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北極是全球氣候變化最敏感、最顯著的區(qū)域。空間觀測是支撐北極科學(xué)研究、資源開發(fā)和航道利用的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。我國科研人員建立了北極海冰和海洋動(dòng)力環(huán)境的七種關(guān)鍵參數(shù)的衛(wèi)星遙感反演算法，突破了高分辨率合成孔徑雷達(dá)北極海冰和海洋動(dòng)力協(xié)同觀測的瓶頸，面向全球發(fā)布和共享了系列高級(jí)遙感產(chǎn)品，在高水平期刊發(fā)表論文8篇。基礎(chǔ)研究的突破支撐了北極航道空間觀測保障服務(wù)體系的建立，向中遠(yuǎn)海運(yùn)特運(yùn)公司2021年度北極東北航道航行提供海冰與海洋動(dòng)力遙感觀測信息150余次，為航路規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避等起到了關(guān)鍵支撐作用，顯著提升了我國海運(yùn)公司在北極航行的商業(yè)競爭力。該科技成果對于推動(dòng)我國極地和海洋科技自強(qiáng)自立發(fā)展起到了重要作用。

深海礦產(chǎn)資源豐富，深海采礦具有重要戰(zhàn)略意義。在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”專項(xiàng)支持下，我國首套深海礦產(chǎn)混輸智能裝備系統(tǒng)“長遠(yuǎn)號(hào)”成功研制并于2021年8月在南海圓滿完成海試，海試克服了復(fù)雜惡劣海況影響，下放深度達(dá)519米，總運(yùn)行時(shí)間超56小時(shí)，穩(wěn)定運(yùn)行體積濃度超11%，關(guān)鍵核心部件混輸泵穩(wěn)定運(yùn)行流量大于240m3/h，最大流量356m3/h，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)海洋環(huán)境下系統(tǒng)布放回收等混輸全過程的健康監(jiān)測、智能調(diào)控和預(yù)警決策。

“長遠(yuǎn)號(hào)”具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其海試成功創(chuàng)造了我國深海礦產(chǎn)混輸智能系統(tǒng)海上試驗(yàn)最大下放深度和最長連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間的記錄，實(shí)現(xiàn)了我國深海礦產(chǎn)混輸智能化裝備技術(shù)的重大突破，是我國深海采礦技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑。

古菌是海洋微生物的重要組分，但絕大多數(shù)海洋古菌尚未得到分離培養(yǎng)，因此人們對海洋古菌的多樣性及功能演化知之甚少。本研究從濱海濕地、近海沉積物到西太平洋深淵等樣品中，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的古菌門類，拓展了生命之樹；通過解析阿斯加德古菌和烏斯古菌的代謝潛能，闡明了它們在碳、氮等元素的地球化學(xué)循環(huán)中的作用；研究還重構(gòu)了阿斯加德古菌和烏斯古菌的功能演化過程，不僅為揭示阿斯加德古菌與真核生物起源的關(guān)系提供了重要依據(jù)，還為探究烏斯古菌從寄生到自由生的代謝多樣化的演化史提供了科學(xué)依據(jù)。研究成果于2021年分別發(fā)表在國際著名期刊《自然》和《自然·通訊》，為我國在海洋微生物學(xué)和真核生物起源等國際前沿研究領(lǐng)域搶占了一席之地。

解碼海洋極端環(huán)境中微生物獨(dú)特的生命過程及其對極端環(huán)境適應(yīng)與生態(tài)效應(yīng)的機(jī)制，具有重要理論意義。科研人員在海洋有機(jī)硫二甲基巰基丙酸內(nèi)鹽（DMSP）循環(huán)方面取得了重要進(jìn)展：首次發(fā)現(xiàn)海洋細(xì)菌代謝DMSP的新生態(tài)功能，揭示了極地海洋中DMSP循環(huán)獨(dú)特的生物地理學(xué)特征，鑒定了一類催化機(jī)制全新的DMSP裂解酶。發(fā)現(xiàn)并揭示深海細(xì)菌通過合成甲基胺類物質(zhì)耐受高靜水壓的耐壓新機(jī)制。發(fā)現(xiàn)并揭示細(xì)菌小染色體由單向復(fù)制進(jìn)化為雙向復(fù)制的現(xiàn)象和機(jī)制。發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)肝素外切酶家族，闡明了該家族酶的催化機(jī)制及其應(yīng)用潛力。揭示了海洋細(xì)菌代謝甲基胺的分子機(jī)制及新型酯酶的低溫適應(yīng)機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature子刊、Science子刊等國際高水平雜志上，推動(dòng)了海洋學(xué)科的發(fā)展。

經(jīng)過近5年的科技攻關(guān)，2021年我國科研人員在新型海洋微波遙感探測機(jī)理模型上取得重要突破，發(fā)展了復(fù)雜海況多尺度全極化微波散射新模型，建立了微波多普勒海表流場測量新機(jī)理，提出了一種新型海洋測流的星載原型載荷；突破了干涉成像雷達(dá)高度計(jì)海面高度、有效波高等要素信息提取、星載海洋波譜儀高精度海浪譜信息提取、海洋鹽度計(jì)主被動(dòng)聯(lián)合鹽度反演和靜止軌道SAR成像模型和成像算法等關(guān)鍵技術(shù)，研究成果已成功應(yīng)用于在軌天宮2號(hào)成像雷達(dá)高度計(jì)和中法海洋衛(wèi)星波譜儀數(shù)據(jù)處理中，有力推動(dòng)了我國海洋微波遙感基礎(chǔ)理論和原創(chuàng)性技術(shù)水平大幅提升，我國海洋微波遙感技術(shù)實(shí)力已由跟跑向并跑領(lǐng)跑轉(zhuǎn)變，在新型載荷仿真研制、數(shù)據(jù)處理算法模型等領(lǐng)域已躋身世界先進(jìn)行列。

遠(yuǎn)距離高速水聲通信是大范圍水下無線信息傳輸?shù)闹匾侄?，對水下搜救、探測和國防等都具有重要意義。當(dāng)前國外的遠(yuǎn)距離高速水聲通信設(shè)備普遍體積重量大、抗移動(dòng)性弱，水下高速移動(dòng)平臺(tái)搭載困難，且高技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)對國內(nèi)禁售。2021年11月我國科技人員研制出具備體積小、功耗低、抗移動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的遠(yuǎn)距離高速水聲通信機(jī)，在云南撫仙湖和浙江舟山近海試驗(yàn)中分別實(shí)現(xiàn)14公里和4.5公里距離的3.07千比特每秒的高速率相干通信，突破了同類水聲通信機(jī)全球最高性能指標(biāo)。該成果標(biāo)志著我國自主遠(yuǎn)距離高速水聲通信技術(shù)打破了國外封鎖，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)超越，對推動(dòng)我國水下裝備信息化具有重大意義。

發(fā)展綠色能源是國家戰(zhàn)略，海上風(fēng)電是風(fēng)電技術(shù)的制高點(diǎn)。風(fēng)電基礎(chǔ)造價(jià)占比超過25%，是控制項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行的決定因素之一。

發(fā)明了新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)(ZL201310144668.9) ，提出了一體化設(shè)計(jì)方法等系列核心技術(shù)，2021年9月，在福建平海灣海上風(fēng)電工程實(shí)現(xiàn)了替代“打樁-鉆、擴(kuò)孔-澆筑混凝土-打樁”式嵌巖單樁的全球首次應(yīng)用，避免了嵌巖和樁周沖刷防護(hù)施工，大幅提高了施工效率，降低了造價(jià)，同時(shí)，為克服深遠(yuǎn)海和大容量機(jī)組發(fā)展趨勢下，多樁基礎(chǔ)施工效率低而常規(guī)單樁基礎(chǔ)承載力不足且需要沖刷防護(hù)等瓶頸，以及單樁沉樁不到位的補(bǔ)救處理提供了新的解決思路。

該項(xiàng)填補(bǔ)國內(nèi)外空白的技術(shù)發(fā)明，為我國海上風(fēng)電工程技術(shù)進(jìn)步提供了原創(chuàng)性的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)解決方案，促進(jìn)了新裝備、新工藝、新技術(shù)的研發(fā)升級(jí)，打造了可復(fù)制、可推廣、可借鑒的新經(jīng)驗(yàn)，對落實(shí)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略、助力“3060雙碳目標(biāo)”具有積極的推動(dòng)作用。

在海洋領(lǐng)域的國際談判中，國際標(biāo)準(zhǔn)是僅次于國際法和聯(lián)合國海洋法公約的理論依據(jù)。由我國提出并聯(lián)合8個(gè)國家制定的國際標(biāo)準(zhǔn)《海洋環(huán)境影響評估（MEIA）-海底區(qū)海洋沉積物調(diào)查規(guī)范-間隙生物調(diào)查》（ISO 23040:2021）經(jīng)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）批準(zhǔn)正式發(fā)布。這是由我國主持制定的首項(xiàng)ISO海洋調(diào)查國際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著中國海洋調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國際化工作取得重要突破。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為海底區(qū)沉積物生物調(diào)查提供基于國際前沿的理論體系與技術(shù)方法，適用于海底區(qū)域沉積物生物多樣性的調(diào)查與評估，為開展海洋調(diào)查領(lǐng)域多邊合作和國際談判提供強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)。研究成果于2021年由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）經(jīng)多輪國際投票后正式出版發(fā)布，為國際社會(huì)貢獻(xiàn)中國方案并參與全球海洋治理。

北極加克洋中脊是全球最慢速擴(kuò)張的洋中脊，由于常年冰封，難以進(jìn)行海底地球深部探測。2021年，中國第十二次北極科學(xué)考察航次創(chuàng)造了多項(xiàng)國際新記錄：首次在該區(qū)自主完成了大規(guī)模海底地震和大地電磁探測，打破了國際上高緯密集冰區(qū)無法開展深部探測的斷言，完成了洋中脊地殼探測最后一塊拼圖；首次在缺乏觀測的洋中脊東段取得大量地質(zhì)樣品和影像資料，發(fā)現(xiàn)了異常范圍大、信號(hào)強(qiáng)、生物匱乏的獨(dú)特極地?zé)嵋合到y(tǒng)；實(shí)現(xiàn)冰下海底地震儀、海底電磁儀、短基線陣列、電視抓斗、光學(xué)拖體、水下機(jī)器人等關(guān)鍵設(shè)備自主研發(fā)，形成高緯密集冰區(qū)海底探測自主作業(yè)能力；航次推動(dòng)了中國主導(dǎo)的國際北冰洋洋中脊聯(lián)合探測計(jì)劃（JASMInE），得到了國際科學(xué)界廣泛參與和贊譽(yù)。

海洋數(shù)值模式是海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)的“芯片”，在海洋環(huán)境安全保障、海洋科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用。沒有高質(zhì)量的“芯片”，就難以做出及時(shí)的、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。長期以來，我國的海洋環(huán)流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)一直缺乏“自主芯”。經(jīng)過多年攻關(guān)，我國科研人員于2021年完成了質(zhì)量守恒海洋溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)模式（媽祖1.0）研發(fā)工作，并投入預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了“中國芯”對“歐美芯”的替代。

媽祖1.0發(fā)展了兩大數(shù)值模式技術(shù)創(chuàng)新：一是采用先進(jìn)的質(zhì)量守恒物理框架，成為國際上首個(gè)基于海水質(zhì)量守恒的業(yè)務(wù)化海洋環(huán)流預(yù)報(bào)模式，能夠更加真實(shí)地模擬海洋動(dòng)力環(huán)境變化過程。二是支持在CPU和GPU計(jì)算設(shè)備上高效計(jì)算，具有“碳友好”特性。經(jīng)測算，相對于傳統(tǒng)計(jì)算方式，媽祖1.0可降低預(yù)報(bào)運(yùn)行能耗90%，減少設(shè)備購置維護(hù)費(fèi)用70%以上，每年可減少碳排放520噸。