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海洋科学学科发展研究报告2007(简本)

2008年03月11日

 

中国海洋学会

  一、引言

  海洋科学是认知海洋的知识体系,海洋技术是科学认识海洋和开发、利用、保护海洋的方法和工具。因此,海洋科学技术学科既是一门综合性的自然科学,又是一门综合性的技术科学。

  海洋科学本质上是实验科学。板块构造、中尺度涡、海底多金属结核和富钴结壳、热液硫化物、极端环境下的海底生物、天然气水合物等海洋科学的重大发现,都是海洋科学和海洋技术的相互促进和协调发展的结果。直接观测、数值模拟、多分支学科的交叉和融合及集成,并从整体上系统地研究海洋,是海洋科学研究的基本方法和基本趋势。对海洋的直接观测,依靠海洋调查船、潜水器、各种海洋调查观测仪器设备和海洋开发技术装备,克服海水屏障,进入深海大洋,是海洋技术面临的主要难题。

  海洋是沿海国家的门户,又是通往世界的通道。海洋对沿海国家的安全和可持续发展至关重要。沿海国家在专属经济区和大陆架区享有主权权利,在国际海域享有资源和空间的公共利益。凭借海洋科技优势,圈占战略性资源和空间,并使国家利益最大化,已成为发达国家的国家海洋战略。

  海洋在调节全球气候变化、维持生态平衡中起着十分重要的作用。海洋是地球生命的起源地和地球生命的支持系统。海洋沉积层中保存着地球系统演变过程中的地质历史信息和生命演化信息,是研究过去全球变化和生命起源的主要依据。海洋科学研究将进一步为人类认识地球和认识人类自身做出重大贡献。

  海洋是全球竞争的一个大舞台,与沿海国家的生存与发展密切相关。海洋科学技术水平是沿海国家综合国力和科技水平的重要标志。随着现代科技进步和海洋科学技术支撑体系的逐渐建立,围绕资源、环境、人口问题,海洋科学技术将继续在认识海洋,开发、利用和保护海洋方面发挥更大作用。

  二、国际海洋科学技术发展现状与趋势

  近年来,围绕海洋环境和资源问题,国际海洋科学技术研究取得了重大进步,加深了对海洋的科学认识,提高了对海洋资源的开发能力,促进了社会的进步和经济的繁荣。

  (一)国际海洋科学技术发展现状

  1.重大海洋观测和海洋科学研究计划的实施,推动了海洋科学的发展

  近年来国际海洋界围绕全球变化和环境问题,组织并实施了一系列全球性的海洋观测和研究计划。这些计划的实施,取得了一系列重大成果,推动了海洋科学的进步。

  热带海洋和全球大气实验计划(TOGA)和世界海洋环流实验(WOCE)计划,提高了对海—气相互作用、大洋环流的认识和气候预报能力,揭示了厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)现象的海气耦合本质,并成功地预报了厄尔尼诺的发生和发展,证实了厄尔尼诺事件的可预报性。

  全球海洋通量联合(JGOFS)研究、海岸带陆海相互作用研究(LOICZ)和全球海洋生态系统动力学(GLOBEC)研究,带动了以研究生源要素为主的海洋地球化学的快速发展;对CO2在地球系统的循环及环境影响,微生物通过海洋生态系统对有机碳通量的作用,生源要素在海洋生态系统中的结构、动力学、循环有了较深的了解。

  大洋钻探计划(ODP),在沉积物岩芯中发现了古气候变化的记录,使得第四纪全球气候演变模式得以建立,古海洋学作为一门新生的学科得以形成和发展。深海考察和大洋钻探,发现了极端环境下生存的生物和地壳中的古生物。极端环境下的生命现象和生命过程的研究,以及生命起源的研究,正在成为生物海洋学研究的前沿。

  2.海洋技术已成为衡量发达国家竞争力的重要标志

  为最大程度地圈占战略性海洋资源和空间,抢占海洋开发制高点,发达国家都在努力发展海洋高新技术。半潜式深海油气钻井平台最大工作水深已达到2 438m,有缆遥控深潜器最大工作水深已达到11 000m,载人深潜器最大工作水深已达到6 500m,海上钻井深度超过12 000m。

  海洋卫星与水下移动观测平台相结合,使海洋观测进入了多平台、长时序、立体观测时代。在深海底建立长期的观测系统,从陆基实验室直接观测海洋和海底的生物和地质活动、研究海洋过程,已经成为现实。海洋生物技术、深海生物基因和酶的开发技术,成为海洋前沿技术的热点之一。发展海洋高技术已成为世界新技术革命的重要内容和国际技术竞争的制高点。

  (二)国际海洋科学技术发展趋势

  围绕全球变化和资源开发等重大科技问题,国际海洋科学技术总体上呈现以下发展趋势。

  (1)海洋科学研究紧密结合资源、环境问题和国家需求及与人类生存和发展密切相关的重大问题展开。海洋科学研究方式趋向全球化、系统化、国际化,国际合作和区域合作将更加广泛、更加频繁。为社会经济发展服务的业务化海洋学将加快发展。

  (2)全球变化研究、深海大洋和极地研究将更加活跃。海底科学仍然是热点的交叉学科之一。国际社会对极地海域的争夺将更加激烈。以细胞和分子水平为主的实验海洋生物学仍然是国际海洋生物学科发展的前沿领域,海洋生物技术仍然是沿海国家优先发展的重点高技术之一和国际竞争的热点。深海底部生物基因资源的研究与开发,仍然是海洋领域地学与生物学交叉学科的研究热点和海洋生物技术开发的重要前沿。

  (3)海洋科学研究向微观和宏观两个方向发展。学科分支的细化,分支学科的交叉、渗透和融合,以及多分支学科的系统集成研究,是现代海洋科学研究的基本特点和发展趋势。

  (4)以海洋卫星和水下自航器(AUV)为标志,海洋观测已进入多平台立体观测时代,并向多平台集成、实时观测和数字化、信息化方向发展。随着技术的进步,海洋化学量和生物量的自动观测将逐渐成为新的热点。

  (5)运用现代信息技术和3S(遥感、全球定位、地理信息)技术,构建数字化海洋、海底和共享信息平台,提供网络化的信息和信息产品服务,将逐渐成为现实。

  三、我国海洋科学技术发展概况

  在国家相关科技计划和国际海洋科学合作计划的支持与推动下,围绕海洋资源、环境、生态及全球气候变化等热点问题,开展了重点研究和合作攻关,取得了一批有价值的成果,推动了我国海洋科学技术的进步。随着我国国力的提升,我国的海洋研究已逐步由近海向深海大洋和极地拓展。我国海洋科学技术取得的成就受到世界同行的瞩目。

  (一)海洋科学研究取得了一系列具有世界水平的新成果

  创建了海浪-环流耦合理论,揭示了中国近海环流形成和变异机理,开发了多要素耦合作用数值计算模型,显著提高了海洋综合动力过程的计算能力和预测水平。建立了中国边缘海形成演化的理论框架,为开辟中国边缘海油气资源勘探新领域提供了基础理论和重要远景区,为我国海域划界、维护海洋权益提供了重要依据。

  以“东亚季风演化史在南海的记录及其全球气候影响”为目标的深海钻探,其成果称誉国际海洋地质学界;在古气候演变研究中,证明了热带驱动和碳循环的重要性,修正了“低纬区和碳循环”作用的传统轨道理论;中国近海海洋生物种类组成、资源分布、生态习性和区系特点,以及海洋初级生产力时空分布研究成果,特别是超微型藻类的发现和对近海初级生产力的重要贡献,奠定了中国现代海洋生物学的坚实基础。

  (二)大洋和极地研究已跻身世界先进行列

  横跨三大洋的首次环球海洋科学考察,在我国大洋科学考察史上具有里程碑意义,不仅拓展了我国海洋科学研究的空间和领域,而且发现了新的海底热液活动区,抓取了完整的热液硫化物烟囱体样本,为我国找到了新的国际海底资源远景区。在南中国海天然气水合物资源调查中,成功地获取了天然气水合物柱状样品,使我国成为世界上继美国、日本、印度之后第四位获取天然气水合物样品的国家。近两年的南极冰盖考察,完成了人类首次从地面到达南极冰盖最高点,并确定了其地理位置和高度,确立了我国在国际极地考察和研究中的地位。

  (三)取得了一批海洋高技术成果,缩短了与先进国家的差距

  我国发射了两颗海洋卫星,结束了我国没有海洋卫星的历史。建造了两艘作业水深6000m的无人深潜器,7000m载人深潜器建造进展顺利。深海半潜式钻井平台技术取得突破性进展,浅海浮动式生产和储卸油系统(FPSO)技术处于国际领先水平。海洋生物种子工程和工程化养殖加速了水产养殖业的升级改造,一批海洋天然产物和药物进入临床或上市。海水淡化和直接利用正向规模化与环境友好化发展。我国已成为少数能开展全球海浪预报的国家之一。

  我国海洋科技发展存在的主要问题是:海洋科学研究的原始创新能力差,学科影响力小;海洋技术装备落后,长时序、实时、离岸海洋观测能力薄弱;科技资源共享机制不完善,信息化和网络化程度低;海洋科技队伍总体水平不高,科技力量分散。与世界海洋科学技术先进水平相比,我国海洋科技的总体水平差距至少在10年以上。

  四、我国海洋科学技术发展的需求、目标和对策

  (一)海洋科学技术发展的国家需求

  海洋科学技术在推动国家社会经济发展和维护国家安全与权益中,占有特殊的地位,国家对海洋科学技术学科的发展有迫切的需求。

  (1)海洋资源是我国可持续发展的重要物质基础。海洋科学技术要为实施海洋开发、提高海洋资源勘察与开发能力、缓解我国战略资源的不足,做出积极的贡献。

  (2)按照《联合国海洋法公约》的规定和我国政府的主张,我国拥有近300万km2的管辖海域,但其中约有40%的海域面临周边国家的严重挑战,在国际海域和海底还有资源和空间的共享权益。海洋科学技术要为维护国家主权和海洋权益、保障海上通道和生产作业安全、满足海上军事活动需求,提供科学技术支撑。

  (3)我国是海洋灾害最严重的国家之一,海洋灾害的年经济损失已达到100亿元级。随着我国工业化和城镇化的快速发展,海洋污染严重,海洋生态日趋恶化。提高海洋灾害预报、预警水平,研究、治理和修复海洋生态,已成为海洋科技发展的一项艰巨任务。

  (4)全球环境变化、深海科学钻探、极端环境下生命过程,是当今海洋科学研究的热点和世界海洋科技发展的前沿。要组织多学科合作攻关,提高海洋科技自主创新能力,为世界海洋科技发展做出中国人应有的贡献。

  (二)我国海洋科学技术发展的目标

  根据国家对海洋科技发展的战略需求,到2010年,必须大幅度提高我国海洋科学技术研究水平和创新能力,逐步缩小与世界海洋科技强国的差距。

  (1)在海洋科学调查研究方面,要以深化近海研究为重点,实施近海资源和环境调查与评价,基本摸清中国管辖海域的资源与环境状况,为资源开发、环境保护、国家安全提供基础数据;要积极开展我国邻近洋区的调查研究;要强化南北极综合科学考察,为国际极区研究做出实质性贡献。

  (2)在海洋科学基础研究方面,要在全球变化研究、区域海洋学研究,以及太平洋—印度洋暖池的上层海洋结构和变异及其预测、北太平洋副热带环流及其对我国近海动力环境的影响、重要海水养殖动物病害发生和免疫防治等科学问题上有所创新。

  (3)在重大海洋核心技术自主研发方面,要突破3 000m深海半潜式平台技术、7 000m深潜器技术、动力环境监测和监测监视海洋卫星技术、日产万吨级海水淡化技术,并力求在生物技术和深海生物基因技术方面取得新的突破。

  (4)在海洋科学技术的应用方面,要逐步建设海洋环境保障体系,努力提高海洋环境保障能力。数字海洋建设要有实质性的进展。海洋科技对海洋经济的贡献率要达到50%。

  我国海洋科学技术未来的发展,在研究方向上,要突出学科优势领域,突出科技前沿,突出国家需求推动;在研究区域上,要以近海为主,海陆结合,重视深海大洋和极地区域;在研究内容上,要紧紧围绕资源、环境和气候变化等世界热点问题;在研究手段上,要积极应用和大力发展海洋调查观测高技术。到2020年,我国的海洋科技总体水平要接近同期国际先进水平,为加快实现建设海洋强国的战略目标奠定坚实基础。

  (三)关于发展我国海洋科学技术的对策建议

  为推动我国海洋科学技术的发展,尽快缩小与先进国家的差距,特提出以下对策建议。

  (1)成立国家海洋科技决策和协调机构,提高对重大海洋科技活动的决策和组织协调能力。

  (2)深化海洋科技体制改革,优化科研管理和资源配置,加强重点学科建设,打破条块分割,建立“开放、流动、竞争、协作”的运行机制,提高科研效率,强化创新能力。

  (3)加快世界一流海洋科技教育基地建设,进一步提高海洋科技教育水平;优化用人机制和政策环境,吸纳海内外优秀科技人才,培养一批海洋科技领军人才,形成海洋科技创新群体。

  (4)建立科技平台、海洋科技信息、大型仪器设备的共享机制,提高科技资源使用的效益和效率。

  (5)加大国际海洋科技合作,积极开展学术交流,努力缩短与世界发达海洋国家的差距。

  (6)制定和实施全民海洋宣传教育和科普工作计划,提高全民海洋意识。

  五、结束语

  21世纪是海洋世纪,利用海洋科技优势抢占战略性海洋资源和空间,已成为发达海洋国家的战略目标和外交斗争的焦点。近年来主要沿海国家相继制定了海洋发展战略和海洋政策,以加强对海洋和海洋科技发展的管理。今年,美国推出了《海洋优先研究领域计划和实施战略》;日本颁布了《海洋基本法》和《海洋建筑物安全水域设定法》;韩国制定了《21世纪海洋战略》;印度提出了“海洋军事战略”;俄罗斯利用和平号载人潜器在北极海底放置国旗,并宣布对北冰洋东部海床拥有主权,引起周边国家的强烈反响。

  当今世界,海洋是全球竞争的一个大舞台。海洋领域的这种竞争一定程度上是海洋科技的竞争。海洋科技的发展已成为体现沿海国家科技水平、综合实力和竞争力的重要标志之一。随着我国综合国力的提升和科学技术的进步,海洋科学技术必将在支撑和引领我国海洋事业、发展海洋经济方面做出更大贡献。

Marine Science and Technology

  Marine Science and Technology, as the basic and comprehensive natural science and frontier technology, is a tool for scientifically understanding the ocean and for the ocean exploitation, utilization, and protection; and it is also an important support to the social and economic development in maritime countries. Thanks to the promotion and implementation of international ocean science programs, the marine science and technology has achieved rapid development, it has opened up many new research areas and boosted the development of marine industry.

  In general, the development of marine scientific and technological research in China keeps pace with that of international marine science and technology. Boosted and supported by state programs, such as the “National Key Technology R&D Program” and “National High-tech Research and Development Program”, a number of key research programs and cooperative studies were carried out in the marine resource development, environment protection, and global climate change, fruitful results were achieved which attracted much attention from all over the world. For example, in the aspect of marine scientific research, the theory of coupled wave-circulation model has been established; it reveals the mechanism of formation and variation of the circulation in Chinese offshore areas. A theoretical framework of the formation and evolution of marginal seas of China has been set up and some important prospective areas for oil and gas exploitation in Chinese marginal seas were identified, and ODP LEG184 aiming at the “History of East Asian Monsoon Evolution Recorded by the Sediments from the South China Sea and Its Global Impact” obtained significant result which has been highly rated by the international geological community. In the aspect of polar research, the Chinese Antarctica expedition team reached the summit of the icecap in the Antarctica. It is the first time that man explored the summit. In the aspect of deep ocean exploration, China conducted the first round-the-world cruise for both deep seabed resource exploration and marine scientific research. In the aspect of marine technology, China has launched two ocean satellites, built two Automatic Underwater Vehicles (AUV) that has the maximum operational depth of 6,000 meters, constructed an Offshore Floating Production, Storage, and Offloading (FPSO) system which ranks as the international leading level. Some significant breakthroughs have been obtained in the development of a group of key technologies and equipments for ocean observation and resource exploration. A great achievement has been gained for Seed Engineering in Marine Culture and Engineering Culture which has greatly promoted and upgraded the mariculture industry in China. In a word, with the increase of the national strength, the marine scientific research areas of China are gradually expanding from the offshore to the deep oceans and Polar Regions.

  However, there still exist some problems and defects in the development of marine science and technology in China. Mainly they are the basic work in marine scientific and technological research which is rather weak, the sharing system for marine instruments and marine data has not been established, the marine scientific and technological contingent is short of leading scientists with international talent, the observation stations and platforms at sea for marine scientific research and experiment are insufficient, and the funds for marine science and technology research and development are inadequate. All these problems and defects have restricted the development of the marine science and technology in China. In comparison, with the level of the world’s advanced maritime countries  China is left behind for about 10 years in terms of the development of marine science and technology.

  To meet the strategic demands of the social and economic construction for marine science and technology and enable China to develop into a advanced maritime country as early as possible, it is imperative to raise up a large margin in the marine scientific and technological research level and enhance innovation ability, so as to gradually narrow the gap between China and the world’s advanced maritime countries in the field of marine science and technology. For this reason, it is suggested that state should establish a national policy-making and coordination body to deepen the structural reform for the development of marine science and technology, optimize the allocation of scientific and technological resources, speed up construction of the marine scientific and technological research bases with international standard to form a innovational contingent for the development of marine science and technology, establish a sharing mechanism for scientific and technological information and key marine instruments and equipments, and take an active part in bilateral and multi-lateral cooperation in the field of marine science and technology.

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