科研进展--中国科学院广州分院

东莞材料所 | 发布OpenGEM26有机分子数据集与GPTFF-mol力场——我国首个自主可控的小分子AI-ready数据资源

中国科学院东莞材料科学与技术研究所联合中国科学院物理研究所，于7月23日正式发布开源有机分子数据集OpenGEM26（Open Generated Ensemble of Molecules, 2026）与配套机器学习势函数GPTFF-mol。该结果发布于：https://arxiv.org/abs/2607.21369。该数据集覆盖H、C、N、O、S、Cl六种元素，包含约20万种独特有机分子与440万种分子构象。OpenGEM26与GPTFF-mol的同步开源，标志着我国在有机分子人工智能势函数领域拥有了具备国际竞争力的自主数据资源，有效扭转了长期依赖海外数据平台的局面。数据，是人工智能驱动有机分子模拟研究范式的核心基础设施。作为AI for Science的重要方向，有机小分子AI力场是药物发现、催化设计、高分子合成与含能材料等关键领域的前沿工具。其规模化应用的关键，在于高质量、大体量的标准化训练数据集——数据集规模、元素覆盖、计算精度与构型多样性，共同决定了模型的精度上限与适用边界。过去十余年，欧美主要团队在该方向构建了一批标杆性数据集。2014年发布的QM9数据集核心论文累计被引逾3000次，收录约13.4万种含C/H/N/O/F五种元素、最多9个重原子的稳定小有机分子及其B3LYP/6-31G(2df,p)级别量子化学性质，长期作为机器学习分子势函数训练与考核的事实基准。2017年发布的ANI-1数据集核心论文被引约430次，从GDB化学空间枚举出约2000万种非平衡构象，并通过后续ANI-1x/ANI-1ccx以主动学习与迁移学习策略将参考精度推至耦合簇水平。然而，上述主流数据集存在三大共性局限：一是计算级别整体偏低（B3LYP为主），参考数据精度受限；二是元素覆盖普遍聚焦于C/H/N/O/F，而硫、氯两类在药物分子、催化体系与含能材料中扮演关键角色的有机元素则长期缺位。三是非平衡构象收录不足，使训练得到的势函数在化学反应过渡态、键断裂等远离平衡态区域普遍失效。图1. OpenGEM26数据集数据量和结构空间覆盖度远大于QM9数据集。在国内，有机分子领域长期缺乏规模化、有组织的AI-ready数据生产能力。高校、科研院所及产业界普遍依赖QM9、ANI等海外开源数据集进行模型训练，自建数据集在元素覆盖范围、计算精度级别和持续更新能力等方面，与国际水平相比仍有差距。特别是在面向有机小分子机器学习势函数的AI-ready训练数据方面，缺口较为明显。OpenGEM26的推出，填补了这一空白。图2. 通过降维可视化算法看出OpenGEM26数据集数据量和结构空间覆盖度远大于QM9数据集。OpenGEM26基于GDB-13分子库筛选构建，量子化学计算在ωB97X-D泛函下采用Def2-SVP基组完成初步优化，并以Def2-TZVP基组获取高精度参考结构，包括经验色散校正，整体精度优于QM9所采用的B3LYP级别。数据集完整保留了结构优化过程中每一步的力与坐标信息，并补充大量非平衡构象，使训练得到的势函数在化学反应过渡态区域具备泛化能力。键长、键角分布及降维可视化算法（t-SNE嵌入可视化）等多维对比表明，OpenGEM26在能量、键长、键角三个维度上的构型空间覆盖度均显著优于QM9，并覆盖QM9所不能及的非平衡态区域。在此基础上，团队基于前期发布的GPTFF图神经网络+Transformer通用无机材料力场框架，训练出有机分子专用势函数GPTFF-mol。该模型采用节点-边编码、三体相互作用模块与自动微分求力机制，将原子局部环境映射为原子能量贡献，求和得到体系总能。经测试集严格评估，GPTFF-mol能量预测精度优于1meV/atom，与高阶量子化学方法结果高度一致；力预测优于开源标杆ANI-2x，逼近当前国际最准确模型；推理速度较密度泛函理论计算快五至六个数量级。图3. GPTFF-mol 模型在测试集原子化能回归任务的平均绝对误差评估: 模型能量预测精度优于0.82meV/atom，力精度优于ANI-2x。在应用验证层面，团队以丁烷构象旋转与酮-烯醇互变异构两项经典有机反应为考题，让GPTFF-mol与ANI-2x、ET_qm9等模型进行对比。结果表明，GPTFF-mol准确复现了DFT级别势能面图像，并在过渡态及其邻近区域表现出稳健的预测能力，而基于QM9训练的同类模型已严重偏离。这一在远离平衡态区域的稳健泛化能力，对于药物合成路径设计、催化剂筛选与新型含能材料研发具有直接应用价值。GPTFF-mol与OpenGEM26的发布，是团队继GPTFF通用无机材料力场、Atomly材料科学数据库、MatChat材料科学AI智能体之后，在“AI+材料”全链条布局上的又一核心成果。至此，团队构建的数据-模型-应用三位一体基础设施已实现从无机晶体到有机分子的全栈覆盖，为我国在药物发现、催化设计、高分子及含能材料等关键领域的自主可控研发奠定坚实基础，同时也为全球相关研究者提供了高质量开源工具与基准数据集。技术文档地址：https://arxiv.org/abs/2607.21369GPTFF-mol模型：https://github.com/atomly-materials-research-lab/gptff/tree/main/pretrained/molecular来源：新材料数智化研究部

2026-07-28

南海海洋所 | 研究揭示海洋中尺度涡缓解了副热带北大西洋的低氧状态

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋动力热力过程及其环境效应研究团队，基于1993至2024年长达32年的连续现场观测资料，结合卫星高度计涡旋轨迹数据，系统揭示了中尺度涡旋对副热带北大西洋次表层氧最小层（Oxygen Minimum Layer, OML）的调制作用及其不对称性。相关成果以“Mesoscale eddies reorganize subsurface oxygen minimum layer in the subtropical North Atlantic”为题，发表于国际知名学术期刊 Geophysical Research Letters。该论文的第一作者为中国科学院南海海洋研究所硕士研究生张培亚，通讯作者为研究员何庆友。合作者包括研究员詹海刚、副研究员詹伟康、博士研究生刘云辰和胡义强，以及硕士研究生莫镇廷。海洋中的溶解氧不仅是维持海洋生物生存的基础物质，也是调控海洋生物地球化学循环的关键环境因子。在距离海面数百米至千米的海洋内部，通常存在一个溶解氧浓度显著低于上、下层的区域，即氧最小层。该层的深度、厚度和含氧量直接影响中层海洋生物的栖息环境、垂直迁移行为以及全球海洋脱氧过程的演变态势。海洋中尺度涡旋是全球海洋中最普遍、最活跃的动力过程之一。涡旋能够通过垂向抽吸、水平输运和物质裹挟等过程，显著改变各类要素的分布。然而，中尺度涡旋是否能够系统性地改变氧最小层的垂向结构，以及不同极性的涡旋是否具有差异化的影响，长期以来缺乏基于观测数据的系统性定量评估。研究团队利用百慕大大西洋时间序列研究站（Bermuda Atlantic Time-series Study, BATS）1993至2024年间积累的5238条高垂向分辨率船载CTD溶解氧观测剖面，结合AVISO多卫星融合涡旋轨迹产品，对涡旋内部和外部的氧垂向结构进行了系统对比分析。研究发现，中尺度涡旋所诱导的溶解氧异常主要集中在500至1000米的次表层，其异常幅度远大于海表，并呈现出清晰的垂向偶极子结构。在反气旋涡内部，氧最小层以上表现为溶解氧正异常，以下为负异常；气旋涡则恰好相反。这种垂向偶极结构的形成，与涡旋引起的等密度面垂向位移（isopycnal heaving）密切相关，并与该海域氧最小层背景中心深度约800米的垂向梯度分布高度吻合。图1 反气旋涡(AE)和气旋涡(CE)内部温度、盐度、密度和溶解氧异常随归一化距离和深度的垂向断面。叠加等值线为背景场均值。针对氧最小层结构特征的分析表明，反气旋涡可使氧最小层的中心深度下移约100米，同时使其厚度减少约30%，层内平均溶解氧和最低溶解氧浓度分别提升约3%至6%。气旋涡则使氧最小层整体上移约100米，但同时伴随微弱的变薄和增氧趋势。这意味着两类涡旋对氧最小层的调制效应并非相互抵消，而是共同指向同一个方向：缓解低氧。反气旋涡通过下压等密度面，将相对富氧的水体带入氧最小层，同时抑制了该层内的呼吸作用耗氧，从而产生显著的增氧效应。气旋涡虽然将低氧水体向上抬升，但在该海域相对富氧的背景条件下，并未表现出加剧低氧的趋势。两个效应叠加的结果是，涡旋活动整体上使该海域次表层氧最小层的低氧状态得到了缓解。图2 涡旋对OML厚度、平均氧、最低氧和深度的影响随归一化距离的变化。红、蓝、黑线分别代表反气旋涡、气旋涡和背景条件，竖线为标准差。虚线表示背景等密度面间距变化。研究进一步对氧异常的驱动机制进行了定量分解，结果显示，等密度面起伏可解释超过80%的溶解氧异常方差，表明物理动力过程是控制氧最小层变化的主导因素；而沿等密度面的物理输运与混合以及生物地球化学消耗与生产等过程（统称为spicing）的贡献相对较小。这意味着，涡旋主要通过物理方式重新排列水团的空间位置，而非依赖生物耗氧或产氧过程的变化来改变氧最小层的结构。研究还发现，涡旋特征对其缓解效应具有显著影响。对于反气旋涡，涡旋振幅越大、旋转速度越快、非线性越强，其所引发的氧最小层变薄、下移和增氧效应就越显著。具体而言，涡旋振幅每增加10厘米，氧最小层厚度减少约20米，深度下移约50米，最低溶解氧提升约1.5微摩尔每千克，平均溶解氧提升约1.9微摩尔每千克。对于气旋涡，涡旋特征变化对氧最小层的影响则相对有限，这也进一步解释了为何反气旋涡在整体缓解效应中占据主导地位。近年来，全球海洋持续脱氧已成为国际海洋科学研究的前沿热点议题，氧最小层的演变直接关系到中层海洋生态系统的稳定性及海洋生物的栖息环境质量。本研究深化了对中尺度涡旋调控海洋内部氧循环机制的科学认识，为理解全球海洋脱氧过程、评估海洋中层生态系统对环境变化的响应以及改进海洋生物地球化学模式的物理参数化方案提供了重要的观测依据。该研究获得国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、广东省重点人才项目、广东省自然科学基金等联合资助。论文信息：Zhang, P., Zhan, W., Mo, Z., Liu, Y., Hu, Y., Zhan, H., & He, Q. (2026). Mesoscale eddies reorganize subsurface oxygen minimum layer in the subtropical North Atlantic. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL123350.文章链接：https://doi.org/10.1029/2026GL123350

2026-07-22

南海海洋所 | 研究揭示内波沉积作用控制南海北部海底滑坡复发机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室、边缘海与大洋地质实验室海底地貌与沉积动力学学科组，在海底滑坡软弱层成因机制研究方面取得重要进展。相关成果以"Recurrent submarine landslides preconditioned by internal waves impacting gentle continental slopes"为题，发表于Nature Index期刊《Earth and Planetary Science Letters》。副研究员敬嵩为论文第一作者，研究员李伟为通讯作者。合作者包括英国卡迪夫大学教授Tiago M. Alves、德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心教授Christian Berndt、意大利国家海洋学与实验地球物理学研究所研究员Michele Rebesco。海底滑坡是大陆边缘最严重的地质灾害之一，可引发破坏性海啸。大型滑坡常发生于坡度极缓的大陆坡上，其反复失稳受控于低抗剪强度的"软弱层"。已有研究多将软弱层归因于浊积岩、火山灰等事件沉积，但对内波等海洋动力学过程的潜在贡献认识不足。南海北部是全球内波活动最强烈的海区之一，向西传播可影响水深超过1500米的海底，但内波沉积能否形成软弱层并控制滑坡反复发生，此前尚不清楚。研究团队利用约1800平方公里高分辨率三维地震数据，在南海北部白云滑坡复合体上陆坡区识别出此前未被发现的海底滑坡，将不稳定区面积扩大约700平方公里。研究发现，南、北两个滑坡复合体均沿同一层段反复滑动，该层段内发育两组沉积物波，波长160至260米，波高1.5至3米，由相对粗粒沉积物组成，明显区别于背景细粒沉积。通过古海洋学分析、临界坡角计算和敏感性测试，研究团队证实这些沉积物波形成于内波在大陆坡的耗散过程，并提出内波耗散促进粗粒沉积物波发育，这些粗粒层在地震和流体超压作用下易于液化、失稳，演化为控制滑坡反复发生的软弱层。本研究首次揭示了内波沉积作用在海底滑坡软弱层形成中的关键角色，表明在受强内波影响的大陆边缘，内波沉积应被视为软弱层形成和长期海底失稳潜在因素，对全球大陆边缘地质灾害评估具有重要指导意义。该研究得到国家自然科学基金、海南省自然科学基金、广州市基础和应用基础研究项目、广东省基础和应用基础研究基金、中国科学院南海海洋研究所发展基金等联合资助。论文相关信息：Jing, S., Li, W., Alves, T.M., Berndt, C., Rebesco, M. Recurrent submarine landslides preconditioned by internal waves impacting gentle continental slopes. Earth and Planetary Science Letters, 691 (2026) 120234.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120234图1 内波控制海底失稳模式图

2026-07-23

华南植物园揭示季节变化重塑亚热带森林土壤微生物养分限制新机制

中国科学院华南植物园恢复生态学团队近日在亚热带森林土壤微生物代谢限制机制研究方面取得新进展。研究发现，季节性水热变化能够重塑海拔梯度对土壤微生物代谢限制的调控格局：旱季微生物代谢以碳限制为主，雨季则转向更强的磷限制，且这种磷限制随海拔升高进一步增强。研究揭示了季节性气候变化通过调控资源供给与微生物养分需求平衡，驱动森林土壤碳、氮、磷循环的新机制，为预测全球变化背景下森林生态系统碳汇功能和养分循环响应提供了新的理论依据。土壤微生物是森林生态系统碳、氮、磷循环的重要驱动力，其资源获取策略直接影响土壤有机质分解、养分释放和碳储存。然而，季节性水热变化与海拔梯度如何共同影响微生物资源获取策略及代谢限制格局，长期缺乏系统认识。研究团队依托广东鼎湖山国家级自然保护区900 m海拔梯度，在旱季和雨季同步采集19个海拔样点土壤样品，综合胞外酶化学计量学、阈值元素比（TER）模型、微生物生物量化学计量及多元统计分析，系统解析了季节与海拔共同作用下微生物代谢限制格局及其驱动机制。研究表明，季节变化是驱动微生物代谢限制重组的主导因素，其影响强于海拔梯度本身。旱季低温、干旱降低了有机底物可利用性，微生物需要投入更多资源获取碳源，因此表现出较强的碳限制；随着海拔升高，较高的土壤pH和增加的凋落物碳输入缓解了这种限制。雨季温暖湿润条件增强了微生物生长和代谢活动，提高了微生物对磷的需求；与此同时，高度风化土壤中有效磷供应不足，尤其高海拔植物组织含磷量进一步降低，导致微生物磷限制持续增强。在此基础上，研究进一步提出了“资源供给—微生物需求”耦合机制框架：季节性水热变化通过改变底物可利用性和养分供给，调节微生物资源分配策略，驱动土壤微生物代谢限制在碳限制与磷限制之间发生季节性转换，并最终影响森林土壤碳、氮、磷循环过程。研究进一步预测，未来降水季节性和水热格局的改变，可能持续重塑森林土壤微生物资源获取策略及养分限制状态，从而影响森林生态系统碳汇形成与稳定过程，为理解和预测全球变化背景下森林生态系统功能响应提供了新的理论框架。相关成果以“Seasonal shifts reorganize elevational effects on microbial metabolic limitation in subtropical forest soils”为题近日发表在国际土壤学领域顶级期刊Soil Biology & Biochemistry（《‌土壤生物学与生物化学‌》）。中国科学院华南植物园恢复生态学团队助理研究员牟之建为论文第一作者，刘占锋研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究旗舰项目等资助。论文地址：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110260图1. 不同季节和海拔梯度下土壤微生物代谢限制格局及其驱动因素图2. 季节性水热变化重塑海拔梯度上土壤微生物代谢限制格局的概念框架

2026-07-26

华南植物园揭示混交造林提升热带退化土壤多功能性新机制

中国科学院华南植物园恢复生态学团队近日在热带退化生态系统土壤功能恢复机制研究方面取得新进展。研究发现，混交造林可通过重塑土壤微生物群落、增强微生物功能协同，并促进土壤有机碳分子多样化，显著提升热带退化土壤的多功能性。该研究为优化人工林结构、提升退化生态系统恢复质量和稳定性提供了新的科学依据。造林是退化生态系统恢复和气候变化减缓的重要措施。然而，当前关于造林成效的评价多集中于植被恢复、土壤碳积累或单一土壤功能，对不同造林模式如何协同影响养分供给、酶活性和微生物代谢等土壤多功能性仍认识不足。特别是，土壤有机碳不仅是碳库数量的体现，其分子组成和多样性也可能影响微生物代谢过程、养分释放和土壤功能维持，但这一关键维度在以往造林恢复研究中常被忽视。研究团队依托中国科学院小良热带海岸带生态系统研究站长期恢复平台，选取裸地、桉树纯林、次生混交林和老龄天然林组成的恢复序列开展研究。该区域原始表土曾因严重水土流失和长期人为干扰而基本丧失，自1959年起开展长期植被恢复试验，为解析热带退化地造林恢复过程及其土壤生态效应提供了理想研究对象。研究团队综合测定了土壤有机碳、溶解性有机碳、总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、有效磷、中等活性磷、微生物量碳、微生物碳利用效率以及β-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性等13项土壤功能指标，并结合磷脂脂肪酸、GeoChip功能基因芯片、热裂解气相色谱—质谱和热辅助水解甲基化气相色谱—质谱等技术，系统解析造林恢复过程中植物群落、土壤微生物、有机碳分子组成与土壤多功能性之间的关系。结果表明，造林显著改善了土壤养分供给和酶活性。经过约60年恢复，造林地土壤有机碳较裸地提高1.35—4.48倍，总氮提高1.55—4.26倍，土壤铵态氮、中等活性磷、溶解性有机碳以及氮、磷获取相关酶活性也明显增加。尽管造林过程中微生物碳利用效率有所下降，但从综合功能来看，造林显著提升了土壤多功能性，其中次生混交林的提升效果显著优于桉树纯林。进一步研究发现，混交造林促进了土壤微生物群落重组和功能潜力提升。造林后，土壤微生物生物量和主要微生物类群显著增加，微生物群落多样性提高；与难分解碳降解、固氮、铵化、反硝化以及有机磷水解相关的功能基因丰度明显增强，表明恢复后的微生物群落能够更有效地参与碳、氮、磷循环过程。同时，造林地微生物功能基因网络规模扩大、连接增强，反映出土壤微生物功能协同能力提高。该研究还发现，土壤有机碳分子多样性是连接微生物变化与土壤多功能性提升的关键“生化桥梁”。研究共识别出142种热裂解产物和115种热辅助水解甲基化产物。造林后，土壤中含氮化合物、木质素来源分子、酚类和碳水化合物比例增加，有机碳分子的多样性和均匀度显著高于裸地。路径分析表明，微生物群落和功能属性不仅直接影响土壤功能，还可通过促进土壤有机碳分子组成多样化，进一步支撑养分供给、酶活性和微生物功能等多种土壤过程的协同提升。研究表明，热带退化地生态恢复不应仅关注“种树数量”或“碳储量增加”，还应重视树种配置、地下微生物功能组织和土壤有机碳分子多样性的协同优化。混交造林不仅能够提高植物生物量和群落结构复杂性，还能促进土壤微生物与有机碳分子层面的异质性，从而增强恢复生态系统的多功能性和稳定性。该成果提示，在未来人工林建设和退化地生态修复实践中，应优先推进多树种混交配置，并将土壤有机碳分子多样性纳入恢复成效评价体系，以提升热带恢复生态系统的长期生态效益。相关研究成果以“Mixed-species afforestation enhances soil multifunctionality through microbial reassembly and SOC molecular diversification”为题近日发表在英国生态学会期刊Journal of Applied Ecology上。中国科学院华南植物园助理研究员李悦为论文第一作者，刘占锋研究员为通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金和广东省科技计划等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2664.70509图1.混交造林通过微生物群落重组和土壤有机碳分子多样化提升热带退化土壤多功能性

2026-07-22

南海海洋所 | 研究揭示次表层亚中尺度动能来源

近日，中国科学院南海海洋研究所中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室舒业强研究员团队与中山大学、南京大学合作，在海洋次表层亚中尺度动力机制研究方面取得新进展。相关成果以“Subsurface kinetic energy source driven by Charney-type instability in oceanic fronts”为题，发表在国际期刊 Communications Earth & Environment。中国科学院南海海洋研究所博士后尚学昆为论文第一作者，研究员舒业强和中山大学教授王东晓为共同通讯作者，合作作者包括中山大学副教授于小龙、博士唐海波，南京大学教授彭启华以及中国科学院南海海洋研究所副研究员刘大年。海洋动能在中尺度涡旋、亚中尺度运动和微尺度湍流之间的跨尺度传递与转化，深刻影响海洋中的热量、碳和营养盐输运。长期以来，通常认为亚中尺度主要活跃在混合层内。然而，混合层以下亚中尺度动能的来源、其跨尺度传递路径及其对海洋内部湍流混合的影响，仍缺乏直接观测证据与系统认识。图1 南海西部强锋面观测背景及其混合层以下动力结构。a，中尺度涡偶极子及船载观测断面的位置；b–e，三个观测断面上的锋面强度、沿锋流速、垂向流速剪切和亚中尺度活动分布。绿色、紫色和蓝色曲线分别表示混合层底、Charney 深度和温跃层底界。基于高分辨率现场观测数据，研究团队在南海西部中尺度涡偶极子锋面区的混合层以下，发现存在与混合层过程相对解耦的活跃亚中尺度信号（图1）。同时，在混合层底部至温跃层之间存在明显的动能注入，其特征尺度约为12公里。该信号在垂向位置与特征尺度上均显著区别于上层混合层过程，证实了混合层以下锋面内部存在局地生成的亚中尺度动能来源（图2）。图2 混合层以下动能注入及其跨尺度传递特征。a–d，不同深度和水平尺度上的流速结构、动能注入及能量传递特征。绿色和蓝色虚线分别表示平均混合层底和温跃层底。为厘清该动能来源的动力机制，研究团队开展了线性稳定性分析。结果表明，在混合层以下锋面区，经典 Charney 型斜压不稳定可激发亚中尺度扰动，其特征尺度约为11.5公里，与观测识别的约12公里动能注入尺度高度吻合。进一步分析显示，该不稳定能够将混合层以下锋面中储存的有效势能转化为动能，从而形成一条区别于上层混合层亚中尺度过程的能量注入路径。能量通量分析表明，混合层以下注入的动能主要向较大尺度传递，同时也有部分能量直接向小尺度级串。现场微结构湍流观测进一步证实，在 Charney 型不稳定活跃的区域，温跃层内的湍流混合明显增强，表明这一局地能量来源可以直接为海洋内部湍流提供能量。利用高分辨率全球海洋模式，研究团队对南海西部、黑潮延伸体、湾流、厄加勒斯流和南大洋绕极流等五个典型锋面系统的混合层以下亚中尺度动能进行了对比研究（图3）。结果显示，各海域的混合层以下动能注入尺度均与当地的 Charney 变形半径接近，表明该机制广泛存在于全球海洋锋面中，这为估算混合层以下亚中尺度能量注入的特征尺度提供了可推广的尺度参考。图3 Charney 型不稳定尺度关系在全球典型锋面系统中的验证，背景图为高分辨率全球海洋模式得到的表层应变率分布。本研究揭示了由 Charney 型不稳定驱动的混合层以下亚中尺度动能来源机制，阐明了区别于上层混合层亚中尺度过程的能量注入路径，以及部分注入能量向更小尺度传递并增强海洋内部湍流混合的作用。该发现深化了对海洋内部能量传递和湍流混合过程的理解，同时为改进海洋模式中亚中尺度过程与内部混合参数化表达提供了新的理论支撑。本研究得到国家自然科学基金和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）等项目共同资助。论文信息：Shang, X., Shu, Y.*, Wang, D.*, Yu, X., Peng, Q., Tang, H. & Liu, D. Subsurface kinetic energy source driven by Charney-type instability in oceanic fronts. Communications Earth & Environment (2026), https://doi.org/10.1038/s43247-026-03782-8.文章链接：https://www.nature.com/articles/s43247-026-03782-8

2026-07-17

南海海洋所 | 研究揭示南海沿岸台风极端“分布展宽”机制并构建多参数非平稳风险评估方法

一个看似矛盾的科学问题，正在影响南海沿岸重大工程的安全设计：如果多年平均台风最大风速并未显著增加，为什么强台风、巨浪和高等级海洋灾害带来的风险却可能持续上升？中国科学院南海海洋研究所高级工程师罗耀联合华南理工大学团队，第一作者为联合培养博士研究生方非凡，围绕这一问题开展连续研究，从台风强度分布、极端波浪统计模型到海岸工程设计应用，形成了“机理识别—模型创新—风险量化”的完整研究链条。相关成果以“Non-stationary extreme value models to account for the intensification of extreme typhoon waves”、“Intensification of typhoon extremes along the South China coast: a standard deviation perspective”和“Intensification of typhoon extremes along the South China coast: a standard deviation perspective”为题，先后发表于《Ocean Engineering》和《Natural Hazards》。研究发现，极端风险的增加不一定表现为平均值上升，更可能源于台风强度分布逐渐“变宽”：弱台风和一般台风的平均状态变化有限，但最强一端出现更极端事件的概率不断增加。这一认识突破了仅用均值判断台风变化的传统思路，也为气候变化背景下海洋工程设计标准的动态调整提供了新的科学依据。从“均值变化”转向“分布展宽”：识别台风极端增强的新信号研究团队基于1979—2024年中国气象局最佳路径资料和IBTrACS中的美国联合台风警报中心资料进行独立敏感性检验，系统分析南海沿岸西广东、珠江口、海南岛、东广东和西沙群岛等重点区域台风最大风速、最低中心气压及功率耗散指数的均值与标准差变化。图1 基于20年滑动窗口的台风峰值有效波高（SWH）标准差变化趋势结果表明，南海沿岸台风强度增强信号更稳定地体现在标准差变化上，而不是区域平均值整体抬升。区域平均最大风速长期趋势总体不显著，但最低中心气压标准差呈显著增加趋势，说明台风强度分布正在展宽，极端强台风出现的概率随之提高。不同岸段还表现出明显空间差异，部分近岸区域的极端强度和离散度增长更为突出。该成果从台风“驱动端”解释了为何在平均状态变化不明显时，极端巨浪、风暴潮和工程荷载仍可能持续增强。把“离散度增强”写入模型：重新评估百年一遇设计波高针对传统非平稳极值模型主要描述均值或位置参数变化、难以反映极端波高离散度增强的问题，研究团队将显著波高序列的标准差设置为随时间变化的参数，构建了新的非平稳Poisson—Gumbel复合极值模型。该方法既保留台风事件发生频率信息，又能够描述台风峰值波高分布逐渐展宽和尾部风险上升的过程。南海沿岸算例表明，在历史增强趋势延续的情景下，未来100年一遇显著波高可增加2.67米，较当前设计值提高28.04%；由于防波堤护面块体重量与设计波高近似呈三次方关系，相应护面块体重量需求可能增加109.9%。研究说明，若仍沿用平稳假设，或只考虑平均波高变化，可能明显低估长重现期设计波高及其工程后果。论文同时指出，上述结果属于基于历史趋势的风险情景，未来变化仍受温室气体排放路径、台风活动和区域海洋环境响应等因素影响。发展多参数非平稳方法：模型并非越复杂越好在此基础上，团队进一步发展两参数和三参数非平稳Poisson-Gumbel模型。两参数模型允许事件峰值波高分布的位置和尺度同时随时间变化；三参数模型进一步引入台风波年发生率的时间变化。研究选取南海沿岸三个代表站点，并引入名濑站长期实测资料进行独立验证，综合采用AIC、BIC、似然比检验和概率积分变换等方法，评估模型复杂度及拟合可靠性。图2 预测重现期有效波高（SWH）的多站点对比。(a) YX、PRE、YD 和 Naze 站点处 SPG、NSPG-EV、NSPG-2P 和 NSPG-3P 方案的 H50 预测值；(b) 上述站点及方案的 H100 预测值。误差棒表示 95% 自助法（bootstrap）置信区间。Naze 站点为基于实测波浪记录的外部观测验证站点。结果显示，台风事件峰值波高的非平稳信号主要集中在离散度和高分位区间，并具有明显站点差异。多参数模型普遍给出比平稳模型更高的长重现期波高，且模型间差异随重现期增加而扩大。在主要站点，50年一遇显著波高由平稳模型的9.42米提高至不同非平稳模型的11.06—11.80米，对应护面块体重量增加约32.00%—50.03%。研究同时强调，模型并非越复杂越好：仅尺度参数随时间变化的模型在多个南海站点获得更稳健的统计支持，而两参数和三参数模型更适合作为有限规划期内的风险情景，用于评估多种非平稳因素共同演变时的工程敏感性。深化所校合作，服务“一带一路”海洋防灾减灾合作该系列成果由中国科学院南海海洋研究所罗耀高级工程师与华南理工大学共同完成，发挥了我所在热带海洋环境、台风海浪过程与国际海洋合作方面的优势，以及华南理工大学在海岸工程、极值统计和工程设计方面的专长。双方通过数据分析、数值模拟、统计建模和工程应用的交叉融合，推动了基础科学问题与重大工程需求的有效衔接。作为中国科学院南海海洋研究所面向“一带一路”共建国家开展海洋科技合作的重要平台，中国—斯里兰卡联合科教中心长期聚焦印度洋及南海周边海洋灾害监测、预报与风险防控。此次形成的非平稳极值分析方法，不仅可服务粤港澳大湾区、海南岛及南海沿岸港口、防波堤、海上平台和海洋能源设施，也可为斯里兰卡、马尔代夫等“一带一路”共建国家的港口建设、沿海基础设施韧性提升和气候适应规划提供可迁移的方法工具。面向海上丝绸之路沿线国家普遍面临的热带气旋、巨浪和风暴潮风险，研究团队下一步将依托中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室，中国—斯里兰卡联合科教中心等国际合作平台，加强与共建国家科研机构、高校和港航单位的联合观测、数据共享与人才培养，推动非平稳海洋灾害风险评估方法在典型港口和岛礁地区开展示范应用，为“一带一路”海洋基础设施安全和区域可持续发展提供科技支撑。本系列研究得到我所中国科学院关键技术人才计划和广东省科技计划项目等项目第一资助，并依托中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室，中国—斯里兰卡联合科教中心开展科研协作。论文信息：1. Fang, F., Zhu, L., Luo, Y. * (2025). Non-stationary extreme value models to account for the intensification of extreme typhoon waves. Ocean Engineering, 324, 120672.2. Fang, F., Zhu, L., Luo, Y.* (2026). Intensification of typhoon extremes along the South China coast: a standard deviation perspective. Natural Hazards, 122, 239.3. Fang, F., Zhu, L.*, Luo, Y. (2026). A new nonstationary multi-parameter method for estimating return period significant wave heights in typhoon-prone seas. Ocean Engineering, 363, 126852.论文链接：1. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2025.120672 2. https://doi.org/10.1007/s11069-026-08004-0 3. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.126852

2026-07-17

国内首个工业级天然气掺氢燃烧综合试验平台在张家港建成投运

近日，国内首个工业级天然气掺氢燃烧综合试验平台在江苏张家港建成并投入运行，补齐了国内工业级宽比例掺氢燃烧系统化测试短板，有力支撑天然气掺氢低碳技术的工业化、商业化推广。近日，国内首个工业级天然气掺氢燃烧综合试验平台在江苏张家港建成并投入运行，补齐了国内工业级宽比例掺氢燃烧系统化测试短板，有力支撑天然气掺氢低碳技术的工业化、商业化推广。该平台由香港中华煤气有限公司投资，中国科学院广州能源研究所地热能与节能技术研究中心燃烧与热流科研团队作为总承包方提供技术支撑。2026年6月，该平台建成投运，目前正在开展不同类型工业炉的掺氢燃烧能效与经济性分析评价。平台采用天然气母管掺氢工艺，集成制氢、气路输送、智能掺混、安全放散、泄漏报警及工业燃烧测试等全套系统，配备电解水制氢与氢气集装格双路供氢体系，可灵活切换、互为备用，保障试验过程氢气供应稳定可靠。针对扩散、预混两类主流工业炉型的燃烧特点，科研团队攻克了变负荷精准掺氢控制、高比例掺氢回火抑制等关键难题，解决了高比例掺氢燃烧稳定性差、运行风险高等行业痛点，实现0–30%掺氢比（最大掺氢量达100Nm³/h）全工况安全稳定运行。当前，我国氢能产业正在迈入规模化示范发展新阶段，项目团队继2024年成功研制中国首座兆瓦级高掺氢比智能化陶瓷梭式窑之后，继续深耕氢燃烧领域的技术和装备研发，新平台构建了“绿电制氢—燃气掺混—工业燃烧”一体化试验闭环，可系统获取天然气掺氢燃烧基础数据，填补了当前行业在燃料互换特性、燃烧效能、排放规律等方面的数据空白。通过开展系列试验，可明确不同掺氢比例对燃料消耗、碳排放及污染物排放的影响规律，为掺氢燃烧工艺优化、安全规范完善和技术产业化应用提供重要数据支撑，助力工业领域绿色低碳转型。

2026-07-17

中塞合作项目入选《ANSO 2025 年度报告》典型合作案例

近期，《“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）2025年度报告》正式发布。由中国科学院（CAS）与“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）共同资助，广州能源所和塞尔维亚贝尔格莱德大学共同承担的研究项目Development of a Novel Integrated Heat and Power Micro Energy Grid with Coupling Energy Bus and Renewable Microgrid for Net-Zero Energy Building Areas入选重点科研合作典型案例。近期，《“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）2025年度报告》正式发布。由中国科学院（CAS）与“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）共同资助，广州能源所和塞尔维亚贝尔格莱德大学共同承担的研究项目Development of a Novel Integrated Heat and Power Micro Energy Grid with Coupling Energy Bus and Renewable Microgrid for Net-Zero Energy Building Areas入选重点科研合作典型案例。该项目聚焦建筑园区低碳转型中的关键技术瓶颈，创新提出将相变温域可调、高载能的“能源总线”冷/热输配网络与交直流混合新能源微电网相耦合的新型架构，旨在构建热电综合能源系统及其智慧能源管理平台，打通建筑间多能协同调度技术壁垒，显著提升可再生能源消纳能力，为“一带一路”沿线国家零碳园区建设提供可复制的一体化技术方案。研究工作紧扣联合国2030年可持续发展议程，支撑SDG 7（经济适用的清洁能源）、SDG 11（可持续城市与社区）和SDG 13（气候行动）等多个全球目标的实现。ANSO年报评价指出，该项目融合中塞双方技术优势，是绿色技术双向转移与中欧跨国科研协同的标杆范例。相关研究成果与合作模式被纳入ANSO全球科研成果库，面向59个成员国、9家国际合作组织进行全球推广，为世界各国打造低成本低碳转型提供了参考路径。此次入选，标志着项目阶段性合作成效获得ANSO全球层面认可，充分彰显其在促进绿色技术转移、深化“一带一路”科技合作中的积极作用。上图：《ANSO 2025 年度报告》相关内容；下图：中塞双方项目交流

2026-07-17

南海海洋所 | 越南东南沿岸海水透明度长期演变的动力驱动机制研究新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋智能探测与大数据技术应用研究团队在水下光场长期时空演变规律与动力驱动机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Dynamical forcing mechanisms of spatiotemporal variability on the underwater light field off the southeastern coast of Vietnam”为题，发表在Journal of Geophysical Research: Oceans期刊上。论文第一作者为博士研究生张现清，通讯作者为研究员李彩，合作者包括同单位研究员周雯、研究员许占堂、博士研究生刘聪以及博士研究生赵金成。海水透明度是海洋生态与碳循环的关键指示因子，越南东南沿岸是南海典型的季节性上升流海域，同时受到东北向急流、湄公河冲淡水的共同作用，海洋动力过程复杂，但该区域水下光场长期演变的驱动机制迄今缺乏系统性研究。研究团队结合现场实测与Hydrolight辐射传输模拟，耦合2000-2024年卫星遥感数据及多源海洋再分析数据，利用现场观测锚定基准，进而从季节循环到年际波动多尺度解析了越南东南沿海水下光场的调控机制。研究发现，该海域海水透明度整体呈现近岸低、离岸高，北部沿岸高于南部沿岸的空间格局，季节尺度上，研究海域透明度普遍在5–6月达到年度峰值；夏季南部沿岸形成显著的低透明度“舌状区”，在11°–14°N范围内向东北离岸方向延伸，空间形态与东北向急流高度吻合；入秋后随着上升流与东北向急流逐步消退，南北沿岸的透明度梯度逐渐收窄（图1）。相关性分析显示，透明度与叶绿素a存在强负相关性，同时地表径流与降水对透明度的抑制作用存在显著的时间滞后效应（图2）。这表明，夏季东北向急流不仅是动力输送通道，更是调控近岸高浊度水体向离岸扩展的关键开关，其与上升流的协同增强，共同塑造了该海域夏季独特的低透明度舌状结构；而秋冬季节该机制的消退，则使光场格局趋于区域均一化。年际变化上，2010、2020年透明度显著升高，对应同期沿岸上升流与湄公河羽流同步减弱（图3）。图1 越南东南沿岸海水透明度月度空间分布图图2 2000-2024年ZSD、Chla、SST、风速、降雨量和地表径流的时间序列变化图图3 ZSD、ETu、EPV、地表径流、降雨和SST的年际变化图该研究在前期水下光场参数快速估算及近岸海水透明度时空特征研究基础上（https://doi.org/10.1364/OE.503850；https://doi.org/10.1364/OE.562370），进一步结合多尺度耦合分析，首次系统厘清了季节性上升流、东北向急流与湄公河冲淡水对水下光场的协同调控机制，揭示了物理海洋过程在生物光学特性演变中的调控与输送双重角色，并为全球沿岸上升流区动力-生物地球化学耦合研究与气候响应提供了科学支撑。该研究获得广州市南沙区重点领域科技项目、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划项目、科技基础资源调查专项和国家自然科学基金项目等的联合资助。论文信息：Zhang Xianqing, Li Cai*, Zhou Wen, Xu Zhantang, Liu Cong, & Zhao Jincheng (2026). Dynamical forcing mechanisms of spatiotemporal variability on the underwater light field off the southeastern coast of Vietnam. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131, e2026JC024123.原文链接：https://doi.org/10.1029/2026JC024123

2026-07-15