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

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

“長遠號”具有完全自主知識產權，其海試成功創(chuàng)造了我國深海礦產混輸智能系統(tǒng)海上試驗最大下放深度和最長連續(xù)穩(wěn)定運行時間的記錄，實現(xiàn)了我國深海礦產混輸智能化裝備技術的重大突破，是我國深海采礦技術發(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循環(huán)中的作用；研究還重構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和真核生物起源等國際前沿研究領域搶占了一席之地。

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

經過近5年的科技攻關，2021年我國科研人員在新型海洋微波遙感探測機理模型上取得重要突破，發(fā)展了復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高度計海面高度、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、海洋鹽度計主被動聯(lián)合鹽度反演和靜止軌道SAR成像模型和成像算法等關鍵技術，研究成果已成功應用于在軌天宮2號成像雷達高度計和中法海洋衛(wèi)星波譜儀數(shù)據(jù)處理中，有力推動了我國海洋微波遙感基礎理論和原創(chuàng)性技術水平大幅提升，我國海洋微波遙感技術實力已由跟跑向并跑領跑轉變，在新型載荷仿真研制、數(shù)據(jù)處理算法模型等領域已躋身世界先進行列。

遠距離高速水聲通信是大范圍水下無線信息傳輸?shù)闹匾侄危瑢λ滤丫?、探測和國防等都具有重要意義。當前國外的遠距離高速水聲通信設備普遍體積重量大、抗移動性弱，水下高速移動平臺搭載困難，且高技術指標的型號對國內禁售。2021年11月我國科技人員研制出具備體積小、功耗低、抗移動性強等特點的遠距離高速水聲通信機，在云南撫仙湖和浙江舟山近海試驗中分別實現(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全球最高性能指標。該成果標志著我國自主遠距離高速水聲通信技術打破了國外封鎖，實現(xiàn)了技術超越，對推動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，海上風電是風電技術的制高點。風電基礎造價占比超過25%，是控制項目經濟可行的決定因素之一。

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

該項填補國內外空白的技術發(fā)明，為我國海上風電工程技術進步提供了原創(chuàng)性的、具有自主知識產權的核心技術解決方案，促進了新裝備、新工藝、新技術的研發(fā)升級，打造了可復制、可推廣、可借鑒的新經驗，對落實海洋強國戰(zhàn)略、助力“3060雙碳目標”具有積極的推動作用。

在海洋領域的國際談判中，國際標準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個國家制定的國際標準《海洋環(huán)境影響評估（MEIA）-海底區(qū)海洋沉積物調查規(guī)范-間隙生物調查》（ISO 23040:2021）經國際標準化組織（ISO）批準正式發(fā)布。這是由我國主持制定的首項ISO海洋調查國際標準，標志著中國海洋調查技術標準國際化工作取得重要突破。該標準的發(fā)布為海底區(qū)沉積物生物調查提供基于國際前沿的理論體系與技術方法，適用于海底區(qū)域沉積物生物多樣性的調查與評估，為開展海洋調查領域多邊合作和國際談判提供強有力的科學依據(jù)。研究成果于2021年由國際標準化組織（ISO）經多輪國際投票后正式出版發(fā)布，為國際社會貢獻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張的洋中脊，由于常年冰封，難以進行海底地球深部探測。2021年，中國第十二次北極科學考察航次創(chuàng)造了多項國際新記錄：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樣品和影像資料，發(fā)現(xiàn)了異常范圍大、信號強、生物匱乏的獨特極地熱液系統(tǒng)；實現(xiàn)冰下海底地震儀、海底電磁儀、短基線陣列、電視抓斗、光學拖體、水下機器人等關鍵設備自主研發(fā)，形成高緯密集冰區(qū)海底探測自主作業(yè)能力；航次推動了中國主導的國際北冰洋洋中脊聯(lián)合探測計劃（JASMInE），得到了國際科學界廣泛參與和贊譽。

海洋數(shù)值模式是海洋環(huán)境數(shù)值預報的“芯片”，在海洋環(huán)境安全保障、海洋科學研究中發(fā)揮著重要作用。沒有高質量的“芯片”，就難以做出及時的、準確的預報。長期以來，我國的海洋環(huán)流數(shù)值預報系統(tǒng)一直缺乏“自主芯”。經過多年攻關，我國科研人員于2021年完成了質量守恒海洋溫鹽流數(shù)值預報模式（媽祖1.0）研發(fā)工作，并投入預報業(yè)務試運行，實現(xiàn)了“中國芯”對“歐美芯”的替代。

媽祖1.0發(fā)展了兩大數(shù)值模式技術創(chuàng)新：一是采用先進的質量守恒物理框架，成為國際上首個基于海水質量守恒的業(yè)務化海洋環(huán)流預報模式，能夠更加真實地模擬海洋動力環(huán)境變化過程。二是支持在CPU和GPU計算設備上高效計算，具有“碳友好”特性。經測算，相對于傳統(tǒng)計算方式，媽祖1.0可降低預報運行能耗90%，減少設備購置維護費用70%以上，每年可減少碳排放520噸。