第193次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

海洋与气候变化
戴民汉中国科学院院士厦门大学

全球气候变化正以前所未有的速度重塑海洋。基于观测数据，近四十年，温度每十年上升一个台阶，工业革命以来海洋表层水温上升0.88°C，据模型预测，到本世纪末，海洋热浪频率将激增46-55倍（RCP8.5情景）。在海洋暖化的影响下，30%的珊瑚礁已退化，海洋氧含量下降2%（过去50年）。本报告聚焦于海洋与气候变化的核心议题，全面剖析了气候变化与全球变化的紧密联系，气候变化作为全球变化的关键组成部分，正驱动着地球系统的全方位变化，而海洋在减缓气候变化方面发挥着重要的作用。介绍Future Earth 2024年最新发布的气候变化十大新认识，深入探讨了地球气候系统与碳循环的多尺度互馈机制，揭示了不同时间和空间尺度下碳循环对气候系统的影响以及气候系统变化对碳循环的反馈作用。针对海洋生态系统，着重分析了其突变与临界过程，展现了海洋生态系统在全球变化背景下的脆弱性与复杂性。最后，围绕如何突破复杂地球系统理论中的临界过程这一关键问题，以海岸带复杂系统演变与临界过程为例展开深入剖析。海岸带地处陆海交互带，作为海洋-陆地-大气多圈层交互作用最为剧烈的地带，其复杂系统演变受海平面上升、极端气候事件增多、人类活动强度加大等多重因素交织影响，正面临生态系统服务功能退化、土地利用格局剧变、自然灾害风险骤升等临界状态，突破现有理论瓶颈、精准识别并量化这些临界过程，对于制定海岸带可持续管理策略、提升其韧性具有极为迫切的现实意义。
推动海洋研究的智能化进程
陈大可中国科学院院士南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）

随着人工智能和机器人技术的迅猛发展，科学研究和社会经济正在全面迈入智能时代。人工智能与传统学科的交叉融合是实现相关学科领域数字化、智能化转型的必要前提，而在此背景下应运而生的人工智能海洋学已显示出巨大的发展潜力。本报告在简要介绍南方海洋实验室的基础上，讨论人工智能海洋学的内涵和发展现状、无人智能海洋观测平台及其协同组网的技术优势，以及海洋数字孪生系统的概念与架构。其中将着重介绍几种我们正在研制的海洋智能无人组网观测系统及专用测试场，并展示最近开发的区域性海洋数字孪生系统及其应用案例。这些智能系统不仅能为突破海洋科学前沿提供前所未有的利器，也能为解决诸多实际问题提供智慧高效的工具，因而具有十分广阔的应用前景。
非 CO2 温室气体与气候系统互馈研究的挑战
朴世龙院士北京大学

随着应对气候变化进程的深入推进，国际社会正在从积极倡导减少CO2 排放，转向进一步推进非CO2 温室气体（CH4 和N2O）的减排。然而，气候变化与非CO2 温室气体排放之间的互馈关系尚不明确，限制了利用目标约束机制测算未来排放空间的准确性，难以准确量化我国和广大发展中国家温室气体排放空间。同时，CH4 和N2O排放时空格局和变化趋势具有极大的不确定性，不同部门、不同国家和地区的排放强度和趋势模糊不清，极大限制了制定减排方案的能力。因此，亟需厘清CH4 和N2O排放与气候变化的互馈机制，通过多学科交叉研究，提升排放核算精度，形成完整的针对我国CH4 和N2O减排潜力的科学结论，服务于减排方案和路径的制定。
深时鱼类多样性演化与全球变化
朱敏院士中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

深时鱼类多样性的演化与环境变化关系研究对于理解古海洋生态系统在全球剧变下的响应规律具有重要科学意义，同时可为现代海洋治理和生物多样性保护提供地质历史视角。我们基于自主研发的DeepBone数据库，构建地质历史时期（寒武纪至全新世）鱼类各大类群（无颌类、盾皮鱼类、软骨鱼类、辐鳍鱼类和肉鳍鱼类）物种多样性变化曲线，聚焦以显生宙五次大灭绝为代表的重大地质事件，探讨鱼类多样性变化与古温度、大气含氧量、水深、大陆风化强度以及纬度等环境因子之间的耦合关系。本研究利用多变量贝叶斯生灭模型，在全球尺度上定量评估海水温度、氧含量、海平面波动等环境因素对早期脊椎动物多样性的影响。我们重点探究“红皇后”模式（强调物种间竞争等生物因素）与“宫廷小丑”模式（突出气候变化等非生物因素）在不同时间尺度上对脊椎动物演化的相对贡献，解析这两种经典理论在深时鱼类多样性变化中的作用边界。我们特别关注古生代多次早期脊椎动物多样性突变事件中环境驱动的临界阈值，例如已有研究指出泥盆纪末的Hangenberg事件导致早期脊椎动物属级多样性损失高达32%，深刻重塑了此后脊椎动物的多样性格。通过定量分析环境因素对脊椎动物起源与灭绝速率的影响，我们尝试揭示海洋生态系统在极端环境冲击下的响应模式与恢复机制，探讨生态系统稳定性的临界点及其突变条件。我们正基于DeepBone平台开展基于高性能计算的贝叶斯统计建模，构建百万年级别精度的深时鱼类多样性变化曲线，探讨鱼类不同类群对于全球变化的差异性反应。后续研究将识别鱼类各大类群宏演化中的临界拐点及其触发机制，评估内外部因素的耦合效应，为现代海洋生态系统对气候变化的响应预测提供深时参照。
IPCC 评估报告中反映的海洋变化
翟盘茂研究员中国气象科学研究院

海洋覆盖了地球71%的表面，包含了地球97%的水，并提供了地球上约一半的初级生产力。海洋吸收了约91%因温室效应产生的额外能量，导致海洋温度和热含量的快速变化，全球变暖和全球冰量变化影响了全球平均海平面的变化，大尺度水循环和环流的变化也影响着海洋盐度和层结的变化，大气-海洋交换的二氧化碳（CO 2 ）引起了海洋酸碱度（pH）值的下降，海洋变暖导致了海洋溶氧含量的减少。同时，海洋也是全球气候变化的重要的调节器，在地球气候系统的变化中发挥着重要作用。本报告将根据IPCC SROCC（2019）报告和WGI AR6（2021）评估报告的关键结论，阐述人类活动影响下的海洋的变化，并强调海洋有关的极端事件的变化，以阐明海洋变化认识上的不足和研究的重要性。

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第193次：海洋生态系统与气候变化