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重大科技创新成果

  50多年来,南海海洋所共取得科研成果780余项,获国家、中科院、部委和省市级成果奖近250项;申请专利530项,获授权专利300多项;近年来发表SCI论文近700余篇。典型代表性成果有南沙群岛及其邻近海区资源环境和权益综合调查研究南海与邻近热带区域的海洋联系及动力机制热带海洋微生物新型生物酶高效转化软体动物功能肽的关键技术”等。 

  创新三期,我所强化学科交叉与综合集成,结合承担国家与地方重点科技任务,发展“具有南海特色的热带海洋资源与环境过程理论体系和应用技术”,以“科考船-岛礁基站-陆基站-浮/潜标-重点实验室”为平台,结合“南海北部开放航次-南海南部共享航次-印度洋航次”,建设海洋科技“数据获取-分析-模拟-预测-信息服务”研究示范体系,以“现象、过程和机制”为切入点,系统研究了南海北部环流、边缘海地质环境与油气资源、海洋生物资源,取得了一批重要创新成果,促进了海洋科技应用开发和成果转化,为催生深海大洋研究、实施大南海战略、发展海洋经济、保护海洋环境、维护海洋权益与国防安全做出了“三性”贡献。

  主要集成为以下三项研究成果:黑潮南海分支影响下的南海北部中尺度环流动力学研究、热带边缘海地质过程及其油气成藏机制、热带海洋生物资源形成机制及其化学生态学效应。

  成果一:黑潮南海分支影响下的南海北部中尺度环流动力学研究

  因在工程、军事和生态环境系统等方面的特殊地位,中尺度环流动力学自上世纪60年代后期起在国际上成为海洋学研究的热点问题之一,美国等西方国家具备了高分辨率的南海中尺度环流动力过程的业务化数值预报能力。在近岸和陆架海域,由于地形复杂、观测资料不足,目前国内外对南海北部近岸和陆架区中尺度环流动力过程的时空变异规律及其机制的认识都还有待进一步深入。

  为建立南海北部中尺度环流动力学的理论体系,创新三期重点研究了几个方面的科学问题:季风和外洋强迫下南海北部中尺度环流过程的时空结构特征及其形成机制;南海北部海域典型中尺度过程的演变规律与动力机制;中尺度动力过程预报技术及资料同化方法研究;中尺度动力过程的生态与环境效应。取得了以下研究成果:

  1)南海基本流系认识的新观点(黑潮南海分支发现25年后的跨越) 

  以进一步丰富的资料为基础对南海北部海域主要流系特征进行了重新审视,获得了如下新的认识:南海暖流动力学--南海暖流的形成是位势涡度的平流输送、涡管伸缩效应及JEBAR效应共同作用的结果;南海黑潮分支--研究了黑潮从吕宋海峡进入南海的路径,探讨了黑潮是否有分支进入南海,如果进入南海,以及以什么形式影响南海等这一南海海洋学的焦点问题;南海西边界流系统--研究了南海西边界流与海水层化、地形、风场的关系;南海上升流--证实了南海北部存在海盆尺度上升流;南沙环流理论体系--南沙群岛海域环流主要有三大特点,即:南沙上层环流具有闭合结构,自成体系;下层环流与南海中部下层环流形成闭合环流;上层环流和下层环流总是方向相反。

  上述成果水平已经成为南海中尺度环流动力学理论的基础。研究的主要成果发表于国际SCI刊物Physical Review Letters、Journal of Geophysical Research、Geophysical Research Letters等,多数成果在国内外学术会议上应邀宣讲并多次做特邀报告。

  2)南海北部中尺度动力过程认识的新突破 

  (a)中尺度涡:初步揭示了南海中尺度涡的季节变化特征以及与海面风场、温度场等海面动力和热力驱动之间的关系,以及地形和海峡驱动的影响等。

  (b)孤立内波:探讨由正压潮波作用下的内潮产生机制;模拟了孤立内波在南海北部陆架区的传播和演变。南海东北部内潮、孤立内波的研究对于海上石油平台的安全生产、海军舰艇的军事活动有重要的参考价值。

  (c)海洋PSI机制:在国际上首次观测证实了半日M2内潮的PSI机制也能够在远离内潮临界纬度的南海海域发生。

  (d)湍流混合研究:研究了热羽流活跃的边界区域和底板区域及热羽流均匀混合的中心区域传热量随瑞利数(Ra)的变化,在湍流热对流中传热量分布研究取得新的进展。此项工作在论文评审过程中被评审专家赞誉为“具有里程碑意义的工作”。

  (e)中尺度动力过程研究的应用:建立的“南海区域风、浪、流数值预报模式”成为了某单位的业务化运行模式,在相关的重大演习和试验中发挥了重要作用。

  3)南海北部中尺度动力的生态效益 

  (a)南海海洋生态对台风的响应:定量探讨不同台风的浮游植物贡献特征,并根据1945-2005年发生台风统计初步估计每年台风带来的初级生产力贡献达3.5%。

  (b)海洋初级生产力的遥感算法研究:采用支持向量机方法,通过对前人初级生产力估算模式的改进,发展的海洋初级生产力遥感模式参加由NASA组织的国际第四次全球海洋初级生产力模式循环赛,在36个参赛模式中排在第10位。

  成果二:热带边缘海地质过程及其油气成藏机制

  南海海盆普遍被认为是经过海底扩张形成的小洋盆,然而对海底高耸的玄武质海山链的成因及其对海底扩张原始磁条带的干扰如何目前缺少分析。南海的洋盆属性和磁条带是否可信?是首先必须回答并开展深入研究的一个关键问题!

  南海拥有众多的含油气沉积盆地。与世界上典型被动大陆边缘盆地深水油气区相比,南海北部陆坡深水盆地的形成演化过程和成盆机制具有特殊性和复杂性,油气和水合物的赋存分布特征和成藏机制与国际上典型油气/水合物发育区相比存在明显差异。然而目前对这种差异产生的机制以及油气/水合物资源的潜力和分布特征还了解不够。

  南海及其邻区已成为研究全球变化响应及其驱动力的一个不可多得的“天然试验场”。如何利用南海发育的特色珊瑚礁以及热带深海沉积特性重建高分辨率的过去气候环境事件,并探讨西太平洋暖池的演变过程是国内外迄今研究较少但又十分重要的问题,有可能成为本世纪的新热点。

  创新三期围绕关注的核心科学问题 “热带边缘海地质环境过程与油气资源形成机制”开展研究,包括:南海岩石圈构造演化的深部过程、表现形式及其演化动力学机制?南海沉积盆地演化的动力和主要过程、油气/水合物成藏的关键影响和控制因素及其潜力和分布特征?末次冰期以来西太平洋暖池区内两种不同海洋类型(边缘海与开放大洋)之古环境特征差异的产生机制以及暖池与东亚古季风的内在动力学关系?人类最关心的全新世以来全球温度变化、El~Nino与极端气候事件的真实面貌及其在南海的高分辨率记录,以及现代珊瑚礁急剧退化的主要原因?取得了一系列创新成果。

  1)南海岩石圈构造及其演化动力学 

  重点开展了南海北部深部结构、南沙海区构造演化、南海破裂过程等方面的研究,获得了汕头、香港海陆过渡区以及西沙石岛的深部地壳结构,发现了可能的滨海断裂带的垂向低速带,获得了南海海域莫霍面埋深图以及南海西北部居里面埋深图;确立了南沙地块的一级构造边界,重构了该区中-新生代岩浆活动与构造背景,以及晚三叠世碰撞缝合事件、晚白垩世的大规模裂谷作用、始新世古南海的消亡、中新世变革事件等四个重要演化阶段;在南海北部发现了从台西南盆地到深海盆北缘可能存在着一条大致NE45°走向的中生代俯冲增生带,提出台西南盆地及其邻区发育过程与南海破裂时热事件密切相关,认为南海陆缘裂解可能受到古南海俯冲拖曳和/或印藏碰撞引起的地幔流动影响与控制。

  2)南海沉积盆地演化及其油气/水合物形成机制 

  提出并实现了利用多道地震记录中的折射波进行中生代地层的速度分析方法,突破了该区常规反射速度分析不准的难点。指出了以往南海潮汕坳陷油气钻探失利的原因和后期勘探研究的方向。

  在区域地质地球物理分析基础上,在南海北部圈划了琼东南、东沙西南、东沙东南和台湾南部4个渗漏型水合物有利区。首次在东沙西南海域和西沙海槽采获与水合物活动密切相关的冷泉碳酸盐结核(壳),在水体柱中发现甲烷含量高异常;在东沙西南海域获得了海底泄露、硬化、沉积物磁化率等水合物标志的地球物理特征及深水生物碳酸盐岩,指出东沙西南海域存在渗漏型天然气水合物,揭示了水合物经过多次分解和排溢而形成的多期冷泉碳酸盐岩现象,预测海底存在活跃冷泉、冷泉生物群落。

  3)南海古海洋环境变化的地质记录与生态响应 

  揭示了西太平洋暖池在末次冰期经历移动与消失的时空演变特征,以及古夏季风早在8.7 Ma之前形成及其发育的阶段性历史;发现了南海南部近一百万年以来放射虫生物群的发育存在约0.20Ma旋回周期和在0.47MaBP出现的海洋生态环境突变事件;重建了7500年以来高分辨率的温度变化、El Nino与极端气候事件和南海千年、百年和年代际尺度的海平面波动历史;从珊瑚记录中提取了近4000年来高分辨率的强风暴历史,系统建立了该时期的强风暴序列、频率和变化趋势;发现地质时期的低温也会导致珊瑚礁白化的现象,提出了珊瑚礁“冷白化(Cold bleaching)”的新概念,建立了珊瑚礁冷白化与热白化历史,揭示现代珊瑚礁急剧退化的主要原因。

  上述研究成果丰富了缘海地球动力学和全球变化理论,提升了我国海洋地质科学研究的实验观测模拟和探测技术能力,对进一步深化理解边缘海的形成演化机制,南海油气与水合物资源的潜力、形成机理及其分布特征,以及南海区域古环境演变及其对全球变化的响应特征具有重要的理论和实际意义。

  成果三:热带海洋生物资源的形成机制及其化学生态学效应

  人口、资源和环境已成为三大世界性问题,随着陆地资源的过度开发和利用,沿海国家已将海洋资源,尤其是海洋生物资源的保护、开发和利用提到了国家可持续发展长远战略高度。美、英、日等发达国家先后制定了国家发展计划,把海洋生物资源和技术研究确定为21世纪优先发展领域。海洋经济发展迅速,成为世界经济和我国经济的新亮点和新的增长点。对海洋生态环境的保护日益重视,海洋水产养殖已成为优质食物蛋白的重要来源,海洋活性物质日益成为创新药物、工业、农业和环保等领域的研究开发重点。

  南海独特的地理区位和环境气候特点使其成为世界上海洋生物多样性和生物资源最丰富的海区之一,物种的数量和产量在我国各海区中首屈一指。然而,我国目前对南海海洋生物多样性和生物资源的形成机制与变动规律缺乏系统深入的研究,对海洋生物活性物质的发现和应用认识不足,海水养殖品种单一、种质退化、养殖模式粗放,水产品精深加工量小、技术水平低,对国民经济的贡献率低。开展南海海洋生物资源的保护、开发和可持续利用的基础理论与应用关键技术研究,不仅是海洋生物学前沿学科发展的需要,也是推动我国海洋经济发展,促进社会与环境和谐,保障生态与食物安全等重大国家战略的需要。

  围绕核心科学问题“南海海洋生物资源的形成规律和化学生态效应”开展研究,包括:南海海洋生物多样性与生物资源的形成机制和动态变化规律;热带海洋生物健康增养殖理论和技术;海洋生物活性与功能物质的化学生态学和应用原理。取得了一系列创新性研究成果。

  1)在南海区域海洋生物种群多样性与生物生产机制方面 

  报道各类海洋生物2600多种,丰富了热带海洋生物物种库和生物多样性理论。开拓了近海浮游生物功能群结构及生产贡献、初级与次级生产转换效率研究,发现热带海域次表层存在初级生产最大值并揭示其成因和调控机制。提出珊瑚礁高效营养生态泵新概念,珊瑚礁生态系统营养再生与循环模式。摸清了华南沿岸海草种类、地理分布及环境状况,建立了比较完善的海草生态系统管理体系,编制了«中国海草保护行动计划»。推动了生物海洋学学科发展,为海洋生物多样性保护和生物资源可持续利用提供重要科学依据。为保护近海生态环境,制定有效生态灾害防治措施奠定理论基础。

  2)在海洋生物活性与功能物质利用技术研究方面 

  围绕活性与功能物质的生理生化过程、基本机制及其提取利用技术,突破了从海洋生物中提取活性次生代谢小分子和功能物质大分子的关键技术,分离鉴定了1200个海洋生物特有的代谢产物,其中发现276个新颖结构分子,109个功能活性物质。研制开发出海洋生物来源的1个新药产品、10种功能食品、5个系列化妆品、1个新生物农药、以及系列功能饲料产品和海洋生物调味剂产品,促进了海洋生物技术产业的发展,产生社会经济效益50亿元以上,新增利税10亿元以上。

  3)在海水健康养殖方面 

  率先引进凡纳滨对虾(南美白对虾)到华南沿海,针对品种引进后交配成功率、受精率和孵化率低等问题开展研究,阐明了雄虾先成熟、雌虾后成熟的不同步发育规律,研究成功凡纳滨对虾亲虾强化培育,建立了规模化全人工繁育技术,创建了对虾集约化防病养殖模式及技术体系并在养殖生产中应用,创造社会经济效益1000多亿元,养殖产量占全国对虾产量的80%,占全世界产量的40%,使我国成为全球最大的养殖对虾生产国。

  研究成果丰富了海洋生物资源学和生态学理论,提高了我国海洋生物资源利用技术的研究水平,在海洋生物活性物质利用和海水健康养殖方面具有引领和示范作用,推动了我国海洋生物高技术产业跨越发展。

  

1978年至2007年科技成果目录

 








 
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