海洋環(huán)境模擬與探測技術(shù)研究

海洋為人類的生存和發(fā)展、社會的不斷進步提供了必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)．在人類活動和全球變化的雙重影響下，我國近海海洋環(huán)境正在經(jīng)歷一系列重要變化，如近海富營養(yǎng)化、藻類水華、水體缺氧、海洋酸化等災(zāi)害性生態(tài)過程越來越嚴重，造成了海洋環(huán)境的惡化和資源的衰竭等不可逆轉(zhuǎn)的影響，嚴重威脅了人類食物的供給和賴以生存的自然環(huán)境的健康．“建設(shè)海洋強國”、“建設(shè)21世紀海上絲綢之路”等一系列國家戰(zhàn)略的實施，為國家的海洋事業(yè)提供了難得的歷史機遇，同時也帶來了巨大的挑戰(zhàn)．人類活動和全球變化條件下中國近海海洋環(huán)境長期演變規(guī)律和機制以及海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評估成為海洋科學(xué)研究的重要科學(xué)命題．

天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院趙亮教授團隊以海上調(diào)查和數(shù)值模擬為主要研究手段，持續(xù)完善包括外海調(diào)查、高性能計算和數(shù)值模擬虛擬仿真等研究平臺，將近海動力和生態(tài)年際變化及其演變機制、全球變化和人類活動對中國近海生態(tài)系統(tǒng)影響和反饋作為主攻方向，關(guān)注天津近海低氧與酸化、風暴潮等環(huán)境問題的發(fā)生過程和機理，為保障海洋生態(tài)環(huán)境安全、合理可持續(xù)利用海洋提供科學(xué)依據(jù)，為實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展服務(wù)．

多年來，趙亮教授團隊主持國家自然科學(xué)基金項目 5項(“黃、東海低營養(yǎng)層生態(tài)系統(tǒng)對自然環(huán)境變化響應(yīng)的模擬與分析(41276016)”、“黑潮入侵東海陸架區(qū)熱輸運特征及其動力機制研究(41376006)”、“淺海湍流對懸浮顆粒物關(guān)鍵動力過程影響的研究(40806001)”、“海洋上邊界層的混合結(jié)構(gòu)特征研究(40806008)”和“黃海冷水團空間范圍年際變化及其對氣候變化的響應(yīng)研究(41606028)”)，國家重點研發(fā)計劃子課題2項(“渤黃海高分辨率生態(tài)環(huán)境數(shù)值模擬與預(yù)報(2016YFC1401602)”和“中國東部陸架海域生源活性氣體的海-氣通量及變化趨勢(2016YFA0601301)”)，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項課題 1項(“黑潮變異對黃東海生態(tài)系統(tǒng)演變的作用(XDA11020305)”)，作為骨干成員參與完成“973”課題 4項(“東、黃海重點海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)模型的數(shù)值研究(G1999043703)”、“近海重要界面物質(zhì)交換的關(guān)鍵過程(2006CB400602)”、“我國陸架海生態(tài)環(huán)境演變機制綜合分析及未來變化趨勢預(yù)測(2010CB428904)”和“海洋環(huán)境變化與水母爆發(fā)的相互作用(2011CB403602)”)，參與完成國家自然科學(xué)基金重點基金1項(“黃海動力過程對生物生產(chǎn)支持與調(diào)節(jié)機制的數(shù)值研究(40830854)”)，參與完成海洋公益性項目2項．在這些科研項目資助下，趙亮教授團隊開展了以下工作：(1)首次在渤海建立了物理-生物-化學(xué)過程耦合的三維初級生產(chǎn)模型，對渤海初級生產(chǎn)和營養(yǎng)鹽的循環(huán)和季節(jié)變化進行了系統(tǒng)的研究，評估了生態(tài)系統(tǒng)對人類活動和自然變化的響應(yīng)和反饋，并在國際上最早開展伴隨同化方法進行三維生態(tài)模型關(guān)鍵參數(shù)反演研究．(2)圍繞黃、東海生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律和機制開展工作，通過高分辨率三維耦合生態(tài)模型和現(xiàn)場觀測，研究了中國近海低營養(yǎng)層次生態(tài)系統(tǒng)的季節(jié)變化特征和控制機制，評估了生態(tài)系統(tǒng)對不同來源營養(yǎng)鹽輸入變化的響應(yīng)．(3)針對我國近海水母、綠潮和低氧等災(zāi)害性生態(tài)過程暴發(fā)開展現(xiàn)場觀測，研發(fā)了黃海水母模型、長江口低氧模型、黃海綠潮模型和黃東海碳循環(huán)模型等一系列生態(tài)動力學(xué)模型，對災(zāi)害性生態(tài)過程的發(fā)生過程和驅(qū)動因素進行了研究，為開展水母暴發(fā)、低氧和綠潮等生態(tài)性災(zāi)害防治提供科學(xué)基礎(chǔ)，取得的成果得到國內(nèi)外同行認可．(4)對底界面懸浮物和湍流動力過程開展了原位觀測工作，利用底邊界層湍流和懸浮物濃度高時空分辨率同步觀測數(shù)據(jù)，定量化懸浮物沉降和再懸浮過程．在國內(nèi)實現(xiàn)了微米量級的擴散邊界層和溶解氧剖面的原位觀測，并采用介觀方法數(shù)值模擬研究了底邊界層的湍動特性，為深入開展懸浮物動力學(xué)研究和海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)模型提供必要的動力學(xué)參數(shù)和動力過程認識．(5)建立了描述近海水動力和顆粒物輸運的高分辨率三維耦合模型，對人類活動引起的近岸水動力以及地形沖淤變化進行了研究．期間共發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，其中SCI論文40余篇，申請發(fā)明專利7項．