国外海洋观测系统对我国的启示

张增健，李 程，徐珊珊，王凯悦

（国家海洋信息中心，天津 300171）

为更好地监测海洋气候，加强海洋事件的跟踪，提高海洋预报和预警能力，世界各国海洋部门、国际海洋组织建立了大量综合性的海洋观测系统。这些观测系统自海底至高空，自近岸至远海，形成了对海洋全方位、多要素、立体性的观测能力。这些观测系统为海洋天气预报、海洋气候预测提供了坚实的数据支撑，为各国更好地管理公共卫生风险，保护人员和财产免受沿海自然灾害的影响提供了有效的产品服务。这些海洋观测系统也实现了大量的社会稳定效益、经济发展效益[1]。

对国内外观测系统的研究一直是海洋观测领域的热点，王春谊等[2]以综合海洋观测系统（Integrated Ocean Observing System，IOOS） 和大洋观测计划（Ocean Observatories Initiative，OOI） 为基础分析了美国海洋观测系统；王祎等[3]立足现状，分析了我国业务化海洋观测仪器的发展；麻常雷等[4]介绍了系统集成的全球地球观测系统（Global Earth Observation System of Systems，GEOSS）与全球海洋观测系统（Global Ocean Observing System，GOOS）；翟璐等[5]、李慧青等[6]介绍了国外海洋观测系统现状，从管理、技术创新、人才队伍、资料共享、海洋预报等多方面对我国海洋观测网提出了建议。

本文基于国内外海洋观测网现状及其优缺点总结，从目标融合、技术创新、科学管理、发展趋势等角度，提出国外海洋观测网对我国海洋观测网的启示与建议。

1 目标融合

1.1 共同目标的确立

长期以来，我国的海洋观测网处于国家海洋观测网为主，地方海洋观测网为辅，大专院校、研究机构海洋观测网为补充的状态。对于海洋的观测与调查是致力于向海发展的部委、省市、院校、研究机构、企业等一直以来的努力方向。多部委、多单位的交叉与融合在所难免。

这种“多龙测海”的现象在欧美等发达国家同样存在，以美国为例，IOOS 即是由美国海洋大气署主持，与美国海军、美国国家科学基金会（US National Science Foundation，NSF）、美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）、矿产管理局（The Minerals Management Service，MMS）、地质调查局（United States Geological Survey，USGS）、能源部（Department of Energy，DOE）、海岸警卫队（United States Coast Guard，USCG）、工程兵团（The United States Army Corps of Engineers）和环保署（Environmental Protection Agency，EPA）等多个联邦政府组织共同组成[2]；欧洲的一体化业务化观测网系统（The Mediterranean Oceanographic Network for the Global Ocean Observing System，Mon-GOOS） 也整合了13 个国家的36 个单位的海洋观测站、浮标、卫星等观测系统[6]。

多部委、多单位的存在虽然造成了管理的困难，但同样带来了多样化的观测目的、观测手段和应用方向，有力拓宽了海洋观测的维度。美国、欧洲等国家海洋观测系统的整合，让我们看到了以观测目的进行多部委、多单位海洋观测网融合的可能性。

在欧美科学家对欧美为主的海洋观测网进行总结时[1]，明确提出了共同目标，尤其是共同可持续发展目标确立的重要性，因为共同目标的融合，代表了多方的认同，围绕这些目标可以进一步组建人才队伍，探索商业模式，研究技术革新，建立多方合作。

共同可持续发展目标的确立，是海洋观测的有力起点，是调动和激发参与的多方积极性的有效载体，是推广海洋成果的重要依据，是拓展海洋事业的根本前提。

共同目标的确立，需要相互承认彼此的优先事项，因为这是合作的基础；需要共同设计多方受益的海洋观测方案；需要共同制定推动这些目标的具体议程，以进一步实现开发和制作海洋信息产品和知识的可能。

1.2 有效沟通的开展

有效沟通是建立信任的伙伴关系和跨学科参与以实现可持续发展目标所需的基石，对参与和投资海洋可持续性和负责任的蓝色经济至关重要[1]。

如果将观测系统视为在共同目标下，观测设施、观测人员、观测机构之间的耦合，有效沟通可包括以下六方面沟通：淤观测系统与决策者之间的沟通；于观测系统参与者之间的沟通；盂观测系统与仪器供应商之间的沟通；榆观测系统与信息产品应用方的沟通；虞观测系统与科研工作者的沟通；愚观测系统与公众之间的沟通。

（1）观测系统与决策者之间的沟通

观测系统为决策者服务是观测系统存在的几个基本前提之一，观测系统与决策者之间的沟通一方面是观测系统可以为决策者提供海量的观测产品服务，同时根据决策者需要与评价对产品进行修正，从而进一步对观测系统进行优化，另一方面是通过决策者渠道，可以将海洋观测系统纳入更大更广阔的应用需求当中，如纳入气候变化监测与谈判，纳入“联合国2030 议程可持续发展目标14”“联合国可持续发展海洋十年”等主题当中，为观测系统进一步发挥作用，提升影响力提供支持。

（2）观测系统参与者之间的沟通

观测系统参与者之间的有效沟通，对于履行观测系统的共同目标，协调观测者之间的各类资源有着至关重要的作用。观测系统参与者之间的沟通，有助于阐述各自目标，进一步促进目标融合；有助于进行观测设施、观测数据、观测产品等各类资源的共享共用；有助于观测系统的业务化运行；有助于获得各自领域更广泛的支持。

（3）观测系统与仪器供应商之间的沟通

观测系统与仪器供应商之间的沟通，对于维持观测系统运行，扩展观测系统功能有着重要作用。观测系统与仪器供应商之间的沟通，有助于及时反馈观测问题，提升观测系统质量；有助于增加观测要素，进行多样化观测；有助于仪器供应商根据需求，进行仪器的改进升级与研发。

（4）观测系统与信息产品应用方的沟通

观测系统参与者制作数据集、统计分析、再分析、预报等信息产品，为产品应用方服务，观测系统与信息产品应用方之间的沟通，能够有效接收产品优劣的反馈，对于提升产品质量，促进产品的进一步研发，加强产品的普及有着重要的意义。

（5）观测系统与科研工作者的沟通

观测系统与科研工作者的沟通，是一项海洋观测与科学研究互相检验，互相促进，砥砺前行的工作。一方面是观测系统为科研工作者提供翔实的数据支撑，履行观测系统科研服务职责，使其得出更准确可信的科研结论；另一方面通过科研工作者的研究成果、结论、对数据的需求，可以为提升观测数据的质量提供依据，也可以为进一步优化观测系统布局提出建议。

（6）观测系统与公众之间的沟通

不管是观测系统的预警预报产品，还是管理层的决策产品，或者是科研成果产品，其最终的目的都是应用于公众，使公众了解气候变化的前因后果，变化趋势，使公众了解潮汐、水温变化对旅游的影响，使公众远离台风、风暴潮的侵袭。所以，建立观测系统与公众之间的沟通渠道，增强观测系统与公众之间的沟通十分必要。

像欧美科学家总结的，通过加强与公众的沟通，让更多的公众理解海洋对人类的重要性；让公众能用自己的方式沟通海洋了解海洋；让公众对待海洋及其资源时能够做出明智和负责任的决策；让公众能够分享对海洋基本概念和事实的理解；让公众能够发展共同的价值观，并建立与海洋的个人情感联系[1]，这是十分必要的。公众的关注，能够为海洋观测系统建立更加有效的宣传渠道，扩大知名度，使海洋观测获得更广泛的社会和政策支持。

美国海洋观测机构与其国家公共广播联合开办了名为“海洋凝视”的播客系列节目[7]，音频系列包括52 集，采访了参与海洋观测科学和技术发展的著名科学家和教育家，其中有5 集专门针对滑翔机技术。观测系统利用媒体工具与公众进行沟通，为社会公众提供了强大的工具进行教育和宣传，有希望帮助更广泛的社会阶层了解海洋知识，理解海洋观测的科学原理，激发更多的人投入到海洋探索中去。

1.3 多样化需求的融合

海洋观测是一项代价高昂的工作，虽然没有全球公认的数字，但欧洲委员会在2018 年审查了在一些欧洲国家和更远的地方进行海洋观测的费用，仅每个国家的资金成本就高达数千万欧元，相关的运营成本每年达数亿美元[1]。

鉴于此种情形，对海洋观测系统各方需求的融合是非常必要的。观测系统的参与者、决策者、用户等均有各种不同的需求，这些需求可能是领导与创新、推动环境政策，提升海洋治理，发展可持续蓝色经济、服务社会等的需求，可能是生态监测、污染监测的需求，可能是海洋科学研究、海洋探索的需求，可能是赶海、冲浪、潜水等的需求，甚至可能是企业、个人对特定区域的特殊需求。

热带大西洋观测系统[8]将需求划分为社会驱动的需求和科学驱动的需求，社会驱动的需求包括降雨量、热带气旋、生物地球化学（二氧化碳、溶解氧、微量营养元素）、生态系统和污染（海洋热浪、海洋表面温度（Sea Surface Temperature，SST）、塑料，碳氢化合物和颗粒物质）等；科学驱动的需求包括变异模式和热带气旋、影响海洋上层温度和盐度的过程、海洋环流、可预测性和模型偏差、数据同化、生物地球化学，生态系统和污染等。该系统通过将需求融合到热带大西洋的预测和研究系泊阵列（Prediction and Research Moored Array in the Tropical Atlantic，PIRATA）、剖面浮标（Argo）、业务化断面测量、志愿船、表层漂流浮标、边界流阵列、卫星观测等观测设施，持续为其多样化的观测目标作出贡献，包括理解和更好地预测热带大西洋年际到年代际变率和气候变化等现象；多年代际变率及其与经向翻转环流的联系；二氧化碳的海气通量及其对人为二氧化碳排放的影响；亚马逊河羽流及其与生物地球化学，垂直混合和飓风的相互作用；高产的东部边界和赤道上升流系统；海洋低氧区对生物地球化学循环和海洋生态系统的影响，以及它们对气候的反馈等。

对于我国的海洋观测系统而言，需要融合中央决策、海洋防灾减灾、海洋预警预报、海洋管理治理、海洋生态保护与修复、海洋科学研究、海洋公益服务等多级用户、多种类型的需求，将这些需求体现到海洋站、浮标、断面、志愿船、雷达、卫星等观测设施当中。

2 技术创新

2.1 传感器技术的创新

自20 世纪末，在国家“863”计划、国家自然科学基金等的支持下，物理海洋传感器技术得以迅速发展，取得了一批高新技术成果，逐步缩小了与发达国家的技术差距，但仍存在着发展水平参差不齐、成果转化率低、成果应用少、产业规模小等一系列问题[9]。据统计，我国目前仍有大批先进物理海洋仪器依赖于进口，以多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profilers，ADCP） 为例，国内4 000 多台设备全部依赖于进口，后期的维护和更新换代存在高昂成本和技术风险[10]。

对国外海洋观测传感器技术的追赶、突破与创新是我国近年来观测技术发展的重点，但我们需要清醒地认识到，受关键技术、材料和工艺水平综合制约，我国在海洋物理海洋传感器技术上，除个别技术接近国际先进水平外，整体上要落后发达国家10—15 年[9]。技术的发展与革新并不能一蹴而就，需要不断地实验与迭代更新，以下几方面也许是我们努力的方向。

（1）传感器研发融合与投入

海洋传感器技术的研发与革新需要不断地进行实验与迭代，其研发同时涉及材料、设计、生产等诸多方面，需要材料和工艺水平的同步提升。在不断加大海洋传感器投入的同时，需要通过协作的方式，促进传感器研发部门与材料生产部门联合与融合，才能更快摆脱对国外传感器、国外材料的依赖，缩短在传感器领域追赶国际先进水平的进程。

（2）先进传感器的设计与研发

与国际先进的传感器技术相比，国内具有自主知识产权的传感器的设计与研发仍有不小的差距。以小型温盐传感器为例，过去的10 年里，国际组织利用安装在海豹、海象、海龟身上的小型温盐深传感器（Conductivity-Temperature-Depth，CTD）获得了超过50 万站次的温盐数据，这些数据分布在卫星、船舶、Argo 浮标难以覆盖的环极地海洋区域，在极地转入极夜时依然有数据采样，有效弥补了人类调查的盲区[11]。随着未来对极地探索、海底观测网搭建等观测需求的不断发展，海洋传感器的小型化、轻重量、低功耗、高精度、高灵敏、智能化、模块化等方面的设计与研发是未来研究和发展的重点[9]。

（3）传感器成果的多方应用与评价

随着我国传感器在CTD、潮位仪、海流计、测波仪等领域取得突破，在二氧化碳、pH、浮游生物等领域也有了长足的发展，并有了一定的产品转化，产品的应用、对比与评价却鲜有相关文献提及。为此，我们需要加大产品的推广，进行民用、科研等多方应用或试用，通过与成熟产品的比对，来进行质量的综合评价，以此积累经验，达到进一步改进传感器缺陷，加快传感器版本迭代更新的目的。

以美国为例，其IOOS 专门设有版块，用以资助新兴海洋观测技术的试运行，对观测结果进行评估，最终将观测技术集成到海洋观测网中，实现其业务化运行。其近几年资助的项目包括GNSS-R（Global Navigation Satellite System-Reflectometry） 卫星反射计、深海物联网（使用更智能的渔船自动收集海洋学数据）、业务化海岸观测的网络摄像头（Webcams for Coastal Observations and Operational Support，WebCOOS）、商业渔船实时遥测、水面无人艇低氧监测、动物传感器应用、西北太平洋有害藻华水面无人艇自动化采样等[12]。

（4）传感器成果的商品化与产业化

海洋传感器技术创新的同时，如果不能及时地进行商品化与产业化，势必会引起产品的束之高阁，影响技术的进一步创新。如果可以建立有效的机制，使海洋传感器成果成熟一个就转化一个，及时进行商品化和制作流程的产业化，必然加快传感器技术的革新。但同时，我们应该看到海洋传感器是较为小众的产品，其国内用户量有限，目前局限于国家海洋观测网、涉海院校、研究所等，如何拓展更多的民用用户、国外用户来购买，是需要深入思考和规划的。

2.2 卫星技术的飞跃

20 世纪60 年代后期，科学家构想从太空观测海洋，这导致了20 世纪70 年代海洋遥感技术的发展及1978 年首颗海洋观测的卫星SEASAT 的发射。卫星海洋遥感，第一次从全球视野揭示了海洋状态的广阔性和复杂性，这对我们研究海洋与天气和气候的关系、研究全球海洋环流、研究极地海洋、研究全球平均海平面上升等内容提供了新的视点，它的准确性和广阔性为科学家带来了诸多惊喜[13]。

50 多年来，卫星海洋观测从红外传感器到辐射计，再到微波传感器，一代代更新，观测的要素也从最初的SST 扩展到海面高度、水色、海洋矢量风场、海表和内部重力波、海冰、水蒸气、土壤湿度、海表盐度（Sea Surface Salinity，SSS）等[11]，形成了以海面风场、海浪、海表层流、海面温度、水汽含量等为代表的海洋动力环境及多源遥感融合数据产品；以叶绿素、有色溶解有机质、悬浮物、初级生产力、光合有效辐射等为代表的海洋光学参数、海洋生态环境参数及其衍生的（如海洋渔业等）遥感产品；以海底地形、重力场等为代表的海洋地球物理产品[14]，增强了海洋环流、海气通量、海洋对全球气候影响、极地观测、海平面变化、全球潮汐等众多方面的观测与研究，取得了令人瞩目的成果。

新中国成立70 年来，中国制定了长远的自主海洋卫星发展规划，构建了海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测三大系列的海洋卫星。从2002年发射中国第一颗海洋卫星HY-1A 以来，中国至今发射了5 颗水色卫星，5 颗海洋动力环境卫星（包含中法海洋卫星），3 颗海洋监视监测卫星，实现了全球海洋环境的逐日观测，逐步形成了以中国自主卫星为主导的海洋空间监测网，在中国海洋资源与环境监测、海洋防灾减灾、海洋安全管理等方面发挥了重要作用[15]。

海洋卫星的出现、发展只有短短的50 余年，但它所带来的变化要远远超过自19 世纪30 年代开始的近200 年的海洋调查，随着海洋卫星技术飞跃式的发展，海洋卫星必然会与海基、陆基、海底基等观测设施的一体化融合，逐时甚至分钟级高频连续观测有可能成为现实，水体动态变化监测、海洋灾害追踪、海上目标监视监测也将更为精准，这将为我们开启一个崭新的海洋立体观测的时代。

2.3 相关技术的发展

随着海洋观测技术的发展，若干相关技术逐渐融入观测技术当中，与观测技术共同发展与进步，这些技术包括纳米技术、生物技术、信息技术、原位基因组分析、质谱、计算机建模、成像技术、水下机器人技术等，它们通过自己特有的方式，逐步集成到由海基、陆基、空基、海底基组成的立体观测网当中，并发挥着越来越重要的作用[16]。在远离海岸的深海大洋，深水耐压防腐材料、水下密封接插件、水下紫外杀菌技术、纳米金属外壳等海洋通用技术和工艺，解决了高压、低温等海水屏障问题，提升了海洋观测装备的可靠性[3]；在数百甚至上千米的深海海底，水下机器人技术为加拿大、美国、欧洲、日本等发达国家海底观测网的建设解决了海底施工、仪器维护与观测相关问题[17]。

随着我国海洋观测技术和海洋观测网的发展，这些相关技术与海洋观测技术和海洋观测网之间必将实现深度的融合，共同促进，实现更为复杂具有挑战性的观测能力，例如以更加新颖的方式与云计算和海洋信息学相结合，来进行观测仪器的远程操作，来进一步提升观测系统的机动观测与保障能力。

3 科学管理

3.1 观测站点与设施分类

我国海洋观测包括海洋站、浮标/潜标、岸基雷达、志愿船和常规断面等基础观测手段[18]。仅以海洋站为例，按归属不同，可分为国家站（自然资源部建设并维护）、地方（省市）站、野外站（一般由海洋类院所建设）等；按值守情况，可分为有人值守型海洋站、无人值守自动化海洋测点；按传输情况，可分为有线传输和无线传输；按位置分布，可分为岸基站（能够定期进行水准连测）和海岛站（难以进行水准连测）；按观测要素分类，可分为全要素海洋站和部分要素海洋站。同为岸基海洋站，不同海洋站因为地理位置的不同，其代表意义大为不同，例如开阔海域的海洋站和港口内的海洋站；不同海洋站因为所使用观测仪器生产厂家、型号的不同，其观测要素在长期变化上的反映也不尽相同[19]；不同海洋站因其坐落位置的不同，还容易遭受不同气象灾害、海洋灾害的影响，有的易受台风侵袭，有的易受雷暴滋扰，有的易产生淤积，有的冬季会结冰。

这种种的不同，导致海洋站点与海洋设施的维护与管理难以用同一标准进行。这要求我国海洋观测网对海洋站点与海洋设施进行科学合理的分类分级，保障分类分级海洋站与设施能够满足不同用途的需求。分类分级是一项需要探索的工作，国外没有完整的标准可以参考，但有少量经验可以借鉴。以美国为例，其潮位观测因为仪器精度的不同，划分为3 个等级[20]（A 级：≤10 cm，B 级：>10~30 cm，C 级：逸30 cm 或不确定），在阿拉斯加地区，由于缺乏沿海基础设施，包括并网电力，便捷的道路通道和强大的通信系统等，导致建设验潮井、保障电力供应极为困难，故单独进行了与验潮井测站标准不一样的无人观测站点的建设，开发了远程电源模块（The Remote Power Module，RPM），利用风能、太阳能和柴油进行充电[21]，实现了高频雷达测流、GNSS反射计观测水位，其水位等级即采用了相对较低的B 级。

3.2 观测设施共享

我国的海洋站分布在自然资源部、地方省市、科研院所等部门，海洋调查船只、浮标/潜标等观测设施资源分布在自然资源部、水利部、海事、中科院、涉海大学等不同部门，这些观测站和观测设施所采用的建设标准、数据标准、传输标准等均不统一，随着地方海洋观测站纳入国家观测网，这种状况略有改善，但仍存在着观测设施之间互相隔离、各自为战的情况，促进各观测站与观测设施的标准统一与融合，促进观测设施之间的共享共用，尤其是观测船只、浮标的共享共用，对于统一国家海洋标准，提升国家海洋管理能力，节约国家资金，是十分必要的。

国家自然科学基金委员会2009 年设立的船时共享航次计划，通过合理、有效地调配考察船资源，将基金项目的出海需求与考察船的高效利用统筹[22]，在有效节约了船只费用的同时，解决了更多想出海却出海难的研究机构的出海需求。

如何进一步扩大船时共享的范围，促进浮标等观测设施的共享，在有限的观测设施上，科学合理安装尽可能多的观测探头，获取尽可能多的观测数据，并将数据推送给尽可能多的人使用，满足尽可能多的观测需求，节约尽可能多的资金，是需要海洋界共同努力和实践的，建立综合性共享平台，出台共享办法，奖励共享成果，推广共享成就也许会是一条可行之路。

3.3 高难区域挑战

美国将在阿拉斯加的偏远地区实现实时业务化观测作为一种挑战，并通过开发远程电源模块、建设抗压能力强的观测设施的方式成功战胜了挑战[20]。对于我国海洋观测来说，在浅海区域的浮标、潜标易受渔业捕捞破坏，在南海的浮标易受敌对势力的损坏，在南极、北极的测站受极昼极夜影响，在南极、北极的海域受冰山影响，数据获取能力弱，这些都是极大的挑战。

面对高难区域的挑战，一方面，要加大研发力度，研发小型化、智能化传感器，研发长待机自动化观测仪器，研发动物传感器，让海洋中的鱼类、哺乳动物帮我们去获得世界海洋（尤其是两极地区）、沿海河流、河口的光照、温度、盐度等海洋学变量[23]；另一方面，要加强与渔民、渔业公司之间的联系，普及海洋观测知识与海洋设施保护，加强观测数据与产品对渔业的服务，让渔民与渔业公司能够进一步享受到海洋观测带来的便捷与信息产品红利，自发地保护海洋观测设施。

3.4 观测网的长期维持

海洋的碳含量是大气的50 倍，热容量是大气的1 000 倍，水含量是大气的10 万倍，在地球的气候和宜居性中起着核心作用[24]。海洋观测可以并已经为改进天气预报提供了海表温度、海表盐度等数据支撑，改善了亚季节到季节的预报质量；为渔业和矿产资源获取等提取型蓝色经济提供了决策性产品服务，有力保护了海洋生态健康；为遗传资源、生物合成、海洋药物、可再生能源、减少二氧化碳、海水淡化、远洋运输、海洋旅游、娱乐、海域使用与开发等非提取型蓝色经济提供了长期信息产品支撑，保障了海洋资源的可持续利用[25]。

根据《2021 年中国海洋经济统计公报》统计，2021 年全国海洋生产总值首次突破9 万亿元，达90 385 亿元，对国民经济增长的贡献率为8.0%，占沿海地区生产总值的比重为15.0%[26]。海洋观测、调查和预报为这些海洋经济成就的取得提供了支持，但很难去分离、评估海洋观测提供效益的多少，各国的海洋观测都面临着这样一个效益无法定量评估的难题[27]。

海洋是一个物理条件恶劣且后勤复杂的环境，观测平台在海水中腐蚀，容易受到生物污染，并且必须承受冷水和高压。海水对无线电频率不透明，因此很难进行远程数据通信。海洋仪器需要我们利用专业调查船只定期进行探头更换、仪器清理等维护，这需要大量的资金。目前，维持现有海洋观测，资金来源包括各国政府机构、慈善机构、非政府组织等，其中政府机构是最主要的资金来源。随着全球国际形势和经济形势的波动，这些资金来源会有所缩减，这种资金的减少会威胁到数据收集的稳定性，从而可能导致海洋气候测量值的不连续性，降低迄今为止和将来所做观测的价值。

解决资金缩减问题的方法是在促进各观测单位合作，观测设施共享的同时，挖掘并扩大用户群体，让更广大的用户从海洋观测中受益，并积极参与。海洋观测数据与产品的受众群体很多，从直接利益相关的海洋渔业捕捞、渔业养殖、海洋航运、海洋采矿的相关企业与个人，到海洋旅游、海洋牧场的相关企业与个人，再到国家政府决策机构。挖掘出海洋观测对于这些用户的价值，提升海洋观测数据和产品与用户之间联系的紧密性，拓展服务的渠道，提升服务的能力，以用户的需求倒逼观测能力的提升，观测资金的增加。前文提到的“海洋凝视”播客的例子，就是一种很好的用户扩展。而对我国而言，众多涉海的自媒体从业者也是可以拓展的用户群体，例如对赶海人推送潮汐、海浪、海风等实时和预报信息，同时接收其观察到的海洋生物信息，实现用户与观测的双赢。

3.5 信息整合与信息服务

我国的涉海单位多依靠各自单位的服务平台，为公众、科研工作者、国家政府机构等提供海洋信息服务，专业性较强，综合性较差。国家海洋信息中心作为国家海洋数据和信息的汇集单位，提出了海洋应用综合系统整合的“五层一线”架构，建设了综合性服务平台，针对各涉海部门间信息共享不畅，信息孤岛严重的问题，提出了整合各类海洋信息资源，建立部门间持续稳定信息共享机制的建议[28]。

我国海洋信息整合与信息服务的痛点在于各涉海部门间信息的各自为政，其根本原因在于缺少海洋信息自上而下齐全的分类分级架构，不能有效涵盖所有海洋数据与成果；缺少对涉海信息产品的知识产权保护，不能有效激励数据与产品生产者的积极性；缺少综合平台对各涉海单位服务质量的评价与社会效益的提升，不能给信息提供单位带来社会影响力的提升；缺少各级用户的个性化定制，难以满足各级用户的需求。

这些问题或可以通过以下方案进行解决：联合各涉海单位，制定齐全的海洋信息与产品的分类分级标准，涵盖从海洋观测设施、海洋数据、信息产品到信息服务的全信息链；在海洋信息服务中应用区块链技术，该技术有中心化、防篡改、可追溯、可信任的特性[29]，可以在海洋综合信息服务平台与海洋信息提供者之间建立天然盟约关系，在提供知识产权保护的同时，保障信息的有效溯源；用元数据和分布式云平台的方式进行海洋信息整合，以虚拟化的方式统一对外服务，最终形成生态良好的观测-数据-产品-服务一体化的海洋物联网[30]。

浙江省智慧海洋大数据中心建设项目是区块链技术与海洋领域深度融合的代表性项目。该项目研发了区块链运算系统，利用区块链去中心化、可信任的特性，通过不可篡改的数字签名技术，建立了海洋数据交换过程中的天然盟约关系，为海洋数据资源在各相关部门单位的高效流转提供了可信保障和技术支撑。

3.6 国际化合作与推广

美国以其海洋观测系统（Ocean Observing System，OOS）概念，以IOOS 为模板，不断地向国际社会阐述着其海洋观测成果、海洋观测理念，寻求合作，共享数据，以相对小的代价，获得了若干区域的海洋观测资料。以新西兰的海洋观测系统（New Zealand Ocean Observing System，NZ-OOS）为例，其设计以OOS 常用的气候变化、海平面上升、海洋酸化、生态系统等全球性问题为主导，遵循全球OOS 框架的数据开放共享理念，最终落点为建设成典型的新西兰海洋观测系统，成为世界领先的海洋管理范例，实现海洋知识、数据和工具的公开获取，服务于新西兰的经济、社会福利和海洋健康[31]。

这种合作方式，对我国海洋观测网与其他国家的合作与推广提供了启发，为我国海洋观测网实现模块化、形成观测理念、寻求与合作国家的共同点、实现合作共赢提供了参考方案。形成观测理念，寻求与合作国家的共同点，实现合作的共赢。例如，实现太平洋周边国家对核污染、化学污染影响的共同合作调查与监测，共同实现太平洋的食品安全、生态安全、人类健康。

4 发展趋势

4.1 多样互补长期存在

未来相当长的一段时间，海洋观测仍将是多种采样手段并存、互补的状态，天空之上以各类卫星为主，辅助以探空气球、无人机等手段，近岸以海洋站点、雷达、摄像为主，海面之上以大型浮标、漂流浮标、石油平台、志愿船为主，海面之下以潜标、Argo 剖面浮标、动物传感器、水下滑翔机（Glider）等无人自动化设备为主，海底以海底观测网为主，海洋标准断面调查作为检验和补充，穿插于整个观测网中间，进行全剖面观测，各观测设施之间采样时空分辨率互不相同，却又相辅相成，共同组成海洋立体观测网。

4.2 仪器无人化自动化

常规业务化海洋观测的维持需要大量的资金支持，但随着科技的发展，仪器开始向着无人化、自动化的方向迈进。从需要定期维护的海洋站点、浮标的自动化观测，到漂流浮标、Argo 剖面浮标的随洋流漂泊的无人化观测，到粘贴到动物身上传感器随动物运动观测，再到可以设定观测路径的Glider等无人化自动化观测，海洋观测一步步迈向无人化、自动化。

4.3 观测系统模块化

海鸟（Sea-Bird Scientific）、AML（AML Oceanographic）等国外海洋公司将海洋观测产品设计成若干单元，如水下测量单元（温度传感器、电导率传感器、压力传感器、二氧化碳、pH 等）、甲板单元、采水器及其控制单元、感应传输单元等，单元之间进行有序组合，形成观测仪器产品[9]。这种模块化操作，让仪器设计流程、生产流程更加清晰，分工更加明确，适合大规模生产，必然会进一步引起仪器价格的降低，从而撬动整个仪器产业的变革。

海底观测网是另一种形式的观测系统模块化，它将观测系统从岸站系统沿着光电复合缆向外延伸，至海底分裂出海底网络节点，从海底网络节点再分出海底仪器节点，仪器节点可根据需要利用水下机器人进行插拔和更换[32]。

观测系统的模块化发展，未来必然会引起观测仪器生产数量的井喷式发展，引起全球海洋观测在空间上向站位分布更密集，在时间上向采样频率更精细的方向迈进。

4.4 综合智能化

随着海上无人机、水面无人艇、水下无人潜航器（水下机器人、水下滑翔机）等无人设备的蓬勃发展，未来无人海洋观测装备向着标准化、模块化、网络化、智能化、多栖化、长续航、低成本的方向发展[33]，伴随着人工智能领域的兴起，海洋观测的感知智能化、控制智能化、决策智能化、运维智能化浪潮将汹涌而至。

海洋观测的综合智能化发展，使人们不仅能利用卫星、无人观测设施对特定区域进行长时间监测，更可能实现对突发事件的交互操作式追踪；不仅能随时查看自己感兴趣的海区的天气状况、水质状况，更可能根据用户习惯，接受系统的智能化分析与推送；不仅能作为使用者利用观测的照片、影像、数据来生产自己的知识，并传播，更可能作为参与者，获取海洋状态信息。国外研究人员已经与休闲冲浪者达成协议，为冲浪者提供GPS 设备和温度传感器，在为休闲冲浪者提供冲浪表现细节服务的同时，收集沿海环境的SST 高质量数据[34]。

5 结 论

海洋观测实现持续、有序、高质量发展，需要我们吸取中外观测的经验与教训，在夯实基础的同时，寻求多部委、多单位的目标融合，实现观测系统与观测参与者、仪器供应商、信息产品应用方、科研工作者、公众等用户之间的有效沟通；实现中央决策、海洋防灾减灾、海洋预警预报、海洋管理治理、海洋生态保护与修复、海洋科学研究、海洋公益服务等多样化需求的融合；实现海洋设施的科学管理，包括观测站点与设施的分类、共享、多样化互补，迎接高难区域的挑战，夯实观测网的长期维持，提升信息的整合与服务，加强国际化合作与推广等。

海洋观测实现突破性进展，需要我们保持海洋观测技术的创新与投入，包括传感器技术、卫星技术及其他相关观测技术的创新与发展；需要我们加强新仪器、新技术的试用、评价，加快新仪器的业务化使用；需要我们保持对海洋观测系统模块化、智能化的关注与努力。

随着人力成本、船只走航成本、海上仪器维护费用的增加，未来海洋观测仪器必然朝着低成本化、模块化、自动化和智能化的方向突破。与此同时，海洋观测将会向着立体化、精细化、智能化方向转化，海洋观测网服务将惠及越来越多各行各业的用户。