天津市海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究*

張秋豐，牛福新，李希彬，高艷波，路亞娟，吳 迪，黃 翠

（1．天津市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心 天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 天津 300457；2．國(guó)家海洋技術(shù)中心 天津 300112）

天津市海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究*

張秋豐1，牛福新1，李希彬1，高艷波2，路亞娟2，吳 迪2，黃 翠2

（1．天津市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心 天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 天津 300457；2．國(guó)家海洋技術(shù)中心 天津 300112）

展望了國(guó)內(nèi)外海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)天津市海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋經(jīng)濟(jì)和海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)等發(fā)展需要，對(duì)天津市建立海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)的重要性和必要性進(jìn)行了論述，提出了天津市海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)的組成，即近岸觀測(cè)網(wǎng)、近海觀測(cè)網(wǎng)、航空和衛(wèi)星遙感系統(tǒng)、應(yīng)急機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)以及海洋觀測(cè)網(wǎng)管理中心等幾方面，為政府部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)決策提供建議。

海洋觀測(cè)；服務(wù)系統(tǒng)

1 海洋觀測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)發(fā)展情況

為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，各沿海發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在已有海洋觀測(cè)能力的基礎(chǔ)上，全力推進(jìn)業(yè)務(wù)化海洋觀測(cè)網(wǎng) （系統(tǒng)）的建設(shè)，其中美國(guó)業(yè)務(wù)化海洋觀測(cè)網(wǎng)最具代表性。20世紀(jì)80年代，美國(guó)建立了全國(guó)永久性的海洋立體觀測(cè)系統(tǒng)，其中有175個(gè)海洋監(jiān)測(cè)站、80個(gè)大型資料浮標(biāo)等；日本、韓國(guó)及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)以岸基監(jiān)測(cè)站和錨系浮標(biāo)為主，組成了水上、水下立體海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（日本有120個(gè)監(jiān)測(cè)站、16個(gè)大型資料浮標(biāo)，我國(guó)臺(tái)灣有26個(gè)監(jiān)測(cè)站、8個(gè)大型資料浮標(biāo)）［1］。監(jiān)測(cè)手段先進(jìn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)朝著高效率、全覆蓋、數(shù)字化、全球化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

1.2 我國(guó)海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的海洋環(huán)境觀測(cè)預(yù)報(bào)工作始于20世紀(jì)60年代初。在黨中央和國(guó)務(wù)院的正確領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)幾代海洋人的不懈奮斗，我國(guó)的海洋環(huán)境觀測(cè)預(yù)報(bào)事業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，初步建立了由海洋站、浮標(biāo)、潛標(biāo)、船舶、飛機(jī)、衛(wèi)星、雷達(dá)等組成的海洋觀測(cè)網(wǎng)［2］。國(guó)家海洋局已建設(shè)了15個(gè)中心站、68個(gè)海洋站、105個(gè)岸基（島嶼）觀測(cè)站點(diǎn)、10套高頻地波雷達(dá)、28套X波段測(cè)波雷達(dá)、19套錨系浮標(biāo)、6個(gè)潛標(biāo)站位、2套海嘯浮標(biāo)、4套海上油氣平臺(tái)觀測(cè)系統(tǒng)和75艘志愿觀測(cè)船。

目前我國(guó)海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要有：

（1）現(xiàn)有海洋觀測(cè)站點(diǎn)布局不合理。我國(guó)現(xiàn)有觀測(cè)項(xiàng)目比較齊全的岸基海洋觀測(cè)站有97個(gè)，站點(diǎn)密度僅為186 km，且空間分布不平衡，覆蓋面不充分，監(jiān)測(cè)功能比較單一，主要偏重于近岸海洋水文氣象要素等，與發(fā)達(dá)海洋國(guó)家差距較大。當(dāng)前，美國(guó)、日本和歐洲等海洋發(fā)達(dá)國(guó)家均已建成了高密度的岸基海洋觀測(cè)系統(tǒng)，日本沿海布設(shè)的觀測(cè)站密度已達(dá)到了100 km以內(nèi)。

（2）我國(guó)的海洋觀測(cè)偏重于岸基觀測(cè)，離岸和海底觀測(cè)站位稀少、觀測(cè)能力嚴(yán)重不足［3］。近年來(lái)，我國(guó)雖然在近岸或近海布設(shè)了以動(dòng)力環(huán)境觀測(cè)為主的浮標(biāo)潛標(biāo)系統(tǒng)，但站位數(shù)量及其觀測(cè)設(shè)備極少，而美國(guó)的浮標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)共布設(shè)了724個(gè)錨系浮標(biāo)、大洋海嘯浮標(biāo)網(wǎng)布設(shè)了39個(gè)海嘯浮標(biāo)、太平洋的熱帶海洋－大氣浮標(biāo)陣布設(shè)了88個(gè)錨系浮標(biāo)，并在全球大洋布放了1852個(gè)ARGO浮標(biāo)。我國(guó)在離岸觀測(cè)方面遠(yuǎn)落后于美國(guó)和歐洲，與防災(zāi)減災(zāi)以及環(huán)境保護(hù)等方面日益增長(zhǎng)的需求完全不相適應(yīng)。

（3）國(guó)家對(duì)海洋觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的投入仍不足。“九五”以前，我國(guó)在海洋觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)上的投入非常少，處于小規(guī)模、零散投入狀態(tài)?！熬盼濉币院螅S著綜合國(guó)力的增強(qiáng)，我國(guó)先后實(shí)施了幾個(gè)大的專項(xiàng)任務(wù)，對(duì)海洋觀測(cè)的投入逐步加大［4］，主要有 “中國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)－海洋站和志愿船觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)”以及防災(zāi)減災(zāi)、節(jié)能減排等專項(xiàng)，共計(jì)投入近10億元。雖然近幾年投入力度有所增加，但總的投入還遠(yuǎn)不能滿足需要［5］。另外，觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)主要由中央政府投入，地方各級(jí)政府的投入非常少。

1.3 天津市海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀

天津市沿海區(qū)域現(xiàn)建有1個(gè)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站、1個(gè)由單臺(tái)坐底式聲學(xué)測(cè)波儀構(gòu)成的波浪觀測(cè)點(diǎn)、3個(gè)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)預(yù)警自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn) （海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng) “天津市濱海新區(qū)風(fēng)暴潮監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)與示范”項(xiàng)目）、1套雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng) （海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng) “海洋污染過(guò)程監(jiān)測(cè)集成與氮磷承載量評(píng)估”項(xiàng)目），另外1個(gè)X波段雷達(dá)站 （位于臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)）已于近期建成。

總體看，天津市已具有一定的海洋環(huán)境觀測(cè)能力，但還沒(méi)有構(gòu)成有效的區(qū)域性海洋觀測(cè)網(wǎng)，海洋觀測(cè)能力相對(duì)薄弱，與天津市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際港口城市定位不相適應(yīng)。

2 建立天津海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)的必要性和重要性

2.1 精細(xì)化海洋預(yù)報(bào)的需求

海洋預(yù)報(bào)是海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要服務(wù)支撐，是人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障力量。隨著天津市海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和海洋防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，對(duì)精細(xì)化海洋預(yù)報(bào)水平提出了更高的要求。

海洋觀測(cè)是海洋預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，精細(xì)化海洋觀測(cè)是精細(xì)化海洋預(yù)報(bào)的前提?，F(xiàn)有的海洋觀測(cè)能力相對(duì)不足，缺乏海洋立體觀測(cè)數(shù)據(jù)，海洋預(yù)報(bào)服務(wù)的針對(duì)性差，缺乏形式多樣、具有針對(duì)性的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，難以為濱海新區(qū)沿海重點(diǎn)保障目標(biāo)的安全運(yùn)行提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。因此，必須加強(qiáng)天津市海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)展新的觀測(cè)手段，增強(qiáng)離岸觀測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，保障海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠傳輸和高效應(yīng)用，提高天津市精細(xì)化海洋預(yù)報(bào)水平。

2.2 海洋防災(zāi)減災(zāi)的需求

風(fēng)暴潮、相對(duì)海平面上升、海冰等海洋災(zāi)害是天津市面臨的主要海洋環(huán)境災(zāi)害。自新中國(guó)成立以來(lái)，天津市沿海區(qū)域發(fā)生了數(shù)十次風(fēng)暴潮災(zāi)害，其中以1992年風(fēng)暴潮最為嚴(yán)重，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失近4億元。近年來(lái)，天津市濱海新區(qū)相對(duì)海平面上升幅度比較大，與2009年相比，2010年天津市沿海海平面上升達(dá)23 mm；海平面上升直接導(dǎo)致潮位升高，風(fēng)暴潮致災(zāi)程度增強(qiáng)，海水入侵的距離和面積加大，海岸侵蝕強(qiáng)度加重，河口區(qū)的咸潮入侵程度加劇。天津市沿海地區(qū)是全球結(jié)冰緯度最低的海域，每年冬季海冰凍結(jié)和海冰漂移、堆積等對(duì)海上航運(yùn)、油氣勘探和生產(chǎn)等都有一定程度的影響。

提高天津市應(yīng)對(duì)風(fēng)暴潮、相對(duì)海平面上升及海冰等海洋災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警能力，減少海洋災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，為政府決策提供技術(shù)支撐，建設(shè)體系完善的海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)已成為一項(xiàng)刻不容緩的大事。

2.3 海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求

天津市是中國(guó)北方最大的沿海開(kāi)放城市，是環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)中心，具有發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的豐富資源和廣闊空間。2011年天津市海洋經(jīng)濟(jì)總值3 536億元，占地區(qū)生產(chǎn)總值的31．6%、占全國(guó)海洋生產(chǎn)總值的7．8%，單位岸線產(chǎn)出規(guī)模達(dá)到23．1億元，在全國(guó)沿海地區(qū)居前列。海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)海洋觀測(cè)服務(wù)能力建設(shè)提出了更高的要求。

為推動(dòng)天津市海洋經(jīng)濟(jì)健康有序發(fā)展，迫切需要加大海洋觀測(cè)力度，提升海洋基礎(chǔ)要素的觀測(cè)水平，加快海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)工作。

2.4 海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需求

長(zhǎng)期以來(lái)，天津市近岸海域的海洋環(huán)境質(zhì)量狀況不容樂(lè)觀。海水水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重，2011年天津市約87%的近海海域未達(dá)到清潔海域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，92%的入海排污口存在不同程度的污染物超標(biāo)排放現(xiàn)象。隨著天津市濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻。

為實(shí)現(xiàn) 《天津市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》中提出 “海洋生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)得到有效遏制，入海污染物總量得到有效控制，海洋環(huán)境監(jiān)視監(jiān)管能力得到明顯提高”的規(guī)劃目標(biāo)，急需加大海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)力度，建立海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)，保障海洋生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。

3 天津市海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 目標(biāo)

按照天津市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，完善海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站 （點(diǎn)）布局，構(gòu)建業(yè)務(wù)化的天津市海洋觀測(cè)網(wǎng)，形成全面覆蓋天津市沿海地區(qū)的海洋觀測(cè)能力和精細(xì)化海洋預(yù)報(bào)能力，為天津市特別是濱海新區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供海洋環(huán)境安全保障。

3.2 完善天津市各類海洋觀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

進(jìn)一步加強(qiáng)天津海洋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)，建設(shè)由國(guó)家、企業(yè)、當(dāng)?shù)卣顿Y的布局合理的天津市海洋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.2.1 天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站（點(diǎn)）

在漢沽、臨港和南港建立海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站，對(duì)塘沽海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站進(jìn)行升級(jí)改造，主要開(kāi)展海洋水文 （潮汐、波浪、水溫、鹽度等）、氣象 （風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、降水量、能見(jiàn)度等）、海－氣邊界層 （通量、輻射、廓線）、海冰等要素觀測(cè)。填補(bǔ)天津市濱海新區(qū)北部和南部近岸海洋觀測(cè)空白，為天津市北部海域?yàn)I海旅游業(yè)、漁業(yè)及南部海域工業(yè)、港口物流業(yè)的發(fā)展提供精細(xì)化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

對(duì)漢沽和南港工業(yè)區(qū)風(fēng)暴潮自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行升級(jí)改造，結(jié)合大沽燈塔的遷建工作，對(duì)原大沽燈塔觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備升級(jí)與改造，主要開(kāi)展潮位、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、降水、能見(jiàn)度等要素的觀測(cè)。其中，東疆港海洋監(jiān)測(cè)點(diǎn)重點(diǎn)開(kāi)展潮位、海流、水深等關(guān)鍵要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為濱海新區(qū)港口物流重點(diǎn)區(qū)域的海洋預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)資料。

3.2.2 岸基雷達(dá)觀測(cè)站

對(duì)海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng) “海洋污染過(guò)程監(jiān)測(cè)集成與氮磷承載量評(píng)估”項(xiàng)目雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，在南港工業(yè)區(qū)建設(shè)1套X波段雷達(dá)。獲取天津市大范圍海域的海浪參數(shù)和海洋表層流等參數(shù)。

3.2.3 浮標(biāo)

在天津市北部、中部和南部海域布放3套中型多參數(shù)資料浮標(biāo)，作為漢沽、塘沽、大港近岸海洋觀測(cè)和精細(xì)化預(yù)報(bào)的有效補(bǔ)充，主要開(kāi)展溫鹽流剖面、波浪、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、能見(jiàn)度、p H值、濁度、葉綠素、溶解氧等水文氣象和部分生態(tài)要素觀測(cè)。

3.2.4 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

建設(shè)天津市海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用有線通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等方式完成海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站 （點(diǎn)）、岸基雷達(dá)觀測(cè)站、浮標(biāo)等各部分的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)天津市海洋觀測(cè)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定、可靠傳輸。

4 結(jié)束語(yǔ)

天津市海洋觀測(cè)服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)需要充分發(fā)揮國(guó)家、地方政府和涉海港口企業(yè)的作用，可以申請(qǐng)由國(guó)家投資 （或大部分投資）建設(shè)海洋觀測(cè)預(yù)警報(bào)設(shè)備，由地方政府、涉海企業(yè)配套一定比例的經(jīng)費(fèi)，并且將海洋觀測(cè)業(yè)務(wù)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)納入天津市政府財(cái)政預(yù)算和涉海港口企業(yè)年度經(jīng)費(fèi)預(yù)算。海洋觀測(cè)工作使命光榮、責(zé)任重大、任務(wù)艱巨，要通過(guò)不斷努力推動(dòng)天津市海洋觀測(cè)預(yù)報(bào)工作的開(kāi)展，滿足新形勢(shì)下天津社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)海洋觀測(cè)工作的需要。

［1］ 羅續(xù)業(yè)，周智海，曹東，等．海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法［J］．海洋通報(bào)，2006，25（4）：69－77．

［2］ 劉巖，王昭正．海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)綜述［J］．山東科學(xué)，2001，14（3）：30－35．

［3］ 杜立彬，張穎穎，程巖，等．山東沿海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與框架研究［J］．山東科學(xué)，2009，22（4）：15－19．

［4］ 李雙建，王江濤，劉佳，等．海洋規(guī)劃體系框架構(gòu)建［J］．海洋科學(xué)，2012（2）：49－51．

［5］ 欒維新．海洋規(guī)劃的區(qū)域類型與特征研究［J］．人文地理，2005，20（1）：19－22．

2012天津市科技興海項(xiàng)目（KJXH2012－26）資助．