科学通报 | 吴立新院士：物理海洋十大前沿科学问题

在人类活动持续影响全球气候的当下，海洋正默默承载着超过90%的气候系统热量盈余和30%以上的人为碳排放。理解海洋、经略海洋，比任何时候都更加紧迫。

近日，中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心吴立新院士团队联合国内多家科研单位，在《科学通报》发表了“物理海洋十大前沿科学问题”，系统梳理了物理海洋学的发展进程与趋势，从研究范式、时空尺度与界面互作三个维度分析总结了当前物理海洋学发展面临的关键挑战，凝炼形成了“物理海洋十大前沿科学问题”。

百年学科：从“认识海洋”走向“经略海洋”

物理海洋学，是一门通过分析海水运动、物理性质及其与生物地球化学过程的相互作用，来揭示海洋动力与物理规律的基础学科。过去一个世纪，这门学科经历了从观测描述区域现象，到借助观测、理论与数值模型系统揭示全球海洋演变规律的转变。

三大维度：绘制学科挑战“全景图”

为精准刻画学科前沿，研究团队从研究范式、时空尺度、界面互作三个维度，系统梳理了当前物理海洋学面临的关键挑战

在“研究范式”维度，观测、数值模拟、理论分析与人工智能的深度融合成为趋势。

在“时空尺度”维度，海洋运动涵盖了从秒和分钟到千年甚至万年、从厘米和米到千公里甚至万公里的广阔时空。

在“界面互作”维度，海洋并非孤立存在，其与大气、陆地（含海底）、冰盖、生物圈之间的物质与能量交换，是驱动地球系统演化的关键环节。

十大问题：锚定未来研究“靶心”

基于上述三个维度的系统剖析，研究团队最终凝练提出了物理海洋十大前沿科学问题：

1.跨尺度实时化全球海洋观测系统构建：突破深层与冰下海洋观测瓶颈，构建从海表到深海、从热带到极地的立体实时观测网络。

2.超高分辨率全球海洋数值模式与海洋数字孪生系统发展：融合人工智能与物理约束，提升海洋认知与预报能力。

3.海洋中小尺度动力过程及其物质能量输运与气候效应：揭示中小尺度过程对气候变化的影响机制。

4.多尺度海气相互作用的机理与极端气候事件：解析海气耦合对台风、海洋热浪等极端事件的调制作用。

5.复杂海底地形调控下的海洋能量物质循环：量化海底地形对跨尺度能量传递的贡献。

6.极地快速变化的关键过程与气候效应：明确海冰-反照率等反馈过程的贡献与变化。

7.深层海洋环流结构、成因与变异驱动机制：揭示南极底层水与北大西洋深层水的“竞争”格局及其气候影响。

8.大洋热盐环流变化临界点关键过程与可预测性：建立包含临界预警能力的环流可预测性理论框架。

9.复合胁迫作用下河口-近海系统的韧性调控：辨析多界面过程对自然与人类活动胁迫的非线性反馈。

10.海洋动力过程对碳-氮-氧生物地球化学循环的影响：阐明动力过程对关键生源要素循环的长期变化机制。

”从“十大”出发，但不止于“十大”——物理海洋前沿问题的动态演进

任何一项前沿问题的凝练，都不可能一劳永逸。这十个问题固然代表了当前学科发展的重要方向，却远不足以覆盖物理海洋学丰富而广阔的全部角落。

回望学科百年历程，这样的认知尤为深刻。科学史一再证明，今天的“前沿”，注定会被明天的“常识”所取代；而今天未能列入清单的“边缘”，也可能成为未来学科突破的“主线”。

正是基于这种动态发展的科学观，“十大前沿科学问题”被赋予了开放性：随着更多新现象的发现、更多新理论的确立，必将涌现出一批超出当前“十大”范围的新挑战、新前沿。该选题的初衷并非画地为牢、固守一隅，而是沿着这些主要方向先行深入，在持续推动物理海洋学乃至整个地球系统科学发展的进程中，以“已解决”的问题置换“新涌现”的问题，形成一个不断迭代、自我更新的学术命题库。

今天，我们提出“十大” ，是为了更坚定地走向下一个百年：关心海洋、认识海洋、经略海洋，这三个目标始终不变，但抵达它们的路径，将由一代又一代学者以新问题、新答案不断重绘。

图1 实时化全球海洋观测系统

图2 数据与理论协同驱动的超高分辨率全球海洋数值模式

图3 海洋中小尺度动力过程及其物质能量输运与气候效应

图4 多尺度海气相互作用的机理与极端气候事件

图5 复杂海底地形调控下的海洋能量物质循环

图6 极地快速变化的关键过程

图7 深海环流

图8 大洋热盐环流变化的临界点

图9 复合胁迫作用下河口-近海系统的韧性调控

图10 海洋动力过程对碳-氮-氧生物地球化学循环的影响

吴立新，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、欧洲科学院院士、美国地球物理学会会士、美国气象学会会士，现任崂山实验室主任，中国海洋大学副校长。长期致力于海洋多尺度动力过程、海洋地球系统观测、模拟与预测研究。

文章信息

吴立新，陈显尧，陈朝晖，等.物理海洋十大前沿科学问题. 科学通报, 2026, 71 (11): 2340-2349.

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-5662

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