海洋环境模拟与探测技术研究

海洋为人类的生存和发展、社会的不断进步提供了必不可少的物质基础．在人类活动和全球变化的双重影响下，我国近海海洋环境正在经历一系列重要变化，如近海富营养化、藻类水华、水体缺氧、海洋酸化等灾害性生态过程越来越严重，造成了海洋环境的恶化和资源的衰竭等不可逆转的影响，严重威胁了人类食物的供给和赖以生存的自然环境的健康．“建设海洋强国”、“建设21世纪海上丝绸之路”等一系列国家战略的实施，为国家的海洋事业提供了难得的历史机遇，同时也带来了巨大的挑战．人类活动和全球变化条件下中国近海海洋环境长期演变规律和机制以及海洋生态环境监测与评估成为海洋科学研究的重要科学命题．

天津科技大学海洋与环境学院赵亮教授团队以海上调查和数值模拟为主要研究手段，持续完善包括外海调查、高性能计算和数值模拟虚拟仿真等研究平台，将近海动力和生态年际变化及其演变机制、全球变化和人类活动对中国近海生态系统影响和反馈作为主攻方向，关注天津近海低氧与酸化、风暴潮等环境问题的发生过程和机理，为保障海洋生态环境安全、合理可持续利用海洋提供科学依据，为实现区域经济可持续发展服务．

多年来，赵亮教授团队主持国家自然科学基金项目 5项(“黄、东海低营养层生态系统对自然环境变化响应的模拟与分析(41276016)”、“黑潮入侵东海陆架区热输运特征及其动力机制研究(41376006)”、“浅海湍流对悬浮颗粒物关键动力过程影响的研究(40806001)”、“海洋上边界层的混合结构特征研究(40806008)”和“黄海冷水团空间范围年际变化及其对气候变化的响应研究(41606028)”)，国家重点研发计划子课题2项(“渤黄海高分辨率生态环境数值模拟与预报(2016YFC1401602)”和“中国东部陆架海域生源活性气体的海-气通量及变化趋势(2016YFA0601301)”)，中国科学院战略性先导科技专项课题 1项(“黑潮变异对黄东海生态系统演变的作用(XDA11020305)”)，作为骨干成员参与完成“973”课题 4项(“东、黄海重点海区生态系统动力学模型的数值研究(G1999043703)”、“近海重要界面物质交换的关键过程(2006CB400602)”、“我国陆架海生态环境演变机制综合分析及未来变化趋势预测(2010CB428904)”和“海洋环境变化与水母爆发的相互作用(2011CB403602)”)，参与完成国家自然科学基金重点基金1项(“黄海动力过程对生物生产支持与调节机制的数值研究(40830854)”)，参与完成海洋公益性项目2项．在这些科研项目资助下，赵亮教授团队开展了以下工作：(1)首次在渤海建立了物理-生物-化学过程耦合的三维初级生产模型，对渤海初级生产和营养盐的循环和季节变化进行了系统的研究，评估了生态系统对人类活动和自然变化的响应和反馈，并在国际上最早开展伴随同化方法进行三维生态模型关键参数反演研究．(2)围绕黄、东海生态系统演变规律和机制开展工作，通过高分辨率三维耦合生态模型和现场观测，研究了中国近海低营养层次生态系统的季节变化特征和控制机制，评估了生态系统对不同来源营养盐输入变化的响应．(3)针对我国近海水母、绿潮和低氧等灾害性生态过程暴发开展现场观测，研发了黄海水母模型、长江口低氧模型、黄海绿潮模型和黄东海碳循环模型等一系列生态动力学模型，对灾害性生态过程的发生过程和驱动因素进行了研究，为开展水母暴发、低氧和绿潮等生态性灾害防治提供科学基础，取得的成果得到国内外同行认可．(4)对底界面悬浮物和湍流动力过程开展了原位观测工作，利用底边界层湍流和悬浮物浓度高时空分辨率同步观测数据，定量化悬浮物沉降和再悬浮过程．在国内实现了微米量级的扩散边界层和溶解氧剖面的原位观测，并采用介观方法数值模拟研究了底边界层的湍动特性，为深入开展悬浮物动力学研究和海洋生态系统动力学模型提供必要的动力学参数和动力过程认识．(5)建立了描述近海水动力和颗粒物输运的高分辨率三维耦合模型，对人类活动引起的近岸水动力以及地形冲淤变化进行了研究．期间共发表学术论文100余篇，其中SCI论文40余篇，申请发明专利7项．