王金平 , 吳秀平 曲建升 , 宋姍姍 , 黨敏文

(1. 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院, 甘肅 蘭州 730000; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100035)

21 世紀(jì)以來, 隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的增長,全球海洋資源開發(fā)和科技創(chuàng)新進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。近年來, 世界格局發(fā)生深刻變革, 海洋在地緣政治、國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用愈加明顯, 海洋科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)作用也愈加受到重視?！昂Ｑ髲?qiáng)國”戰(zhàn)略的提出, 為我國的海洋事業(yè)發(fā)展指明了方向, 同時(shí)對海洋科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新提出了更高的要求。我國海洋科技水平近年來取得了較顯著的提升, 但與傳統(tǒng)海洋強(qiáng)國差距依舊明顯。全面深入了解全球海洋科技發(fā)展態(tài)勢及重要海洋強(qiáng)國的發(fā)展布局, 對把握海洋科技前沿具有重要參考價(jià)值,對我國涉海科技戰(zhàn)略制定具有重要支撐意義。本文對近年來國際海洋科技領(lǐng)域的相關(guān)研究熱點(diǎn)進(jìn)行了分析, 結(jié)合對美國、英國、日本和俄羅斯的海洋科技發(fā)展方向的分析, 闡述了全球海洋科技發(fā)展的幾個(gè)趨勢特點(diǎn)和啟示。

1 重要熱點(diǎn)前沿問題

基于對近年來國際海洋科技領(lǐng)域的研究進(jìn)展的監(jiān)測和分析, 我們遴選出6 個(gè)方面較為突出的研究熱點(diǎn): 海洋物理環(huán)境變化研究、海洋塑料污染研究、海洋酸化研究、極地研究、印度洋研究以及海洋技術(shù)開發(fā)。這些研究之間存在一定的內(nèi)在邏輯: 在全球變化的大背景下, 海洋物理環(huán)境正在發(fā)生全方位的變化; 物理環(huán)境的變化與人類活動(dòng)的影響引發(fā)一系列全球性海洋問題, 其中最受關(guān)注的是海洋酸化研究和海洋塑料污染問題; 科學(xué)價(jià)值和地緣政治的影響促使重點(diǎn)區(qū)域(如北極)相關(guān)研究受到關(guān)注; 作為關(guān)鍵支撐的海洋新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用受到全球普遍重視。見圖1。

1.1 海洋物理環(huán)境變化

全球氣候變化對海洋的直接影響是引發(fā)了海洋的物理環(huán)境變化。氣候變化問題在海洋中拓展延伸,導(dǎo)致海洋溫度升高、熱含量增加, 同時(shí)海水受熱膨脹和冰川融化引發(fā)全球海平面上升。物理環(huán)境的變化是多種海洋環(huán)境問題的主要誘因。

(1) 海洋升溫

海洋溫度的升高在科學(xué)界已有廣泛共識。海洋溫度升高的定量化評估和未來升溫趨勢研究是近年來主要關(guān)注方向。2019 年發(fā)表在《科學(xué)》(Science)上的一項(xiàng)研究成果表明, 溫室氣體捕獲的太陽能有93%都累積在海洋中, 溫室氣體捕獲的熱量導(dǎo)致海洋變暖的速度比之前預(yù)想的更快[1]。在熱含量估算方面, 英美科學(xué)家重建了全球和全深度范圍的海洋溫度變化, 提供了首個(gè)自1871 年以來全球海洋升溫的估計(jì): 自1871 年以來, 全球海洋熱含量大幅增加(增加了436×1 021 J)[2]。近年來海洋熱量的增加速度也越來越快, 1987—2019 年的增加速度比1955—1986 年快了4 倍多[3]。

(2) 海平面上升

海平面上升對沿海地區(qū)產(chǎn)生潛在影響。英美德科學(xué)家聯(lián)合研究指出, 自1960 年以來全球海平面一直在加速上升, 主要源于陸冰融化和海洋吸熱引起的熱膨脹[4]。2018 年, 英國科學(xué)家研究指出, 如果將全球氣溫上升保持在工業(yè)化前2℃以內(nèi)的目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn), 到2100 年全球海平面上升每年將造成14 萬億美元的損失[5]。此外, 近年來南極冰的不穩(wěn)定性增加了海平面上升預(yù)測的不確定性[6]。

圖1 國際海洋研究熱點(diǎn)及內(nèi)在關(guān)系Fig. 1 International ocean research hotspots and internal relations

1.2 海洋塑料污染

相對于其他海洋污染問題, 海洋塑料污染的影響廣度、研究難度和治理難度較大[7]。海洋塑料污染已被列為與臭氧耗竭、海洋酸化、氣候變化等并列的全球性環(huán)境問題。

海洋塑料污染的嚴(yán)重程度超過預(yù)期, 并有向生態(tài)系統(tǒng)、深遠(yuǎn)海滲透的趨勢[8]。太平洋大型垃圾帶漂浮著超過7.9 萬噸海洋塑料, 比之前估計(jì)的多近16倍[9]。智利和德國的研究人員在世界上最偏遠(yuǎn)的地區(qū)——復(fù)活節(jié)島和南美洲之間南太平洋發(fā)現(xiàn)近100 種不同物種受到塑料污染的影響。馬里亞納海溝10 898 m深處也受到了塑料污染的影響[10]。

海洋塑料污染引發(fā)了國際社會(huì)普遍關(guān)注: 歐盟、英國和加拿大相繼發(fā)布塑料污染的相關(guān)戰(zhàn)略及科學(xué)議程, 主要從資源利用價(jià)值最大化、廢棄物及其對環(huán)境的影響最小化、實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)等方面加以考慮。2018 年1 月, 歐洲委員會(huì)發(fā)布《歐洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的塑料戰(zhàn)略》, 到2030 年消除不可回收的塑料, 削減一次性塑料和限制微塑料, 實(shí)現(xiàn)塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)[11]。2018 年6 月, 多國聯(lián)合簽署《海洋塑料憲章》, 承諾采取五項(xiàng)總體行動(dòng)來解決海洋塑料問題[12]。2018 年11 月, 加拿大發(fā)布《零塑料廢物戰(zhàn)略》, 利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方法在整個(gè)生命周期中解決塑料問題[13]。2018 年12 月, 英國發(fā)布《廢物處理與資源利用戰(zhàn)略》, 到2042 年消除所有可避免的塑料垃圾[14]。

從研究現(xiàn)狀來看, 海洋塑料污染的分布、來源、遷移和歸宿等研究是近年來科學(xué)家關(guān)注的幾個(gè)重要方面。在未來研究重點(diǎn)方面, 主要將圍繞環(huán)境中塑料的量化檢測、對人類健康的影響機(jī)理等方面[15]。闡明顆粒大小對風(fēng)化和生物降解性的影響、揭示微塑料與環(huán)境相互作用的機(jī)理、利用實(shí)驗(yàn)室研究評估環(huán)境中塑料的毒性差異也將成為重要關(guān)注方向[16]。

1.3 海洋酸化

海洋pH 值降低對多數(shù)甲殼類生物造成不利影響。海洋酸化的趨勢若得不到充分遏制, 可能引發(fā)整體海洋生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整。從全球來看, 海洋酸化的研究主要關(guān)注3 個(gè)方面: 海洋酸化問題的來源研究、海洋酸化的影響以及海洋酸化的適應(yīng)和減緩研究。在海洋酸化問題來源研究方面, 主要關(guān)注不同區(qū)域海洋酸化的評估。比利時(shí)和美國等國科學(xué)家發(fā)現(xiàn), 沿海地區(qū)的海水吸收了更多的CO2[17], 是引發(fā)海洋酸化問題重點(diǎn)區(qū)域。挪威科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn), 未來北大西洋碳吸收速度比先前預(yù)期的要慢[18]。海洋酸化的影響研究方面, 主要關(guān)注方向?yàn)樗峄瘜Ｑ笊?、生態(tài)系統(tǒng)和漁業(yè)資源的不利影響, 如美國伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)的模型研究顯示, 隨著大氣中CO2的增加, 在最壞的情況下, 未來30 到80 年內(nèi)海扇貝數(shù)量將減少50%以上[19]。在海洋酸化減緩和適應(yīng)研究方面, 2018 年1 月, 美國生態(tài)學(xué)家發(fā)文指出, 淺水海岸生態(tài)系統(tǒng)中的海洋植物和海藻在降低海洋酸化影響方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用, 這對未來解決海洋酸化問題具有重要意義[20]。

海洋酸化對于漁業(yè)的不利影響逐步顯現(xiàn), 對海洋生態(tài)的影響不容忽視, 相關(guān)問題引起普遍重視。以美國為例, 2019 年4 月, 美國國會(huì)發(fā)布了若干海洋酸化相關(guān)法案[21], 加強(qiáng)聯(lián)邦政府對監(jiān)測和研究海洋狀況方面的投資, 對美國沿海社區(qū)進(jìn)行脆弱性評估。

1.4 極地研究

南極研究主要關(guān)注冰川消融的影響方面。南極冰川加速消融, 增加了南極環(huán)境變化預(yù)測的不確定性。2018 年, 美國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn), 南極冰融化一方面減緩了大氣變暖, 另一方面加速了海平面上升,并將會(huì)改變區(qū)域降水分布[22]。美國科學(xué)家利用數(shù)學(xué)技術(shù)和大量最新的冰蓋模擬數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)冰蓋的崩塌擴(kuò)大了未來海平面上升的可能情景范圍[23]。美國和德國聯(lián)合研究指出, 由于氣候變化而快速消融的南極登曼冰川可能釋放數(shù)十億噸的冰, 足以使全球海平面上升近5 英尺[24]。未來南極冰川融化的影響研究將持續(xù)成為科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn), 同時(shí)南極生物資源研究或?qū)⒊蔀樾屡d的研究焦點(diǎn)。

北極變暖和海冰融化使北極生態(tài)環(huán)境變化研究成為重要熱點(diǎn)。北極研究的熱點(diǎn)方向主要圍繞生態(tài)環(huán)境和資源開發(fā)研究兩方面。在生態(tài)環(huán)境研究方面,英國國家海洋學(xué)中心(NOC)研究發(fā)現(xiàn), 北極變暖造成冰下甲烷加速釋放, 其造成的溫室效應(yīng)有待評估[25]。英國和以色列科學(xué)家研究指出, 夏季海冰對于多年凍土的穩(wěn)定性至關(guān)重要[26]。美國和德國科學(xué)家聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn), 極地冰區(qū)的海洋魚類物種形成率約為熱帶海洋的兩倍[27]。挪威科學(xué)家研究指出, 太平洋偏暖可能導(dǎo)致北極冬季氣溫升高[28]。在資源開發(fā)研究方面, 美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)研究指出, 北極地質(zhì)變遷史研究可能導(dǎo)致資源和權(quán)益格局變化[29]。多項(xiàng)研究表明, 北極多年凍土融化對俄羅斯油氣和礦業(yè)帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)[30]。芬蘭研究機(jī)構(gòu)指出, 采礦業(yè)帶來極大利益的同時(shí), 對環(huán)境具有長遠(yuǎn)不利影響[31]。

北極變暖促使其資源稟賦、航道價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和地緣政治更加突出。未來該區(qū)域?qū)㈤L期成為研究熱點(diǎn)區(qū)域。

1.5 印度洋研究

印度洋在全球海洋和大氣循環(huán)中的角色受到重視。美國和法國科學(xué)家聯(lián)合研究指出, 變暖的印度洋強(qiáng)化大西洋徑向翻轉(zhuǎn)流, 使歐洲的氣候更加溫和[32]。2018 年12 月, 美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn), 最近的冰川期, 印度洋在推動(dòng)氣候變化方面發(fā)揮的作用比之前認(rèn)為的要大得多。該研究的結(jié)果可能會(huì)改寫有關(guān)熱帶氣候變化是以太平洋為中心的理論[33]。巴西、澳大利亞等國科學(xué)家聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn),來自印度洋對流的大氣波對南美和南大西洋的氣候條件產(chǎn)生了巨大影響, 所導(dǎo)致的干旱和海洋熱浪可能持續(xù)發(fā)生[34]。美國伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn), 印度洋的表面溫度發(fā)生了顯著變化, 使澳大利亞東南部的氣候變得越來越炎熱干燥[35]。

此外, 2017 年, 美國提出“印太戰(zhàn)略”構(gòu)想, 對印度洋及其周邊國家的地緣政治產(chǎn)生新的影響。中國提出的“21 世紀(jì)海上絲綢之路”倡議中, 印度洋是其中重要的區(qū)域之一。在戰(zhàn)略地位凸顯和科學(xué)價(jià)值提升的雙重因素下, 印度洋相關(guān)研究在未來預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)升溫。

1.6 海洋技術(shù)開發(fā)

海洋觀測探測技術(shù)是海洋研究的基礎(chǔ), 也是全球科技競爭的重要前沿[36]。近年來, 國際海洋技術(shù)呈現(xiàn)兩方面熱點(diǎn), 一是傳統(tǒng)海洋儀器裝備的智能化改造, 二是AUV 技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。

在傳統(tǒng)海洋儀器的智能化改造提升性能方面。美國斯克里普斯海洋研究所(SIO)利用視覺和聽覺技術(shù)升級改造傳統(tǒng)物理海洋學(xué)儀器, 使其能夠在海底滑行時(shí)直接對周圍的浮游生物成像[37]。美國麻省理工學(xué)院(MIT)利用水下“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)解決水下設(shè)備供電問題[38]。英國普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室(PML)的科研人員建立漂浮碎片指數(shù), 采用地球觀測衛(wèi)星來探測海洋垃圾分布熱點(diǎn), 這種新的方法可以區(qū)分海洋塑料等漂浮物的自然源和人為源[39]。來自俄勒岡州立大學(xué)的研究人員成功地使用水聽器記錄了俄勒岡州海岸附近海底的甲烷氣泡聲, 打開了使用聲學(xué)來鑒別分析海洋中甲烷氣體的大門[40]。

在AUV 的研發(fā)應(yīng)用方面。2018 年, 英國國家海洋學(xué)中心(NOC)設(shè)計(jì)建造的水下自動(dòng)潛航器 Boaty McBoatface 號在南極洲西部的菲爾希納冰架(Filchner Ice Shelf)下完成了第一次冰下任務(wù)后成功出海。對魚類活動(dòng)以及對海洋保護(hù)區(qū)的監(jiān)測工作也逐漸轉(zhuǎn)向由AUV 開展[41]。

人工智能等新技術(shù)逐漸在海洋裝備中得到應(yīng)用。德國科學(xué)家基于人工智能技術(shù), 開發(fā)了一套全新的用于海底圖像分析的全自動(dòng)工作系統(tǒng), 使得潛水器能夠在深海中獨(dú)立開展工作。英國國家海洋學(xué)中心(NOC)與微軟合作共同開發(fā)可用于海洋研究的人工智能工具, 以模擬波浪關(guān)鍵特征。

2 重點(diǎn)國家未來布局

2.1 美國

(1) 國家層面布局

美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)(NSTC)是美國最高級別科技委員會(huì), 通過協(xié)調(diào)相關(guān)部門的科技政策, 促進(jìn)美國科技發(fā)展。2018 年11 月, 該委員會(huì)發(fā)布題為《美國國家海洋科技發(fā)展: 未來十年愿景》的報(bào)告[42],確定了2018—2028 年間海洋科技發(fā)展的迫切研究需求與發(fā)展機(jī)遇以及未來10 年推進(jìn)美國國家海洋科技發(fā)展的目標(biāo)與優(yōu)先事項(xiàng): ①了解地球系統(tǒng)中的海洋:現(xiàn)代化的基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā); 大數(shù)據(jù)利用; 開發(fā)地球系統(tǒng)的模型; 促進(jìn)運(yùn)營研究。②促進(jìn)經(jīng)濟(jì)繁榮: 擴(kuò)大國內(nèi)海產(chǎn)品生產(chǎn); 勘探潛在的能源; 評估海洋關(guān)鍵礦物; 平衡經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益; 培養(yǎng)藍(lán)色勞動(dòng)力。③確保海上安全: 提高海洋事務(wù)感知能力; 了解北極的變化; 維護(hù)和加強(qiáng)海上運(yùn)輸。④保障人類健康: 防止和減少塑料污染; 改進(jìn)對海洋污染物和病原體的預(yù)測;減少有害藻華; 開發(fā)天然產(chǎn)品。⑤發(fā)展具有恢復(fù)力的沿海社區(qū): 為自然災(zāi)害和天氣事件做好準(zhǔn)備; 降低風(fēng)險(xiǎn)和脆弱性; 賦予地方和區(qū)域決策權(quán)力。研究優(yōu)先事項(xiàng)涵蓋了海洋科學(xué)認(rèn)知、社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)、海洋安全和人類福祉等多方面內(nèi)容, 反映了美國未來海洋科技的全方位布局。

(2) 職能機(jī)構(gòu)布局

美國國家大氣與海洋管理局(NOAA)隸屬于美國商務(wù)部, 是美國海洋事務(wù)的重要管理機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu), 負(fù)責(zé)落實(shí)聯(lián)邦政府相關(guān)海洋戰(zhàn)略, 在美國海洋科技規(guī)劃布局中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。2019 年7 月,NOAA 發(fā)布《2020—2026 年研究與發(fā)展計(jì)劃》[43]。提出未來7 年優(yōu)先發(fā)展的3 個(gè)愿景及關(guān)鍵問題。愿景一對應(yīng)NOAA 的大氣領(lǐng)域相關(guān)研究, 主題為“減少惡劣天氣及其他環(huán)境現(xiàn)象對社會(huì)的影響”。關(guān)鍵問題包括: ①如何改善惡劣天氣及其他環(huán)境現(xiàn)象的預(yù)測及預(yù)警？②全球氣候狀況如何影響當(dāng)?shù)靥鞖?、增加環(huán)境危害、影響水質(zhì)和可利用水量？③如何提高空間天氣產(chǎn)品和服務(wù)的效用？ ④NOAA 如何加強(qiáng)溝通、產(chǎn)品和服務(wù), 使決策更明智？愿景二對應(yīng)NOAA 的海洋領(lǐng)域, 主題為“海洋和沿海資源的可持續(xù)利用和管理”。關(guān)鍵問題包括: ①如何利用知識、工具和技術(shù)更好地理解、保護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)？②如何在滿足土著、娛樂和商業(yè)漁業(yè)社區(qū)需要的同時(shí)維持健康和多樣化的生態(tài)系統(tǒng)？③如何加速美國可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展？④海岸及海洋資源、生境及康樂設(shè)施的保育等如何與旅游及康樂活動(dòng)的增長相平衡？⑤在日益增加的海上交通和更大的船舶尺寸下, 如何最大限度地提高海上交通效率和安全性？⑥在海洋的未開發(fā)地區(qū)存在著什么？ ⑦NOAA 如何利用和改善社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息, 以增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、公共參與實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)效益的可持續(xù)性？愿景三對應(yīng)能力建設(shè), 主題為“一個(gè)強(qiáng)大而有效的研究、開發(fā)和轉(zhuǎn)型事業(yè)”。關(guān)鍵問題包括: ①如何集成和改進(jìn)統(tǒng)一建模, 使其在技能、效率和對涉眾服務(wù)的適應(yīng)性方面得到改進(jìn)？②如何優(yōu)化地球觀測及其相關(guān)平臺(tái), 以滿足NOAA 的需要？③如何利用和改進(jìn)大數(shù)據(jù)和信息技術(shù), 加快和轉(zhuǎn)變研發(fā)工作, 形成新的業(yè)務(wù)和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)？ ④NOAA 如何確保其投資得到可靠的社會(huì)科學(xué)研究的支持？

未了進(jìn)一步提升新興科學(xué)技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用能力, 2019 年11 月開始, NOAA 發(fā)布一系列新技術(shù)戰(zhàn)略[44], 主要聚焦5 個(gè)方面, 分別為: 無人系統(tǒng)、人工智能、生物組學(xué)、云戰(zhàn)略和大數(shù)據(jù)。文件指出, 將在NOAA 內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)有力的協(xié)調(diào), 并確保NOAA 高級領(lǐng)導(dǎo)層為這些新興的科學(xué)和技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持, 以指導(dǎo)NOAA 的科學(xué)、產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量與效率的轉(zhuǎn)型。

(3) 專題性研究布局

針對重要的海洋問題, 美國也積極開展相關(guān)研究布局。比如, 2018 年7 月, 美國國家研究理事會(huì)(NRC)發(fā)布《對耦合的自然—人類沿海系統(tǒng)長期演化的了解: 美國墨西哥灣沿岸的未來》[45], 促進(jìn)建立沿海社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力, 支持政府決策。2019 年2 月, 美國國會(huì)發(fā)布《沿海和海洋酸化的壓力與威脅研究法案》[46], 加強(qiáng)聯(lián)邦政府在研究和監(jiān)測方面的投資, 幫助沿海社區(qū)更好地了解和應(yīng)對環(huán)境壓力因素對海洋和河口的影響。2019 年3 月, 美國白宮科技政策辦公室(OSTP)發(fā)布《以加強(qiáng)水安全為目標(biāo)的海水淡化統(tǒng)籌戰(zhàn)略規(guī)劃》[47], 確定了支持美國海水淡化工作的3 個(gè)首要目標(biāo): 減少風(fēng)險(xiǎn)并簡化當(dāng)?shù)匾?guī)劃, 以支持海水淡化; 減少技術(shù)和經(jīng)濟(jì)障礙, 使海水淡化技術(shù)得以應(yīng)用; 鼓勵(lì)國際合作, 發(fā)展海水淡化技術(shù)。2019 年3 月, 美國國家海洋漁業(yè)局、美國海洋能源管理局(BOEM)和近海開發(fā)責(zé)任聯(lián)盟(RODA)發(fā)布《近海風(fēng)能研發(fā)諒解備忘錄》[48], 確定了共同利益的四個(gè)領(lǐng)域: 可靠的離岸風(fēng)能規(guī)劃、風(fēng)能項(xiàng)目選址、風(fēng)能開發(fā)以及與漁業(yè)行業(yè)合作。

2.2 英國

早在2010 年2 月, 英國政府發(fā)布《英國海洋科學(xué)戰(zhàn)略(2010—2025 年)》, 明確了其海洋愿景: 清潔、健康、安全、富饒、生物多樣化的海洋。明確了3 個(gè)高級優(yōu)先領(lǐng)域: 理解海洋生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制、對氣候變化及與海洋環(huán)境的相互作用做出反應(yīng)、維持和提升生態(tài)系統(tǒng)帶來的利益。

為了進(jìn)一步對未來海洋發(fā)展指明方向, 英國政府科學(xué)管理辦公室(GOS)于2018 年3 月發(fā)布《預(yù)見未來海洋》報(bào)告[49], 從海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋環(huán)境保護(hù)、全球海洋合作、海洋科學(xué)等4 個(gè)方面分析闡述了英國海洋戰(zhàn)略的現(xiàn)狀和未來需求。指出, 海洋科學(xué)方面關(guān)鍵研究需求包括: 提高海平面上升和沿海洪水的模擬水平, 以便優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 降低沿海社區(qū)的不確定性; 研究現(xiàn)代海洋通訊技術(shù), 提升數(shù)據(jù)傳輸和電池技術(shù); 研究海洋變暖和海洋酸化及其對海洋環(huán)境的累積影響; 研究海洋生態(tài)系統(tǒng)在可預(yù)見的威脅下崩潰“臨界點(diǎn)”; 推進(jìn)大數(shù)據(jù)成為創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力, 確保英國有足夠的存儲(chǔ)能力和分析能力, 協(xié)調(diào)政府內(nèi)部在大數(shù)據(jù)方面的合作。

英國近年來十分重視海上運(yùn)輸?shù)木G色低碳發(fā)展。2019 年1 月, 英國交通部發(fā)布《海事2050 戰(zhàn)略》, 詳細(xì)闡述了到2050 年實(shí)現(xiàn)零排放航運(yùn)的愿景。2019 年7 月, 英國交通部發(fā)布《清潔海事計(jì)劃》[50], 提出《海事2050 年戰(zhàn)略》的環(huán)境路線圖, 確定了同時(shí)解決空氣污染物和溫室氣體排放的方法, 并確保英國的清潔增長機(jī)遇。

2.3 日本

日本是全球重要的海洋強(qiáng)國?！逗Ｑ蠡居?jì)劃》是日本推進(jìn)海洋事業(yè)發(fā)展的重要依據(jù)[51]。2018年5月, 日本發(fā)布新版《海洋基本計(jì)劃》, 為日本在未來五年間實(shí)施海洋政策和處理涉海事務(wù)提供指導(dǎo)。與前兩期相比, 其核心內(nèi)容由海洋資源開發(fā)利用轉(zhuǎn)向海洋權(quán)益維護(hù)和海洋安全保障[52]。該計(jì)劃指出, 將確保領(lǐng)海和海洋權(quán)益。關(guān)注海上通道并加強(qiáng)國際海洋秩序的安全和發(fā)展, 提升海上自衛(wèi)隊(duì)及海上保安廳的飛機(jī)及艦艇的數(shù)量和海巡力度, 推進(jìn)海洋調(diào)查和研究開發(fā)。加強(qiáng)國際合作, 利用海洋資源, 管理水產(chǎn)資源,促進(jìn)海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展。加強(qiáng)收集和共享信息的體制, 完善海洋產(chǎn)業(yè), 確保海洋可持續(xù)性開放、利用和環(huán)境保護(hù), 實(shí)施最先進(jìn)的海洋技術(shù)創(chuàng)新性研發(fā)。

海洋資源的利用一直是日本關(guān)注的焦點(diǎn)。2019 年2 月, 日本發(fā)布《海洋能源和礦產(chǎn)資源開發(fā)計(jì)劃》, 圍繞具體海洋能源和礦產(chǎn)資源的勘查開發(fā)與技術(shù)研發(fā)等方面, 確定了未來5 年的工作方向, 涉及天然氣水合物、石油和天然氣以及海洋礦產(chǎn)資源[53]。

2.4 俄羅斯

俄羅斯海洋科技具有良好的積淀, 其深潛器技術(shù)和極地破冰船、核動(dòng)力破冰船等特殊科考船技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。為了維護(hù)俄羅斯海洋利益特別是北極利益, 俄羅斯于2015 年7 月發(fā)布新版《海洋學(xué)說》,首次將南北極海域列入了利益范圍, 并詳細(xì)規(guī)定了俄羅斯在北極地區(qū)的任務(wù)[54]。2020 年初, 俄羅斯相繼發(fā)布《北方航道計(jì)劃》、《2035 年前國家北極基本政策》, 重點(diǎn)布局科學(xué)考察船建設(shè)、北極多年凍土融化對油氣設(shè)施的影響、自然資源勘探以及國土安全相關(guān)技術(shù)。俄羅斯計(jì)劃到2035 年至少建造40 艘北極船只, 進(jìn)一步加強(qiáng)其北極科考能力。

3 啟示

(1) 氣候變化問題在海洋中的延伸效應(yīng)將持續(xù)受到關(guān)注

全球氣候變化引起廣泛的環(huán)境效應(yīng), 對海洋的影響也不容忽視。海洋作為全球氣候的調(diào)節(jié)器, 吸收了溫室氣體所捕獲的大部分的熱量, 引起的一系列海洋環(huán)境影響正逐漸顯現(xiàn)。隨著人類活動(dòng)導(dǎo)致的碳排放量進(jìn)一步增加, 海水對CO2的吸收量也不斷累積, 持續(xù)改變著海洋的化學(xué)環(huán)境, 對甲殼類動(dòng)物造成較大影響的同時(shí)對整體海洋生態(tài)系統(tǒng)也構(gòu)成潛在威脅。此外, 全球海洋物理環(huán)境正發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的深刻改變: 氣候變暖引起了極地冰川的融化, 海水的受熱膨脹效應(yīng)加速了海平面的上升速度。在全球氣候變暖趨勢短期內(nèi)難以得到緩解的情況下, 海洋物理環(huán)境變化的相關(guān)問題將在未來持續(xù)成為科學(xué)界研究的重要方向。

(2) 全球性海洋環(huán)境問題的導(dǎo)向作用更加明顯

海洋環(huán)境健康是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)海洋價(jià)值、促進(jìn)海洋可持續(xù)發(fā)展的重要前提。工業(yè)革命以來, 隨著人類海洋開發(fā)活動(dòng)的不斷加劇以及人類陸地活動(dòng)帶來的持續(xù)影響, 海洋生態(tài)環(huán)境狀況呈現(xiàn)出逐漸惡化的趨勢。在全球范圍內(nèi), 海洋富營養(yǎng)化、海洋缺氧、海上溢油等所造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大, 海洋塑料污染、重金屬污染等問題長期存在且有逐漸向深遠(yuǎn)海以及南北極擴(kuò)展的趨勢。由于影響到人類健康和海洋相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 海洋生態(tài)環(huán)境污染問題近年來受到廣泛關(guān)注。海洋微塑料污染機(jī)理、重金屬污染治理、海洋溢油監(jiān)測、深遠(yuǎn)海和南北極海洋生態(tài)環(huán)境變化等將成為研究的重點(diǎn)方向。

(3) 海洋技術(shù)向智能化方向發(fā)展

近年來, 海洋探測監(jiān)測技術(shù)進(jìn)步為海洋科學(xué)的長足發(fā)展提供了技術(shù)保障。未來隨著研究問題的不斷深入和研究范圍的不斷擴(kuò)展, 海洋研究對技術(shù)能力將有更高的要求, 一方面對數(shù)據(jù)規(guī)模的需求和對數(shù)據(jù)精度和傳輸速度的要求進(jìn)一步提升, 另一方面對深海、極地等極端環(huán)境數(shù)據(jù)的需求也不斷增長。近年來, 海洋技術(shù)開發(fā)逐步向智能化方向發(fā)展: 一方面是傳統(tǒng)海洋設(shè)備的智能化升級, 另一方面是新興技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用。未來隨著相關(guān)技術(shù)的不斷升級, 特別是人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)等不斷在海洋科學(xué)中應(yīng)用, 海洋技術(shù)創(chuàng)新將迎來重要發(fā)展機(jī)遇。我國海洋技術(shù)裝備技術(shù)水平總體與歐美存在一定的差距, 應(yīng)對關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)給予充足和穩(wěn)定的支持, 并重視大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)在海洋監(jiān)測探測技術(shù)方面的應(yīng)用研發(fā)。

(4) 海洋戰(zhàn)略規(guī)劃的引領(lǐng)作用日漸加強(qiáng)

海洋科技發(fā)展受到全球普遍重視, 主要海洋強(qiáng)國紛紛加強(qiáng)海洋科技規(guī)劃布局。美國密集出臺(tái)相關(guān)戰(zhàn)略和研究計(jì)劃, 從各個(gè)層面加強(qiáng)對海洋科技研究的未來規(guī)劃。英國、日本和俄羅斯等國也根據(jù)各自國情和長遠(yuǎn)需求, 制定相關(guān)的海洋發(fā)展戰(zhàn)略和科技規(guī)劃。國家自上而下的系統(tǒng)性戰(zhàn)略規(guī)劃布局對于海洋科技發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。當(dāng)前我國正值建設(shè)“海洋強(qiáng)國”的歷史機(jī)遇期, 建立和完善與國家戰(zhàn)略需求相適應(yīng)的海洋科技規(guī)劃體系, 對于優(yōu)化整合資源、協(xié)同提升海洋科技實(shí)力、實(shí)現(xiàn)海洋科技長足發(fā)展具有重要意義。