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一、海洋科技研究
  2002年，编写完成《“十五”期间渤海综合整治天津行动方案研究》课题报告《“十五”期间天津海域综合整治项目库》。2003年，配合国家海洋局“渤海综合整治规划和‘十五’计划”实施，市海洋局与天津大学联合承担“渤海综合整治天津方案及其关键基础问题研究”重大科技基金项目研究。是年11月，通过项目验收，评审专家一致认为该项研究成果与国际接轨并达到国内先进水平。2008年11月，以“环渤海区域的崛起和发展”为主题的第四届海洋强国战略论坛在天津滨海新区举办，多名与会专家、学者围绕主题以学术报告形式展开交流探讨。2010年，编制完成《海洋科技创新中心建设方案》，组织上报公益性项目《浓海水机械热压缩精制盐和化学资源利用工程研究示范》获得国家海洋局、财政部立项，单项经费950万元，创历年之最。
  二、科技兴海行动计划
  2007年，市海洋局和市科委联合启动《促进天津市海洋经济发展的科技行动计划》编制工作。2008年，依据《全国科技兴海规划纲要（2008—2015年）》及天津市相关规划，市海洋局、市科委、市财政局启动《天津市科技兴海行动计划（2009—2015年）》编制工作。经征询相关政府部门、单位意见，多轮修改完善，编制完成《天津市科技兴海行动计划（2009—2015年）》，并于2010年报天津市政府。该计划提出整合天津市海洋科技力量、促进产学研有机结合的具体措施，为天津市海洋科技发展方向提供指引。2010年，市财政局落实1000万元科技兴海专项启动资金，市海洋局组建科技兴海项目库信息系统，入库项目50余个。
  三、近海海洋综合调查与评价专项（908专项）
  2004年，按照国家海洋局总体部署和天津市政府要求，市海洋局牵头组织“全国近海海洋资源综合调查与评价”（简称“908专项”）天津市任务，责任大、标准高、时间跨度5年、经费超过1000万元。完成《天津市“908专项”实施总体方案》编制，上报天津市政府批准和国家海洋局肯定。2005年，按照天津市政府与国家海洋局签署的专项合作协议，“908专项”工作开始组织实施。至2008年末，国家指定和地方增设的调查和综合评价项目（17项）全部完成，调查类专题（10项）成果资料全部向国家汇交完毕，在全国率先完成“908专项”。“908专项”调查摸清天津市最新海洋资源状况、沿海地区社会经济情况，更新海洋资源基础数据，在修编城市规划、提供决策依据和防灾减灾等公益性服务方面发挥作用。
  四、渤海监测监视基地
  为探索海洋工作新模式，发挥天津在环渤海地区和全国海洋事业发展中的地位作用，根据国家海洋局与天津市政府签署的《关于天津海洋开发与保护问题会议纪要》精神，由市海洋局承建渤海海洋监测监视管理基地（简称渤海基地）。渤海基地为海洋科技研究、创新和转化搭建平台，主要实现海洋管理、海洋科技研发与服务、海洋国际交流三大功能，分为综合业务区、海洋交流区、科技研发区、综合配套区和公务码头区5个区块。规划面积81.1万平方米。其中，一期规划面积46.1万平方米、起步区建设项目15.6万平方米，投资总额8.85亿元。在国家海洋局和天津市政府及有关部门、单位支持下，渤海基地筹建工作顺利启动：2006年12月天津市发改委批准立项，2007年领取海域使用证，2008年4月渤海基地围海造地工程开工，2010年4月开始真空预压施工。预计翌年开始地面建设。
  五、国家海洋博物馆
  2007年9月，国家30名院士联名上书国务院，建议建设国家海洋博物馆。国务院责成国家发改委、国家海洋局就选址开展调研论证。北京、上海、海南、青岛、大连和厦门等省市提出申建请求。12月，市海洋局得到天津市委、市政府支持，成立“申博”工作领导小组，经多次多方调研论证和协调沟通，国务院于2009年批复同意国家海洋博物馆落位天津滨海新区。2010年，博物馆筹建工作移交滨海新区政府，市海洋局协调推进，与市规划局、滨海旅游区研究选址方案，组织编写项目建议书和展陈大纲，策划组织调研、藏品收集、国际招标等相关工作。组织编制国家海洋博物馆项目建议书，研究国家海洋博物馆展览内容知识框架设计，编辑博物馆自然海洋部分展览内容知识文本，共22万字。