2024年03月16日 星期六

【信息】海洋科技动态

作者:海洋战略研究所(汇编) 发布时间:2024-01-16
  (一)美国发布《海洋正义战略》报告,呼吁将环境正义纳入海洋相关活动
  2023年12月8日,美国在第28届联合国气候大会(COP 28)上发布其首个《海洋正义战略》报告,表示将促进依赖海洋和海洋资源发展的地区维护“环境正义”。报告认为,一切种族、地位、性别、收入的人民均有权平等地获得海洋带来的福祉,即“海洋正义”理论。报告阐述了三大目标:1. 将海洋正义纳入联邦活动,充分协调各机构间资源,为社区参与海洋活动提供机会;2. 为联邦政府建立一支多元化、包容性强的海洋专业人才队伍;3. 通过教育和人才发展,促进海洋研究,增强海洋正义在沿海地区的应用。
  (二)美国国家海洋和大气管理局(NOAA)将在美国海军基地建设新运营中心,2027年完成
  2023年12月5日,美国海军和NOAA共同宣布投资1.47亿美元,在罗德岛州纽波特海军基地设计和建造一个新的NOAA设施,未来计划发展将成为NOAA大西洋海洋运营中心。该中心包括可以可容纳四艘大型船舶的码头、可容纳小型船舶的浮式船坞、用于船舶维修和靠泊的空间以及岸上支持的仓库等。建筑施工预计2027年完成。NOAA认为,通过与海军基地共处一地,可提高船舶运营效率,并通过共享各自能力来降低长期运营成本。
  (三)利用自主水下航行器(AUV),英国国家海洋中心(NOC)完成海洋保护区高精度调查
  2023年12月19日,NOC宣布完全使用最新研发的ALR型AUV,与南安普敦大学等机构共同完成了英国北端设德兰群岛东南部的海洋保护区海底调查。AUV能自主往返与岸边和调查区,极大降低了调查成本,其搭载的三维海底成像系统可自主获取海底影像和水深数据,数据质量和精度高于传统船舶调查。英国计划逐步推进AUV在本国海洋保护区监测方面的应用,最终实现低成本长期监测海洋。
  (四)澳大利亚调查船完成南极航次,绘制南极绕极流地图
  2023年11月15日,来自澳大利亚、美国、法国的跨学科团队乘坐“调查者”号调查船(RV Investigator)启航前往南大洋,调查海底地形对海洋动力学的影响,研究南极绕极流对冰架融化和海平面上升的作用。该航次由澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)主导,使用了111台温盐深仪(CTD)在约2万平方公里的调查区周围布设70个海洋化学监测站位。同时,部署三个2000米水深的生物地球化学Argo浮标、15个海流测量浮标、3台水下滑翔机、2个EM-Apex电磁分析浮标,对调查区90%面积的区域完成了海底地形测量。航次还与美、法联合研制的SWOT全球水资源测量卫星配合,绘制了南极绕极流地图。航次总航程超3500海里,已于12月19日返航。“调查者”号长94米,总吨6082,可搭乘20名船员和40名科学家。
  (五)比利时公司展示风能-波浪动力近海无人船概念,计划2025年推出第一艘实体船
  近日,比利时Zulu、Conoship两家公司联合推出风能-波浪能近海无人船概念。该船采用模块化能源系统实现全电动化,搭配自动驾驶技术,装载风能和波浪能发电装置,目前已完成最终施工设计。下一步,将进入建造阶段,计划于2025年推出第一艘实体船。一年前,Zulu公司推出的一艘自主电动集装箱船已经获得英国劳氏船级社认证。截至目前,比利时、挪威、荷兰、德国、日本和韩国的多家公司已经展示了近海自主船舶概念,将在未来数年推出各自的自主无人船舶。
  (六)基于上世纪软体动物样本的碳14测年数据,精确约束格陵兰岛海域沉积层年龄
  测定海洋沉积物年龄主要通过碳14测年,而测定海水的碳14年龄是使用该方法的基础。由于海洋环流、上升流、径流以及海气交换等因素影响,表层海水与同时期大气中的碳14年龄存在空间分布差异,因此,实际研究中需要使用年龄校正值ΔR来解释这种差异。然而,人类核试验制造出的大量碳14使得ΔR的测定变得困难。丹麦奥胡斯大学的学者使用19世纪末到20世纪初在格陵兰岛海域采集的软体动物样本进行碳14测年,获得了该地区精确的ΔR空间分布。研究发现,海水中的碳14浓度受到洋流的影响。受大西洋洋流影响的巴芬湾海域碳14浓度最低,表明该海域的海水最为年轻;而受北冰洋海水外流和太平洋洋流影响的海域碳14浓度最高,表明该海域的海水最为古老。该研究大大扩展了格陵兰岛海域的海洋沉积层年龄数据,相关成果发表于《地质年代学》(Geochronology)。
  年龄校正值ΔR:通过现代海水样品的碳14测年得出。
  文献来源:Christof Pearce et al, The marine reservoir age of Greenland coastal waters, Geochronology (2023).
  (七)高精度多波束测深揭示,海底麻坑也可由脊椎动物觅食形成
  一般认为,海底麻坑由沉积层中的碳氢化合物流体从底层渗漏排出形成,但也有部分麻坑的成因无法用流体渗漏作用来解释。德国基尔大学的学者应用厘米级高分辨率多波束数据,分析了大西洋北海4万多个平均深度为0.11米的坑状微地貌。结合生物学、物理海洋学、卫星遥感测绘等资料,研究认为这些海底坑的形成与鼠海豚和沙鳗的行为有关。鼠海豚在觅食过程中会挖掘沉积物,使得沙鳗从沉积物中逃出并形成海底浅坑,并随着海水的不断冲刷形成更大的麻坑。由于海洋中的脊椎动物数量众多,这些动物的行为扰动重塑了海底地貌形态,也调节了沉积物的运输和沉淀过程,并最终影响了全球范围的海洋生态系统。相关成果发表于《通讯-地球与环境》(Communications Earth & Environment)。
  文献来源:Schneider von Deimling, J., Hoffmann, J., Geersen, J. et al. Millions of seafloor pits, not pockmarks, induced by vertebrates in the North Sea. Commun Earth Environ 4, 478 (2023).
  (八)应用全球卫星测高数据,揭示海底火山下岩浆系统的详细结构
  2022年1月15日,汤加海底火山爆发,但该火山下的岩浆系统至今未能详细探究。美国卡内基研究院的学者利用卫星测高法反演海洋重力异常,并结合多波束数据,对汤加火山喷发前后岩浆系统的结构和动态过程进行了建模分析。研究表明,汤加火山下浅层区(2~10千米)中存在3个储层,积累了大量高度熔融岩浆。据估计,汤加火山在近两年前喷发时仅排出了现有岩浆量的30%,已足以引起火山口坍塌,且进一步增强了不同储层岩浆间的连通性。该研究为利用全球卫星数据探测海底火山下的岩浆系统提供了一个新方法,成果发表于《科学·进展》(Science Advances)。
  文献来源:Le Mevel H, Miller C A, Ribo M, et al. The magmatic system under Hunga volcano before and after the 15 January 2022 eruption[J]. Science Advances, 2023, 9(50): eadh3156.
  (九)实验室模拟海底热液喷口环境,成功获得作为生命基石的有机分子
  海底热液喷口可能在地球形成初期就存在了,代表了地球早期生命形成的环境背景。美国宇航局喷气动力实验室的学者在实验室环境下模拟了热海底热液喷口的基本环境,包括富含二氧化碳的海水、从海底流出的富含氢热液、可能存在的矿物质、合适的温度与压力等,以探究该环境下的物质反应。研究发现,在没有外来能量推动的情况下,碳和氢不会自动结合形成有机化合物。在有热液喷口流体脉冲影响的情况下,可能形成硫化铁,并充当催化剂促进了碳和氢之间的反应,最终获得甲酸盐和微量甲烷这两种有机分子。有机分子是生命形成的基石,该研究表明热液喷口可能是地球生命的起源区,成果发表于《天体生物学》(Astrobiology)。
  文献来源:White, Lauren M., et al. "Simulating serpentinization as it could apply to the emergence of life using the JPL hydrothermal reactor." Astrobiology 20.3 (2020): 307-326.
  (十)利用深度学习法调试无人水下航行器(UUV),提升学习速度,优化电量消耗
  深度强化学习正越来越多地应用于UUV,但一旦遇到未曾预见的复杂情况,UUV的效率和性能均无法作出应对。传统的模型由UUV基于对过去所有的行为经验来学习,进而推演接下来可能出现的情况并做出合适的应对方式。澳大利亚弗林德斯大学的学者提出了一种名为“生物启发经验重放”的新方法,UUV将不再单纯地从过去所有经验中学习,而是更加重视那些最近发生的、带来巨大影响的经验,更类似于自然界生物体的学习方式。水池试验表明,应用这种方法,UUV在提升学习速度、优化消耗电量等两方面都得到了显著改善。研究团队计划下一步在海中调试学习模型,以尽早应用于实际海洋调查。研究成果发表于《电气电子工程师学会·探索》(IEEE Xplore)。
  文献来源:Chaffre, Thomas, et al. "Learning Adaptive Control of a UUV Using a Bio-Inspired Experience Replay Mechanism." IEEE Access 11 (2023): 123505-123518.
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