科技前沿▏ NSTC发布《美国海洋科技发展的未来十年愿景》报告
2018年11月，美国国家科学技术委员会（NSTC）发布题为《美国国家海洋科技发展：未来十年愿景》（Science and Technology for America’s Oceans: A Decadal Vision）的报告，确定了2018—2028年间海洋科技发展的迫切研究需求与发展机遇，以及未来十年推进美国国家海洋科技发展的目标与优先事项。
一
美国国家海洋科技未来十年发展目标
1. 了解地球系统中的海洋
该目标下设4个具体目标：（1）现代化的基础设施研发。研究基础设施对国家在海洋科学方面的领导作用至关重要，并且在每个领域都发挥着重要的基础性作用。进行海洋研究所需的基础设施与技术包括船舶、潜水器、飞机、卫星、陆基雷达、系泊和电缆浮标，以及各种无人水下、水面和空中航行器。研究基础设施也包括陆基设施，如已支持部署的海洋高性能计算与通信网络接收、分析、管理数据平台。（2）大数据利用。与海洋研究开发基础设施同样重要的是能够最大限度地利用数据。在未来十年，美国将升级四维数据同化，改进对现有数据的分析。大数据正在彻底改变我们对地球系统中海洋的理解。处理分析大数据能力的提升可以改善一般环流模型和地球系统集成模型，也可以改善用于未来条件预测的动态、集成和耦合的生物物理模型。（3）开发地球系统的模型。要增进对地球系统内海洋的了解，需要开发海洋动力学建模，开展气候、大气以及与气候有关的对海洋影响的研究，更好地了解当前沿海地区和深海的变化，改善预测应对未来沿海变化和对海洋生态系统服务与社区的影响。对海洋环境的进一步了解也在增进对与俯冲带有关的地质灾害了解方面发挥关键作用，这些灾害包括地震、海啸、火山爆发和滑坡。（4）促进运营研究。将研发成果应用于运营、商业化或其他用途，对于促进美国在海洋科技领域的发展，以及促进经济繁荣、海洋安全、人类健康和富有弹性的沿海社区具有根本意义。部署这类研究需要全面了解海洋在地球系统中的作用，包括外部因素的作用。耦合的物理、生物、化学、地质和社会经济模型支持许多海洋科技应用所依赖的系统方法。
2. 促进经济繁荣
该目标下设5个具体目标：（1）扩大国内海产品生产。美国目前90%的海产品依赖进口，导致140亿美元的海产品贸易逆差。世界银行预测，2006—2030年间全球鱼类消费量将增长近50%，美国有机会通过最大限度地提高可持续野生和水产养殖业来满足这一需求，确保粮食安全，并创造新产业提供更多的就业机会。（2）勘探潜在的能源。美国的海岸线和广阔的专属经济区包含了大量未开发的可再生能源（波浪、潮汐、风能、热能）和不可再生能源（石油和天然气），通过勘探潜在的能源，帮助制定国家能源解决方案。将能源创新与海洋科学、安全和海洋技术的新发展结合起来，可以为进一步推动沿海经济发展创造机会。（3）评估海洋关键矿物。美国近海和深海地区大部分仍未开发和利用。由于中国是美国2018年关键矿物清单中35种关键矿物的最大供应国，因此美国需要政策、基础设施和技术来生产和维持关键矿物的供应。最近美国政府也强调了查明关键矿物新来源和增加供应链各级活动的重要性，这些活动包括勘探、采矿、浓缩、分离、合金化、回收和再加工关键矿物。（4）平衡经济和生态效益。适当的海洋管理对美国的长期经济活力至关重要。美国受益于其广泛的沿海生态系统，从阿拉斯加寒冷的北极水域到温带的墨西哥湾，再到佛罗里达州南部的热带珊瑚礁。管理这些独特的生态系统需要将特定地点的数据和信息纳入适应性管理战略中。（5）培养蓝色劳动力。美国在科学研究和技术创新方面一直处于领先地位，但当今世界和与环境有关的挑战仍在不断演变。应对这些挑战需要加强对海洋的认识。为了国家社会经济福祉，必须创造和支持一个以发展受教育和多样化的劳动力为重点的海洋文化社会。
3. 确保海上安全
该目标下设3个具体目标：（1）提高海洋事务感知能力。海洋领域的认识和安全行动需要对海洋及其不断变化情况进行持续、近实时的监测。各种传感能力的快速提升可用于海洋科学和其他重要目的。加强对海洋的了解可以增强环境保护、海洋安全航行和其他用途，同时为海洋安全与军事行动提供必要的信息。与此同时，还需要获得发展态势感知和背景知识，以便更好地解释监测数据。（2）了解北极的变化。许多国家都有兴趣了解北极的恶劣环境及其资源。对北极的研究受科学好奇心与商业利益的推动。虽然关于北极航运的未来以及西北航道、北海航线和潜在的跨极航线的相关活动的意见各不相同，但北极的变化，特别是海冰的减少，正导致船舶交通量和自然资源的开采增加是显而易见的。这些事态的发展会影响到国土和国家安全行动。（3）维护和加强海上运输。美国海上运输系统（MTS）对经济和国家安全至关重要。美国重要的海上基础设施港口、内河航道以及支持海上贸易的系统和结构，每年为经济活动贡献约4.6万亿美元，创造数百万个就业机会。海洋科技可以支持改善航道管理和安全，扩大航运基础设施和船舶能力，增强网络弹性，提高港口运营和生产力。
4. 保障人类健康
该目标下设4个具体目标：（1）防止和减少塑料污染。目前太多的塑料，尤其是一次性塑料没有被妥善处理，进入海洋和水道，以及其他在海上遗失、弃置或丢弃的物品，一旦进入海洋环境，也成为海洋垃圾，这将导致野生动物的缠绕、误食，以及栖息地破坏、水污染、排水系统堵塞引发的洪水、运输和商业障碍，以及对人类健康的影响。（2）改进对海洋污染物和病原体的预测。利用最先进的海洋化学预测手段，研究和管理人员已经能够减少海洋污染物威胁的风险。海产品行业与地方、州和联邦机构合作，通过监测已知毒素和病原体，提供更健康的产品，防范来自海洋的潜在人类健康风险。（3）减少有害藻华。了解有害藻华在海洋、河口和淡水地区对人类健康危害的发生率、严重性和持久性，需要在多个时空尺度上进行更多的观测。这包括监测点的阵列和网络、浮标和仪表系泊的现场测量、飞机和卫星的遥感数据与图像。（4）开发天然产品。虽然许多有前途的候选药物是通过合成方法生产的，但大约一半新批准的药物仍可追溯其结构起源至天然产品。海洋勘探和非侵入性发现技术（如声学工具、数字成像、远程交通工具、深海潜水器和改进的环境传感器）的进步将使美国能够利用这些潜力，减轻对环境的影响。
5. 发展有弹性的沿海社区
该目标下设3个具体目标：（1）为自然灾害和天气事件做好准备。灾害通常是突发性的，对特定地点和社区的影响更大。国家应对极端天气、洪水、气候和环境威胁做好准备与反应是至关重要的。面对日益严重的脆弱性，确保社区的恢复能力需要政府、行业、非营利组织和学术界各级的合作，以减轻这些威胁对沿海社区的影响。（2）降低风险和脆弱性。虽然自然灾害与天气事件是沿海社区的主要威胁，但其他干扰也将导致其处于危险之中。特别是，许多社区依靠沿海与海洋资源进行商业和娱乐用途，这些资源的改变为这些行业和从事这些用途的活动提供了风险和机会。（3）赋予地方和区域决策权力。沿海社区要想恢复活力，就必须建立起应对干扰的能力。这需要更好地了解社区和行业的特殊特征，以及掌握支持地方和区域进行动态风险评估和成本效益分析的信息。
二
美国国家海洋科技未来研究机遇
报告基于未来十年发展目标提出未来研究机遇主要聚焦在以下5个重点方面：
（1）将大数据方法完全整合到地球系统科学中。大数据正在彻底改变科学家和公众在地球系统中研究海洋的方式。海洋科学中与海洋有关的大数据来源包括全球范围内由远程和现场传感器收集的大量海洋变量多维测量数据。通过部署云基础设施、数据分析工具、数据挖掘算法和可伸缩工作流框架，产生新的发现。
（2）提高监测和预测建模能力。为了监测环境和预测未来的变化，需要在理解海洋、大气、陆地和冰的耦合与非线性现象和变化方面取得进展。这些模型以及它们所依赖的扩大的海洋观测数据，通过改进计算资源和启用预测的集成模拟方法得到了显著增强。
（3）改进决策支持工具中的数据集成。在未来十年中，需要加强对地球系统人类各方面相互作用的理解和管理。与海洋利用和保护问题有关的决策受到日益复杂的经济变化、生态系统特征和群落多样性的挑战。决策支持工具和方法将帮助个人和社区现在和将来的生存能力。
（4）支持海洋勘探和描述。未来十年海洋科学技术的进步将使我们能够更好地探索海洋，更好地了解海洋环境，例如通过改进海底测绘，更好地为海上运输作业提供信息。
（5）支持正在进行的研究与技术合作。报告指出，美国国家海洋科技发展需要海洋科学领域所有组织的有效合作。地方、部落、州和地区管理实体的参与将确保国家海洋优先事项纳入特定领域或群体的需求。学术机构的参与促进科学创新和同行评议，帮助识别和解决紧迫的研究问题，并通过直接向公众传播海洋科学知识，推动社会与海洋的互动。
文章来源：中科院资源环境科学信息中心
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