中國科學院南海海洋研究所

“2025年度十大科技進展”揭曉

2025年，南海海洋所圍繞搶占科技制高點核心目標，聚焦主攻方向，積極履行國家戰(zhàn)略科技力量主力軍職責使命，在原始創(chuàng)新和關鍵核心技術攻關等方面成果豐碩。近日，研究所組織開展了“2025年度十大科技進展”評選活動，經團隊申報、所學委專家評審、全所職工、研究生線上投票，綜合評選出南海海洋研究所“2025年度十大科技進展”，入選成果主要面向南海及熱帶大洋海洋動力過程與環(huán)境效應、熱帶海洋資源保護與開發(fā)、南海島礁可持續(xù)發(fā)展、海洋環(huán)境保障系統(tǒng)等研究領域。公布如下：

01

全球變暖背景下海洋內潮的加速趨勢及影響機理

完成人

龔延昆、蔡樹群、王春在、陳植武、許潔馨、姚玉龍

成果簡介

面向全球變暖背景下海洋動力過程變化的戰(zhàn)略需求，聚焦全球海洋內潮能量傳遞這一關鍵科學問題，揭示了內潮在氣候變暖背景下呈現顯著加速的新趨勢，并闡明了上層海洋層結增強與環(huán)流加速在其中發(fā)揮的關鍵作用。

針對以往內潮研究多局限于區(qū)域尺度、缺乏長期變化分析的不足，研究團隊基于第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）多模式數據與全球高分辨率內潮經驗模型，構建了涵蓋1901年至2100年的長時間序列分析框架，首次在全球尺度上系統(tǒng)評估了第一模態(tài)內潮傳播速度的演變特征，明確了層結強化與上層環(huán)流加速對內潮加速趨勢的貢獻機制。研究首次闡明，全球變暖背景下內潮傳播速度呈現持續(xù)加快的趨勢，在歷史時期（1901–2014年）與未來情景（2015–2100年）分別以每十年0.4厘米/秒和2.0厘米/秒的速率增長，全球平均增幅達10%左右，并在西北太平洋、北大西洋等多個內潮活躍海區(qū)表現尤為顯著。

全球海洋內潮加速趨勢圖

研究成果發(fā)表于Science子刊Science Advances，受到國內多家科研媒體的關注與報道。研究突破了傳統(tǒng)觀測數據在時空覆蓋上的局限，首次揭示了全球變暖導致內潮系統(tǒng)性加速的長期規(guī)律。該研究在海洋內波動力過程對氣候變化的響應機制領域取得重要理論進展，不僅深化了對海洋層結、環(huán)流變化與內波傳播速度關聯的科學認識，也為進一步評估氣候變化背景下內潮能量傳播、湍流混合對全球海洋環(huán)流、物質輸運及生態(tài)系統(tǒng)的影響提供了關鍵科學依據。

02

深海熱液口起源的復雜鞭毛馬達的組裝與進化

完成人

高貝樂、馮雪銀、朱思琦、陳園園、李玉倩、劉嫣然、武艷敏

成果簡介

細菌鞭毛作為自然界最精密的納米機器，是海洋細菌應對極端環(huán)境、實現生態(tài)適應的核心策略。鞭毛馬達的動力輸出取決于定子單元的數量和穩(wěn)定性，而在此納米級微觀層面，深海微生物如何通過鞭毛馬達的結構演化、實現高效運動仍缺乏系統(tǒng)認識。本研究以深海熱液口起源的彎曲菌門為對象，構建了模式菌株近乎完整的復雜鞭毛馬達的原子水平的模型，揭示了其高度復雜的結構特征和組裝機制。本研究揭示了位于馬達胞質側的新型結構組分FlgX，該蛋白位于定子環(huán)底部，在馬達組裝與穩(wěn)定中發(fā)揮關鍵作用，拓展了對定子—轉子互作機制的理解。進一步分析表明，FlgX屬于四聚體PilZ家族，但不受c-di-GMP調控，代表了PilZ超家族新的功能分化。此外，本研究還解析了自1979年發(fā)現但成分長期不明的周質E環(huán)結構，證實其由17個FlgY二聚體組成，并揭示由FcpMNO與PflD構成的外圍“籠狀”結構存在兩種不同的構象。這些復雜支架通過精密互作網絡穩(wěn)定多達17個定子單元，從而產生超高轉矩以適應復雜環(huán)境。進化分析顯示E環(huán)在細菌域中廣泛存在，可能起源于細菌共同祖先；而FlgX及籠狀結構則源自深海熱液口祖先，后者通過招募IV型菌毛組分實現結構創(chuàng)新。

空腸彎曲菌完整的鞭毛馬達模型

相關成果發(fā)表在國際知名期刊PNAS和Nature Microbiology上，研究符合“向極微觀深入”這一科學發(fā)展前沿，在原子水平解析微生物納米機器的結構和組裝機制，為理解運動這一生命基礎行為提供了重要理論基礎。

03

地質記錄解鎖熱帶海洋碳匯調控新機制

完成人

顏文、黎剛、朱小畏、黃慧文、周婉秋、陳芬、徐維海

成果簡介

海洋作為地球最大的活躍碳庫，其碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)。系統(tǒng)研究海洋碳循環(huán)的過程與機制，不僅有助于揭示海洋調節(jié)氣候的內在機理，也為實現“雙碳”目標下評估藍碳潛力、研發(fā)增匯技術及制定氣候治理策略提供了重要的科學支撐。研究團隊聚焦于海洋碳循環(huán)中長期被忽視的兩大關鍵問題，即熱帶低緯寡營養(yǎng)海區(qū)生產力的長期調控機制和海洋自生碳酸鹽沉淀的控制機理，開展了深入研究，獲得若干創(chuàng)新突破和認識。

針對末次冰消期B?lling-Aller?d暖期大氣CO?濃度上升停滯這一科學謎題，團隊系統(tǒng)研究了泛北太平洋（含南海）的古生產力記錄，揭示了副熱帶-熱帶寡營養(yǎng)海區(qū)生產力受環(huán)流調控的機制，進而提出太平洋環(huán)流通過調控熱帶寡營養(yǎng)海區(qū)生產力影響大氣CO?的碳匯機制，為理解環(huán)流演化與氣候變化的關聯提供了新視角。

為探究墨西哥灣深部甲烷帶廣泛發(fā)育的自生碳酸鹽巖成因，團隊通過系統(tǒng)的鋰同位素分析，發(fā)現深部硅酸鹽風化是促進其形成的關鍵機制。在此基礎上，提出有機質礦化驅動的碳?硅耦合新機制，為揭示深海自生碳酸鹽沉淀的形成提供了重要依據。

末次冰消期（a：B/A暖期；b：冷事件）南大洋和北太平洋海區(qū)物理-生物地化過程及其對海氣碳循環(huán)的潛在意義

相關成果以系列文章發(fā)表于《自然》旗下期刊Communications Earth & Environment（10月刊和11月刊）以及地球科學頂級期刊Global and Planetary Change上，體現了本研究在海洋碳循環(huán)領域的重要貢獻，對深入認識海洋生物碳泵和長期地質碳匯在全球氣候調節(jié)中的作用具有重要意義。

04

揭秘海洋微生物的生存智慧：毒素-抗毒素系統(tǒng)如何操控基因轉移與環(huán)境適應

完成人

王曉雪、郭云學、古嘉瑜、林兼仲

成果簡介

海洋微生物通過水平基因轉移（如噬菌體與質粒介導）持續(xù)重塑其環(huán)境適應策略，深刻影響群落結構與功能。本研究聚焦于質粒與噬菌體編碼的毒素-抗毒素（TA）系統(tǒng)，系統(tǒng)揭示其在基因傳播、宿主?病毒穩(wěn)態(tài)及環(huán)境響應中的核心作用，取得以下創(chuàng)新成果：在機制層面，闡明接合型質粒通過非經典內在終止子重編程HicAB TA系統(tǒng)轉錄，強化“成癮效應”，顯著提升其在細菌群體中的傳播競爭力，揭示了質粒在海洋微生物中動態(tài)維持的分子基礎。在噬菌體?宿主互作層面，首次解析多重溶原噬菌體通過“核心基因?附屬基因”對話機制：利用復制蛋白降解抗毒素、激活毒素，協調有序復制與釋放，維持宿主?病毒穩(wěn)態(tài)，增強細菌生物膜適應性與致病力。同時，發(fā)現噬菌體編碼的膜蛋白多肽可特異性增加宿主膜滲透性，展現其作為特異性調控因子的潛力。在環(huán)境響應層面，揭示氧化應激通過宿主OxyR蛋白直接激活前噬菌體切除的分子通路，闡明環(huán)境脅迫與基因元件活化的關鍵聯結。上述成果從內在調控機制、宿主?病毒互作到環(huán)境信號整合，系統(tǒng)闡釋TA網絡在海洋微生物基因轉移、環(huán)境適應與群落互作中的多重功能，為認知海洋微生物生態(tài)提供了新理論框架。

水平基因轉移介導微生物的代謝與環(huán)境適應過程及機制

相關研究成果已在Nature Communications、?Nucleic Acids Research?、mLife等期刊發(fā)表，獲授權發(fā)明專利1項，體現了本研究在海洋微生物水平基因轉移與病毒?宿主互作領域的領先地位，對深入理解海洋微生物生態(tài)學具有重要理論價值與實踐意義。

05

熱帶印度洋調控大西洋海洋熱浪的機理研究

完成人

劉衡、張磊

成果簡介

海洋極端高溫事件，即海洋熱浪，對熱帶東南大西洋（TSEA）沿岸區(qū)域的海洋生態(tài)系統(tǒng)能夠造成嚴重破壞并威脅沿海居民生產生活與區(qū)域社會經濟。因此，提升該區(qū)域海洋熱浪的預測能力有助于提高極端事件的預警能力、降低風險損失。但目前對于熱浪的形成機制仍缺乏系統(tǒng)認識。

通過分析觀測數據，發(fā)現發(fā)生在南半球春季的正印度洋偶極子（IOD）事件能夠造成南半球夏季TSEA沿岸海洋熱浪發(fā)生概率提升至其他年份的6倍以上。正IOD事件通過海氣過程和陸地途徑使TSEA沿岸海溫升高并引發(fā)海洋熱浪?；谏鲜鲞^程團隊進一步建立了TSEA區(qū)域海洋熱浪的經驗預測模型，利用南半球春季IOD指數對夏季的海洋熱浪進行預測。模型提前3個月預測的月均海洋熱浪天數與觀測結果相關性達0.63。

熱帶印度洋影響熱帶東南大西洋海洋熱浪機制圖

研究成果發(fā)表在Science Advances期刊上，闡明了印度洋對熱帶東南大西洋沿岸海洋熱浪的影響機制，深化了對于跨洋盆相互作用的認識，為該區(qū)域的海洋極端事件預警、提升氣候預測與風險防范能力提供了理論依據。

06

解碼南海深部過程如何塑造島群地貌與巖漿流體活動

完成人

夏少紅、茍濤、張成龍、范朝焰、趙芳、曹敬賀、萬奎元

成果簡介

“地球內部如何運行”被Science雜志列為全球最具挑戰(zhàn)性的科學問題之一；國家基金委也將“地球深部與淺表系統(tǒng)互饋機理與效應”作為重點發(fā)展方向。南海形成于中生代古太平洋板塊俯沖背景下的新生代巖石圈伸展與海底擴張，塑造了獨特的島群地貌與活躍的巖漿流體分布，是研究地球深淺部耦合演化機制的極佳場所。因此，南海深部過程如何塑造淺表島群地貌及巖漿流體活動一直是國內外關注的前沿科學問題。

研究運用遠震各向異性層析成像、深度學習三維地殼模型構建、多道反射地震信息解譯等技術，系統(tǒng)開展了南海北部陸緣深部地幔-地殼-淺表地層的全景透視成像，提出了海南地幔柱受古俯沖物質折返影響而表現出熱化學地幔柱的幾何形態(tài)特征及成層式巖漿運移模式，從而奠定了南海晚新生代廣泛巖漿?流體活動的分布態(tài)勢。同時，橫跨南海島群區(qū)的地殼結構揭示了“香腸狀”結構特征，塑造了南海裂谷盆地與剛性碎塊相間分布的空間格局。在低緯度海洋暖水環(huán)境影響下，離散碎塊的線狀地形高點具有較高的碳酸鹽生產力，經長期加積作用最終形成了現今珊瑚島群的展布格局。

南海北部陸緣上地幔各向異性透視成像三維立體影像圖

南?！跋隳c狀”地殼伸展過程控制島群地貌形成演化的模式示意圖

研究創(chuàng)新性提出了南海島群地貌與巖漿流體活動的深部動力機制，為理解大陸張裂過程與地表形態(tài)演化的耦合關系提供了新視角。研究成果已在具有國際重要影響力的國內期刊Science Bulletin以及地球物理領域權威國際期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上發(fā)表。

07

歷史基準與未來圖景：南海珊瑚礁環(huán)境演變的高精度重建與智能預測

完成人

楊紅強、陶士臣、譚飛、張喜洋、孫富林、嚴宏強、施祺

成果簡介

研究嘗試打破珊瑚礁地質歷史與現代生態(tài)的壁壘，通過“以古證今、數智融合”的創(chuàng)新視角，初步實現了南海珊瑚礁研究的全時空貫通。

在“古環(huán)境”維度，團隊不僅是還原過去，更旨在為現代生態(tài)風險評估尋找歷史坐標。通過高分辨率重建中全新世的海溫季節(jié)性特征、海平面穩(wěn)態(tài)機制 及超級古臺風序列 ，團隊揭示了自然背景下的氣候變率；特別是對全新世珊瑚“生長停滯期”的解析 ，為預判現代珊瑚礁在未來持續(xù)升溫與極端氣候下的生態(tài)韌性閾值提供了關鍵的地質實證。

在“今生態(tài)”維度，團隊將歷史規(guī)律引入現代機理研究。結合微觀的珊瑚白化代謝機制與宏觀的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)數值模擬 ，量化了環(huán)境壓力下的退化軌跡。研發(fā)的“瑤華”多模態(tài)AI大模型 ，不僅實現了對現今珊瑚礁健康狀態(tài)的高效智能感知，更成為了連接古今數據的橋梁——它推動了珊瑚礁研究從被動的“環(huán)境記錄者”向主動的“全球變化模擬器”轉變。

歷史基準與未來圖景：南海珊瑚礁環(huán)境演變的高精度重建與智能預測

相關成果在EPSL、GPC、Coral Reefs等期刊發(fā)表論文9篇，獲授權發(fā)明專利1項。初步構建了從歷史演變規(guī)律到未來情景預測的全鏈條科學體系，有效地將地質記錄的“深時”經驗轉化為應對全球變化的現代決策支撐。依托以上科研成果，聯合央視等媒體2025年度制作21部輿宣科普視頻，其中《珊瑚礁密語》海外播放量近3000萬次。

08

海境·渦流大模型及相關遙感業(yè)務化應用獲關鍵突破

完成人

杜巖、唐世林、張玉紅、劉永明、王閔楊、段欽、李鑫龍、李毅能、殷建平

成果簡介

圍繞海洋環(huán)境智能探測與模擬，成功推動多項關鍵技術從方法創(chuàng)新走向業(yè)務化應用，形成了“智能模型-精準評估-長效監(jiān)測”的協同能力。

在海洋動力智能模擬領域，自主研發(fā)并發(fā)布“海境·渦流大模型1.0”，創(chuàng)新性地利用海表衛(wèi)星數據與人工智能技術（SwinUnet/SpadeUp模型），實現對海洋三維全流場、特別是以往難以捕捉的非平衡態(tài)流場的高精度快速重構，推動海洋流場分析進入智能現報新階段。在資源與環(huán)境評估方面，基于42年高分辨率浪-流耦合數值模擬，首次清晰揭示海南島周邊波浪能資源在1999年前后發(fā)生的趨勢性氣候突變，為南海資源開發(fā)與工程設施建設提供關鍵科學依據。同時，攻克多源遙感數據一致性處理難題，通過獨創(chuàng)的VOBA水深反演模型，統(tǒng)一了長達40年的Landsat衛(wèi)星系列數據，首次實現了對南海島礁0-10米淺水地形的高一致性時序監(jiān)測，精準量化了人為活動引發(fā)的地形演變與沉積物遷移，為珊瑚礁生態(tài)保護與海域綜合管理提供關鍵長時序空間信息支撐。在融合人工智能、數值模擬與遙感觀測等方面取得了的系列創(chuàng)新成果，為服務國家海洋環(huán)境安全保障提供了科技支撐。構建并發(fā)布了“海境·渦流大模型1.0”；發(fā)表1區(qū)Top文章2篇、2區(qū)文章1篇、院刊文章1篇。

09

南海海草床碳儲能力與穩(wěn)定性變化機理

完成人

劉松林、黃小平、任玉正、羅紅雪、張霞、江志堅、吳云超

成果簡介

海草床是重要藍碳生態(tài)系統(tǒng)，其碳儲能力對全球碳循環(huán)與氣候調節(jié)具有關鍵作用。然而，其碳匯功能受到沉積物無機碳抵消效應、富營養(yǎng)化脅迫以及修復策略效率不明等多重過程的影響，相關機制尚不清晰，嚴重制約了對其藍碳功能的評估與管理。針對上述科學問題，本研究系統(tǒng)闡明了南海海草床碳儲能力的關鍵變化機制，并取得了系列創(chuàng)新性認識：（1）在碳匯抵消機制方面，通過同位素示蹤技術，首次明確南海海草床沉積物無機碳主要來源于陸源或珊瑚礁跨系統(tǒng)輸入（70%-100%），原位生成貢獻低，厘清了無機碳生成對有機碳埋藏的抵消風險極為有限。（2）在碳穩(wěn)定性響應機制方面，從微生物角度揭示了富營養(yǎng)化削弱碳存儲的途徑：營養(yǎng)鹽輸入通過促進特定微生物增殖，加速惰性溶解有機碳的分解；同時改變凋落物分解的微生物群落，減少惰性組分存儲。（3）在碳匯提升途徑方面，通過野外實驗首次明確海草移植存在“密度-水深”閾值效應，在約0.9米水深、113-118株/m2的密度下，有機碳沉積效率最高，為修復工程提供了優(yōu)化方案。

相關成果在Global Change Biology、Water Research、Communications Earth & Environment等國際權威期刊發(fā)表。研究深化了對海草床碳匯形成與維持機制的理解，為南海藍碳的精準核算、保護管理與生態(tài)修復提供了關鍵科學依據和實踐指導。

10

粵港澳大灣區(qū)海洋熱浪的垂向演化機制

完成人

胡玉瑋、王春在

成果簡介

面向保障粵港澳大灣區(qū)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，聚焦粵港澳大灣區(qū)近海海洋熱浪問題，提出了海洋熱浪的連續(xù)三維能量演化和“循環(huán)記憶”新觀點。針對傳統(tǒng)海洋熱浪研究以表層為主、忽視垂向結構的問題，研究團隊基于多源衛(wèi)星觀測與再分析資料，構建了混合層熱量收支框架，評估了季風風場、海氣熱通量及上升流系統(tǒng)在大灣區(qū)海洋熱浪形成、發(fā)展與消亡過程中的作用，揭示了季節(jié)性大氣強迫與沿岸上升流系統(tǒng)對海洋熱浪垂向結構及其演化過程的調控機制。

研究首次闡明，粵港澳大灣區(qū)海洋熱浪與季節(jié)性上升流系統(tǒng)在動力上高度耦合，二者共同受控于季風變化和太陽短波輻射等大氣強迫，并通過風應力驅動的埃克曼輸運與抽吸過程實現水柱內的垂向聯結。成果首次揭示了海洋熱浪在垂向上的“上下遷移”特征，指出海洋熱浪并非孤立的表層極端事件。

季節(jié)性大氣強迫、上升流系統(tǒng)與海洋熱浪相互作用示意圖

研究成果發(fā)表于Nature子刊Communications Earth & Environment，受到國內多家科研媒體的關注與報道。該研究在熱帶邊緣海海洋熱浪動力機制領域取得重要理論突破，不僅深化了對海氣相互作用與垂向過程關聯的科學理解，也為粵港澳大灣區(qū)海洋熱浪事件的精準預測、災害防控及漁業(yè)管理、生態(tài)保護提供了關鍵科學依據。

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