【信息】海洋科技动态

　　美国宇航局（NASA）和法国太空研究中心（CNES）联合制造的地表水和海洋地形学（SWOT）卫星近期发射升空，用于监测海洋涡流和全球海洋、湖泊和河流中水的高度变化，预计运行时间为三年。涡流是海洋环流的组成部分之一，大小从几公里到数百公里不等，对于调节海洋中热量和碳循环、生物群落迁移、营养物质的混合和运输至关重要，但是一般卫星很难观测到。SWOT卫星可捕捉从地球表面返回的卫星发射信号，观测到直径最小7公里的海洋涡流变化。此外，SWOT卫星还装载了高度计，能够测量全球600多万个湖泊的水面高度变化，精度可达几厘米以内，还能监测宽度超过100米的河流流量。SOWT卫星的观测数据有助于科学家探究海洋、湖泊和河流的季节性变化，以及厄尔尼诺等短期气候对这些变化的影响。

　　（二）丹麦改装海洋平台供应船，以运输和封存CO₂于海底

　　丹麦船舶制造商Blue Water和海洋能源服务公司Semco Maritime正在改装升级“极光风暴”（Aurora Storm）号平台供应船，以用于运载液化CO₂集装箱，将CO₂封存于海床之下。“极光风暴”号供应船长83米，总吨位3636吨，最大载货量4500吨，此前用于海洋油气平台物资运输和补给，具有强大的动力定位系统，能够应对北海的恶劣天气。改造后，增加了管道系统，可将液态CO₂从集装箱直接输送海底1800米以下的砂岩储层，保证其能被长久安全地埋藏。此次改装是丹麦碳封存计划“Greensand”的试点项目之一，由丹麦政府通过能源技术开发和示范项目（EUDP）支持，旨在推动丹麦能源绿色转型。

　　（三）加拿大科学家使用水听器监测海底热液喷口声音，以判断流速和温度

　　加拿大达尔豪斯大学的科研人员近期试验使用水听器监测海底热液喷口周围的声音，将来可用于预防深海采矿造成的环境影响。深海热液喷口是地球上最独特的生态系统之一，黑暗、高温、高压和剧烈的环境梯度变化，一方面为特殊生物提供了栖息地，一方面也对生命生存构成了挑战。热液喷口产生的微弱声音会随着水流和温度变化而波动，附近的生物活动也影响声音环境。科研人员在大西洋两处海底热液喷口布设耐高温和抗腐蚀的水听器，长期监测声音环境，旨在发现喷口参数（如流速和温度）与它们产生的声音之间的关系。

　　（四）北美企业研发悬浮式自动抓取结核机器人，水池试验成功

　　加拿大Impossible Metals公司研发深海自动采矿机器人，近期完成首次水池试验，成功在25米水深有选择性地抓取多金属结核。此机器人命名为Eureka 1，配备浮力发动机、水下活动机械臂和人工智能视觉系统，可悬浮在海床上方，而非在海底滚动。摄像头和人工智能系统将识别和避开有生命附着的结核，机械手只抓取非生物的结核矿体，最大限度地避免采矿对海底生态系统的影响。这种机器人计划在2026年前实现量产，并争取获得国际海底管理局（ISA）批准，大规模应用于深海采矿。

　　（五）美国BOEM和NOAA将联合调查海上风能开发对生态系统的影响

　　美国海洋能源管理局（BOEM）、大气和海洋管理局（NOAA）将联合实施一项海上风电开发对环境影响的战略，共同推进绿色能源开发和海洋生态系统保护的协同发展。该战略包括五个主要目标：一是减轻海上风能开发对NOAA渔业调查的影响，二是将风能开发监测研究与NOAA渔业调查进行评估和整合，三是与利益相关者共同规划渔业调查方式，四是认识调查技术和方法、长期风能开发性质和海洋生态系统利用现状，五是与其他规划或正在进行海上风能开发的国家或地区共享经验。

　　（六）荷兰政府将实施5个能源基础设施项目，开发海上风电场、氢能，实施碳捕集与封存

　　近日，荷兰经济事务与气候政策部、气候与能源部共同致函议会，建议在能源基础设施和气候计划（MIEK）中新增5个项目，包括海上风电与陆地并网发电、鹿特丹-莫尔迪克港氢能输送、北海运河地区氢能输送、鹿特丹蓝氢生产H-vision项目，以及北海碳捕集与封存项目。根据MIEK规划，荷兰将在2028—2031年间实现所有海上风电场并网，装机容量达到21G瓦；而H-vision 项目侧重于从炼油厂的残余气体中生产氢气，同时捕获和储存CO₂，为未来绿氢发展铺平道路。北海地区的两个碳捕集与封存项目将建立协同关系，Aramis项目建设CO₂运输基础设施，将陆源CO₂通过船运或管道方式输送到海洋平台，计划于2027年开始运营，每年运输量500万~2200万吨。Porthos项目将建设CO₂压缩转运站和海洋碳封存平台，最终将CO2注入海底地层，计划共运营15年。

　　（七）研究北极海冰的冻-融循环过程，揭示海冰对气候变化的反应

　　北极海冰对气候变化十分敏感，目前大多数研究都使用地表遥感观测来计算北极海冰融化和冻结的开始时间，很少涉及海冰底部。科研团队综合分析了2001—2018年的多方数据，探究北极海冰表层和底部融化/冻结开始的时空变化，揭示其机制。研究人员发现，北极多年冰的底部开始冻结的平均时间要比表层晚三个月，这是海冰本身热容量的调节以及海洋混合层和次表层的热量释放所导致。较薄的冰有利于底部冻结，并且会经历较长的冰冻时间，但海冰的增长量仍然无法抵消夏季海冰的损失量。研究还发现，在北极群岛以西的波弗特（Beaufort）环流区域，底部海冰的开始融化时间比表层早半个多月，这可能是由于海冰厚度变薄和海冰流动性增加导致表层海水较早变暖，导致了海冰底部较早融化。该研究首次完整描绘了北极海冰的冻-融循环过程及其与大气、海洋的耦合关系，成果发表于《The Cryosphere》（冰冻圈）。

　　文章来源：Lin L, Lei R, Hoppmann M, et al. Changes in the annual sea ice freeze–thaw cycle in the Arctic Ocean from 2001 to 2018[J]. The Cryosphere, 2022, 16(12): 4779-4796.

　　（八）应用多指标海水古温度记录，揭示一千万年以来高纬放大效应的幅度

　　气候变暖期，高纬度地区往往比低纬度地区升温幅度更显著，此为“高纬放大效应”。尽管前人已经基于气候模型和古气候记录对高纬放大效应进行了广泛的研究，然而该放大效应的模式和幅度仍然存在诸多争议。近期，美国德州农工大学学者基于两个大洋钻探岩芯沉积物，利用多种古海水温度指标，重建了过去一千万年以来西太平洋暖池的海水表层温度（SST）演化。研究表明，不同指标所重建的SST演化趋势基本一致，都呈现出SST逐渐降低。结合北太平洋高纬度地区（约50°N）已发表的SST记录，研究人员通过加权线性回归法计算高纬放大效应，显示当低纬SST升高1℃时，高纬SST相应升高约2.4℃。此研究也得到气候模型的模拟结果证实，为预测地球系统对未来气候变化的响应提供新依据，成果发表于《Nature Communication》（自然·通讯）。

　　文献来源：Liu X, Huber M, Foster G L, et al. Persistent high latitude amplification of the Pacific Ocean over the past 10 million years[J]. Nature communications, 2022, 13(1): 1-14.

　　（九）测量沉积物厚度，可用于评估滨海红树林固碳能力

　　滨海红树林可捕获与储存大量碳，并永久埋藏于沉积物中，因而与海草床、滨海盐沼共称为滨海“蓝碳生态系统”。由于全球红树林环境取样率低，人们对这个生态系统的地质影响因素仍然缺乏清晰的认识。美国加州大学的研究人员在全球4个区域（墨西哥巴哈半岛、厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛、巴拿马加勒比海及太平洋沿岸）的红树林共采集了80个样品，并基于有机碳相关指标，评估了决定红树林沉积碳储量的两个关键因素——碳密度和沉积物厚度的重要性。研究表明，不同区域的沉积物碳密度较为相似，而沉积物厚度差异能达到两个数量级，这可解释了研究区沉积物碳储量的变化。这一研究强调了红树林沉积物厚度在判定碳储量方面的重要作用，有助于了解蓝碳对减缓气候变化的效应，成果发表于《Limnology and Oceanography》（湖沼学与海洋学）。

　　文献来源：Costa M T, Ezcurra E, Ezcurra P, et al. Sediment depth and shape belowground mangrove carbon stocks across a range of climatic and geologic settings[J]. Limnology and Oceanography, 2022.

　　（十）地球斜率周期可调控西南极冰量变化，一直持续到更新世晚期

　　发生1.2~0.7Ma间的中更新世气候转型（MPT）是第四纪气候变化的一个重要转折，全球气候系统的主导周期由41ka转变为100ka，且冰期-间冰期的气候变化幅度增大。深海底栖有孔虫氧同位素和冰芯记录表明，南极冰量在~0.9Ma时突然增加，可能促进了冰盖体积的变化向长周期转型，然而这一变化从未得到南极大陆周边沉积学记录的证实。新西兰奥塔哥大学学者基于南极洲西南部罗斯湾大陆架的沉积学和古地磁记录，追踪了过去1.1Ma以来罗斯冰架的进退演化。研究表明，至少在0.4Ma即MPT之后，罗斯冰架（西南极冰盖）的进退仍然受41ka的地球斜率周期控制。研究认为，与地球斜率变化相关的高纬度日照变化可以调控南大洋的热量吸收，是控制南极洲冰量变化的主要因素，这一影响一直持续到更新世晚期。此研究强调，南极冰量变化周期与全球底栖有孔虫氧同位素记录的重建结果存在偏差。这为更准确地理解南极冰量变化、预测未来南极冰盖演化提供科学依据，成果发表于《Nature Geoscience》（自然·地球科学）。

　　文献来源：Ohneiser C, Hulbe C L, Beltran C, et al. West Antarctic ice volume variability paced by obliquity until 400,000 years ago[J]. Nature Geoscience, 2022: 1-6.

　　广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）