【信息】海洋科技动态

　　德国亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）、西班牙拉斯帕尔马斯大学（ULPGC）将与美国“海洋气候解决方案公司”合作，利用该公司开发的一种上升流泵，在西班牙加那利群岛以南的热带大西洋海域进行试验，以评估通过人工上升流来提升海洋吸收CO₂能力的可行性。试验中，该上升流泵以波浪能为动力，将富营养的深海水从200米水深处提升到海洋表层，输送量能达到3000m³/小时，增加了表层浮游植物的光合作用效率，吸收更多CO₂。这项测试是ULPGC所主导的e-IMPACT项目一部分，该项目通过考察一个大西洋涡流区，以评估海洋涡流对生物碳循环的影响。

　　（二）挪威将在西班牙加那利群岛海域测试波浪能海水淡化原型设备

　　挪威“海洋绿洲”公司开发了一个“海上漂浮海水淡化厂”，名为Gaia，将在PLOCAN试验场进行原型机测试。该设备高10米，直径7米，空气重量约100吨，可利用波浪能抽取海水并淡化，以解决沿海地区和岛屿淡水资源短缺问题。加那利群岛位于大西洋中部信风带，降雨量少，土壤渗透性高，由于含水层过度开采导致其结构性缺水。该地区波浪能潜力巨大，利用波浪能驱动反渗透海水淡化技术，可为岛上居民提供低成本淡水，同时减少环境影响。PLOCAN由西班牙政府与加那利群岛政府、欧洲区域发展基金联合运作，是一个多用途的科学技术服务基础设施，将全年开放陆地和海上的实验设施和实验室，包括海洋观测站、水下航行器基地等，为企业和机构提供培训和测试平台。

　　（三）英国UTEC公司推出全新双体无人船，可用于海上风电场勘测

　　英国海上调查、定位和数据管理公司UTEC近期推出了一艘全新的双体无人船（USV），用于对海上风电场的调查和检测，已于10月完成了海试。该船长12米，续航能力27天，最大航程2600海里，巡航速度10节，工作速度7节，可施放和回收重达3吨的ROV，还可搭载多波束测深系统、侧扫声纳、浅地层剖面仪、超短基线定位系统（USBL）等设备。该船主要使用生物燃料，试验期间柴油的消耗量仅为32升/小时，CO₂排放量比普通船舶减少了70%~80%。

　　（四）日本东京大学研发海面起降无人机，可监测海底地壳变形

　　近日，东京大学工业科学研究所开发了一款海面起降无人机（UAV，Unmanned aerial vehicle），搭载了一个轻便型测量装置。该无人机可在海面降落和移动，并与海底观测站进行通讯，将海底大地测量数据及时传送回陆地基站。传统的海底观测通常使用浮标或科考船通讯，成本高昂且效率有限，利用UAV配合海底观测站可大幅提高获取数据的速度和效率，及时监测海底地震和海啸等自然灾害的发生。研究团队将进一步开发UAV的自主导航和观测技术，扩展应用到协助AUV和ROV运行。

　　（五）美国政府问责局（GAO）警告，海洋石油天然气平台的网络安全风险日益增加

　　GAO近期发布了《海洋石油天然气：迫切需要解决基础设施网络安全风险的战略》报告，称美国1600多个海洋石油和天然气生产设施正面临越来越大的网络攻击风险。黑客可以利用技术漏洞，对海上基础设施实施网络攻击，造成物理、环境和经济损害，导致石油天然气生产或输送中断，影响市场供应。如2021年美国燃油管道公司Colonial Pipeline遭受网络勒索攻击事件，一度导致美国东海岸、部分欧洲国家和日本天然气供应中断。GAO提出，应制定并实施海上基础设施风险评估和应对战略，开发更先进、更强大的网络系统，以保护海上基础设施安全。

　　（六）甲烷有氧氧化作用是减少全球海洋浅水区甲烷排放的重要过程

　　甲烷是除CO₂以外的首要温室气体，其温室效应是CO₂的27倍以上，在全球碳循环和气候变化中发挥着至关重要的作用。据估计，海洋向大气排放的甲烷量为6~12百万吨/年，占自然排放量的1%~10%，而浅水区（水深<50米）是主要排放区域。甲烷的有氧氧化过程（MOx）是海洋中甲烷重要的汇，可以减少甲烷向大气逃逸。受限于MOx速率测量技术，该过程在减缓海洋温室气体排放上的重要性仍未得到量化评估。近期，学者通过地球化学分析及同位素示踪等一系列技术手段，调查了东海浅水区甲烷的源区和汇区，并结合机器学习模型集成全球数据库，绘制了全球浅水区MOx速率图。研究表明，全球浅水区每年可通过MOx消耗约1.8±2.7百万吨的甲烷，即大约一半的甲烷在从浅水区释放到大气前，已经通过生物作用消耗掉。此项研究首次定量评估了全球浅水区MOx对海洋甲烷排放的控制作用，对深入理解甲烷生物地球化学循环及海洋温室气体排放机制具有重要意义，相关研究近期发表于《Nature Communication》（自然·通讯）。

　　文章来源：Mao S H, Zhang H H, Zhuang G C, et al. Aerobic oxidation of methane significantly reduces global diffusive methane emissions from shallow marine waters[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 1-10.

　　（七）西太平洋铁锰结壳记录揭示，上新世暖期中亚地区干旱化加剧

　　亚洲中部是全球最大的干旱区之一，也是仅次于撒哈拉沙漠的全球第二大风尘源区。自晚渐新世以来，处于下风向的中国黄土高原和北太平洋是中亚风尘的主要汇区。风尘沉积蕴含了内陆气候变化和大气环流模式信息，有助于理解中亚气候成因及演变规律。近期，学者基于西太平洋海山区铁锰结壳中风尘组分的地球化学分析，探讨了早上新世以来（约4.6Ma）中亚地区干湿演化及大气环流的变迁情况。研究表明，风尘源区有阶段性变化，即从早上新世以亚洲内陆戈壁沙漠为主，逐渐过渡到晚上新世及更新世以戈壁沙漠和塔克拉玛干沙漠混合为主，同时源区的化学风化程度也逐渐增强，表明湿度逐渐提高。综合气候模型分析，研究认为从上新世暖期过渡到更新世冷期，西风带逐渐向赤道方向迁移，且中亚地区旱化减弱，进而导致了风尘源区的变化。该研究从古气候变化角度强调，在全球变暖的背景下，中亚地区的干旱化将进一步加剧，相关研究近期发表于《Communication earth & environment》（通讯·地球与环境）。

　　文章来源：Zhong Y, Shi X, Yang H, et al. Humidification of Central Asia and equatorward shifts of westerly winds since the late Pliocene[J]. Communications Earth & Environment, 2022, 3(1): 1-9.

　　（八）冰消期气候快速变化，导致热带太平洋海表温度季节性变化增加

　　新仙女木事件（YD，约1.29~1.17万年前）是末次冰消期气候变暖过程中发生的一次大幅降温事件，一般认为是由北极冰川融水注入北大西洋，阻断了北大西洋温盐环流而触发。新仙女木事件结束后全球升温，进入温暖的全新世。尽管已有大量研究探讨这一气候转型期，但其对低纬度海洋温度的影响尤其是对海洋表层温度（SST）的亚年际和十年际变化的影响尚存争议。近期，德国不莱梅大学学者基于委内瑞拉近海Cariaco盆地的沉积物，通过质谱成像技术（MSI）对长链不饱和烯酮（UK’37）进行了100微米分辨率的分析，重建了该区域新仙女木事件向全新世过渡期间SST的变化。研究发现，过渡期年平均SST保持稳定，但其季节性变化幅度增加了两倍以上，且温度变化幅度接近于现代（约1.6℃），这可能与热带辐合带（ITCZ）的位置/范围随着季节性的迁移/伸缩有关，即通过影响研究区（位于ITCZ北缘）的降水量，从而调控了SST的变化。此项研究表明，热带大西洋亚年代尺度的SST变化对气候突变十分敏感，这对预测未来气候快速变化条件下，对海洋环境的潜在影响提供了科学依据，相关研究近期发表于《Nature》（自然）。

　　文献来源：Wörmer L, Wendt J, Boehman B, et al. Deglacial increase of temperature variability in the tropical ocean[J]. Nature, 2022, 612: 88-91.

　　（九）利用卫星观测和干涉合成孔径雷达时间序列技术，揭示意大利中部震后滑坡的形成演化机制

　　山体滑坡在全球广泛存在，是由地震、火山、降雨或人类活动引发的地质灾害，每年都会造成严重的经济损失和人员伤亡。地震引发的山体滑坡通常发生在地震期间和之后的短时间内，而长期地震效应导致滑坡发生加速运动，称为地震加速滑坡（EAL）。EAL由于对地表的改变程度较小，往往被忽略。研究团队联合英国和意大利学者，利用卫星雷达观测数据，研究2016—2017年发生在意大利中部4次地震引发的加速滑坡。学者利用干涉合成孔径雷达（InSAR）时间序列技术，共检测到819个地震加速滑坡，其中40.3%是旋转/平移滑坡。研究表明，地震加速滑坡的发生不依赖于强震和断层上盘效应，微弱的地震也会引发，并且受山体滑坡规模的控制，较大规模的山体滑坡更容易引发地震加速滑坡。EAL存在3个震后速度演化阶段：分别为加速、稳定和恢复阶段，这种阶段性的演化可能是由地震能量的逐渐衰减和地震所产生的微裂缝闭合所控制。本研究有助于全面了解地震诱发的滑坡风险，对于地震活动区的长期滑坡风险评估具有重要意义，相关研究近期发表于《Nature Communications》（自然·通讯）。

　　文献来源：Song C, Yu C, Li Z, et al. Triggering and recovery of earthquake accelerated landslides in Central Italy revealed by satellite radar observations[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 1-12.

　　（十）北海风电场的尾流效应会改变海洋浮游生物分布，影响生态系统

　　为实现欧洲2050年碳中和战略，大西洋北海海上风电场正在扩建，计划到2050年装机容量将达到212GW。已有研究表明，海上风电场产生的尾流效应会影响海水动力条件，改变下方海水的流动和分层，影响海面上方气候。德国亥姆霍兹中心的研究人员采用高分辨率大气模型模拟方法，预测北海风电场近期及未来规划海域的海洋环境。预测表明，北海风电场扩建完成后，会导致整个北海南部浮游植物的初级生产量有±10%的变化，也影响浮游动物的空间分布，进而对鱼类的种类和数量产生积极或消极的影响。对于深部的海域，沉积物中的生物碳含量将在局部增加10%，牡蛎区的海水含氧量常低于3mg/L（一般底层海水含氧量约为5mg/L），在风电场的影响下将会进一步下降。研究人员表示，海上风电场大规模扩张将对沿海生态系统的结构产生重大影响，未来需要加快研究，以进行更好的管理。相关研究近期发表于《Communications Earth & Environment》（通信·地球与环境）。

　　文献来源：Daewel U, Akhtar N, Christiansen N, et al. Offshore wind farms are projected to impact primary production and bottom water deoxygenation in the North Sea[J]. Communications Earth & Environment, 2022, 3(1): 1-8.

　　广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）