杨剑：海洋治理数智化：人类与海洋互动的新模式

海洋是人类未来之所依。对于占地球面积71%的海洋的开发、利用和保护，人类是否能沿循一条基于数据和科学判断的发展之路，海洋治理数智化将是一个关键之举。习近平总书记在谈到健全美丽中国保障体系时，特别强调，“深化人工智能等数字技术应用，构建美丽中国数字化治理体系，建设绿色智慧的数字生态文明”。新质生产力的一个重要标志就是人类在生产活动和治理活动中在多大程度上运用新技术，在多大程度上开拓新领域，在多大程度上应对新挑战。

一、海洋治理中的数字孪生海洋

第四次工业革命将是一场寻求现实物理空间和数字技术空间融合，以提供新产品和新服务的运动。数据是海洋新质生产力的基本要素，人类运用海洋数据的能力直接影响人类利用和保护海洋的水平。

无论是构建现代海洋产业体系，还是提升海洋科技创新能力，深化人工智能等数字技术应用都至关重要。在海洋技术装备制造、卫星遥感、5G和物联网等技术充分发展的支撑下，人们可以获得全时空、多尺度、海量的动态海洋数据；在AI、量子计算、算法模型和预测引擎技术的加持下，海洋孪生数字技术应运而生，使海洋治理实现精准化。联合国“海洋十年”科学计划框架下的海洋数字孪生工程(DITTO)本质上就是在构建绿色智慧的全球海洋数智化治理体系，让各利益攸关方在共享的数字孪生平台上，以可计算、可验证、可迭代的方式推进海洋善治。

如果为数字孪生海洋下一个简洁的定义，那就是通过融合数字建模和真实海洋观测，连续性地获得关于真实海洋系统组成、结构、过程或现象的数字副本。从新技术运用角度看，作为物联网、人工智能与复杂系统建模的集成体，数字孪生海洋通过持续动态的数字映射，为人类提供了关于海洋的双重认知界面：一面是对现实中的自然海洋系统镜像反映的“现在之镜”,一面是模拟多情景演变的“未来之窗”。人类借此可以获得对海洋系统的全息透视与前瞻性推演能力。

二、数字孪生提升海洋经济和治理水平

数字孪生海洋应用场景广阔，包括气候变化减缓、海洋生物多样性保护和海洋自然灾害的链式防控。举例而言，在环境保护领域，数字孪生技术可以通过量子计算模拟碳通量路径，AI优化封存方案。在自然灾害防控方面，该技术可以构建台风“监测—预警—处置—恢复”全周期模型，提升沿海城镇的气候变化适应力。在生态领域，该技术可以利用基因区块链追踪濒危物种，也可以提前预警珊瑚白化等生态问题的发生。从海洋经济角度讲，该技术可以智能化地支持海洋牧场、远洋渔业、海洋新能源、海洋交通、港口物流的绿色智慧运行。当然，数字孪生技术还可以帮助塑造数字孪生海上战场，将真实战场环境、作战力量、作战对象等要素数字化映射，获得海上军事行动的最低成本的优化。

开发海洋和治理海洋都存在着一个决策成本问题：关于海洋的事实数据的片面性和不准确性，以及对海洋现象的错误解释，都会造成人类对海洋系统的破坏和错误利用。建立数字孪生海洋系统之前，最佳干预方案的确定极其困难。一方面，政府在决策前对海洋数据的收集和处理需要投入大量社会资源。另一方面，干预方案在实践中是否有效也需要时间验证，在海洋经济活动被证明是错误和无效时再对方案进行修正，往往为时已晚。数字孪生技术有能力使政策制定从“后验修补”转向“先验设计”,从而使海洋治理从“经验驱动”转向“数据推演驱动”范式。

数字孪生技术在协助海洋治理方面具有一些至关重要的能力。(1)事实描述型分析能力：基于空间维度和时间维度的数据，实时或准实时地呈现海洋状态(如北冰洋海冰消融速率)。(2)诊断型分析能力：对很多未知原由的海洋问题的溯源有更加全面准确的判断，特别是当今海洋问题中的远距离耦合和非线性变化问题。(3)处方型干预能力：基于各种条件的多方案智能推演，生成最优干预方案(如红树林修复选址最优推荐)。

三、海洋治理数智化的大国竞争和技术进步

进入新世纪以来，美国启动了综合海洋观测网(IOOS)计划。2020年，美国颁布《数字海岸法》,要求将沿海数据与决策支持工具、最佳实践有效结合。2021年，美国颁布《蓝色地球法案》,旨在提升海洋数智化监测水平，加强海洋数据智能处理能力，推动海洋技术的创新发展。在此背景下，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)推出了数字海岸计划。美国通过上述计划和举措在全球海洋数据资源的占有及应用方面占据领先地位，进而凭借全要素、高质量的数据支撑获得了全球海洋治理的重要话语权。

2022年2月，欧盟宣布启动欧洲数字孪生海洋(EDITO)项目。该项目整合了各种来源的数据，包括来自卫星、航空器、探测船、海面和海底传感器的数据，建立起能实时反映海洋生态系统和人类海洋活动的高分辨率的数字海洋整体视图。其综合性运用领域包括气候变化、可持续渔业、海港经济、生态环境、海洋灾难响应。欧盟及其合作伙伴开发的海洋数字孪生基础设施，配合联合国“海洋十年”计划，彰显欧洲在应对海洋三重危机(气候变化、生物多样性和海洋污染)方面的优势地位。

中国也是海洋治理数智化建设的核心国家。中国在一些关键海域建立起“海基、岸基、空基、天基”一体化区域海洋观测系统。2023年，在陈大可院士的带领下，“粤港澳大湾区示范区海洋数字孪生应用系统”得以建立，成为区域海洋监测、预测与管理的强大工具。上海洋山港、天津港、宁波港等自动化码头开发的数字孪生系统，实现多个港口可视化的智慧联动。此外，中海油公司在南海油气田部署了数字孪生系统，模拟海底管道应力变化和钻井平台安全风险，降低运维成本。

中国科学家和技术团队也积极参与全球数字孪生海洋建设。厦门大学专家参与全球数字孪生海洋白皮书的撰写。李家彪院士联合国内外64家海洋机构、国际组织共同发起“数字化的深海典型生境”大科学计划(DEPTH),构建“发现—模拟—预测”数字化平台，解码深海生物跨栖息地物质、能源和信息的交换过程，改善深海生物多样性治理。该项目被列入联合国“海洋十年”科学计划。

从技术层面看，各国的数字孪生建设主要在基础设施层和数智中枢层两个工作面上展开。基础设施层主要包括立体感知和网络通信建设，将关于海洋环境的气象、水文、生物、声学、电磁等各种来源数据进行实时性、持续性的采集、传输、同化和集成。感知数据经过不同类型算力的处理，向上提供给数智中枢层。在数智中枢层，存储在一体化数据湖仓的海洋数据经过处理、建模，形成高质量海洋数据集，再向上支持数字孪生建模和仿真推演，并在可视化、物联操控和融合交互等技术支撑下，构建海洋数字孪生体，供开发海洋和治理海洋之用。

四、围绕数字孪生系统建造和运行过程的国际治理

紧跟迅猛发展的技术进步，国际治理问题也随之浮现。数字孪生海洋是治理海洋的重要技术工具，其自身的技术发展过程也需要被治理，这对全球治理工作提出新的挑战。面对这一挑战，应当未雨绸缪，将治理思路从“后验修补”转变为“先验设计”。

首先，必须认识到，作为通用目的技术类基础设施，数字孪生体系的建设必然会导致社会生产关系、机制和制度的变化。人类已经经历过铁路网、电气网、互联网等网络型基础设施对生产方式和社会制度的改造。数字孪生海洋的建设及运营会产生像熊彼特所说的“创造性破坏”现象，从而影响技术带来的社会价值和福利的分配后果。因此，必须研究和借鉴以往基础设施建设的历史逻辑、发展规律和国际游戏规则。

其次，在数字孪生海洋建设过程中，一定存在着“技术与社会”和“本国与全球”两对相互交织的矛盾。如何创造机制来兼顾国际组织基于应对全球危机的动机、大国基于战略竞争的动机、私营企业基于逐利的动机、民众和地方政府基于避灾求福的动机?如何让低收入的岛屿国家不被隔离在“数字鸿沟”的另一侧?孪生数据的国际共享和国家安全的平衡性问题又应当通过什么机制来处理?

再则，在数字孪生海洋的建设和运营过程中，设施和数据的所有权、管理权、访问权和利益分配问题始终存在。在这一方面，国际治理不仅要解决国际间设备互操作、系统兼容、数据质量、技术标准协议等问题，还必须在国际法的层面上完成问题边界以及责任和权益的界定。考虑的问题还应包括：谁来决定数据采集、保存和共享的规则?如何处理数字孪生海洋技术体系中的知识产权纠纷问题?原始数据中的所有权保护应达到何种程度?

面对海洋治理数智化这一关于人类与海洋互动方式的革命性变化，需要海洋自然科学家和社会科学家共同的努力，需要各国政府和国际组织的通力协作，建立起国际共识和良性发展生态，引导数字孪生海洋建设走在一条健康的轨道上。