科研進(jìn)展

RESEARCH PROGRESS

近日，廈門(mén)大學(xué)海洋生物地球化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、海洋與地球?qū)W院柴扉教授和多位國(guó)際專家，在海洋數(shù)字孿生研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了海洋數(shù)字孿生的核心架構(gòu)，深度解析其在藍(lán)色經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景，并對(duì)該領(lǐng)域當(dāng)前挑戰(zhàn)與未來(lái)前景作出前瞻性研判。相關(guān)綜述與展望以“Digital twin of the ocean as a catalyst for blue economy innovation”為題，發(fā)表于National Science Review，為全球海洋可持續(xù)發(fā)展與藍(lán)色經(jīng)濟(jì)筑牢理論基礎(chǔ)、提供實(shí)踐方向。

研究背景

Background

當(dāng)前全球海洋經(jīng)濟(jì)年產(chǎn)值已達(dá)約2.5萬(wàn)億美元，然而傳統(tǒng)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式多以犧牲海洋生態(tài)為代價(jià)，發(fā)展模式難以為繼。在此背景下，兼顧經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、生態(tài)保護(hù)與社會(huì)公平協(xié)同發(fā)展的藍(lán)色經(jīng)濟(jì)模式應(yīng)運(yùn)而生。隨著海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)日趨復(fù)雜多元，傳統(tǒng)治理手段在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、跨域協(xié)作與高效決策等方面的短板日益凸顯，迫切需要依托前沿?cái)?shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)治理能力升級(jí)。海洋數(shù)字孿生作為一項(xiàng)顛覆性前沿技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建海洋系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)虛擬副本，正成為驅(qū)動(dòng)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型、賦能海洋可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵支撐。

圖1.面向藍(lán)色經(jīng)濟(jì)的海洋數(shù)字孿生系統(tǒng)概念框架

研究結(jié)果

Research Results

研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了海洋數(shù)字孿生的分層多模塊核心架構(gòu)，將其凝練為數(shù)據(jù)、模型、分析、可視化與交互四大模塊。其中，數(shù)據(jù)模塊承擔(dān)多源海洋數(shù)據(jù)的采集、處理、融合與嵌入工作，推動(dòng)數(shù)據(jù)處理范式從傳統(tǒng)數(shù)值同化向端到端混合框架轉(zhuǎn)型；模型模塊實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境的高保真模擬、精準(zhǔn)預(yù)報(bào)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的定量評(píng)估；分析模塊完成數(shù)據(jù)特征解析、異常診斷與決策優(yōu)化，有效提升海洋產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)效能；可視化與交互模塊則依托交互式可視化與AI自然語(yǔ)言接口，大幅降低非專業(yè)用戶的使用與操作門(mén)檻。在人工智能與超級(jí)計(jì)算的雙重技術(shù)支撐下，各模塊既可獨(dú)立運(yùn)行，又能高效協(xié)同、深度互通，使數(shù)字孿生成為一套完備且強(qiáng)大的分析框架。該框架能夠精準(zhǔn)回應(yīng)即時(shí)性（“現(xiàn)在是什么狀態(tài)？”）、前瞻性（“接下來(lái)會(huì)怎樣？”）和假設(shè)性（“如果……會(huì)怎樣？”）三類核心運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，最終為用戶科學(xué)決策與高效管控提供有力支撐。

本研究對(duì)海洋數(shù)字孿生在藍(lán)色經(jīng)濟(jì)核心領(lǐng)域的全生命周期應(yīng)用進(jìn)行了全面綜述，涵蓋海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖、海上風(fēng)電、可持續(xù)航運(yùn)與港口運(yùn)營(yíng)、海洋防災(zāi)減災(zāi)、藍(lán)碳及海洋旅游等重點(diǎn)方向。綜述指出，海洋數(shù)字孿生可深度賦能海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動(dòng)其實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)式數(shù)據(jù)分析向主動(dòng)式預(yù)測(cè)型決策支持的范式躍遷，為相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)劃、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)提供精準(zhǔn)決策支撐。與此同時(shí)，該綜述系統(tǒng)剖析了當(dāng)前海洋數(shù)字孿生發(fā)展面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，涉及數(shù)據(jù)處理能力、模型模擬精度、計(jì)算資源成本、數(shù)據(jù)治理與安全等方面。在整和現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，文章提出構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)學(xué)框架、發(fā)展混合建模方法、搭建邊云協(xié)同計(jì)算架構(gòu)、強(qiáng)化跨學(xué)科協(xié)作及推動(dòng)全球數(shù)據(jù)共享等關(guān)鍵未來(lái)發(fā)展方向，為海洋數(shù)字孿生技術(shù)的深化落地與持續(xù)升級(jí)提供了重要的路徑參考。

研究團(tuán)隊(duì)及資助

Research Group and Funding

該論文第一作者及通訊作者為廈門(mén)大學(xué)柴扉教授，研究團(tuán)隊(duì)由中國(guó)、德國(guó)、日本、法國(guó)等多國(guó)的科研人員組成，依托廈門(mén)大學(xué)海洋生物地球化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、鷺江創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)開(kāi)展研究。

論文來(lái)源及鏈接

Fei Chai, Qiang Deng, Minhan Dai, et al. Digital twin of the ocean as a catalyst for blue economy innovation [J]. National Science Review, 2026, 13: nwag012.

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag012

https://academic.oup.com/nsr/article/13/3/nwag012/8431396

供稿 | 柴扉教授團(tuán)隊(duì)

編輯 | 朱佳 蘇穎

排版 | 陳蕾

審核 | 呂柯偉 曹知勉

• 信息來(lái)源：海洋生物地球化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

  轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明信息來(lái)源及海洋知圈編排。