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青岛海洋科学与技术国家实验室2015年主要科技进展
来源:青岛海洋科学与技术国家实验室    2015-12-31 17:44:04

一、 建成“透明海洋计划”南海-西太平洋潜标观测网

围绕“两洋一海”透明海洋计划,建成了南海-西太平洋潜标观测网,实现了多尺度海洋动力过程长期连续观测。过去6年多在该海域累计布放回收潜标近300套次,目前在位潜标近50套,布放回收成功率超过95%,达到国际领先水平,是目前国际上针对特定海区组网规模最大的潜标综合观测网,首次实现了从海洋中小尺度的内波、中尺度涡到大尺度环流的系统观测。基于该潜标观测网,实验室在太平洋西边界流观测和研究方面取得了一系列重要科学发现,今年被 Nature 杂志特邀发表西太平洋西边界流研究的综述文章,这也是我国物理海洋界有史以来首次在该杂志发表综述文章,体现了实验室在南海-西太平洋海洋观测和研究的国际领导地位。



二、 研制出全球高分辨率浪-潮-流耦合模式

数值模式是进行海洋环境预报和海洋动力过程研究的核心工具,是一个国家海洋科技综合实力的重要体现,过去我国主要应用欧美等发达国家的海洋模式。真实海洋中海浪、潮流、环流等过程共存且存在很强的非线性相互作用,由于多运动形态耦合的复杂性,国际主流海洋模式研发通常针对不同尺度物理过程分别建立模式,从而使得海洋环流模式存在模拟夏季表层海面温度偏高、上混合层偏浅等共性问题。基于我国发展的浪致混合理论,并突破了高效并行算法和全要素高效数据同化等核心技术,在国际上率先建立了全球高分辨率海浪-潮流-环流耦合模式,显著减小了目前全球海洋环流模式的共性偏差,为提高海洋环境预报保障以及气候系统的预测奠定了坚实的科学基础。



三、 深海资源探测技术手段获得新突破

针对深海油气资源和海底天然气水合物勘探的目标,研发出具有自主知识产权的海洋可控源电磁勘探系统,并取得突破性进展。研制的海底电磁采集站在我国南部海域成功完成4000米水深海底大地电磁数据采集试验,填补了我国在这一方面的空白,使我国成为美德日之后第四个有能力在水深超过3000米以上海域进行海洋电磁场测量和研究的国家。自主研发的水下电流逆变系统突破1000安培大电流发射和海底电磁采集站成功完成4000米水深海试,标志着我国海洋电磁装备研制达到国际先进水平。




针对深海热液喷口流体及其支撑的深海极端生物圈,实验室突破深海保真取样然后实验室分析这种现有研究手段,使用自主研发的深海激光拉曼光谱探针,在国际上首次对马努斯热液区的黑烟囱(279°C)和白烟囱(106°C)热液喷口开展了原位探测,获得了新发现。


四、 印度洋大面积富稀土沉积区的发现

稀土元素广泛应用于人类生活生产的各个领域。尽管我国是稀土资源生产大国,但从全球范围来看,陆地稀土储量正急剧萎缩。自日本科学家于2011年宣布在太平洋发现富稀土沉积物后,激发了人类在深海探寻稀土资源的兴趣。2015年5-6月,实验室主持的中国大洋DY125-34航次第五航段在中印度洋海盆发现了大面积富稀土沉积物,这是国际上首次在印度洋发现大面积富稀土沉积,有重要的潜在应用价值和重要的科学意义。科考队对中印度洋海盆85万平方公里范围的海底进行了调查研究,在多站沉积物样品中检测出高稀土元素含量,达到“成矿”条件。科考队综合多种资料,在中印度洋海盆初步划分出两个富稀土沉积区域。这一发现可能意味着,深海稀土将是继多金属结核、富钴结壳和热液硫化物之后的第四种海底资源。



五、 大陆架科钻在南黄海中部隆起中-古生代海象相地层首获油气显示

南黄海盆地油气勘探始于60年代初,并于1974年开始钻探,历经50余年勘探和40多年钻探,迄今已钻26口探井(其中我国钻探21口),仅7口井钻遇中-古生界海相地层,但均未获得油气发现。实验室开展的大陆架科学探井CSDP-02孔是约3万平方千米的南黄海盆地中部隆起(又称崂山隆起)上第一口钻入前新生界的全取芯井,该井从596m井深钻入三叠系青龙组和二叠系大隆组和龙潭组,并在三叠系青龙灰岩岩心裂隙和方解石脉渗出原油,获得较好的油气显示。CSDP-02孔迄今在海相地层获得的油气显示和所钻遇厚层的中-古生界烃源岩均属首次,对南黄海中-古生界海相油气勘探具有重要影响和推动作用,可以期待由此打开我国海域中-古生界油气勘探的帷幕,在南黄海的勘探历史上具有里程碑意义。



六、 极端ENSO事件演变与预测取得重要进展

厄尔尼诺和拉尼娜(ENSO)事件对全球气候有重要影响,特别是极端ENSO事件会带来严重的气候灾害,而今年正在发生的El Nino事件是近一个世纪以来最强的三次之一。随着全球变暖,ENSO事件的演变特征及其对全球气候响应机制在气候预测中有重大意义。针对这一关键问题实验室进行了深入研究,在Nature及其子刊发表系列文章系统阐述极端ENSO事件随着全球变暖发生频率将大幅上升。今年Nature Climate Change 特邀实验室研究团队撰写综述性文章对成果回顾,编辑部撰写社论并开设了“Focus”专题对相关成果进行报道。针对今年的极端厄尔尼诺事件,实验室在前期理论研究基础上自主研发了中等复杂程度海气耦合模式(IOCAS ICM)并成功进行了预测预报,该模式也成为我国首个入选国际ENSO实时预报系统的模式,成果凸显了实验室在ENSO研究已经进入国际最前沿。



七、 生物形态发生机制取得重要发现

生物体形态结构的形成是一个重要生命过程。海洋生物学与生物技术功能实验室科学家提出了一个生物体内细胞骨架蛋白结构形成及其位置决定的生物物理模型,预测出了细胞微丝束的形成过程、方向性及周期性,解释了其在组织中位置的决定机制,并在海洋模式动物体内验证了这一模型,证实除了化学信号分子,机械力也是生物体形态结构形成的重要决定因素,从而为人们理解生物体形态发生机制提供了一个全新视角。研究成果发表于《eLife》(封面文章)和《PNAS》,得到学术界广泛关注和高度评价,《PNAS》同期为本研究发表评述,认为该文“提出了一个全新的生物物理模型,并经实验验证阐明了机械力而不是生化分子决定了细胞骨架结构模式,对生物形态发生领域的研究具有重要参考价值”。



八、 海水养殖种业科技取得重要进展

建立了海水养殖鱼类基因组编辑技术及海水养殖动物高通量分子标记分析技术,构建了牙鲆、大菱鲆、虾夷扇贝和仿刺参高密度SNP遗传连锁图谱。在此基础上,解决了水产动物育种的多性状选育的综合指数计算等技术难题,建立了最佳遗传贡献理论和方法,突破了水生动物多性状复合育种的技术瓶颈;培育出栉孔扇贝“蓬莱红2号”和凡纳滨对虾“壬海1号”2个新品种。上述研究成果有力推动了我国海水养殖动物种业的发展,为建立可持续发展的水产养殖业奠定了基础。



九、 发现一批海洋药物先导化合物

由于海洋特殊的生存环境,海洋生物可合成具有特殊生物学功能、结构多样的活性天然产物,活性天然产物是药物先导化合物的重要来源。海洋药物与生物制品功能实验室采用集成新技术的组合筛选模式,从深远海、极地及动植物共附生等特殊海洋环境(微)生物中发现一批具有抗肿瘤、抗病毒及抗炎等活性的化合物,其中153个为国际上首次发现的新结构化合物,软珊瑚来源真菌中发现的新骨架化合物Pestaloxazine A具有显著抗病毒活性,新骨架活性化合物speradines B和penicitols A被国际天然产物NPR评为热点化合物,新化合物发现的数量约占世界年均(以2011-2013年的平均值计)从海洋生物中发现新化合物的13%,凸显了实验室在国际海洋天然产物研究中的重要地位。实验室从南极土壤来源的树粉孢属真菌中分离得到的多硫代二酮哌嗪类化合物HDN-1,对白血病小鼠具有极强的治疗作用,机制研究发现HDN-1是一种Hsp90的新型C端抑制剂,该研究为针对这类化合物靶向Hsp90分子的分子优化与药物开发奠定了基础。



十、 近海生态灾害防治与海洋牧场环境保障技术获得突破

针对我国近海赤潮灾害,研发出具有自主知识产权的改性粘土应急处置技术,解决了影响粘土治理赤潮的关键瓶颈问题。围绕“保障重点工程”、“保护景观休闲水域”、“保障重大活动”三大任务,在我国近海得到了推广应用,保障了水环境安全,产生了显著的社会和经济效益, 2015年获得海洋工程科学技术发明一等奖。

按照“生态优先、陆海统筹、三产贯通、四化同步”原则,建立了海湾生态牧场,构建了生态安全与环境保障信息与预警预报平台,实现了科技平台网络化、合作模式多元化、牧场生产生态化、过程管理信息化。生态牧场一类水质区域大幅度增加,生物资源量提高两倍以上,成为山东“海上粮仓”示范区,得到了中央领导的肯定。


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