1海洋科学在地球系统科学、社会发展和国家战略中的重要地位
1.1海洋科学是地球系统科学的知识源泉
海洋是地球生命的摇篮,是人类赖以生存与发展的重要空间.海洋覆盖了地球表面的71%,与地球各圈层如大气圈、岩石圈和生物圈紧密关联,不仅调节着气候系统的变化,更是地球自然资源的重要储存场所,蕴藏着丰富的生物、矿产和能源资源,对人类的健康福祉与全球的经济发展起着举足轻重的作用.
随着人们对海洋探索、开发和利用程度的不断加深,诸多海洋问题逐渐突显,引起了广泛的国际关注.例如:气候变化所引起的海洋变暖和海洋酸化、海洋环流变异所导致的极端天气频发、人类活动所带来的海洋生态破坏和海洋污染、自然营力所造成的海洋地质灾害等.这些问题通过资源、环境、气候和灾害等多方面深刻地影响着人类的生存发展和宜居地球的可持续性.正因为受到上述热点科学问题驱动,海洋科学得以快速发展.
1.2海洋科学是可持续发展的重要依托
海洋资源和环境对人类和地球的健康至关重要.一方面,全球超过30亿人的生计依赖于海洋,海洋渔业直接或间接雇用2亿多人,海洋和沿海资源及产业的市场价值估计3万亿美元/年,海洋吸收约30%人类活动所产生的二氧化碳,减缓全球变暖的影响[1,2].另一方面,海洋正面临诸多威胁,包括海洋污染、过度捕捞、栖息地退化、海洋酸化和气候变化影响等,全球多达40%的海洋被认为受到了人类活动的“严重影响”,海水酸度较第一次工业革命前已增加30%[3].
2015年9月25日,联合国可持续发展目标峰会正式通过了《2030年可持续发展议程》,其中目标14为保护和可持续利用海洋和海洋资源以促进可持续发展,包括预防和大幅减少各类海洋污染、加强抵御灾害能力、可持续管理和保护海洋和沿海生态系统、减少和应对海洋酸化、有效规范捕捞活动等10项具体目标.2017年12月6日,联合国宣布了“海洋科学促进可持续发展十年计划(2021~2030)”,鼓励各方加大海洋科学研究投入,协调研究方案、观测系统、能力建设、海洋空间规划和减少海上风险,提高青少年海洋素养,确保海洋科学研究推动联合国《2030年可持续发展议程》目标14的实现,推动全球海洋的可持续发展.
1.3海洋科学是国家海洋强国战略的有效保障
我国拥有大陆岸线约19058km,岛屿岸线约16775.4km,管辖海域面积约300万km2,海洋对于维护我国社会繁荣、人民健康和国家安全具有极其重要的作用[4].随着海洋强国战略的实施,我国社会经济已高度依赖向海经济的发展,对海洋资源开发和国家权益维护等需求不断增强.
党的十八大作出了“建设海洋强国”的重大部署,党的十九大提出了“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”,建设海洋强国已然成为实现中华民族伟大复兴的重要战略举措.《国家自然科学基金“十三五”发展规划》明确指出,国家自然科学基金委员会(NSFC)重点支持以海洋经济为代表的“蓝色学科”,优先把海洋过程及其资源、环境和气候效应、全球环境变化与地球圈层相互作用、地球环境演化与生命过程等列入到重点发展的倾斜支持学科[5].建设海洋强国,参与全球海洋竞争,对海洋科技发展提出了迫切和现实的需求,为海洋学科发展迎来了前所未有的大好机遇.
2海洋学科发展态势与面临的主要挑战
2.1学科发展态势
海洋学科面临着前所未有的历史机遇.海洋是一个四维的动态变化系统,更是一个涉及多界面、跨圈层、多尺度的系统,面临着多重生态压力,又缺乏长期的环境监测.海洋的开发和利用势必依靠高科技推动,而海洋科技发展又迫切依赖海洋学科的建设与发展.随着经济和社会的快速发展对资源和空间需求的急剧增加,加之陆地资源逐渐枯竭和环境保护形势的日益严峻,海洋资源和空间的争夺成为世界大国竞争的焦点.海洋开发利用难度大、投入高,决定了海洋竞争本质上是国力的竞争,核心竞争力是海洋科技能力.各国纷纷出台国家海洋发展战略和海洋科技发展规划,强调海洋科技的先导作用,以期取得海洋竞争的优势和先机,海洋科技已经成为各国争相投入的前沿领域,成为创新的热点.
海洋学科进入跨学科交叉融合的新阶段.海洋是地球系统的重要组成部分,海洋系统的动力过程和演变规律在地球系统演化和全球变化中的关键作用逐渐得到认识,与地球科学其他学科的交叉融合成为海洋学科发展的新趋势,也是海洋学科研究领域快速拓展的新机遇.近年来,海洋科学在不断加深与自然科学交叉融合的同时,也将这种融合的趋势延伸到社会领域,以解决人类共同面临的发展问题——可持续发展、陆海统筹、海洋管理、防灾减灾等.如何依据海洋系统自身演化和健康运行的规律,回答和解决这些复杂的跨系统问题,需要强化基础原创研究、促进智慧海洋发展、增加知识供给,这也是海洋科学甚至地球科学的社会使命和贡献所在.
海洋学科是地球科学中最强劲的增长极.近年来我国海洋科学和技术取得了巨大的进步,推动学科不断细化又不断综合,形成了架构合理、层次分明、细中有综的海洋科技创新体系,为实现原始创新、跨域发展奠定了基础.我国在南海深海过程演变、大洋环流动力机制等方面取得重要研究进展,推动了海洋过程的基础理论研究;以“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号等大深度载人潜水器为标志的深海探测能力得以快速发展,以“海洋石油981”、南海天然水合物试采和洋中脊热液硫化物探测技术等为标志的海洋资源开发能力进入国际先进行列.近10年,我国海洋科技领域的国际期刊论文作者数量、发文总量、高被引论文数量及PCT(PatentCooperationTreaty)专利数量年均增速均居世界主要海洋国家首位.2018年,我国海洋科技领域的国际论文作者人数占全球的20%,居世界首位,贡献了约20%的论文、10%的高被引论文以及10%的PCT专利,论文和专利的产出总量分别排名全球第2位和第3位.我国海洋科技创新能力不断提高,在全球海洋科技发展中的地位稳步提升,成为世界海洋科技发展的重要新兴力量.
2.2学科发展所面临的主要挑战
近年来,我国海洋科技发展取得了令人瞩目的进步,然而与海洋先进国家相比,我国在高关注度、高质量的海洋科技前沿领域的研究比例还相对较低,在海洋科学、探测监测和资源开发等领域与世界先进水平仍存在一定差距[6].这些不足主要表现在:
(1)对构建海洋系统认知的理论知识体系的贡献有待提升.目前,关于海洋系统的理论知识体系构架和模式仍以西方发达国家的研究成果为主,随着海洋探索从浅海走向深海,我国有望在提高对海洋系统认知和完善知识体系方面取得新突破.为此,必须建立完善的海洋科学分支学科体系,开展原始性和基础性理论创新.
(2)海洋科学是一个观测学科,高度依赖对海洋的长期观测和数据积累,而我国海洋核心技术和装备长期严重依赖进口,海洋高技术产业刚刚起步,规模和竞争力与发达国家相比仍具有较大差距,海洋观测实验的航次需求得不到充分满足,这些已成为制约我国海洋领域发展的首要因素[7].为此,必须发展壮大观测探测技术分支学科,大力支持海上观测实验,支撑海洋科学理论创新.
(3)我国海洋经济、社会发展和海洋强国建设对海洋科技提出了巨大需求,亟须对海洋科技的学科布局、资源投入和重点支持方向等进行以需求为导向的全面审视和调整,提升海洋科技对国民经济、社会发展和人类福祉的贡献率.为此,必须建设面向海洋管理和社会发展的新兴分支学科,提供海洋科学治理的坚强理论基础.
3国际海洋科学基础研究资助体系与特点
当今社会、经济、安全和可持续发展对海洋及其空间和环境资源的需求愈发强烈,学科发展动力强劲,海洋科学研究的重要地位更是上升到前所未有的高度.国际上海洋科学研究领先的国家,如美国、德国、澳大利亚、日本和法国等,均形成了各具特色的资助体系.
美国主要涉海高校达40多所,主要海洋科学研究和管理机构包括美国国家海洋与大气管理局(NOAA)、美国国家航空与航天局(NASA)、美国国家科学基金会(NSF)、美国海军研究办公室(ONR)、美国国家大气研究中心(NCAR)和国家实验室等.NSF直属于美国联邦政府,是美国联邦政府中资助和指导基础科学研究的主要部门.目前,美国高校由联邦政府资助的基础研究经费约25%来自于NSF.NSF每年获批的联邦政府拨款金额约70亿美元,2019年海洋科学和极地科学投入经费约占总额的11.7%.近年来,海洋科学和极地科学项目资助总数虽然呈下降趋势,由2010年的881项减少至2019年的523项,但10年平均资助率分别高达29.5%和32.8%,高于NSF平均资助率(图1).尤其近5年,海洋科学和极地科学资助率呈现出强劲的增长趋势.目前,海洋酸化、北极研究、海洋可再生能源和海湾生态环境等已成为NSF重点关注的研究方向.
德国国家海洋科学研究组织体系较为统一.德国联邦教育及研究部(BMBF)是德国最重要的资助机构,2020年总经费约为253亿欧元.其中,在海岸带、海洋、极地研究和地球科学(coast,marine,polarresearchandgeosciences)与气候、气候保护和全球变化(climate,climateprotection,globalchange)分支领域分别投入6.16亿和3.27亿欧元(数据来自:https://www.datenportal.bmbf.de).亥姆霍兹联合会(HelmholtzAssociationofGermanResearchCentres)是德国科研重要组成部分,2019年科研经费总额达47亿欧元,其中63%来自政府科研事业费,由联邦政府和州政府拨付.该联合会职责主要包括:(1)通过前沿研究为重大社会挑战寻找解决方案;(2)从国家和国际科研层面设计并运行大型综合科研设施和技术装备;(3)通过创新和知识转移为社会和企业创造财富.此外,德国科学基金会(GermanResearchFoundation)、马克斯·普朗克学会(MaxPlanckSociety)、莱布尼茨学会(LeibnizAssociation)也是重要的科研资助机构.
澳大利亚四面环海,对海洋科学研究投入较大,重点研究区域主要为澳大利亚临近海区,如东印度洋、南印度洋、西太平洋和南大洋等.澳大利亚的重大资助与其国家需求紧密结合,例如大堡礁的环境与生态保护、印尼贯穿流等.其研究通过四类机构执行:澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)、澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)、澳大利亚气象局(BoM)及由政府资助的众多高校.资源、能源、气候变化以及南极战略等成为其重点关注的研究方向.
日本为实现其海洋立国基本战略,将海洋资源的开发与利用、自然灾害的防灾减灾作为其开发与利用海洋的重点突破方向.日本海洋科技的主要资助和研究机构为日本海洋科技中心(JAMSTEC).近十几年间,其经费保持在每年4亿美元左右.日本在海洋科学的资助格局中注重国际交流与合作.如日本与美国共同承担了TOGA-TAO的大部分任务,其中热带太平洋西侧的浮标系统主要由日本JAMSTEC负责,该项研究对热带海气相互作用和ENSO机制解析起到了极大的推动作用.日本通过对国际重大科学计划的大力投资,在科技发展和国际影响力上获得了丰厚的回报.
法国国家科研署(ANR)是法国科研经费的主要来源,为法国国家科学研究中心(CNRS)、大学以及联合实验室提供基础科学研究资助.CNRS隶属于法国高等教育与研究部,拥有独立的研究中心和实验室,主要从事基础研究工作.法国研究与发展研究院(IRD)侧重于海外开发和国际合作项目,通过设立开发基金为国际合作提供资助.法国海洋开发研究院(IFREMER)在海洋领域开展广泛的基础性研究,并以高端科技产业化为重点,通过设立基金为产业化提供资助.
4我国海洋科学基金资助格局演替和新体系的构建
4.1原有学科申请代码体系
学科申请代码体系是国家自然科学基金工作的重要基础,其既体现现代科学发展的交叉性、融合性,又体现代码与评审专家间的对应性[8].准确确定学科代码对于自然科学基金申请至关重要,代码调整是国家自然科学基金改革的重要组成部分[9].NSFC是我国海洋领域基础研究的主要资助来源,其在海洋科学领域整体投入呈现增长态势.在30多年的发展中,NSFC所建立的海洋学科总体资助架构为我国海洋科学发展提供了巨大的动力.二十世纪八九十年代,海洋学科资助主要包括物理海洋学、海洋物理学、海洋地质学、海洋化学、海洋生物学、工程海洋学、遥感海洋学和海洋观测技术研究8个分支学科[10,11].为更好地适应基金申请与满足资助工作需要,NSFC已持续完善各学部申请代码,于2008年开展了一次较大规模的修订工作[12,13],体系逐渐形成.至前一版代码,海洋学科已包括D0601物理海洋学、D0602海洋物理学、D0603海洋地质学、D0604海洋化学、D0605河口海岸学、D0606工程海洋学、D0607海洋监测、调查技术、D0608海洋环境科学、D0609生物海洋学与海洋生物资源、D0610海洋遥感和D0611极地科学共11个分支学科.
4.2学科布局优化原则与进程
近10年,海洋科学发展迅速,其与数学、物理、化学、生物等基础科学不断交叉渗透,各种新理论、新技术不断发展和突破.须在学科发展规律基础上进行前瞻性布局,突出国家需求引领下的重大前沿科学问题导向性,关注新兴领域、热点领域及重大交叉领域的梳理,充分体现“科学牵引技术、科学带动发展”的理念,明确科学研究范式变革时期的海洋科学特征、独特性和交叉性,准确把握未来发展趋势和重点方向.
原海洋学科申请代码已无法适应当前海洋科技发展现状和趋势,表现为:分支学科不完整、技术分支学科老化、需求脱节导致不能充分发挥海洋科技的社会服务功能等.例如:“海洋地球物理学”取得了快速发展,呈现出从海面向海底发展的趋势,但原申请代码的分支学科中地球物理没有体现,故将“海洋地质学”分支学科拓展调整为“海洋地质学与地球物理学”;海洋科学是基于观测的大数据科学,但长期缺乏数据科学和信息科学的布局,严重影响海洋系统的预报模拟水平,故增加“海洋数据科学与信息体系”.
相关期刊推荐：《科学通报》(旬刊),创刊于1950年，是中国科学院主办、中国科学杂志社承办的自然科学综合性学术刊物，报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性和和高水平的、具有重要意义的最新研究成果，要求文章的可读性强，能在一个比较宽范的学术领域产生深刻的影响。
为更好地体现新时代海洋学科体系的系统性、完整性和前沿性,引领学科发展方向、促进学科交叉和均衡协调发展,海洋学科组在地球科学部的统一部署和指导下,于2018年启动了海洋学科申请代码的系统论证和总体设计.通过深入开展国内外调研,坚持目标导向、需求导向、问题导向,坚持发扬民主,形成了深化改革思路,面向国家“建设海洋强国”、“海上丝绸之路”战略和“构建海洋命运共同体”倡议的重大需求,以“自上而下”和“自下而上”相结合的方式,进一步梳理了海洋学科的发展态势,通过系统的学科论证,综合考虑了学科发展实际、未来面临挑战和实现科学-技术-社会3个层面的协调发展,提出了由“分支学科”、“支撑技术”和“发展领域”3大方向(图2)15个申请代码组成的新版体系(表1).
“分支学科”是海洋学科知识体系的基础,也是自然科学其他学科在海洋领域应用的体现,须瞄准学科前沿,在保持相对稳定的同时尽可能吸纳新兴分支学科,全面覆盖海洋学科的各领域.
“支撑技术”是海洋学科及其应用赖以发展的根基,不仅要发展海洋科学提升需要的探测和观测等技术,还应鼓励研发支撑国民经济和社会发展的具有自主产权的核心、关键技术.
“发展领域”则应面向国家海洋发展的重大需求,体现学科自然与社会结合的特点,为海洋强国建设提供科技支撑.——论文作者：冷疏影1*,许学伟2
