海洋環境模擬與探測技術研究

海洋為人類的生存和發展、社會的不斷進步提供了必不可少的物質基礎．在人類活動和全球變化的雙重影響下，我國近海海洋環境正在經歷一系列重要變化，如近海富營養化、藻類水華、水體缺氧、海洋酸化等災害性生態過程越來越嚴重，造成了海洋環境的惡化和資源的衰竭等不可逆轉的影響，嚴重威脅了人類食物的供給和賴以生存的自然環境的健康．“建設海洋強國”、“建設21世紀海上絲綢之路”等一系列國家戰略的實施，為國家的海洋事業提供了難得的歷史機遇，同時也帶來了巨大的挑戰．人類活動和全球變化條件下中國近海海洋環境長期演變規律和機制以及海洋生態環境監測與評估成為海洋科學研究的重要科學命題．

天津科技大學海洋與環境學院趙亮教授團隊以海上調查和數值模擬為主要研究手段，持續完善包括外海調查、高性能計算和數值模擬虛擬仿真等研究平臺，將近海動力和生態年際變化及其演變機制、全球變化和人類活動對中國近海生態系統影響和反饋作為主攻方向，關注天津近海低氧與酸化、風暴潮等環境問題的發生過程和機理，為保障海洋生態環境安全、合理可持續利用海洋提供科學依據，為實現區域經濟可持續發展服務．

多年來，趙亮教授團隊主持國家自然科學基金項目 5項(“黃、東海低營養層生態系統對自然環境變化響應的模擬與分析(41276016)”、“黑潮入侵東海陸架區熱輸運特征及其動力機制研究(41376006)”、“淺海湍流對懸浮顆粒物關鍵動力過程影響的研究(40806001)”、“海洋上邊界層的混合結構特征研究(40806008)”和“黃海冷水團空間范圍年際變化及其對氣候變化的響應研究(41606028)”)，國家重點研發計劃子課題2項(“渤黃海高分辨率生態環境數值模擬與預報(2016YFC1401602)”和“中國東部陸架海域生源活性氣體的海-氣通量及變化趨勢(2016YFA0601301)”)，中國科學院戰略性先導科技專項課題 1項(“黑潮變異對黃東海生態系統演變的作用(XDA11020305)”)，作為骨干成員參與完成“973”課題 4項(“東、黃海重點海區生態系統動力學模型的數值研究(G1999043703)”、“近海重要界面物質交換的關鍵過程(2006CB400602)”、“我國陸架海生態環境演變機制綜合分析及未來變化趨勢預測(2010CB428904)”和“海洋環境變化與水母爆發的相互作用(2011CB403602)”)，參與完成國家自然科學基金重點基金1項(“黃海動力過程對生物生產支持與調節機制的數值研究(40830854)”)，參與完成海洋公益性項目2項．在這些科研項目資助下，趙亮教授團隊開展了以下工作：(1)首次在渤海建立了物理-生物-化學過程耦合的三維初級生產模型，對渤海初級生產和營養鹽的循環和季節變化進行了系統的研究，評估了生態系統對人類活動和自然變化的響應和反饋，并在國際上最早開展伴隨同化方法進行三維生態模型關鍵參數反演研究．(2)圍繞黃、東海生態系統演變規律和機制開展工作，通過高分辨率三維耦合生態模型和現場觀測，研究了中國近海低營養層次生態系統的季節變化特征和控制機制，評估了生態系統對不同來源營養鹽輸入變化的響應．(3)針對我國近海水母、綠潮和低氧等災害性生態過程暴發開展現場觀測，研發了黃海水母模型、長江口低氧模型、黃海綠潮模型和黃東海碳循環模型等一系列生態動力學模型，對災害性生態過程的發生過程和驅動因素進行了研究，為開展水母暴發、低氧和綠潮等生態性災害防治提供科學基礎，取得的成果得到國內外同行認可．(4)對底界面懸浮物和湍流動力過程開展了原位觀測工作，利用底邊界層湍流和懸浮物濃度高時空分辨率同步觀測數據，定量化懸浮物沉降和再懸浮過程．在國內實現了微米量級的擴散邊界層和溶解氧剖面的原位觀測，并采用介觀方法數值模擬研究了底邊界層的湍動特性，為深入開展懸浮物動力學研究和海洋生態系統動力學模型提供必要的動力學參數和動力過程認識．(5)建立了描述近海水動力和顆粒物輸運的高分辨率三維耦合模型，對人類活動引起的近岸水動力以及地形沖淤變化進行了研究．期間共發表學術論文100余篇，其中SCI論文40余篇，申請發明專利7項．