厦门大学柴扉教授团队，National Science Review

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科研进展

RESEARCH PROGRESS

来源：厦门大学海洋与地球学院

近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室柴扉教授和多位国际专家，在海洋数字孪生研究领域取得重要进展。团队系统梳理了海洋数字孪生的核心架构，深度解析其在蓝色经济发展中的关键应用场景，并对该领域当前挑战与未来前景作出前瞻性研判。相关综述与展望以“Digital twin of the ocean as a catalyst for blue economy innovation”为题，发表于National Science Review，为全球海洋可持续发展与蓝色经济筑牢理论基础、提供实践方向。

研究背景

Background

当前全球海洋经济年产值已达约2.5万亿美元，然而传统海洋经济发展模式多以牺牲海洋生态为代价，发展模式难以为继。在此背景下，兼顾经济增长、生态保护与社会公平协同发展的蓝色经济模式应运而生。随着海洋开发活动日趋复杂多元，传统治理手段在实时监测、跨域协作与高效决策等方面的短板日益凸显，迫切需要依托前沿数字技术实现治理能力升级。海洋数字孪生作为一项颠覆性前沿技术，通过构建海洋系统的动态虚拟副本，正成为驱动蓝色经济高质量转型、赋能海洋可持续发展的关键支撑。

图1.面向蓝色经济的海洋数字孪生系统概念框架

研究结果

Research Results

研究团队系统梳理了海洋数字孪生的分层多模块核心架构，将其凝练为数据、模型、分析、可视化与交互四大模块。其中，数据模块承担多源海洋数据的采集、处理、融合与嵌入工作，推动数据处理范式从传统数值同化向端到端混合框架转型；模型模块实现海洋环境的高保真模拟、精准预报及社会经济价值的定量评估；分析模块完成数据特征解析、异常诊断与决策优化，有效提升海洋产业运营效能；可视化与交互模块则依托交互式可视化与AI自然语言接口，大幅降低非专业用户的使用与操作门槛。在人工智能与超级计算的双重技术支撑下，各模块既可独立运行，又能高效协同、深度互通，使数字孪生成为一套完备且强大的分析框架。该框架能够精准回应即时性（“现在是什么状态？”）、前瞻性（“接下来会怎样？”）和假设性（“如果……会怎样？”）三类核心运营问题，最终为用户科学决策与高效管控提供有力支撑。

本研究对海洋数字孪生在蓝色经济核心领域的全生命周期应用进行了全面综述，涵盖海洋水产养殖、海上风电、可持续航运与港口运营、海洋防灾减灾、蓝碳及海洋旅游等重点方向。综述指出，海洋数字孪生可深度赋能海洋产业发展，推动其实现从被动式数据分析向主动式预测型决策支持的范式跃迁，为相关领域的规划、建设与运营提供精准决策支撑。与此同时，该综述系统剖析了当前海洋数字孪生发展面临的主要技术挑战，涉及数据处理能力、模型模拟精度、计算资源成本、数据治理与安全等方面。在整和现有研究的基础上，文章提出构建统一数学框架、发展混合建模方法、搭建边云协同计算架构、强化跨学科协作及推动全球数据共享等关键未来发展方向，为海洋数字孪生技术的深化落地与持续升级提供了重要的路径参考。

研究团队及资助

Research Group and Funding

该论文第一作者及通讯作者为厦门大学柴扉教授，研究团队由中国、德国、日本、法国等多国的科研人员组成，依托厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室、鹭江创新实验室等平台开展研究。

论文来源及链接

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 | 柴扉教授团队

编辑 | 朱佳 苏颖

排版 | 陈蕾

审核 | 吕柯伟 曹知勉

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