海洋水文气象环境监测需求与技术

翟少婧 王娜 林修栋

(1.龙口市气象局,山东龙口 265700;2.烟台市海洋环境监测预报中心,山东烟台 264003;3.石岛气象台,山东威海 264309)

海洋水文气象环境监测需求与技术

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(1.龙口市气象局,山东龙口 265700;2.烟台市海洋环境监测预报中心,山东烟台 264003;3.石岛气象台,山东威海 264309)

海洋环境监测对认识海洋环境,利用海洋资源,发展海洋科技有着重要意义。本文从平台、传感器、自动化、地波雷达、遥感等方面立体化地介绍了现代部分先进的海洋监测技术。

海洋环境监测 近海 水文 气象

海洋环境监测的涵盖面广泛，目前对海洋观测、调查、监测的含义、概念、范畴是以测量海洋要素的属性和特征而定的，由于认识的局限性，普遍认为海洋观测、断面调查是海洋水文、气象观测，海洋环境监测是对海洋环境污染要素的监测。实际上若缺乏有效的海洋水文、气象观测，就不可能科学合理的开发利用海洋资源，保护、改善、了解海洋环境。

1 海洋环境监测的意义

海洋环境监测技术是海洋资源开发的技术基础和科技支撑。海洋渔业和养殖业等海洋经济产业对海洋环境有很强的依赖性。加速发展海洋环境监测技术，加强对海洋环境监测技术的研究和开发，对提高海洋灾害预警能力和海洋防灾减灾具有重要的意义[1]。

2 对海洋监测技术的需求

世界上许多沿海国家为了自身和共同的利益都在积极发展现代海洋监测技术。对于我国来说，发展海洋立体监测系统对经济、社会、军事、科学的作用更为显著，需求更为迫切。主要体现在以下5个方面：

2.1 海洋监测技术是海洋资源开发的技术支撑

海洋渔业和养殖业对海洋环境有很强的依赖性；准确的海洋环境数据一般能使海洋工程造价降低20%左右；准确和及时的海洋环境预报对保障和延长海上安全作业时间具有重要意义；海上交通运输和滨海旅游业的发展也同样需要有良好的环境保障条件。

2.2 海洋灾害预警必须依靠准确的海洋环境依据

我国濒临西北太平洋，是台风、巨浪和风暴潮等海洋灾害的多发区和重灾区，而沿海地区是我国经济的最发达地区和人口密集区，海洋灾害所造成的损失惨重，并呈逐年上升的趋势。

2.3 保护海洋环境急需海洋监测技术的支持

受经济发展和管理方式的影响，我国入海污染物逐年增加，受污染海域逐年扩大，致使生态环境恶化，沿海生物资源衰竭，海洋生态系不同程度受到破坏，生物多样性锐减，并引发多种环境灾害，造成巨大的经济损失，也严重威胁沿海居民的健康[2]。

2.4 海洋监测技术是海上军事优势的重要组成部分

海军的战场在海洋，历史上的列强争霸也在海洋，掌握了海洋也就控制了海洋。因此，掌握海洋环境参数的分布特征及其变化规律与掌握敌情几乎同等重要。

2.5 发展海洋监测技术可以形成海洋技术产业

发展海洋监测技术可以带动相关技术产业的形成和发展，用高技术产品提高我国海洋仪器设备的生产能力和在国际市场的竞争能力，改变内海洋仪器设备市场几乎全被国外产品所占领的现状。

3 现代海洋监测技术

随着海洋监测技术的不断发展，海洋监测仪器设备自动化程度不断提高，海洋监测逐渐向网络化、信息化方向发展，逐步在局域内以及局域间形成互联互通，监测数据资源得到了统一管理和有效共享。从以下几个方面介绍主要海洋国家海洋监测技术的进展：

3.1 浮标工程技术

3.1.1 海洋锚泊资料浮标

海洋资料浮标在研究海洋和大气的相互作用及预报全球性和地区性海洋灾害、海洋污染监测、卫星遥感数据真实性校验等方面发挥着越来越重要的作用[3]。改进技术、降低成本、提高可靠性、延长工作寿命、方便布放和回收，是海洋观测浮标技术发展的总趋势。

3.1.2 漂流浮标

漂流浮标是随着全球定位和卫星通讯技术的进步而发展起来的一种十分有效的大尺度海洋环境监测手段。它利用GPS和Argos双重定位，大大提高了定位精度；由单一的消耗式漂流浮标发展为消耗式和可回收式兼有标型；测量参数迅速增多，功能显著扩大；应用智能自动沉浮。为了对海洋上层的水体和海气界面进行实施监测，为气候预报提供必要的数据，美国等海洋国家发起了代号为Argo的全球性国际合作计划[4]。

3.2 自持式水下多任务观测平台

自持式水下多任务观测平台的研制一直受到海洋界的重视，结合不同任务的需要，研制了各具特色的多任务观测平台。平台目前主要有两类，一类是WHOI为LEO-15水下无人观测站研制的小巧型潜器REMUS，另一类是NOAA为深海海底观测研制的深水潜器。

3.3 水下拖曳式海洋环境监测系统

水下拖曳式海洋环境监测系统目前应用最普遍的是声学海底剖面仪和拖曳式水质监测系统，如加拿大贝得福海洋研究所(BIO)开发的拖曳式平台。该平台可以携带智能化CTD数据获取系统，能够在水中做波浪形剖面测量。拖曳体的可变翼、方向舵、稳定器等均由增强聚酯树脂玻璃丝纤维制造，电子装置安装在可承受300个大气压的水密度舱内 。

3.4 固定式水下无人自动观测站

建立水下长期观测站不但可以加快实现立体观测的框架建设，同时也可为卫星遥感数据的真实性检验和遥感器定标提供了海上试验场。LEO-15是伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)和新泽西大学海洋与海岸研究所在美国国家科学基金会(NSF)的支持下共同研制建立的长期水下无人观测站[5]。

3.5 近海环境自动监测技术

德国的MERMAID系统成功的借鉴了美国研发的海岸自动观测网(C-MAN)和水质监测系统(SWQMS)的经验，并在传感器及模块化设计方面有所创新，形成了适用于地域特点的海洋环境自动监测系统。污染和生态环境监测的重点是近岸海域，因而适合海湾、河口及浅海增养殖区使用的各种小型轻便的传感器集成平台技术也的到相应的发展，形成了多种便携式水质监测仪器。

3.6 水声高速数据通讯和水下GPS定位

水声高速率数据传输技术是各类水下载体、水下机器人之间及其与指挥船之间信息传递的重要手段，是水声通讯设备的关键技术。水下GPS定位技术将全球卫星定位技术、浮标技术、水声通讯和定位技术有机地组合在一起，提高对水下运动载体或仪器设备平台的水下定位精度。水下GPS定位技术能在水面船只或水下获取水中目标的大地坐标系数据，它比水声定位具有更高的定位精度，使用更为灵活、方便。

3.7 高频地波雷达岸基高频地波雷达用于测量海冰、海面风场、海流场等海面环境参数。英国、加拿大等国家研制的作用距离200km的中程高频地波雷达已用于海洋环境监测。从国外情况看，因现有的中程雷达海洋环境监测的空间分辨率低，占地面积大，设备价格昂贵，因而应用不多。

3.8 海洋环境航空遥感监测

遥感通过使用光学或电子光学仪器接受地面物体反射或发射的电磁波，并以图像胶片或数据磁带形式记录下来，传送到地面，经过信息处理、判读分析和野外实地验证，最终服务于资源勘探、环境动态监测和有关部门的规划决策。主要研究内容及关键技术包括：航空遥感数据实时传输技术；航空遥感几何定位技术机载投弃式系列浮标技术；海洋目标的光谱和微波特性研究；快速判别、解释模型的建立等。

3.9 区域性海洋环境立体监测与服务技术

区域性海洋环境立体监测和信息服务系统对解决区域性的海洋环境问题有十分重要的意义。实时环境信息网络与分析系统REINAS是集数据采集、管理和可视化为一体的实时监测和服务系统。我国建立的以上海为中心的长江三角洲邻近海域和珠江口邻近海域区域性的海洋环境立体监测和信息服务系统已建成，支持区域性的灾害性海洋环境监测和预报服务及其他公益性服务，具有国际先进水平。

4 结语

21世纪是我们开发利用海洋的新时代，更多的财富从海洋中获取，保护海洋环境不容忽视。海洋环境监测发展至今虽已有近70年的历史，但现阶段海洋环境监测工作仍然存在着不尽如人意的地方，这便需要我们进行进一步的研究与创新，推动海洋水文环境监测技术的长足发展。

[1]方曦,杨文.海洋石油污染研究现状及防治[J].环境科学与管理,2007,32(9)：78-80.

[2]赵冬至,赵玲,张丰收.我国海域赤潮灾害的类型,分布与变化趋势[J].海洋环境科学, 2003,22(3)：7-11.

[3]惠绍棠.海洋监测高技术的需求与发展.海洋技术,2000,19(1)：1～17

[4]高峰,王金平,汤天波.世界主要海洋国家海洋发展战略分析[J].世界科技研究与发展, 2009,31(5)：973-976.

[5]葛运国.实时环境信息网络与分析系统—REINAS[J].海洋技术,2000 (C00)：10-15.