摘要:晚新生代西太平洋通过水文循环和碳循环两类关键过程，对区域乃至全球气候变化产生深刻的影响。本文从上新世以来西太暖池及其主流系演化、晚第四纪北太平洋中层水演化和白令海峡开合、第四纪中国东部陆架环境演化以及新生代亚太沉积物源-汇过程与碳埋藏等方面，综述了西太平洋古海洋环境演化过程与机制。上新世以来西太暖池与印尼贯穿流的演化过程伴随构造运动而阶段性地发生，但其在轨道时间尺度上演化的细节过程并不清晰，尚未形成系统性认识。北太平洋中层水以及白令海峡开合等关键高纬过程在冰期旋回中发生了显著变化，并与低纬过程之间存在遥相关。第四纪中国东部陆架环境演化主要受控于海平面变化以及与低纬过程相关联的热量与物质传输，在此背景下，中国东部陆架形成了富有机碳的泥质沉积体系。构造隆升和亚洲季风驱动下的亚洲大陆与邻洋的沉积物源-汇过程具有显著的碳汇效应，可能在大气CO₂浓度（${p_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_2}}} $）冰期旋回和新生代气候变冷中发挥重要作用。就西太平洋古海洋环境演化过程与机制中若干关键科学问题开展深入和系统研究，不仅可为建立气候变化的低纬驱动理论提供支撑，也可为更好认识我国陆架环境变化规律以及碳汇潜力提供科学依据。

摘要:内波为发生在层结海洋内部的亚中尺度波动，是物理海洋学研究，特别是海洋混合及能量级串研究，不可或的缺环节。孤立内波的突发性巨大冲击能量可对水下航行和工程设施构成灾难性威胁，实现实时监测与预报海洋内波具有重大现实意义。南海是全球海洋中超强内波多发海区之一。长期现场观测表明，吕宋海峡以西海域内孤立波振幅高达150～200 m，且终年发生。因此，南海是目前海洋内孤立波观测与研究热点海域。本文以2015年至2021年间发表的论文为依据，评述南海内波研究新进展，认为7 a来研究成果取得质的提升。第一，实现了由卫星为主要手段2D观测到以卫星与潜标同步3D观测为主要手段的提升。由此催生出振幅240 m超强内孤立波、中尺度涡对内波的调制作用、重现周期23 h 内孤立波、浅海内孤立波裂变现象、深海盆内波及动能级串等创新成果。第二，研究区开始呈现向中部深海盆扩展趋势。迄今为止，南海内波观测与研究集中在吕宋海峡以西和北部陆架，现已出现向中部深海盆扩展趋势。第三，海洋探测高新技术应用于南海内波观测与研究，取得了突破性成果。由卫星高度计沿轨海面高度场二维平面波分解技术得出的南海M₂内潮辐射图，解决了多年争论不休的南海北部内波生成机制和生成源地问题。人工智能技术成功应用于建立南海邻近的边缘海内波传播预报模式。模式预报的一个潮周期之后内波波峰线位置与后续卫星图像上显示的位置之间的平均相关系数达95%，平均距离均方根差为3 km。快速深潜剖面浮标技术应用于南海北部深海盆，得出0～3 500 m 全水深内波波段（周期为0.1～1.8 d）波动引起的水温起伏幅度垂直分布。高分辨水下声成像技术，包括人工地震技术和回声探测仪，成功应用于南海北部陆架内波观测与研究。其中回声探测仪图像空间分辨率达10 cm，清楚显示出内孤立波波包精细结构，可精确测得水平尺度仅为2 m的孤立波特征半宽度。可以预期，大量科学研究成果的积累，特别是采用人工智能技术建立内波传播预报模式的成功实例，必将为开发南海内波精准预报模式奠定基础。

摘要:雪卡毒素（Ciguatoxins，CTXs）是一种高度氧化的环状聚醚梯类毒素，主要由冈比亚藻（Gambierdiscus）和福氏藻（Fukuyoa）两个属的底栖甲藻的一些产毒种类的株系产生。毒素通过海洋食物链在珊瑚礁鱼类中进行生物转化和积累，可引起常见的非细菌性海产中毒——雪卡毒素中毒（Ciguatera Poisoning，CP），食用被CTXs污染的鱼类会引起消费者产生胃肠道、心血管、神经方面的症状甚至导致死亡，但目前雪卡毒素中毒在全球引发的关注度与重视度不足。然而受全球气候变化和人类活动的影响，底栖甲藻在全球扩张趋势明显，特别是在亚洲地区，雪卡毒素中毒事件频繁爆发，雪卡毒素中毒对人类健康和生态系统健康构成了重大威胁。本文重点综述了产雪卡毒素底栖甲藻的种类多样性、化学多样性、生理生态学研究、以及毒素的生物合成机制与生物转化和累积方面的研究，并探讨了亚洲地区作为雪卡毒素潜在的爆发地点未来值得研究的领域以更好地保障亚洲海域的生态安全及居民健康。

摘要:受全球气候变化的影响，极区海浪尤其是北极海浪在过去几十年发生了显著的变化，使得海冰边缘区海冰与海浪的相互作用愈发显著。本文从物理海洋学的角度出发，较系统地总结了海冰对海浪作用研究的国内外现状，从理论和实测的角度分别探讨了海冰对海浪能量的耗散及其引起的波动频散关系的变化，同时分析了当前海冰覆盖海域海浪的数值模拟与现场观测研究，指出了未来开展有冰海域海浪数值模拟与预报所面临的主要问题，并对该方向今后的研究做出展望。总体来看，尽管海冰对海浪作用的机理复杂且与海冰类型高度相关，但是海冰对海浪能量的衰减与传播距离基本呈指数关系，并且海冰会一定程度上影响海浪的传播速度。未来依然需要更多不同海冰类型下海浪的观测数据以开展进一步的机理分析、模型检验和参数校准，进而实现高精度的业务化预报。

摘要:作为西太平洋最大的边缘热带海盆，南海具有季节性海盆尺度风生环流特性，具有越东偶极子、南海西边界流、黑潮入侵分支等主流系（空间尺度＞100 km），也具有丰富的中尺度涡旋、锋面、上升流等中尺度过程（空间尺度约为O（10～100 km））和活跃的亚中尺度过程（O（1～10 km））等，而这些多尺度运动之间的能量转化是全球海洋能量循环的主要组成部分。本文主要概述了南海贯穿流特征、南海陆架陆坡流和西边界流特征、主流系对中尺度涡旋的影响、（亚）中尺度对湍流混合的影响四个方面取得的研究进展。目前的研究已发现主流系主要通过斜压不稳定将能量传递给中尺度过程，中尺度涡旋能量主要通过正压不稳定、剪切不稳定等过程将能量传递给小尺度过程。但是，多尺度运动之间能量传递过程的观测、南海中小尺度过程的能量逆级串过程及其对局地天气与气候的影响仍需进一步研究。

摘要:全球碳增汇需求高涨，海冰消退后的北冰洋被期待是一个主要的潜在碳增汇区。北冰洋太平洋扇区因受控于楚科奇海及其邻近海域较高的海洋固碳效率和碳深海封存量，在整个北冰洋碳循环中起着举足轻重的作用。开展该海域碳循环过程对环境快速变化的响应机制研究是实现北冰洋碳汇精准预测的基础。本文重点阐述了楚科奇海及其邻近海域碳循环过程（即海洋对大气二氧化碳的吸收、生物固碳、太平洋入流携带碳经陆架生物地化过程后向深海输出封存的陆架泵）对北冰洋环境快速变化的响应，并提出未来研究需要聚焦的关键科学问题。

摘要:北极快速气候变化越来越深刻影响着北极地区以及全球的环境变化，已成为当今地球科学研究的重大前沿科学问题。北极东北陆架作为世界上最宽广平坦的陆架，既是北冰洋季节性海冰形成的主要源区，又是现代海冰变化最强烈的区域，对气候变化敏感，响应强烈，属于环境脆弱地区。通过全面分析近年来国际上在末次冰消期以来快速气候变化背景下北极东北陆架环境响应的研究进展和存在的主要问题，阐述了沉积物“源—汇”过程、海冰演化历史、碳循环以及快速气候变化事件等方面取得的研究成果，发现东北陆架地区沉积物和有机碳来源复杂，时空变化强烈，气候和环境变化过程与海冰演化息息相关。未来的研究应加强现代过程的长期连续观测，重视地质记录中气候环境演变信号的精确解译，深化数值模拟技术和大数据的挖掘与使用，开展不同时间尺度北极快速气候变化及其驱动机制研究，并加强北极快速气候变化对中纬度地区特别是对东亚以及我国环境变化影响的研究。

摘要:海洋预报是进行海上活动的安全保障，海洋预报系统技术已经成为现代海洋气象业务的技术支撑。海洋观测、数据同化、数值模拟和高性能计算机等技术的进步极大地推动着海洋业务化预报的发展。采用大气数值模式（WRF）、海洋数值模式（CROCO）和海浪数值模式（SWAN）的多模式高分辨率离线耦合方式，添加南京信息工程大学“海洋数值模拟与观测实验室”团队自主研发的一系列海洋模式参数化方案，包括浪致混合参数化方案、亚中尺度参数化方案、海山诱导混合参数化方案以及涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合参数化方案，并通过同化技术和最新的人工智能技术与观测资料相结合，构建一种面向中国边缘海的风浪流多参数耦合预报系统，用于海上风电功率的预报和其他海洋灾害预警。实际观测资料的验证表明，该预报系统能较准确地模拟海上风场、海流、海温、波浪、潮汐等海洋气象要素。同时实现了按需实时可视化全景展示。

摘要:海底大地基准网将是新一代国家综合PNT（Positioning, Navigation and Timing）系统建设的重要组成，也是未来海洋立体观测系统的基础设施。联合全球卫星导航定位系统和声学测距的GNSS-声学定位技术可用于高精度水下定位，直接服务于海底大地基准网建设。本文聚焦海底大地基准建设技术，简要梳理了国内外水下声学导航定位技术及系统背景，分析总结了海底大地基准建设的站址勘选及布放技术要点，在讨论GNSS-声学观测平台和数据采集技术基础上，重点探讨了GNSS-声学定位的数据处理方法研究进展，最后简单介绍了GNSS-声学的当前主要应用并展望了未来海底大地基准建设的技术需求和应用问题。

摘要:浮游植物因巨大的“蓝碳”潜力，有助于国家实现“碳达峰”、“碳中和”目标，是碳计量的重要研究对象。浮游植物种类繁多，细胞结构、形态、丰度差异大，与之关联的分类鉴定工作一直是学界研究重点及难点。高通量基因测序、微流控、高灵敏度等新型生物检测技术的研发是适应海洋浮游植物分类和快速监测需求的。通过综合分析浮游植物鉴定与监测的经典技术方法、快速鉴定与监测技术的发展动态和研究应用进展，并使用VOSviewer对浮游植物的自动监测相关文献进行计量分析，以期为浮游植物分类及生态等相关研究人员拓展研究思路、提升研究效率提供帮助。

摘要:海洋微塑料污染是全球共同面对的重要环境问题之一。过去10 a，海洋微塑料研究发展迅速，但也暴露出一些亟待解决的关键科学问题，包括突破小粒径微塑料和纳米塑料的检测技术瓶颈、建立标准化的微纳塑料分析检测方法、优化海洋微塑料输运模型以及完善生态风险评估方案等。本文简要概述了近海、大洋和极地微塑料污染的现状，总结了海洋微塑料研究在样品采集和检测分析方面存在的挑战、在海洋微塑料存量估算和海洋微塑料输运模拟及生态风险评估方面存在的不足等，并展望了海洋微塑料未来研究方向，旨在为海洋微塑料常规监测、科学研究、风险评估和治理管控等方面提供借鉴和参考。

摘要:海洋锋面存在于特征明显不同的2种或多种水系或水团交界处，锋面区域形成的次生环流和辐聚作用可显著影响到海洋中的物质输运与生物生产，故受到海洋学家的广泛关注。研究发现，我国近海陆架存在14个永久性的准静止锋面（渤海海峡锋面、山东半岛沿岸锋面、苏北沿岸锋面、西韩湾锋面、京畿湾锋面、济州岛西锋面、长江环形浅滩锋面、闽浙沿岸锋面、黑潮锋面、台湾沿岸锋面、闽粤沿岸锋面、珠江口沿岸锋面、琼东锋面和北部湾锋面），且部分海域观测到双锋面、穿刺锋面和锋面波等现象。它们与陆架环流及其他动力过程（如：涡旋、内波等）共同控制着我国边缘海的物质能量输运与交换以及生物生产力格局。近岸物质沿锋面、跨锋面输运与锋区的垂向输送过程对我国边缘海生物地球化学循环和生态过程存在显著季节性影响。冬季到春季，沿岸锋面松弛能够加强物质从近岸向陆架的输运，进而在空间上调制春季藻华暴发的时间与量级；夏季到秋季，我国边缘海存在显著的潮汐锋面系统，锋面的辐聚效应以及次级环流可显著提高锋面区域的营养盐浓度和改善光照水平，对浮游植物的生长聚集起到促进作用，故在富营养化的河口与沿岸海域，锋面区域容易成为赤潮或缺氧高发区。此外，锋面的物理屏障作用使得两侧水团保持相对独立的物理与化学特征，因而在我国边缘海生境区划和生物多样性梯度变化等方面扮演重要角色，这些研究对认识我国边缘海物质循环与生物生产的控制机制具有重要作用。未来仍需充分结合观测与卫星资料，运用多过程耦合的高分辨率模型，深入认识锋面的精细结构与动态变化，加强亚中尺度和小尺度过程及其生态效应的研究。

摘要:热带气旋是地球上最主要的自然灾害之一，其结构和尺度不仅直接影响其致灾范围，还间接影响其强度和移动路径。对热带气旋结构和尺度的科学认识有助于其强度和路径预报能力的提高，本身也是重要的科学问题。热带气旋的尺度通常用最大风速半径和外围半径刻画，而结构通常指最大风速半径和外围半径的相对大小。自然界中热带气旋的尺度和结构可以有很大的差异，在其发展过程中尺度和结构也可以发生明显的变化，从而影响强度和路径。本文从观测、模拟和理论三方面简要回顾了热带气旋结构和尺度方面的相关研究，重点介绍了Emanuel-Rotunno台风结构模型的理论推导，并展望了未来可能的研究方向和思路。

摘要:台风轨迹和强度的预报一直备受关注，也是大气和海洋学家最为关注的科学问题之一。近些年，随着观测技术和计算机模拟的快速发展，发现海洋中尺度过程和台风有紧密的联系。本文针对该主题进行简要回顾和总结, 主要侧重2个方面：①台风如何影响海洋中尺度过程？强调了地转过程的重要性和高度计观测对台风影响涡旋的低估；②海洋中尺度过程如何影响台风？强调了冷暖涡的不同以及位置不同对台风强度的影响。在此基础上，探讨台风-涡旋相互作用研究中尚未解决的问题：涡旋对台风的三维响应、多涡对台风的综合效应、时间尺度匹配和海气通量等。

摘要:近惯性波广泛存在于全球海洋，对海洋中的能量级联非常重要。风输入海洋的近惯性能量在海洋中是如何传播和耗散的，能量在海洋中如何划分，一直是受到高度关注的话题。本文简要综述了风生近惯性波在海洋中的传播和耗散过程，包括影响近惯性波传播的因素，比如β效应、中尺度涡度、台风尾流和近惯性波自身的波数特征等；近惯性波在风暴等强天气过程下的传播方式；近惯性波在混合层中衰减时间尺度的模拟；近惯性能量在海洋中的分配以及现有研究中还未解决的问题。本文拟为今后的近惯性波研究提供一些思路，进一步促进近惯性波机制和模拟等方面研究的深入开展。

摘要:自然资源部第一海洋研究所地球系统模式FIO-ESM是自主研发的、以耦合海浪模式为特色的地球系统模式，包括物理气候模式和全球碳循环模式。该模式从第一代版本FIO-ESM v1.0发展到第二代版本FIO-ESM v2.0，其物理气候模式和全球碳循环模式都取得了改进与提升。FIO-ESM v2.0全球碳循环模式的海洋碳循环模式由v1.0的营养盐驱动模型升级为NPZD（Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus）型的海洋生态动力学碳循环模型，陆地碳循环模型由v1.0的简单的光能利用率模型升级为考虑碳氮相互作用的碳氮（CN）耦合模型；大气碳循环模型仍为CO₂的传输过程，考虑了化石燃料排放、土地利用排放等人为CO₂排放量。在物理过程参数化方案方面，FIO-ESM v2.0全球碳循环过程在考虑浪致混合作用对生物地球化学参数的作用的基础上，增加了海表面温度的日变化过程对海-气CO₂通量的影响。已有数值模拟试验结果表明，FIO-ESM v2.0在考虑了更加复杂的碳循环过程后仍具有较好的全球碳循环模拟能力，为进一步开展海洋与全球碳循环研究提供了更有力的支撑工具，从而更好地服务于国家的双碳目标。

摘要:海洋是多尺度强迫-耗散系统，机械能主要在大尺度输入，在小尺度耗散。在大、中尺度运动的能量向小尺度湍流传递过程中，内波扮演着重要角色。内波的生成和破碎可打破海洋动力平衡，而在陆架区，内波（主要是内孤立波）的浅化演变与耗散则是驱动湍流混合的关键过程。通过长期的理论、观测与数值模拟研究，目前已认识到内波浅化过程中主要发生如下演变：波形调制、极性转变、裂变、破碎与耗散。相较于直接发生破碎，浅化演变过程中的裂变及其引发的剪切不稳定和对流不稳定是内孤立波在陆架区的主要耗散机制，显著调制陆架区的跃层混合。从能量串级的角度讲，内孤立波浅化裂变为动力不稳定的高频内波是潮能串级的重要通道。本文简要回顾南海北部陆架区内波的研究历史，并着重总结内波在陆架区演变与耗散机制的研究进展。

摘要:海洋上层垂向混合在模式中发挥重要的作用，以往的研究表明垂向混合的不足使得模拟的海洋温度和混合层深度与观测存在显著偏差。前人提出一种修正方案，考虑波浪产生的垂向混合，将由表面风作用下产生的波浪这样一个实际物理过程的湍混合进行参数化，其结果被证实能够显著提高模式模拟和预报的准确性。本文首次将浪致混合引入海气耦合的古气候模式，基于末次冰盛期和工业革命前2种不同的气候条件，探究浪致混合在海气耦合模式中的作用。在不同气候背景下，由于风场强度的不同，导致末次冰盛期浪致混合的强度小于工业革命前，但2个气候时期都体现出中纬度混合强度最大的特点。将浪致混合加入到气候模式中，模拟结果表明：中纬度海域2个时期都出现海表面降温而次表层升温的现象，但末次冰盛期的表面降温强度弱于工业革命前状态；不同月份下的模拟结果显示，在南北半球的夏季，海洋表层温度的降温最为显著。中纬度海域海洋上混合层深度在年平均条件下2个气候背景时期都出现加深现象，但末次冰盛期的加深程度弱于工业革命前；不同月份下的模拟结果显示，在南北半球的冬季，混合层加深的变化达到极值。另一方面，在高纬度海域，末次冰盛期的海表面温度出现了显著升高，这是由于浪致混合导致海冰的减少进而引发海洋表层升温。最后将末次冰盛期的模拟结果与代用资料进对比，发现浪致混合使得72%的数据点模拟结果与代用数据的差异减少。