全球海洋科技發展動態2020年第三期

最新一期「前沿進展」來了，趕快來了解下全球海洋科技領域的最新動態吧！

本期導讀

·海洋動力過程與氣候變化

定量化年際、年代際和多年代際三種尺度自然振蕩對近期全球增暖減緩的貢獻

基於流域尺度的陸架腐殖質運輸鐵元素進入北太平洋

全球適應委員會呼籲加速氣候適應行動

·海洋生態環境演變與保護

藍碳研究的未來議程

新冠疫情暫時減少中國25%的二氧化碳排放

·海底過程與油氣資源

全球首次15年周期的海洋原位鐵錳氧化物形成實驗揭示其成因機制

·深遠海和極地極端環境與戰略資源

南大洋氣候變化研究進展

全球變暖下南極冰蓋融化可能使海平面上升超20m

·海洋技術與裝備

具有低滾動角及酸鹼抵抗性的超雙疏鋁合金表面的製備

英國研發運載和釋放滑翔機的AutoNaut水面無人船

前沿進展已改版，每條消息請滾動閱讀

海洋動力過程與氣候變化

1.定量化年際、年代際和多年代際三種尺度

自然振蕩對近期全球增暖減緩的貢獻

(魏 萌 編譯）

70年代以來，全球溫度迅速升高，全球增暖已成為最嚴峻的環境問題之一。IPCC第五次評估報告（AR5）指出全球增暖極有可能是人類排放溫室氣體造成的，並且溫室氣體的繼續排放將會造成進一步的增暖。然而，自1998年以來，大氣中溫室氣體的濃度持續升高，但全球溫度卻並沒有如預期般隨之快速增暖，反而進入了一個平臺期，出現全球增暖減緩現象，這挑戰了人類活動導致全球增暖的觀點，引起了科學界和普通民眾的高度關注和熱烈討論。

在增暖減緩研究的初期，人們認為近期進入氣候系統的能量有所減少，導致增暖減緩，但進一步的研究發現所有可能的負輻射強迫累加之和也無法抵消掉溫室氣體所造成的正輻射強迫，因此，進入氣候系統的能量並未減少，只是有更多熱量從上層海洋轉移到了中下層海洋。這個過程通常需要藉助各種大尺度的氣候變化來實現。最有可能的就是以ENSO、PDO和AMO為代表的年際到多年代際尺度。然而，不同尺度的氣候變化對全球增暖速率做了多大貢獻？近期這次增暖減緩又主要受哪種尺度的影響？這些科學問題依然不清楚。

針對上述科學問題，最近區域海洋動力學與數值模擬功能實驗室科研人員Wei等通過將全球溫度變化分解為不同分量，找出了控制著全球增暖速率變化的幾個關鍵分量，並定量化了這些關鍵分量對全球增暖速率的貢獻。使用集合經驗模態分解（EEMD）方法將1850—2017年期間的全球溫度序列分解為8個不同尺度的振蕩項和1個長期增暖趨勢項（圖1），發現年際、年代際、多年代際尺度振蕩和長期增暖趨勢這四個關鍵分量主導著全球溫度的變化（圖1a-d）。其中，代表人類活動引起的增暖項（長期增暖趨勢，圖1d），從上世紀初至今一直較為穩定，增暖速率接近常數，因此對全球溫度增暖速率的變化沒有太大的貢獻；而年際、年代際和多年代際三種關鍵尺度的自然振蕩才是全球增暖速率變化的主要原因（圖1f），三者共同控制著全球增暖速率的變化。

圖1 四個關鍵分量及重建序列。（a-d）利用EEMD方法從六種觀測的全球溫度序列中提取出的四個關鍵分量：年際（IAV）、年代際（IDV）和多年代際（MDV）尺度振蕩和長期趨勢（ST）；（e）四個關鍵分量迭加而成的重建序列（彩色）和全球溫度序列（灰色）；（f）三種關鍵尺度振蕩迭加而成的無趨勢重建序列（彩色）和去趨勢的全球溫度序列（灰色）。不同的顏色代表不同的數據集

三者的相對重要性因時段和區域而異。在整個1850—2017年期間，年際尺度貢獻最大，多年代際尺度次之；1998年以來的增暖減緩現象則主要歸因於年際尺度和年代際尺度自然振蕩冷卻效應的貢獻。通過分析四個關鍵分量在快速增暖期（1975—1997年）和增暖減速期（1998—2013年）的線性趨勢（圖2）發現：在快速增暖期，年際和年代際振蕩的增暖速率都近似為0，此時的增暖幾乎全部來源於長期增暖趨勢和多年代際振蕩的增暖位相；在增暖減速期，這兩項繼續保持著之前的增暖趨勢。但是，年際和年代際尺度卻都呈現出明顯的負趨勢，將多年代際振蕩暖位相和長期趨勢共同引發的增暖抵消掉了65 ± 38%，造成了總體的增暖減緩。

圖2 四個關鍵分量在快速增暖期（1975/01-1997/12，紅色）和增暖減速期（1998/01-2013/12，藍色）的線性趨勢。「Reconst.」代表由左側四個關鍵分量迭加而成的重建序列；「Original.」代表原始全球溫度序列。誤差棒中心的菱形和三角形表示不同觀測數據所計算出的平均值，誤差棒則代表兩倍標準偏差

該研究通過量化不同尺度自然變化在調節全球增暖速率方面的貢獻，在一定程度上調和了目前關於不同尺度自然振蕩的重要性的爭論，強調了自然振蕩對局部線性趨勢的重要影響，指出要正確地對氣候變化進行歸因和準確地預測未來氣候變化，就必須高度重視自然振蕩的作用。特別是要提高氣候模式的模擬和預測能力，關鍵就在於正確區分並模擬人為增暖信號和自然振蕩信號，而準確模擬AMO、ENSO和PDO等關鍵自然振蕩的位相、周期和振幅又尤為重要。

原文題目：Quantifying the importance of interannual, interdecadal and multidecadal climate natural variabilities in the modulation of global warming rates

來源：

https://doi.org/10.1007/s00382-019-04955-2

2.基於流域尺度的陸架腐殖質

運輸鐵元素進入北太平洋

（徐亞宏編譯）

鐵是海洋生命不可或缺的重要元素，但其在含氧的海水中溶解度很低，因此，外界輸入的鐵元素會強烈影響海洋的初級生產力。風塵、陸架沉積物和深海熱液一直被認為是海洋溶解態鐵的主要外部來源，而其中風塵是北太平洋鐵的最重要的外部來源。但近來越來越多的研究顯示，依據海中溶解態鐵的百分含量和陸架沉積物在海洋生物碳泵中發揮的重要作用，陸架沉積物的影響遠高於另外兩種因素。而研究沉積物中溶解態的鐵的長距離運輸對於認識全球海洋鐵循環和碳循環都至關重要。

有機配體與鐵的絡合會增強鐵元素在海水中的溶解，也會為溶解態的鐵的長距離運輸提供支撐。而在眾多有機配體中，腐殖質被認為是在海洋環境中最有可能可以與鐵絡合的有機配體。腐殖質可由其紫外可見吸光度表徵，而腐殖質的螢光特性被稱為類腐殖質-螢光溶解有機質（FDOMH）。

2020年3月11日，《自然》（Nature）期刊發表《基於流域尺度的陸架腐殖質運輸鐵元素進入北太平洋》（Shelf humic substances as carriers for basin-scale iron transport in the North Pacifc ）。來自日本北海道大學（Hokkaido University）和東京大學（The University of Tokyo）的研究學者們通過檢測西部北太平洋區域範圍內（已有報導稱，鄂霍次克海陸架上的沉積物中的鐵被運輸至此，但原因未知），溶解態鐵和FDOMH的分布，根據表觀耗氧量（AOU），將外來的FDOMH與自生的FDOMH分離，發現外來的FDOMH在西部的北太平洋中層水中是液態鐵的攜帶者。因此證明陸架上的沉積物中腐殖質可以攜帶著溶解態的鐵通過中層水循環，從鄂霍次克海淺層沉積物將其一直運輸到亞熱帶的北太平洋，距離至少有4000千米。這一研究結果表明，陸架腐殖質可能是造成海洋內部溶解態鐵分布的重要原因。

原文題目：Shelf humic substances as carriers for basin-scale iron transport in the North Pacifc

來源：

https://www.nature.com/articles/s41598-020-61375-7

3.全球適應委員會呼籲加速氣候適應行動

（廖 琴 編譯）

早期，全球適應委員會（Global Commission on Adaptation） 發布題為《立即適應：在氣候恢復力方面發揮領導作用的全球呼籲》（Adapt Now: A Global Call for Leadership on Climate Resilience）的報告，闡述了立即採取氣候適應行動的必要性，並為糧食安全、自然環境、水、城鎮地區、基礎設施、災害風險管理等關鍵領域加快氣候適應提出了建議，旨在呼籲各國政府和企業出臺創新解決方案，加速採取氣候適應行動。

1 立即採取氣候適應行動的必要性

氣候變化擴大了富人和窮人之間的差距，加劇了現有的社會不平等。約1/4的物種正面臨滅絕，1/4的土地正在退化，海洋溫度和酸度正在增加，氣候變化正在加速各地自然資產的流失。2020—2030年，在全球5大領域投資1.8萬億美元，可以產生7.1萬億美元的淨收益。這5大領域分別是：投資早期預警系統、建設具有風險抵禦能力的基礎設施、優化旱地農作物生產方式、保護全球紅樹林和改善水資源管理。開展氣候適應行動可以帶來「三重紅利」：一是避免未來潛在的損失；二是通過創新產生可觀的經濟收益；三是帶來額外的社會和環境效益。

2 加快關鍵系統的氣候適應

（1）糧食。如果沒有雄心勃勃的氣候行動，到2050年，全球糧食需求將增加50%，產量可能下降30%。一個更具彈性的糧食系統將依賴於農業研發的大幅增長，農業研發的效益成本比已顯示在2:1至17:1之間；更好地將政府財政與對農民的激勵結合起來，用於長期可持續的氣候智能型生產；在獲取信息、創新技術和融資方面採取實質性的行動，以增強5億小型農戶的適應能力，這些農戶的生計受到的氣候變化影響最為嚴重。

（2）自然環境。基於自然的解決方案可以調節水流，保護海岸線，冷卻城市，並補充已建成的基礎設施。儘管支持了社區和經濟的恢復能力，但大自然正在迅速退化。大規模的自然保護和恢復需要加速取得進展，通過《生物多樣性公約》（Convention on Biological Diversity）履行現有的政治承諾；在土地利用和投資決策中適當評估自然資產；擴大公共和私人資源規模，保護自然。許多基於自然的適應解決方案也有利於減緩氣候變化。

（3）水。氣候變化與水系統和資源密不可分。成功的適應將需要對健康的流域和水基礎設施加大投資，大幅提高用水效率，並在規劃和操作的每個層面整合新的氣候風險（如洪水和乾旱）。面對氣候變化，更高效的水資源分配和利用將對經濟增長至關重要：如果沒有這些方法，到2050年，印度、中國和中亞的國內生產總值（GDP）將下降7%~12%，非洲大部分地區的GDP將下降6%左右。那些將水資源管理作為優先事項的國家，在重大治理改革和投資的支持下，更有可能適應並得以繁榮，而沒有這樣做的國家將面臨嚴峻的挑戰。

（4）城市。城市地區擁有全球一半以上的人口，並且是機遇和創新的中心。如果設計得當，適應氣候變化所做的努力可以充分利用這種變革性優勢，並產生高經濟回報。例如，在沿海城市，良好適應的成本是不採取行動的1/10。為了規劃和提供更具彈性的城市服務，世界各地的城市都需要利用可靠的地形和社區數據，投資於更好的氣候風險信息和技術能力。這些城市還應該投資基於自然的解決方案，以應對水和熱的風險，並改善生活在臨時居住區的8.8億人的生活條件，這些臨時居住區極易受到氣候變化的影響。

（5）基礎設施。面臨氣候變化風險的基礎設施包括港口、道路、電力、衛生設施、下水道和通信系統。對現有基礎設施進行氣候防護，並建設更能適應氣候變化的新基礎設施，在經濟上是合理的，平均而言，效益與成本之比大於4:1。對基礎設施的投資需要直接建立抵禦能力，無論是用於城市的雨水排水還是保護沿海社區免受海平面上升的影響。這將需要發展混合的公私合作方式，分擔並分享彈性基礎設施的成本和收益。最後，需要超越單個資產保護範疇，以確保整個系統更具彈性。

（6）災害風險管理。通過颶風、洪水、熱浪、野火等災害強度和頻率的變化，可以看出氣候的明顯變化。面對更加常見的極端天氣事件和氣候災害，人們需要預防、保護和恢復。人們需要通過更好的規劃與投資決策，積極主動地將人員和資產轉移到安全的地方。與此同時，需要加大努力，在災難發生前發出預警並做好準備，這些行動可以顯著減少生命損失，並具有很高的投資回報。最後，改進社會保障網絡和基於預測的規劃有助於在災害發生時加速災後恢復。

3採取行動的一年

委員會支持努力將氣候風險納入國家財政規劃和決策的各個方面，同時呼籲大幅增加向地方政府、城市和社區組織下放的資金；推動將農業研究的規模擴大1倍，以適應氣候變化；推動基礎設施投資決策方式的轉變；呼籲加大投入，提高應對極端天氣的能力，減少人員傷亡，減輕經濟影響；激勵國家、地方和私營部門發揮領導作用，尋求基於自然的解決方案；努力加強天然淡水和關鍵人類水系統的適應能力，為數十億面臨較高水資源壓力的人們以及生活受到洪澇和乾旱影響的人們減少風險。

未來15個月對動員氣候變化行動和支持全球發展至關重要。包括2020年10月將在荷蘭舉行的國際氣候適應行動峰會上，倡導採取行動。委員會還將致力於鼓勵各國在2020年12月第二十六屆聯合國氣候變化大會（COP26）之前提高適應氣候變化的雄心。委員會將邀請各國政府、私營部門、民間社會和全球公民等社會各階層合作加速推進這一議程。

2018年10月16日，包括荷蘭、中國、加拿大、英國等17國領導人在荷蘭海牙正式啟動了全球適應委員會（Global Commission on Adaptation），以推動能夠提升氣候適應解決方案規模和速度的全球行動。

原文題目：Adapt Now: A Global Call for Leadership on Climate Resilience

來源：

https://gca.org/global-commission-on-adaptation/report

海洋生態環境演變與保護

4.藍碳研究的未來議程

（吳秀平編譯）

由普利茅斯海洋實驗室（PML）環境經濟學家Nicola Beaumont博士在內的世界領先的藍碳專家團隊，在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上發表《藍碳科學的未來》（The future of Blue Carbon science）最新研究成果，為藍碳研究設定了未來的議程，指出藍碳研究的重點是海洋和植被豐富的沿海生態系統對全球碳預算的貢獻，如紅樹林、潮汐沼澤和海草床。

專家小組的人選是通過遴選出關於藍碳科學的50篇被引用最多的論文的主要作者和資深作者，確定並選擇作為專家組的科學家，在這些作者中調查了那些與學術或研究機構有關聯的人。具體來說，受邀者被要求發送電子郵件，提出與增進人們對藍碳科學及其在減緩氣候變化方面的應用與理解相關的十個最重要的問題。郵件沒有要求科學家把他們的問題放在首位，也沒有要求他們針對任何特定的地理區域，但要求他們把重點放在紅樹林、潮汐沼澤、大藻類和海草生態系統上。收到的反饋（總共35名受訪者）被分成10個主題（通過將相似的問題分組），這些主題隨後被凝練成獨立的、包羅萬象的研究問題，包括：氣候變化如何影響成熟的藍碳生態系統及其恢復過程中的碳積累；幹擾時如何影響藍碳的埋藏；大型藻類包括鈣化藻類，作為藍碳匯供體的全球重要性是什麼；藍碳生態系統的全球範圍和時間分布如何；有機碳和無機碳循環如何影響淨CO 通量；如何在藍碳沉積物中估算有機質來源；什麼因素影響藍碳的埋葬率；在藍碳生態系統和大氣之間的溫室氣體淨通量是多少；如何才能減少藍碳估值的不確定性；採取什麼樣的管理方式能最好地維持和促進藍碳固存。

最後建議加強跨學科研究，將生態和經濟研究結合起來，制定標準方法，提高對藍碳估值的信心。建議管理重點是保護、恢復和創建藍碳生態系統，同時解決仍然存在的技術、財政和政策障礙。從目前藍碳的範圍和恢復可能性，到生態系統評估和未來管理，旨在為該領域的未來研究提供一份有價值的路線圖。

原文題目：Blue Carbon possibilities

來源：

https://www.pml.ac.uk/News_and_media/News/Blue_Carbon_possibilities

5.新冠疫情暫時減少中國25%的二氧化碳排放

（廖 琴 編譯）

2020年2月19日，碳簡報（Carbon Brief）網站發布題為《分析：冠狀病毒暫時減少了中國1/4的二氧化碳排放量》（Analysis: Coronavirus Has Temporarily Reduced China’s CO Emissions by a Quarter）的報導指出，由於新型冠狀病毒疫情的爆發，中國的二氧化碳排放量在過去兩周內減少了約1億噸，相當於2019年同期排放量的1/4。

該研究採用2019年2月按部門和燃料劃分的化石燃料消耗數據估算了二氧化碳減排量。研究發現，抑制冠狀病毒蔓延的措施已導致主要工業部門的產量下降了15%~40%。從2020年2月3日開始的兩周時間裡，發電廠上報的每日煤炭使用量降至4年來的最低水平，2月16日的最新數據顯示並無回升跡象。與2019年春節假期後的兩周相比，煤炭和原油使用量的減少意味著二氧化碳排放量減少了25%或更多。這相當於1億噸二氧化碳，或同期全球排放量的6%。衛星測量的二氧化氮（NO ）水平的變化進一步確認了化石燃料使用量的減少（這是一種與化石燃料燃燒密切相關的大氣汙染物）。在2020年春節假期後的一周時間裡，中國的二氧化氮平均水平要比2019年同期低36%。

儘管當前危機帶來的短期影響很大，但就減少能源需求和減少工業排放而言，工廠停工的長期直接影響較小。雖然能源消耗和排放量在兩周內減少25%，但從年度來看只減少了1%左右。在所有主要的二氧化碳排放行業，中國都持有著大量的過剩產能。這表明，一旦有需求，無論是產量還是排放量，都可以在停工後迅速趕超。中國的能源消耗主要集中在能源密集型產業和貨運上，住宅和商業用電及私家車的影響相對較小。中國政府為應對經濟破壞而即將採取的激勵措施，可能會超過這些對能源和排放的短期影響。

原文題目：Analysis: Coronavirus Has Temporarily Reduced China's CO Emissions by a Quarter

來源：

https://www.carbonbrief.org/analysis-coronavirus-has-temporarily-reduced-chinas-co2-emissions-by-a-quarter

海底過程與油氣資源

6.全球首次15年周期的海洋原位

鐵錳氧化物形成實驗揭示其成因機制

（黃 威 編譯）

海底鐵錳結核和結殼以富含多種金屬極具資源潛力，且能記錄區域性海洋和氣候信息而備受關注。這些鐵錳氧化物還是近百萬年以來水體環境內全球Fe、Mn地球化學循環主要的匯。基於選擇性化學淋濾實驗，科學界曾針對水生成因鐵錳氧化物提出過一個簡單的形成模型，即認為Mn和Fe在海水最小含氧帶（OMZ）內為低價溶解態，隨後在OMZ下部邊緣層位中被氧化進而沉澱形成金屬氧化物。由於水生成因鐵錳氧化物的平均生長速率一般不超過10mm/Ma，因此監測現代海洋中鐵錳氧化物的這種超低速率形成過程過去被認為是不現實的。從2001年起，日本科學家藉助操控性良好的深海平臺（載人和無人潛水器）在西太平洋活動和非活動構造帶的海底和近海底區域進行了最長達15年的原位實驗工作。2020年2月26日《科學報告》（Scientific Reports）報導了日本學者的該項最新研究成果。他們發現在900～4500米水深範圍內4個站位放置的玻璃、陶瓷和塑料板上分布著包括似球菌不規則狀顆粒在內的直徑為一至幾微米的分散狀顆粒，這些顆粒每年在每平方毫米的板材上最多可沉澱出1000至10000個，這些現代沉澱物的化學和礦物學特徵與自然界中的水生成因型鐵錳氧化物相似（圖1）。此項研究工作認為鐵錳氧化物顆粒是新近紀至現代所有大洋的各種氧化性水深條件下鐵錳結殼和結核的最小構成單元，在包括OMZ在內的廣泛水深範圍內，水生成因的鐵錳氧化物顆粒堆積形成了鐵錳結殼和結核。此項研究工作也印證了這些日本學者在2017年提出的另一項與傳統成因模型相悖的理論，即在現代OMZ內，鐵錳氧化物也能沉澱形成，且只要持續性向周邊水體內供給Fe和Mn，水生成因鐵錳氧化物在所有水深範圍內都能生長。由此表明OMZ不是溶解態Mn的主要儲庫，而是Mn持續性氧化和沉澱形成的場所。向海洋鐵錳礦床內供應的錳也許主要源自顆粒態鐵錳氧化物而非溶解態錳。微生物活性也許可以為鐵錳氧化物的沉澱形成提供潛在的平臺，但對其生長速度提升的貢獻可能很小（圖2）。

圖1 Fe-Mn沉澱物的掃描電鏡圖像。（a）來自不同海山和水深環境下的鐵錳結殼的Fe-Mn氧化物顆粒在掃描電鏡下的形貌差異。（b） T3站位水生成因鐵錳結殼內顆粒物的形貌和大小頗為相似

圖2 沉澱物和微生物細胞的雷射掃描共聚焦顯微圖像。對樣品進行螢光染色，然後將透射光圖像、藍色激發螢光圖像和紅色激發螢光圖像合成本圖像。圖像上部為載玻片水平掃描的結果，下部為沿紅線垂直掃描的結果。微生物細胞（綠色顆粒，帶綠色箭頭）與似有機顆粒（紅色箭頭）相關，但與鐵錳氧化物顆粒（黃色箭頭）無關，這指示出載玻片上Fe-Mn氧化物的原位沉澱與微生物活體無關

原文題目：Modern precipitation of hydrogenetic ferromanganese minerals during on-site 15-year exposure tests

來源：

https://www.nature.com/articles/s41598-020-60200-5

深遠海和極地極端環境與戰略資源

7.南大洋氣候變化研究進展

（於兆傑 編譯）

在晚第四紀以來全球氣候變化和碳循環研究中，南大洋是一直最受關注的熱點區域之一。

不僅是由於南極來源的中層水（南極中層水AAIW和南極模態水SAMW）和底層水（南極底層水AABW）是全球大洋環流重要的組成，而且因為該海域存在受強勁的南半球西風帶驅動的上升流區。這種強勁的深層水上湧，在帶來了大量的營養物質的同時，還導致深層水中豐富的二氧化碳被釋放到大氣中，極大地調節了地球大氣溫度的變化。因此，國內外同行十分關注南大洋在不同時間尺度上調節全球氣候變化的作用。

最近，來自美國亞利桑那大學地球科學系的Ben Bronselaer博士及其合作者在《自然地球科學》（Nature Geoscience）上發表了他們最新的研究成果。他們利用1985—2005年海洋艦載測量數據與2014—2019年生物地球化學傳感器從浮標中得到的數據計算了二十年來南大洋的溫度、鹽度、pH值、硝酸鹽、溶解的無機碳和氧的濃度的變化。發現在研究時間段內當地氣溫上升3°C、南極海岸附近鹽度變化超過0.2psu、65°至40°S之間的等密度線加深等現象。結合地球系統模型ESM2M的結果，作者認為南極融水注入和西風帶的向極地移動導致如上結果。該研究比較全面的揭示了南大洋西風帶增強和溫度升高對大洋水團性質和局地氣候的深刻影響。

那麼在距今2萬年到1萬年的最後一次冰消期，伴隨著全球氣溫升高和西風帶南移，南大洋上升流活動又是如何影響局部甚至全球的氣候呢？同樣是《自然地球科學》（Nature Geoscience），最近刊出了來自澳大利亞塔斯馬尼亞大學南極氣候和生態研究中心Andrew Moy博士及其合作者的文章，他們使用浮遊有孔蟲中的硼同位素和碳同位素以及基於烯酮的溫度替代物重建了過去25,000年以來塔斯馬尼亞島以南南極表層海水pH和CO 分壓。該記錄表明，南大洋上升流控制的深層水上湧向大氣中釋放CO 強度的變化是導致地球最後一次冰消期大氣CO 急劇升高的原因。

以上兩項研究結果表明，在全球變暖的背景下，南極冰川融水注入和西風帶南移可能會進一步加劇大氣濃度升高，形成正反饋。同時，隨著人類活動向大氣中釋放更多的CO ，海洋中緯度表層水和中層水吸收的CO 量也在不斷增加（Gruber et al., 2019）。那麼高低緯度海洋之間吸收和釋放CO 的機制之間存在什麼聯繫？如何定量計算海洋作為一個整體對全球碳循環的影響？這一系列問題將會是我們下一步氣候變化和碳循環研究的重要方向。

原文題目：Importance of wind and meltwater for observed chemical and physical changes in the Southern Ocean

來源：

https://www.nature.com/articles/s41561-019-0502-8

原文題目：Varied contribution of the Southern Ocean to deglacial atmospheric CO rise

來源：

https://www.nature.com/articles/s41561-019-0473-9

8.全球變暖下南極冰蓋融化

可能使海平面上升超20m

（廖 琴 編譯）

近期，《自然》（Nature）期刊發表題為《上新世海平面變化幅度及其成因》（The Amplitude and Origin of Sea-level Variability During the Pliocene Epoch）的文章指出，如果全球變暖超過2 ℃，南極洲冰蓋融化可能在未來幾個世紀裡使海平面上升超過20m，地球可能正朝著300萬年前的上新世時期持續前進。

在大約300萬年前的上新世地質時期，地球大氣中的二氧化碳濃度約為400ppm（百萬分之一），當時超過1/3的南極冰蓋融化，全球平均海平面峰值（GMSL）比目前高約20m。紐西蘭惠靈頓大學（University of Wellington）、紐西蘭下赫特地質與核科學研究所（GNS Science，Lower Hutt）、荷蘭烏得勒支大學（Utrecht University）、美國西密西根大學（Western Michigan University）等機構的研究人員重建了上新世中後期（約3.3~2.5Ma）冰期-間冰期尺度海平面變化的幅度和頻率。他們校準了現代波浪輸沙與水深之間的理論關係，然後將該技術應用於紐西蘭旺格努伊盆地（Whanganui Basin）淺海連續800m厚的上新世沉積層序的粒徑。以這種方法得到的水深變化，經構造沉降校正後，得到循環相對海平面（RSL）變化。

研究顯示，在約3.3~2.5Ma的冰期-間冰期旋迴期間，海平面平均變化了13±5m。由此產生的全球冰量指標（來源於深海氧同位素記錄）和海平面周期與南極上空日曬2萬年周期性變化相一致。此後，隨著南極冰蓋的穩定，海平面的波動以4.1萬年的周期變化，與地球軸向傾斜的周期變化相對應。在保守的假設下，研究估計上新世全球海平面上升的最大值不超過25m，並在21世紀預測的氣候條件下，為極地冰量變化提供了新的約束條件。雖然在上新世中期，冰蓋、海洋和大陸的幾何形狀略有不同，但研究結果表明，如果二氧化碳濃度保持在400ppm以上，南極洲海洋冰蓋將會大量損失，相關的GMSL可能高達23m。

原文題目：The Amplitude and Origin of Sea-level Variability During the Pliocene Epoch

來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1619-z

海洋技術與裝備

9.具有低滾動角及酸鹼抵抗性的

超雙疏鋁合金表面的製備

（張斌斌 供稿）

2020年1月，材料領域國際權威雜誌Materials & Design（中科院一區，IF=5.770）刊發青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋腐蝕與防護開放工作室、中國科學院海洋研究所助理研究員—張斌斌博士最新研究成果《Superamphiphobic aluminum alloy with low sliding angles and acid-alkali liquids repellency》（Materials & Design, 2020, 108479）。

研究背景：基於鋁合金優異的物理化學特性，其在汽車製造、航空航天、軍事裝備、海洋工業等領域應用廣泛。然而，鋁合金表面在自然環境下形成的氧化膜厚度薄且疏鬆多孔，無法為基材提供良好的防護效果，易引發局部腐蝕和表面汙染進而影響其使役性能。近年來，通過控制和轉變金屬及合金材料表面潤溼性，將表面親水性轉變為超疏水性的調控策略受到極大關注。儘管金屬及合金超疏水表面的製備研究近年來得到大量報導，然而目前研究人員得到的大部分超疏水表面容易被低表面能液體潤溼並汙染，使其疏水性能失效。因此，如何製備出具有低滾動角的、既能抵抗水滴又能抵抗低表面能油滴/有機溶劑的超雙疏（即超疏水+超疏油）表面難度大，這對表面微尺度結構和表面能提出了更加嚴苛的要求。

本研究工作通過鹽酸刻蝕+熱水處理+低表面能分子接枝手段在鋁合金基材獲得超雙疏表面。具有不同表面張力的液體，例如水滴（72.8mN·m ）、丙三醇（64.0mN·m ）、乙二醇（47.7mN·m ）、花生油（34.5mN·m ）、十六烷（27.5mN·m ），在製備得到的超雙疏表面上靜態接觸角均大於150°、滾動角小於7°，呈現出良好的液體排斥性和低黏附力特性。此外，製備得到的超雙疏表面對沙粒、孔雀石綠等汙染物展現出良好的自清潔性能，對pH在1-14範圍內的酸鹼液滴均展現出排斥特性，化學穩定性優異，表面潤溼性、酸鹼抵抗性及自清潔特性如圖1所示。

圖1 超雙疏鋁合金表面的潤溼性、酸鹼抵抗性及自清潔性能

反應及潤溼機理：鋁合金基材的位錯和晶界由於能量較高，在鹽酸刻蝕過程中易被H+優先溶解刻蝕，反應產生的氫氣有利於微尺度階梯結構的形成，而在刻蝕後的熱水處理過程賦予了表面納米尺度的片狀結構，隨後的氟矽烷分子接枝使表面能得以大幅降低。表面微納米尺度的結構變化使表面固液氣三相界面的Cassie-Baxter接觸發生不同的演變行為，其三相界面接觸的變化模型如圖2所示，具有微米階梯結構+納米片狀結構的超雙疏表面大幅增強了空氣層的截留空間，這種微納多級凹角結構的構建成為本研究實現表面超雙疏特性的核心要素。

圖2 微納米尺度固液氣三相界面的接觸演變行為

為評價本研究製備得到的超雙疏鋁合金表面的清潔穩定性，實驗通過重複20次自清潔測試後對不同液滴在表面的滾動行為進行記錄，實驗結果如圖3所示。結果顯示，所有測試液滴包括水、丙三醇、乙二醇、花生油和十六烷在經過重複20次自清潔實驗後仍然能夠輕鬆實現在表面的滾動，液滴滾落後表面未見任何液滴痕跡，展現出優異的自清潔穩定性。本研究獲得的具有低滾動角及酸鹼抵抗性的超雙疏鋁合金表面將在海洋腐蝕與生物汙損防護、表面汙染物驅離、油水複雜環境防汙等領域具有重要的應用前景。

圖3 表面經20次自清潔重複實驗後的液滴滾動行為

本研究得到了國家自然科學基金-青年基金項目（41806089）和國家自然科學基金-重大科研儀器研製項目（41827805）的經費支持。論文第一作者為張斌斌博士，通訊作者為張斌斌博士和張杰研究員。

論文題目：Superamphiphobic aluminum alloy with low sliding angles and acid-alkali liquids repellency

論文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127520300125

10.英國研發運載和釋放滑翔機的

AutoNaut水面無人船

（呂 勇 編譯）

東英吉利大學研究人員設計了一種海上機器人，可搭載科研設備部署在偏遠的海洋位置。這種海上機器人AutoNaut是一艘無人水面艦艇，專門用於運載和釋放滑翔機，滑翔機裝有一系列傳感器收集數據，以研究重要的海洋氣候過程。

Seaglider滑翔機可下潛達到1000米的深度，獨自航行數月時間，覆蓋數千公裡。但它們很難在近海布放，通常從艦船上部署，且航行需要消耗大量電池，這使滑翔機布放時機變得困難。

AutoNaut由英國公司AutoNaut Ltd建造，長五米，可以從海灘或輪船上部署到達指定位置就位，然後遠程控制釋放Seaglider水下滑翔機。AutoNaut受海浪運動的推動，並帶有一系列氣象或海洋學傳感器，包括大氣壓力、空氣溫度和溼度、風速和海面溫度各種傳感器，系統和傳感器由太陽能電池板供電。它還可以抵禦惡劣的海面，具有自動校正功能，並使用衛星通信進行導航。

東英吉利大學海洋與大氣科學中心的科學家將這艘新船命名為「Caravela」，他提出一種可以布放Seaglider的機器人的想法。Caravela的設計、建造和科學任務由歐洲研究委員會撥款350萬歐元研究資助。

2020年2月，Caravela將在巴貝多沿海的大西洋進行測試，從海岸部署前往巴貝多東部的一個海洋區域，目的是追蹤雲的形成及其在氣候系統中的作用。東英吉利大學團隊將結合使用Caravela和滑翔機進測量試驗，了解海洋溫度如何影響上方的空氣層以及風、日照如何影響最表層數十米的海洋。

其中一位科學家說：「我們很高興與英國AutoNaut公司合作開發Caravela，現在我們無需使用艦船舶就可以將Seaglider送入海洋盆地中部，更準確地確定何時釋放滑翔機，可以科學設計儲備滑翔機電池，使水下滑翔機工作時間更長。」

她補充說：「在AutoNaut和Seaglider上都裝有傳感器，這意味著我們將同時進行氣象和海洋測量，為我們提供了研究現場狀況更詳細的信息，有助於我們進一步了解影響氣候的因素。」

AutoNaut公司的董事總經理皮特.布羅姆利說：「與東英吉利大學的世界級團隊一起工作是一個巨大而又有意義的挑戰。在海洋上部署海洋機器人是開創性的科學工作，期待未來的合作。」

原文題目：AutoNaut USV Adapted to Carry Seaglider

來源：

https://www.oceannews.com/news/science-technology/autonaut-usv-adapted-to-carry-seaglider