海洋国家实验室发布十大科研进展 填补多项行业空白

2017-01-11 12:59来源:青岛日报/青岛观/青报网作者:王娉

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  青岛日报/青岛观/青报网讯 1月11日,青岛海洋科学与技术国家实验室发布2016年度十大科研进展,透明西太平洋认知体系、海洋数值模式大规模高效并行计算技术、南海-西太平洋大规模定点观测网建成等科研成果,显示出海洋国家实验室不断提升自主创新能力,引领我国海洋科学与技术的发展,并在国际海洋科研领域占据了越来越重要的主导地位。

  透明西太平洋认知体系揭示厄尔尼诺起源

  在中纬度西太平洋,海洋国家实验室科研人员首次指出海洋中尺度涡和大气相互作用对维持西边界流有重要作用,阐述了中尺度涡影响西边界流的动力机制,为西边界流的动力机制研究提供了新思路,并为气候模式里西边界流的准确模拟提供了理论依据。

  在低纬度西太平洋,科研人员围绕热带太平洋海洋环流与海气相互作用研究,在低纬度西边界流变异机理、混合与波动以及恩索(注:厄尔尼诺等现象)起源等方面取得了系统性进展:揭示了棉兰老潜流多尺度变异及其水交换作用;发现了赤道流系变异与暖池分裂现象;阐明了热带不稳定波对恩索的调制影响;揭示了次表层上卷到混合层海水温度在厄尔尼诺事件起源中的重要作用,为恩索模拟和预报提供了理论指导。

  海洋数值模式计算达每秒45.43千万亿次

  区域海洋动力学与数值模拟功能实验室与清华大学、国家超算无锡中心等合作,突破了若干关键技术,基于我国自主知识产权的MASNUM海浪模式,在国际上首次开展了全球空间分辨率约为1公里的海浪模式研究。在国家超算无锡中心进行的全机测试中,共使用了一千多万个CPU核,计算效率高达36.22%,峰值速度达每秒45.43千万亿次。该成果被国际计算机协会列入2016年计算机应用领域最高奖“戈登贝尔奖”的六个候选应用之一。

  此外,海洋国家实验室还研发出高可扩展的海洋环流模式正压求解器,使海洋环流模式POP在万核规模有了近6倍的性能加速。该成果得到了美国国家大气研究中心的高度认可,并被著名地球系统模式CESM正式采用。据介绍,海洋国家实验室所研发的高效并行技术具有较好的通用性,可应用到诸多领域,如海洋环境预报、海啸预报、气候预测以及气候变化研究等,不但能提高我国海洋环境与气候变化的预测保障能力,也可服务于“海上丝绸之路”沿海国家的海洋环境保障。

  南海—西太平洋大规模定点观测网建成并稳定运行

  完成了对世界上最大规模的区域海洋潜标观测网——南海潜标观测网的维护及扩充,并在国际上首次实现了对蕴含丰富多尺度动力过程的南海深海盆的全面覆盖及完整监测。截至目前,由田纪伟教授领衔的团队已在南海成功布放系列深海长期观测潜标259套次,成功率达到100%,该作业完成水平国际罕见。南海潜标网目前在位潜标34套,并通过2016年航次首次实现全面覆盖南海深海盆的深海多尺度动力过程长期连续观测,是目前国际上针对区域海洋组网规模最大的潜标观测网。

  海洋国家实验室构建的西太—印尼海深海潜标观测阵列,是该海域国际上规模最大的观测阵列,奠定了我国在该海域观测研究的国际核心地位。“万米深海行动计划”取得突破性进展,在马里亚纳海沟完成了万米深海科考任务,通过自主研发的海洋仪器装备,获得了诸多珍贵的海洋观测资料,填补了海洋科考领域的多项空白。

  海洋生物基因组学实现1个测序片段同时分析5个标签

  全基因组SNP分型技术是解析全基因组范围内遗传变异与性状关系的核心技术。海洋国家实验室在前期开发的2b-RAD简化基因组分型技术和MethylRAD全基因组DNA甲基化检测技术基础上,成功研发了串联标签测序技术,在一个测序片段实现了对多达5个标签同时分析,解决了2b-RAD技术无法应用于双末端测序平台的局限,使得简并基因组分析成本大大降低,单标签测序成本仅为技术改进前的十分之一,首次实现了全基因组SNP分型和DNA甲基化的同步联合分析。

  建立强干扰噪声消除法保护南极磷虾资源

  为确保南极磷虾、尤其是依赖磷虾生存的陆基捕食者种群不受渔业的显著负面影响,政府间国际组织“南极海洋生物资源养护委员会”正针对南极磷虾渔业构建“反馈式管理”体系,其中来自渔船的声学探测数据是该体系的重要组成部分。海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室的科研人员针对渔船声学数据中普遍存在的噪声问题,建立了一种强干扰噪声消除方法及其运行算法,并依托渔业声学数据后处理商用软件实现了标准化应用。该方法在消除干扰信号的同时,还有效还原了南极磷虾集群的回声强度和形态特征,为充分发挥渔业自身在资源科学管理中的作用增添了利器。

  采集获得50余份深远海药用生物样品

  2016年,海洋国家实验室注重深远海药用生物资源的开拓和药物先导化合物的发现研究。先后在马里亚纳海沟、中国南海及台湾海峡等海域采集获得50余份深远海样品,得到了200余株深远海来源活性真菌和放线菌资源,拓展了海洋微生物资源库。药物先导化合物研究也取得新发现,从海绵来源放线菌中发现的新型硫桥二聚吡喃萘醌结构,对耐药的人乳腺癌细胞具有较好的抑制作用;从红树林来源真菌中发现新骨架生物碱,不但具有新颖的骨架结构,还表现出较强的抗甲型流感H1N1病毒的活性,为新型海洋药物的发现提供了新颖的模板结构。通过对大环内酯物先导化合物的生物合成研究,获得了10个新结构类似物。

  全球唯一系统拥有亚洲大陆边缘海地资料

  亚洲大陆边缘是指环绕着亚洲大陆的西北太平洋和北印度洋的边缘海及其邻近大洋,是全球构造最为活跃,海陆相互作用最为强烈、物质和能量交换最强的区域。2016年,海洋地质过程与环境功能实验室与俄罗斯、泰国、马来西亚等国,开展了北起白令海、鄂霍次克海、日本海,南到安达曼海、苏门答腊外海和孟加拉湾等广阔海域的海洋地质调查研究,首次全面获得了这些海域的沉积物样品、温盐深和悬浮体资料,使我国成为目前国际上唯一系统拥有这一广阔海区样品和资料的国家。2016年与俄罗斯合作实施了首次中俄北极联合科学考察,在楚科奇海和东西伯利亚海开展了以海洋地质调查为主的多学科综合科考,取得了大量珍贵的资料和样品,填补了我国在北极陆架资料的空白。

  在海底以下54米发现水合物矿体

  海洋国家实验室首次在高热流背景的泥火山构造实施浅钻取样获得水合物样品;在水深948~960米、海底以下22~54米发现两个浅层水合物矿体。基于X-衍射谱仪、X-CT、固体核磁共振及成像系统、激光拉曼光谱、低温扫描电镜、高压差示扫描量热仪、同位素质谱及气相色谱等现代分析测试仪器,系统集成建立了水合物分析测试技术,并应用于海域实际获得的水合物样品测试分析,发现水合物样品的甲烷含量为99.48%~99.83%,为典型I型结构纯甲烷水合物,即“可燃冰”。针对我国发育的粉砂质黏土水合物储层,创新水合物试采完井防砂、测试和储层改造等技术。研究成果对建立我国海域天然气水合物成藏理论,推进海域天然气水合物勘查试采进程具有重要作用。

  发现南大西洋热液活动区居全球首位

  我国已在南大西洋中脊13°S-28°S之间发现十余处热液活动区,成为目前世界上在南大西洋发现热液硫化物区最多、调查研究最详尽的国家。2016年,实验室基于前期样品和资料研究发现,南大西洋热液活动主要集中产出于脊轴新生火山脊(德音区、彤管区)、裂谷壁(清扬区)、非转换断层(太极区)和内角高地(采蘩区)等四类构造环境。特别对南大西洋两类离轴环境(非转换断层、内角高地)下的热液硫化物成矿机理及控制因素开展了系统研究,取得了创新性认识:太极热液区发育在非转换断层的边界火山建造上,表现出多金属硫化物与矿化岩石角砾、蚀变岩共生现象,其硫化物的形成除热液沉淀堆积机制外,还存在原岩交代堆积成矿作用;采蘩热液区位于洋中脊与转换断层内角位置,采蘩热液区两处热液点硫化物成矿过程中存在显著差异,主要受控于不同的洋壳渗透性,以及由此引发的海水与热液流体的混合比例差异。研究成果对深入研究南大西洋中脊热液硫化物成矿机理,深化资源勘查评价具有重要意义。

  研究防控近海生态灾害取得成效

  深入研究我国近海连年暴发的大规模赤潮、绿潮和水母等生态灾害发生机理、形成机制,在近海生态安全保障技术方面取得新进展。

  研究了南黄海绿潮的发生机理和成灾过程,提出了“提前打捞、靠前防控”的绿潮防控策略并对其可行性进行了初步验证;初步查明了渤海秦皇岛邻近海域褐潮主要肇事种和起源地;研究了我国近海四种大型水母的生存策略,发现大型水母水螅体对网衣、聚乙烯板及木板等人工基质具有附着偏好性,其自然分布状况受到污损生物的控制;在防城港附近海域开展了棕囊藻赤潮应急处置工作,研发了高效改性粘土,建立了改性粘土工程化生产线,研制了船载式改性粘土喷洒专用设备,顺利完成防城港核电站赤潮防控保障任务,并将改性粘土防控技术推广到阳江、大亚湾等核电站。(记者 王娉)

责任编辑:孙艳君

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