中日海洋環(huán)境領(lǐng)域研究合作與展望

劉陽(yáng)，田永軍，于佳，王欣，周少丹，単谷，伊藤進(jìn)一

( 1.中國(guó)海洋大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島 266003；2.科學(xué)技術(shù)部國(guó)外人才研究中心，北京 100038；3.日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)，日本 東京 102-8666；4.東京大學(xué) 大氣海洋研究所，日本 東京 277-8564)

由科技部外國(guó)專家服務(wù)司與日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）櫻花科技計(jì)劃推進(jìn)本部聯(lián)合主辦，科學(xué)技術(shù)部國(guó)外人才研究中心、中國(guó)海洋大學(xué)承辦的“2020-2021年中日高層次科學(xué)家研討交流活動(dòng)（海洋環(huán)境）”于2021年7月2日以“線上+線下”方式在青島院士港舉辦。本次活動(dòng)圍繞氣候與海洋環(huán)境變化、海洋漁業(yè)生物資源保護(hù)、海洋微塑料等主題，來(lái)自中日兩國(guó)20余所知名高校和科研院所的29名科學(xué)家分別作了專題報(bào)告和圓桌討論，逾1.07萬(wàn)人次在線參與。本次交流活動(dòng)旨在加強(qiáng)中日科技界，特別是海洋環(huán)境前沿領(lǐng)域的高層次合作與交流，為該領(lǐng)域的發(fā)展和交流集聚人才力量，對(duì)應(yīng)對(duì)全球范圍內(nèi)氣候與海洋環(huán)境的日益變化作出貢獻(xiàn)。

1 中日科學(xué)家共同關(guān)注海洋環(huán)境的科學(xué)前沿問(wèn)題

本次交流活動(dòng)結(jié)合海洋生態(tài)環(huán)境、物理海洋、海洋化學(xué)、海洋氣象、漁業(yè)資源、衛(wèi)星遙感等多學(xué)科交叉研究，針對(duì)當(dāng)前全球海洋環(huán)境面臨的熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了深入探討。與會(huì)專家結(jié)合對(duì)氣候變化具有積極影響的3種海洋固碳生物機(jī)制（Biological Carbon Pump,BCP; Carbonate Counter Pump,CCP; Microbial Carbon Pump,MCP）[1]，倡導(dǎo)在富營(yíng)養(yǎng)化、酸化和缺氧的水域?qū)⑦@3種機(jī)制結(jié)合起來(lái)開(kāi)發(fā)陸海一體化的生態(tài)固碳工程，形成綠色能源驅(qū)動(dòng)的人工上升流生物修復(fù)，實(shí)現(xiàn)全面的海洋負(fù)碳排放[2]。在應(yīng)對(duì)氣候和海洋環(huán)境變化問(wèn)題時(shí)，除了利用和開(kāi)發(fā)可再生能源，也應(yīng)該關(guān)注天然氣等不可再生能源對(duì)海洋環(huán)境的影響[3]。日本周圍海域呈現(xiàn)海洋酸化和變暖現(xiàn)象，西北太平洋海域酸化趨勢(shì)與海表環(huán)流和大氣CO2增速的變動(dòng)有關(guān)[4]，因此，監(jiān)測(cè)大洋中CO2和氧含量非常重要[5]。人為影響的氮沉降對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，未來(lái)北太平洋的氮沉降會(huì)與酸性物質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生更易溶的滯留污染物[6]。海洋酸化、海洋變暖和富營(yíng)養(yǎng)化等多重壓力對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的影響加劇，因此，減少人類制造的碳排放是緩解這些壓力的重要途徑之一[7]。

在氣候變化和人類活動(dòng)的共同影響下，海洋環(huán)境與物理、生物地球化學(xué)之間的聯(lián)系會(huì)發(fā)生前所未有的變化[8]。太平洋年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation,PDO）通常被認(rèn)為是北太平洋氣候年代際變動(dòng)的主要模態(tài)，最新的研究表明大西洋多年代際振蕩（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）可以調(diào)節(jié)西北太平洋黑潮鋒面和表層水溫的年代際變動(dòng)，并進(jìn)一步影響西北太平洋上層熱含量和漁獲量[9]。PDO和北太平洋環(huán)流振蕩（North Pacific Gyre Oscillation,NPGO）是影響整個(gè)北太平洋流域營(yíng)養(yǎng)鹽和溶解無(wú)機(jī)碳濃度變化的主要?dú)夂蚰B(tài)，進(jìn)而影響生物量的季節(jié)性變動(dòng)，北太平洋磷酸鹽和硅酸鹽的平均值隨全球變暖呈下降趨勢(shì)，而硝酸鹽的變化趨勢(shì)則不明顯[10]。

漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在全球糧食安全中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，然而，氣候變化和人類活動(dòng)所引起的海洋環(huán)境變化使水產(chǎn)資源的可持續(xù)利用面臨巨大挑戰(zhàn)[11]。探究氣候變化引起的海洋生物變化模式，對(duì)制定基于生態(tài)系統(tǒng)的漁業(yè)管理策略具有重要意義[12]。氣候變化引起的物種分布與豐度變動(dòng)也給漁業(yè)管理制度帶來(lái)了從局部到全球規(guī)模的挑戰(zhàn)，未來(lái)監(jiān)管區(qū)和管轄區(qū)之間的合作將成為推動(dòng)發(fā)展的關(guān)鍵因素[13]。面對(duì)全球尺度的氣候變化，漁業(yè)資源變化是在一個(gè)相對(duì)精細(xì)的空間尺度上，如何匹配這兩種不同的空間尺度也是我們未來(lái)研究的一大挑戰(zhàn)[14]。氣候變化對(duì)魚(yú)類的洄游分布和生態(tài)系統(tǒng)影響顯著[15]，魚(yú)類早期生活史研究對(duì)探究漁業(yè)資源變動(dòng)機(jī)制尤其重要[16]。海草床、紅樹(shù)林、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)在海洋中具有重要的生態(tài)作用，在氣候變化背景下，建立生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)措施與社會(huì)協(xié)調(diào)適應(yīng)機(jī)制對(duì)海洋資源的可持續(xù)利用管理十分重要[17]。

海洋微塑料污染對(duì)魚(yú)類、蟹類等海洋生物的早期發(fā)育產(chǎn)生不利影響，擾亂其種群動(dòng)態(tài)和物種間的相互作用，會(huì)對(duì)漁業(yè)資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生不利影響[18]。通過(guò)集成世界海洋中上層的8 218個(gè)微塑料樣品而建立的微塑料豐度數(shù)據(jù)集，結(jié)合數(shù)值建模方法，為探究微塑料的時(shí)空分布及其影響提供了重要數(shù)據(jù)支撐[19]。未來(lái)可以通過(guò)雙邊和多邊合作為海洋微塑料對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)影響進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和提供解決方案[20]。

地球系統(tǒng)模式是定量描述氣候系統(tǒng)的數(shù)值模型，也是理解和預(yù)測(cè)氣候變化的重要工具[21]。在預(yù)測(cè)未來(lái)波浪的全球氣候模型中，應(yīng)該加入風(fēng)等相關(guān)數(shù)據(jù)，并使用集合數(shù)據(jù)來(lái)減少模型的不確定性[22]。從基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)來(lái)看，臺(tái)風(fēng)“風(fēng)泵”可以改變海洋中的營(yíng)養(yǎng)鹽輸運(yùn)，促進(jìn)海洋初級(jí)生產(chǎn)的發(fā)展，從而影響漁業(yè)資源的變動(dòng),對(duì)海洋環(huán)境生態(tài)效應(yīng)產(chǎn)生重要影響[23]。加強(qiáng)對(duì)氣候變化和海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)十分重要，對(duì)漁業(yè)資源產(chǎn)卵場(chǎng)的評(píng)估不應(yīng)只使用海表環(huán)境因子，也應(yīng)對(duì)各水層尤其是海洋底部進(jìn)行監(jiān)測(cè)[24]。

2 中日海洋環(huán)境領(lǐng)域合作機(jī)遇

如今，海洋生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，海洋微塑料、珊瑚礁退化等問(wèn)題對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響機(jī)制尚不明確，中日兩國(guó)應(yīng)加強(qiáng)和完善在有關(guān)海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)管制度上的合作。兩國(guó)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對(duì)全球糧食安全的重要性，中日兩國(guó)一衣帶水，擁有相鄰海域，應(yīng)加強(qiáng)兩國(guó)在漁業(yè)資源監(jiān)測(cè)、評(píng)估和管理上的合作，共同應(yīng)對(duì)未來(lái)氣候變化、人口增加、海洋環(huán)境變化、漁業(yè)資源衰退等方面的挑戰(zhàn)。

在國(guó)際開(kāi)展數(shù)據(jù)共享和全球數(shù)據(jù)深入挖掘的背景下，進(jìn)一步推動(dòng)中日兩國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)共享，加速成果轉(zhuǎn)化，建立起數(shù)據(jù)需求者之間的橋梁，完善兩國(guó)的數(shù)據(jù)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，建立起科學(xué)共享開(kāi)放的合作平臺(tái)。期望未來(lái)中日兩國(guó)在海洋環(huán)境數(shù)據(jù)收集和共享上能加大合作創(chuàng)新力度，促進(jìn)海洋環(huán)境領(lǐng)域向更加可持續(xù)的方向發(fā)展。

通過(guò)本次交流活動(dòng)，中日雙方科學(xué)家積極討論并提出許多具有建設(shè)性的意見(jiàn)，在雙邊研究中具有諸多共通性和互補(bǔ)性，專家們建議科技部和JST建立中日雙方在海洋環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域穩(wěn)定和持續(xù)的交流機(jī)制，共同培養(yǎng)高層次海洋研究人才和后備力量，鼓勵(lì)青年人才積極探索，多學(xué)科交叉，擴(kuò)展學(xué)科領(lǐng)域，增強(qiáng)溝通合作，促進(jìn)各涉海學(xué)科的融合發(fā)展。

3 中日科學(xué)家共同提議

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，相伴產(chǎn)生的溫室效應(yīng)、海洋酸化、微塑料等海洋環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著人類賴以生存的藍(lán)色家園。中日高層次科學(xué)家開(kāi)展跨學(xué)科研討交流，對(duì)我國(guó)海洋事業(yè)的發(fā)展起到積極促進(jìn)的作用，科學(xué)家們針對(duì)以上中日及世界在海洋環(huán)境領(lǐng)域面臨的共同挑戰(zhàn)與機(jī)遇，提出以下建議：

（1）持續(xù)監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境變化。我國(guó)全面推進(jìn)“透明海洋”的建設(shè)，但是人類至今對(duì)海洋的認(rèn)知還十分有限。我們需要結(jié)合物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科交叉方法對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)做更多的觀測(cè)和監(jiān)測(cè)工作，例如在全球變暖、極端氣候事件、海洋酸化、缺氧、富/貧營(yíng)養(yǎng)化以及海平面上升、海洋污染、微塑料等科學(xué)前沿方向。

（2）提高預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性。引入人工智能技術(shù)是未來(lái)提高模型可預(yù)測(cè)性、減少氣候模型偏差的重要手段之一。建立科學(xué)有效的氣候模型，推動(dòng)氣候模型的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，對(duì)增強(qiáng)海洋環(huán)境未來(lái)變化的研究十分重要。

（3）提高對(duì)海洋現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和過(guò)程的理解。提高多時(shí)空尺度海洋動(dòng)力過(guò)程及海氣相互作用的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)極端氣候和天氣事件、海洋中小尺度過(guò)程，如：混合、鋒面、模態(tài)水、次中尺度渦旋、動(dòng)力-生態(tài)-生物相互作用、海洋生物群的生理反應(yīng)等的認(rèn)知，提高對(duì)副極地-極地區(qū)域、沿海區(qū)域以及近海-遠(yuǎn)洋過(guò)渡區(qū)的認(rèn)知。

（4）搭建中日科技合作交流平臺(tái)。提高兩國(guó)在海洋環(huán)境和監(jiān)測(cè)方面數(shù)據(jù)交流能力，在海上藍(lán)色糧倉(cāng)、藍(lán)色能源、應(yīng)對(duì)氣候變化以及海洋環(huán)境管理和保護(hù)等方面展開(kāi)交流與合作。為聯(lián)合國(guó)構(gòu)建的2021-2030年海洋科學(xué)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的7個(gè)目標(biāo)（A clean ocean; A healthy and resilient ocean; A predictable ocean;A safe ocean; A sustainably harvested ocean; A transparent ocean; An inspiring and engaging ocean）作出中日兩國(guó)科學(xué)家的積極貢獻(xiàn)。

致謝：感謝所有參會(huì)專家，尤其是焦念志院士、李華軍院士對(duì)本次會(huì)議順利舉辦給予的重要支持。