Abstract：In recent years, the marine science developed very fast in China. The marine infrastructure and capacity building achieve big progress, some research programs and implementation plan in marine science are being formed or planned. This paper try to analyse the status, key questions, and the research strategies of marine science. To better understand the changing ocean, and the Essentioal Ocean Variables in the coastal and deep sea, there is a big gap in the regional and global ocean observing system, such as chemical and biological sensors, geographic gaps, data collect, sharing and distrituion etc. One Ocean Seven Seas, we should consider the interactions between coastal and the deep sea, the multidiscipline and the multi-sphere interaction in the ocean. Marine ecosystem health and sustainable development, capacity building of global ocean observing system and establishment of ecosystem based management system should be in the top priorities in ocean sciences in China.
Keyword：marine strategy; deep sea; ocean; coastal environment; ocean observation;
海洋研究在我国从来没有像现在这样受到教育界和科技界的重视,短短几年时间几十所海洋院校如雨后春笋般建立起来,很多新的海洋院校和科研机构正在建设或筹划,海洋科学考察船和大型海洋探索与研究设施也伴随着新的海洋机构的建设而大批建造,特别是大型现代化综合科学考察船的建造,据统计,总量已经超过欧洲。一系列与海洋相关的科技计划被相继提出,例如深海空间站、透明海洋、智慧海洋、深渊探索等。在这种海洋研究热情空前高涨的情况下,我们有必要对海洋研究战略进行系统分析,冷静思考海洋科技发展如何才能满足国家海洋战略的需求,我国海洋科技如何部署才能跟上国际海洋研究的步伐,并且逐步在一些领域起到引领作用。
对我国海洋科学研究战略的研究
1 对海洋研究中几个关键问题的认识
1.1 变化中的海洋
海洋一直处于变化之中,在很多情况下海洋的变化速度超出我们对海洋的认知速度,很多海洋现象的发生对于我们来说是“措手不及”的,对于为什么会发生、何时会发生、程度会多大、突发性还是趋势性等这样的基本问题在很多时候难以回答。海洋的这些变化有些我们是能够感受得到的,如鱼类种类和数量的剧烈年际变化、赤潮生物的种类与数量的年际变化、浮游动物和底栖生物的数量波动等。有很多变化我们是感受不到的,但是一旦发现就已经很晚了,例如海洋温度和盐度的变化、温跃层的改变、海水中营养盐要素的变动、海洋基础生产力的变动、海洋生态系统结构与功能的变化等。以澳大利亚大堡礁为代表的珊瑚礁的白化、死亡与破坏情况非常严重,珊瑚礁中长棘海星的暴发对珊瑚礁造成致命的影响,但是为什么长棘海星会暴发却是一个未知之谜[1];2006年前后我国近海海盘车的暴发对近海养殖业造成很大影响,对于暴发的原因尚不清楚;2007之后江苏和山东沿海浒苔连年暴发,在其暴发机理、浒苔生物学与生态学特性上仍存在许多悬而未决的问题;海洋中水母的暴发、赤潮的暴发以及在一些区域出现的棕囊藻的暴发等一直困扰着企业和管理部门。海洋中发生的很多事情是未知的,例如海洋中有多少种生物?它们分布在哪里?数量有多少?有些海洋生物,在我们认识它们之前就已经消失了,在一些海洋生物物种消失的同时,另一些新的物种也在产生。我们对海洋的了解在很大程度上依赖于我们对海洋的观测与研究,很多海洋事件的发生,如果不是影响到近岸、影响到我们的生活,可能不会引起关注。一个不变的事实是,海洋一直处于变化之中,而且有时变化非常剧烈,这些变化会对整个海洋系统产生影响,从而影响到我们人类或者地球上大部分动物和植物生存所依赖的海洋环境。海洋是地球上所有生物的生命保障系统,海洋环境的改变会影响到整个地球生命保障系统。
对于导致海洋变化的原因,我们不能够将其简单地归结为“全球气候变化和人类活动”几个字,如何了解海洋的变化、理解导致海洋变化的原因并找到应对措施,这是海洋研究的核心问题,同时也是海洋科技工作者所不能回避的问题,因为这些问题直接影响到海洋领域应该研究什么、如何进行研究。
1.2 神秘的海洋
据估测,迄今人类对海洋探测和了解的范围仅仅是5%左右,也就是说有95%的区域我们是不了解的,主要是深海。我们对很多海洋现象的了解也非常肤浅,例如海洋物质能量的传递与气候变化;生态系统结构与功能变动之间的关系;海洋中热量的丢失[2];海水中溶解氧的变化;海洋酸化;海洋生物多样性的变动;海洋中大型鱼类的消失——数据显示全球海洋中90%的大型鱼类已经消失[3];海洋中胶质类生物,例如水母和被囊类等的增多[4];海洋地质过程、深海极端环境与生命、深层海底中的微生物等很多问题都有待于我们进行深入探索与研究,而这些问题与人类的生存与发展关系密切。
2 对海洋科学研究的体会与思考
2.1 近海研究
我国近海存在很多问题,近海环境安全面临严重挑战,赤潮发生的频率和范围有增无减,已经成为一种常态化的现象;自2007年开始,浒苔在黄海连年暴发,海洋中水母的数量急剧增多,对渔业资源和沿岸工业设施以及旅游业造成影响;一些海洋生物的暴发对核电设施安全造成严重威胁;渔业资源处于崩溃的边缘。近海资源与环境直接影响到蓝色经济发展和沿海社会稳定问题。近海所发生的问题是海洋研究领域所不能忽视和回避的问题。海岸带和近海低氧可能会对水产养殖造成毁灭性的打击;近海水体中氮的增加所带来的生态问题不亚于海洋酸化所带来的问题。我们对海洋生态系统承载力的研究远不能满足海洋资源环境可持续发展战略的需求。仅仅在近海开展工作可能不足以解析现在海洋中所出现的问题,需要进行邻近大洋与近海的协同研究,这方面的关键问题是黑潮的变动对中国近海的影响——二者是一种什么样的关系,黑潮的年际变异能够产生多大的影响,特别应该加强黑潮对中国近海输入通量方面的研究;我国长江口和苏北浅滩是黄海东海生态灾害的发源地,但这两个地方的海洋环境非常复杂,既受到陆源物质排放的影响,也受到邻近大洋变化的影响,长期观测数据,特别是连续观测和海洋立体综合观测数据的缺乏使我们对这个区域发生的很多生态问题难以理解。邻近大洋对中国近海的影响以及近海本身的变化相结合才是解开中国近海生态系统演变的关键。海洋立体观测网建设、近海生态环境综合模拟系统的建立、生态系统承载力综合评估模式的发展和渔业资源综合评估模式的建立是近海资源与环境研究的核心问题。近海研究涉及到海洋研究评估体系的问题,因为近海研究往往是区域性的问题,加上问题的复杂性,所以近海研究在国际高端杂志发表论文相对困难,这也是很多人回避或不愿意进行近海研究的一个重要原因。因此,近海研究不能仅仅以论文论英雄,重点还在于是否能够解决实际问题。从另一个方面来说,我国近海所出现的问题在很大程度上是管理上的问题,陆源物质排放、过度捕捞、海岸带环境改变等是导致近海资源环境问题的重要因素。近海问题的解决在很大程度上依赖于基于生态系统的综合管理体系的建立。
2.2 深海研究
海洋领域很多关键问题都与神秘的深海关系密切。
海洋与气候的问题。海洋中微弱的热量变化就会导致全球气候的剧烈变化,但是对于全球海洋热量的传递和平衡问题我们却知之甚少,其中一个关键问题就是目前我们只对表层海洋的热量变化有所了解,而对深层海洋的了解非常少,缺少观测数据,对于热量的传递速率和不同深度海水温度的变动速率缺乏了解,而这些问题直接影响到我们对海洋与气候相互关系的了解,这些问题不解决也就不可能从根本上解决全球气候变化的问题。
海洋碳循环一直是人们关注的问题。海洋作为最大的碳库,能够吸收多少碳,以及海洋碳通量、碳的生物地球化学循环、海洋碳泵与全球气候变化和海洋食物网变动之间的关系等,在这些方面我们对深层海洋中的情况缺乏了解,对深海知识的缺乏使我们难以从根本上对海洋碳循环问题有一个深入的了解。
海洋领域另一个受关注的问题是海洋酸化问题。海洋在吸收二氧化碳的同时,自身也发生了变化,海水p H值的改变就是一个非常重要的现象。我们需要了解海洋在多大深度上受到海洋酸化的影响,海水p H值的变化在多大程度上会对海洋生物产生影响。海洋的容量很大,从表层海水到深层海水,海洋酸化的梯度和速率变化是我们需要研究的重要方向。
海水中溶解氧的减少对海洋生态系统造成很大的影响,而深层海水中的溶解氧来自表层海水。深海中溶解氧的数量变动、氧从表层海水向深层海水的传递及其与海洋环境变动的关系也是我们所不清楚的,而海水溶解氧的变动是海洋生态系统变动的最重要的驱动因子之一,与海洋生物多样性、海洋生态系统变动和未来海洋预测等关系密切。
深层海洋中的生物多样性、深海食物网的现状、变动规律、与全球气候变化和人类活动之间的关系,特别是与海底采矿和其他深海活动之间的关系等是亟待解决的问题。对一些海底潜在矿区的生物本底调查是深海生物,特别是海底生物研究的一个重要驱动因素,这方面的研究对于未来海底矿物资源开发利用的环境评估是十分重要的。
在深海研究中,我们应该重点关注的深度也是一个非常重要的问题,对深海概念的不同会导致研究战略的不同。目前大部分人还是主张将200 m水深作为深海的一个标准。因为200 m是海水补偿深度,真光层的界限就是在200 m,所以很多海洋调查和观测的深度定为200 m。我们对200 m水深以下的海洋资料相对很少,也就是说应该加强对200 m以深的区域的观测。有很多人主张将深海的深度定在1 000 m,理由是1 000 m深度之后海水温度相对稳定,海水流动减弱,认为超过1 000 m才是真正的深海。因为从海洋研究的角度,在很多情况下我们需要对全水层进行观测,而且各个学科甚至针对不同的`科学问题对海洋观测深度的要求也是不一样的。海洋研究中最大的挑战在深海,深海中的很多问题属于国际前沿问题。没有对深海的了解,我们就不可能对海洋的问题有一个确切的了解。海洋中大部分未知的事情都发生在深海,很多战略性资源也存在于深海,对深海的探索与研究更多地体现在未来战略层面上,或者说是为我们子孙后代造福。深海研究涉及到一个国家疆域的拓展、战略性资源的探索、海洋技术发展和地球科学的发展,是科学与技术有机结合、海洋多学科交叉研究和海洋多圈层研究的理想领域。深海研究也是一个国家科技水平和综合国力的体现,所以未来海洋领域的竞争在很大程度上将体现在深海的探索与研究上。
2.3 海洋装备研发
海洋探索与研究在很大程度上依赖于海洋探测与研究装备的研发。关键是研发满足科学研究需求的、实用的装备。科学考察船和深潜器等在海洋探索与研究中发挥了不可替代的作用,但是面对变化中的海洋,从对海洋感知和认识的角度,仅仅依靠科学考察船进行海洋观测是远远不够的,更多的是依赖长期自动观测设备的研发与应用,长距离遥控探测与采样设备的研制将会大大推动对海洋极端环境与生命探索的步伐。目前的热点和瓶颈问题是化学传感器和生物传感器的研发,带有化学和生物传感器的深海Argo、大洋滑翔器、AUV(自主式水下航行器)和智能化海底观测网等是全球海洋观测,特别是深海观测的重点。