶段。然而,随着科学技术的高速发展和地缘政治的敏感影响,大陆架划界面临前所未有的挑战,将对全球海洋治理带来重大影响。本文以大陆架界限委员会收到的109份划界案和发布的44份建议文件为基础,从法律制度、地球科学理论与划界实践三个维度,系统梳理200海里以外大陆架划界的主要进展与挑战,揭示在科学证据与法律制度交织的国际深海治理体系中,大陆架划界如何成为重塑全球海洋空间秩序的重要驱动力,并提出大陆架划界在科学技术进步、国际合作与全球海洋治理领域的发展趋势。

结合涡分辨率数值模拟数据和历史水文观测数据,研究了印尼贯穿流之下两支次表层潜流——位于翁拜海峡的翁拜潜流和帝汶通道的帝汶潜流的来源和季节与年际变化特征。 结果表明,这两支潜流存在于大约200~800 m深度之间,是一个准永久性存在的潜流系统。翁拜潜流的形成主要与南爪哇潜流的东伸有关,而帝汶潜流水体来源较为复杂,主要是南爪哇潜流和卢温潜流的混合水。两支潜流均具有明显的季节变化和年际变化,其中在季节尺度上,具有显著半年周期,通常在印度洋季风转换期(4、5月份和10月份)流量达到峰值。结合历史风场、卫星高度计和温盐观测数据,发现与局地风场及其上升流相关的次表层经向压强梯度是导致其季节变化的主要因素。在年际尺度上,潜流存在2~4 a的周期,与印度洋偶极子存在显著相关。

为探讨沙滩沉积物硅溶出对近海溶解硅收支的贡献开展本研究。2017年3—9月,在北黄海南部的烟台牟平近岸海域进行了6次现场调查,发现在水交换较弱的5—8月,溶解硅异常(ΔSi,相对于溶解无机氮增加的溶解硅的量)呈逐月累积的现象,月平均速率为1.5 μmol·L^-1。通过溶解模拟实验、理论计算和现场数据分析,发现沙滩可渗透沉积物会发生溶解,形成溶解硅输入海洋,使近岸海域溶解硅浓度升高,月平均速率为0.7~2.0 μmol·L^-1,与ΔSi的月平均速率基本一致。按照环海岸线长度进一步外推计算,黄海沙滩硅溶出量或硅酸盐溶解量,大致可以弥合黄海近岸海域夏季溶解硅收支不平衡。研究再次表明,渗透性颗粒的溶解作用可能对近海硅酸盐的总量有重要的影响。

新型海堤生态护面块体是一种兼具优良消浪性能与生态功能的护面结构。为系统评估其消浪性能,本研究以舟山周家园山海岛为工程背景,开展了二维波浪水槽物理模型试验,系统探究了在规则波作用下,波浪周期、波高、相对水深、波陡、破波参数、块体几何尺寸(外径与高度)以及材料对反射系数的影响。研究首先通过9个工况的对比试验,验证了在物理模型试验中使用无规共聚聚丙烯(PP-R)替代发泡砼的可行性,二者反射系数的平均差值仅为1.17%。后续对护面块体消浪性能的研究表明,反射系数随波浪周期、相对水深和破波参数的增大而增大,随波高和波陡的增大而减小。在所有测试工况中,外径7.5 cm-高度10 cm和外径10 cm-高度6.5 cm的两种块体消浪性能最优,其平均反射系数分别为0.395和0.382。最后,基于试验数据,拟合得到了适用于本研究中6种护面块体的反射系数计算公式。该公式的均方根误差为0.106 9,精度较高,可为相关工程设计提供一定参考。

“三重”拉尼娜在历史上罕见,但已经对全球天气和气候系统带来了深远影响。为了提高对 “多重”拉尼娜成因理解和对天气、气候的预测能力,本文通过多套观测和再分析数据,采用合成分析等方法对2020—2023年“三重”拉尼娜期间热带太平洋年际、季节尺度特征以及相应的海气相互作用过程进行了对比和分析。结果显示: 2020年拉尼娜峰值在冬季,持续时间在“三重”拉尼娜中最长;2021年拉尼娜峰值也出现在冬季,表现为“东部型”,冷中心靠近东部;2022年拉尼娜在秋季暴发,强度相对较弱,持续时间最短,冷中心位于中部,呈现“中部型”特征。进一步研究发现,纬向风的变化与海面温度的变化存在耦合关系,但在“三重”拉尼娜期间,东风异常的强度和位置变化较小。相比之下,次表层海温的变化与海面温度异常中心的变化高度一致,它可能是导致拉尼娜强度和类型差异的关键因素。尽管东传开尔文波对海洋系统有一定影响,但它的传播速度和强度在“三重”拉尼娜期间的变化较小。此外,研究发现暖水体积增长速率的不同造成了各重拉尼娜事件之间的强度差异,而暖水的经向辐合与辐散则导致了拉尼娜的季节锁相现象。

滨海湿地具有强大的碳捕获和储存能力,对缓解气候变暖具有重要作用,其中植被类型是影响其碳储量的重要因素。本研究测定了黄河口湿地三种典型植被(芦苇、芦苇-柽柳、翅碱蓬)表层土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、木质素、稳定碳同位素(δ¹³C)、粒度以及铁元素含量,并对有机碳含量、来源及降解特征进行了分析。结果表明,黄河口湿地三种植被生境SOC含量为0.34%~1.85%,芦苇生境最高,平均值为0.94%,SOC含量受植被类型和黏土含量的共同影响。通过三端元蒙特卡罗模型计算发现,三种植被生境土壤有机碳以陆源(47.7%±13.2%)和植物源(36.3%±15.0%)为主,海源(16.0%±14.2%)比例较低(翅碱蓬>芦苇-柽柳>芦苇)。三种植被生境土壤木质素都表现为木本类和草本类组织的混合或单一来源,指示芦苇和翅碱蓬生境中部分土壤有机碳来自于上游黄土高原。土壤中的铁氧化物和水分可能因其对有机碳的保护和对微生物有氧呼吸的抑制作用,降低木质素的降解程度。该研究表明,土壤有机碳在不同类型植被中的分布、来源以及降解特征存在明显的差异。

基于浙江苍南海域为期一年的波浪观测数据(包含6次台风和2次寒潮事件),本研究系统分析了极端波浪(台风浪和寒潮大浪)的参数分布特征,并重点研究了典型台风“利奇马”和“米娜”的波浪演变规律。研究结果表明:台风浪受台风路径和强度的影响显著,当台风强度等级越高且移动路径越接近研究海域时,台风浪过程越剧烈,表现为有效波高和谱峰密度显著增大。夏、秋季研究海域均会受强台风的影响而引发极端台风浪。寒潮大浪在冬、春季均会出现,其强度直接受寒潮强度的影响,总体上寒潮大浪不如台风浪强度大。台风浪的影响持续时间为2~3 d,寒潮大浪的影响持续时间约为1 d。在台风/寒潮期间,最大波高和谱峰密度均存在基本同步的先增大后减小的发展变化过程。台风“利奇马”影响期间,研究海域最大波高为10.80 m,最大谱峰密度为55.10 m²/Hz,波浪频谱发展变化过程为双峰谱—单峰谱—双峰谱,波浪类型发展变化过程为涌浪为主的混合浪—风浪—风浪为主的混合浪。台风“米娜”影响期间,研究海域最大波高为8.89 m,最大谱峰密度为36.37 m²/Hz,波浪频谱主要以单峰谱为主,偶有双峰谱,波浪类型主要为涌浪,偶有涌浪为主的混合浪。