2017年國際地球科學領域發展態勢概覽

1固體地球科學發展態勢

1.1地球深部物質組成研究取得突破

地表以下特別是地幔中的碳含量問題是近年來研究界爭論的焦點。美國馬里蘭大學等機構的研究人員基於對大西洋洋脊玄武岩包裹體樣品的分析，發現地幔深部碳含量具有明顯的非均性，且與地幔深度關係密切。在法國巴黎舉行的2017年哥德施密特國際地球化學大會上，巴黎地球物理研究所研究人員宣布了其突破性研究成果，通過對新的地球化學證據的分析表明，地球深處地核中存在大量的Zn元素，這一認識對傳統的地球形成理論形成了巨大挑戰。

1.2 地幔對流研究打破傳統認識

英國萊斯特大學聯合中國地質大學（北京）等機構的科學家合作研究發現，地幔內部存在兩個相互獨立的循環區（一個位於太平洋之下，另一個與之完全沒有聯繫），地幔物質只能在循環區內部對流而不會發生混合，這一結論推翻了有關地球內部地幔對流、攪動及其劃分的傳統認識。美國亞利桑那州立大學聯合中國地質大學（武漢）等機構基於對代表地幔成分的布氏岩（Bridgegmanite）的實驗研究提出造成地幔中部（地下1000~1500km區間）對流減緩的機制在於該層段溫壓下地幔物質中鐵元素減少所導致的黏度增大。

1.3 地球板塊構造研究獲得重要發現

數十年來，大多科學家認為地球板塊構造運動主要是受地球內部冷卻所產生的負浮力驅動的，但由美國芝加哥大學聯合加拿大蒙特利爾大學等機構的地球物理學家開展的一項基於對東太平洋隆起的觀測和模擬分析發現，地核內部熱量帶來的額外作用力可能是板塊運動的主要驅動力。該研究還對水下山脈（洋中脊）是運動板塊之間的被動邊緣這一傳統認識提出了挑戰。美國伍茲霍爾海洋研究所聯合德國法蘭克福大學合作研究發現在與地幔物質發生混合之前，板片的頂部就已經存在雜岩，而不是學界一直認為的熔岩形成始於來自俯衝板塊或板片的流體熔合，並推測指出雜岩熔化是板片與地幔相互作用的主要驅動力。

1.4 地震監測、風險分析和態勢感知將獲進一步發展

2017年5月，美國地質調查局（USGS）發布報告《ANSS：現狀、發展機遇與2017—2027年優先方向》，總結了美國國家地震監測台網系統（ANSS）的現狀，近16年取得的進展，並展望未來）發展機遇和提出2017—2027年的優先方向。6月，USGS發布《減少構造板塊碰撞處的風險——一項推進俯衝帶科學的計劃》報告，提出從俯衝帶過程觀測和模擬、自然災害和風險的量化分析、預報和態勢感知三方面來認識俯衝帶災害的現有差距，並通過行動和產品來建設更具彈性的未來。

2資源科技發展態勢

2.1傳統礦業國家繼續推進礦產資源勘探開發

2017年7月，澳大利亞地球科學局發布《2017利亞地球科年國家礦產資源勘查戰略》，提出通過挖掘澳大利亞隱藏的礦產資源打造可持續的經濟未來，同時制定了相應的行動計劃。加拿大勘探開發者協會（PDAC）發布報告建議該國2017年財政預算對礦產行業維持流通融資、續簽一年稅收抵免、支持在偏遠地區和北部地區礦產勘查。

2.2礦產資源綜合利用取得新進展

2017年2月，美國斯坦福大學等機構的科研團隊在Nature Energy發表文章公布已開發出一種基於半波整流交流電從海水中高效提取鈾的電化學方法，其較之傳統的物理化學吸附法，提取能力提升了8倍，速度則提升了3倍。儘管試驗取得了成功，但該技術距離大規模應用還有很長的路要走。2017年9月，美國能源部公布了9個新的稀土元素技術研發項目，旨在改進從煤炭及煤炭副產品中提取、分離和回收稀土元素的方法。

2.3海洋天然氣水合物試采實現突破

繼頁岩油氣開發技術突破和在北美實現商業開發後，海域天然氣水合物（可燃冰）試採得到多國重視。2017年5月，美國在墨西哥灣深水區開展可燃冰開採研究。2017年上半年，中國和日本分別在中國南海北部神狐海域和日本南海海槽進行了海域可燃冰試采試驗，其中在南海的可燃冰試采成功標誌著我國成為全球首個實現在海域可燃冰試采中獲得連續穩定產氣的國家。2017年12月，《推進南海神狐海域天然氣水合物勘查開採先導試驗區建設戰略合作協議》的簽署，預示中國正式推進南海可燃冰產業化。

3大氣與海洋科學發展態勢

3.1天氣預報系統模型得到改進

2017年1月，歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）哥白尼大氣監測服務（CAMS）項目升級了全球預報系統，增加了氣溶膠和臭氧觀測等新的衛星數據集，升級的系統有助於更好地預測大氣中灰塵、硫酸鹽和生物質燃燒顆粒的量。11月，ECMWF提出開發新的四維變分同化（4D-Var）框架，通過考慮觀測數據的質量與結構、預報模式的動力學與物理學，在空間和時間上調整背景場獲得與氣象觀測更接近的初始場，以此來提升其綜合預報系統的天氣預測水平。此外，加拿大模塊化天線雷達設計公司等機構合作開發出新的龍捲風預測方法，利用風廓線雷達探測特定的龍捲風特徵，使雷達探測龍捲風的成功率達到90%，預警時間提前20分鐘。

3.2極地氣候預測成為研究焦點

2017年5月，世界氣象組織（WMO）啟動極地預測年（YOPP）計劃的主體工作，持續時間為2017年中期到2019年中期，各國科學家和業務預測中心將共同觀測和模擬並改進北極與南極的天氣和氣候系統預報，通過協調密集觀測、模擬、檢驗、用戶參與和教育活動，顯著提升極地地區的環境預測能力。此前，歐盟已正式啟動「極地地區先進預測：模擬、觀測系統設計和北極氣候變化聯繫」（APPLICATE）項目，以便提升天氣和氣候預測水平來應對快速變化的北極氣候。

3.3海水升溫和海洋酸化的影響研究受到高度關注

受全球氣候變化的影響，海水升溫和海洋酸化已成為當今不爭的事實，使得多數海洋物種（特別是甲殼類）面臨威脅、珊瑚礁生態系統受到破壞、並可能引發整個海洋生態結構發生調整。2017年4月，澳大利亞氣候委員會發布《氣候變化：對珊瑚礁造成致命威脅》報告指出，全球海洋表面溫度上升造成大範圍的珊瑚礁白化事件使旅遊業和經濟面臨風險，未來因珊瑚礁白化造成的經濟損失可能會達到1萬億澳元。2016年底美國白宮科技政策辦公室（OSTP）圍繞《美國聯邦海洋酸化研究和監測戰略計劃》所確定的海洋酸化響應認識、海洋化學和生物影響監測、建模、技術開發和測量標準化、社會經濟影響和開發戰略評估、教育和服務、數據管理和集成等7個海洋酸化研究主題對美國主要聯邦機構的海洋酸化研究舉措進行了評估。

3.4深海熱液研究取得突破

2017年7月，美國蒙特利灣海洋研究所聯合加拿大維多利亞大學等機構在美國加利福尼亞南部港灣發現了兩個截然不同的深海熱液噴口，儘管二者相對靠近，但卻生活著不同的動物群落，該發現與相鄰熱液噴口存在共同的動物群落這一科學假設相矛盾；進一步研究揭示區域地質學特徵和噴口排放液體的化學成分是影響噴口周圍動物群落的重要因素。4月，日本海洋科學技術中心（JAMSTEC）研究人員基於對沖繩海槽的深海熱液噴出區域的電化學測定，發現海底有自然發電現象，深海熱液噴口區是一個巨大的「天然燃料電池」，該發現為科研人員在深海尋找利用電能的微生物生態系統提供了線索。

3.5海洋新技術研發和應用取得進步

2017年5月，美國邁阿密大學海洋與大氣科學學院（RSMAS）研究人員宣布開發出了一種可用來監測海洋漏油和海洋碎片運移情況的新工具，其包含一個專門的攝像機，可以遠程監控水柱上水流的變化，有助於科學家更準確地預測海洋漏油或其他海洋污染物在海洋表層的運移情況，對救災援助意義重大。同月，德國地球科學研究中心（GFZ）科學家宣布利用電磁信號開發出一種監測海洋內部溫度變化的方法，可用於追蹤海洋溫度變化。6月，英國南安普頓大學的研究人員首次採用深潛機器人潛水器捕捉到了地球上最冷深海海域——南極底水的溫度、流速等數據。11月，英國國家海洋學中心（NOC）主導研發出一種新型的CO2探測裝置，可在極端環境下工作，為研究碳和海洋環境提供幫助。

4研究基礎平台設施建設

4.1多國布局地球科學基礎設施建設

2017年1月，澳大利亞政府宣布啟動國家定位系統研發計劃，旨在升級國家定位基礎設施，建設最新的星基增強系統（SBAS）測試平台，推動先進定位技術的應用。9月，世界氣象組織宣布啟動世界首個全球水文狀態監測與預測系統建設計劃，旨在彌補全球性的水文監測、模擬及報告系統的空缺，為全球有效應對洪水與乾旱災害提供支持。

4.2全球衛星大氣監測體系進一步完善

2017年10月，歐洲航天局（ESA）成功發射哥白尼計劃首顆全球大氣質量監測衛星「哨兵5」先導衛星Sentinel-5P，用於填補歐洲環境衛星Envisat的監測空白，並作為極地軌道氣象衛星MetOp監測任務的重要補充。11月，美國發射聯合極軌衛星系統-1（JPSS-1，隨後被重命名為NOAA-20），提升美國對包括颶風在內的極端天氣事件的預測與預報能力。

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