區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)研究進展

【摘要】? ? 在社會經濟發(fā)展與轉型的新時期，我國的生態(tài)環(huán)境也面臨諸多新挑戰(zhàn)。海洋作為地球表面的重要組成部分，其面積占到了71%，在維持全球氣候與生態(tài)平衡中發(fā)揮著十分重要的作用。但在全球氣候復雜多變的背景下，海洋災害也頻頻發(fā)生，且對經濟社會造成較大影響。因此，為加強海洋資源保護，維系海洋生態(tài)平衡，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標，有必要進一步加強區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的研究?；诖耍疚尼槍^(qū)域性海洋災害監(jiān)測及預警的總體目標和需求等進行簡要分析，并闡述區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)研究進展。

【關鍵詞】? ? 區(qū)域性? ? 海洋災害? ? 監(jiān)測預警系統(tǒng)? ? 研究進展

引言：

海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由岸基站、平臺、浮標、志愿船、衛(wèi)星、雷達、海床基等組成，對區(qū)域海洋環(huán)境實施立體、實時監(jiān)測與信息處理，形成預警預報信息產品，并通過各種通訊方式向政府部門、社會公眾、涉海企業(yè)提供服務。而近年來，隨著我國電子信息技術的不斷提升，我國區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)也得到了進一步發(fā)展，不僅將網絡建設重點從單個應用系統(tǒng)轉移到應用集成，同時也促使海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由最初單一的海洋站、平臺、浮標等觀測系統(tǒng)，發(fā)展為區(qū)域性海洋監(jiān)測集成系統(tǒng)。截至目前，已建成多個全球性及國家級的海洋監(jiān)測集成系統(tǒng)。

一、區(qū)域性海洋災害監(jiān)測及預警總體目標和需求

建立區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)主要是為了提供系統(tǒng)而全面的海洋動力環(huán)境及生態(tài)環(huán)境信息共享資料，為區(qū)域性海洋防災減災與生態(tài)環(huán)境管理提供共享網絡平臺[1]。目前，各國政府及科學家認為，對區(qū)域性海洋災害實施監(jiān)測及預警的主要目標是集成衛(wèi)星遙感、浮標網、監(jiān)測船等多種監(jiān)測手段，構建海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)。

在沿海地區(qū)，針對區(qū)域性海洋災害立體監(jiān)測及預報預警，建立一個系統(tǒng)的信息服務體系，以便對沿海區(qū)域的海洋動力及生態(tài)要素實施實時、連續(xù)、長期、準確的監(jiān)測，實現(xiàn)數(shù)據的采集通訊、分析處理與各類數(shù)據的管理，并準確提供各類海洋災害監(jiān)測及預警信息，如海浪、風暴潮、赤潮、綠潮、溢油等，制作各類信息產品，用于防災減災、海洋資源保護、海洋環(huán)境管理、海洋開發(fā)利用等領域，并為相關決策部門及用戶提供多種形式的有效信息服務。

及時準確的海洋災害信息產品，為防災減災提供科學可靠的決策依據，保障人民生命財產的安全，同時，也為海洋資源管理、海洋生態(tài)保護、海洋開發(fā)利用等提供技術支撐，推動經濟社會高質量發(fā)展。

二、國外海洋災害監(jiān)測預警技術研究進展

自20世紀90年代以來，國外的海洋監(jiān)測技術開始進入快速發(fā)展階段，各類觀測系統(tǒng)及海洋儀器均在朝著智能化、自動化、數(shù)字化及全天候等方向發(fā)展[2]。同時，高技術水平的海洋監(jiān)測儀器也推動著海洋監(jiān)測逐步向實時、立體、密集、連續(xù)、長期、系統(tǒng)等方向發(fā)展，這也就意味著海洋監(jiān)測已正式邁入全新的時代。

美國在海洋監(jiān)測方面，將重點放在了近岸海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)。美國聯(lián)邦機構州政府于1994年，代表工業(yè)界以及非政府組織成員，正式提出了發(fā)展US Coastal GOOS，總目標是基于遙感與快速現(xiàn)場采樣方法，促進構建一體化的海岸水域監(jiān)測運行系統(tǒng)，以此來可靠評估、預測及管理海岸地區(qū)及相關資源。而建立此系統(tǒng)所圍繞的目標是“持續(xù)健康的海岸，減低自然災害和安全航運”[3]。

目前，國外具有代表性的幾個區(qū)域性觀測系統(tǒng)分別為緬因灣海洋觀測系統(tǒng)（GoMOOS）、墨西哥灣沿岸海洋觀測系統(tǒng)（GCOOS）、切薩皮克灣監(jiān)測系統(tǒng)（CBOS）、SEAWATCHEUROPE海洋綜合觀測系統(tǒng)等。

三、國內海洋災害監(jiān)測預警技術研究進展

（一）研究進展情況

現(xiàn)階段，我國已有的海洋觀測體系由海洋臺站、浮標、雷達、衛(wèi)星遙感等組成，并初步構建了國家、海區(qū)、省、市級海洋預警報體系，推動觀測預報工作全面開展。但針對我國現(xiàn)有的300萬平方公里的海域，18000公里的海岸線，時空覆蓋密度仍不能滿足突發(fā)性、區(qū)域性的海洋災害監(jiān)測預報需求[4]。

在我國海洋監(jiān)測技術方面，國家863海洋監(jiān)測技術計劃的實施推動了技術發(fā)展，自行研發(fā)了多普勒海流剖面儀（ADCP）、聲學懸浮泥沙濃度剖面儀、壓力式浪潮儀、強風計、高頻地波雷達、波浪浮標、海面微結構光學測量系統(tǒng)、溫鹽深測量儀（CTD），以及海面海水層光學測量系統(tǒng)等觀測儀器。同時也成功研發(fā)了一批實驗樣機，如與聲相關的海流剖面儀（ACCP）、生化傳感器及合成孔徑聲納等。為了進一步提升海洋防災減災能力，有效解決關鍵核心技術、卡脖子技術，要重點發(fā)展實時、現(xiàn)場、快速、立體的監(jiān)測技術，增強技術的實用性及系統(tǒng)性，進而構建出一個綜合性海洋環(huán)境立體觀測網[5]，具體研發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)包括海洋衛(wèi)星遙感技術、海洋動力環(huán)境實時立體監(jiān)測系統(tǒng)、航空遙感系統(tǒng)技術，以及海洋生態(tài)環(huán)境要素現(xiàn)場快速監(jiān)測系統(tǒng)等。

上述監(jiān)測系統(tǒng)的構建，不僅顯著提升了我國海洋環(huán)境監(jiān)測能力，同時也能夠進一步提高我國海洋監(jiān)測儀器設備的整體研發(fā)水平。

截止目前，我國發(fā)展的重要海洋監(jiān)測系統(tǒng)及平臺技術具體包括潛標系統(tǒng)、海洋資料浮標、水聲環(huán)境系統(tǒng)、海洋遙感探測系統(tǒng)、高頻地波雷達探測系統(tǒng)、水聲監(jiān)測系統(tǒng)、海床基以及海洋生態(tài)環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)等，此類系統(tǒng)及平臺主要是通過集成各種海洋環(huán)境、海洋水聲、海洋動力等相關測試設備及儀器，對海洋水文、氣象、化學、生物等20多個參數(shù)進行測試，并實現(xiàn)數(shù)據的采集、傳輸、處理分析及預報等多個功能于一體。

作為一項較為復雜的系統(tǒng)工程，海洋災害業(yè)務化預測預警技術研究在我國起步相對較晚，但通過國家一系列科技攻關項目的實施，海洋環(huán)境預報技術取得了重大進展，尤其是數(shù)值模式（海浪、風暴潮、海溫等）及四維同化技術研究、大氣模式研究、海洋資料客觀分析及生態(tài)環(huán)境動力學模式研究等方面的關鍵技術。

此外，在區(qū)域性海洋監(jiān)測系統(tǒng)的建設方面，我國取得了較大的成就[6]。

（二）上海海洋立體監(jiān)測系統(tǒng)

2002年1月，上海建立了首個海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)（示范區(qū)）。該示范區(qū)在原有的東海區(qū)臺站觀測網、環(huán)境監(jiān)測網及預報服務網的基礎上，通過改造與建設，構建了一個由海面浮標、空中衛(wèi)星、水下監(jiān)測儀器及海上平臺、海洋站、雷達陣等共同組成的區(qū)域性海洋環(huán)境立體監(jiān)測及信息服務示范區(qū)。

該系統(tǒng)能夠對示范區(qū)內的海洋環(huán)境要素實施連續(xù)、長期、實時的監(jiān)測及數(shù)據采集，同時也能夠對數(shù)據進行有效的分析處理，并制作成相應的信息服務產品[7]。該系統(tǒng)還可以通過多種網絡形式，提供上海海域的相關監(jiān)測數(shù)據及實時動態(tài)變化，如赤潮、風暴潮、臺風浪以及海洋環(huán)境污染等事件的預警。此外，該系統(tǒng)可為海洋產業(yè)部門、海洋工程建設等提供有效的海洋環(huán)境信息服務，在上海沿岸重大海上工程建設過程中，發(fā)揮著重要的作用。

（三）浙江海域海洋觀測預警系統(tǒng)

“十二五”以來，浙江省海洋立體觀測網加快形成，截止目前，全省建成海洋觀測站（點）100 余個，站點密度達60 公里/個，主要由海洋觀測站、簡易站、浮標、X波段雷達、地波雷達、平臺、志愿船等組成，基本覆蓋全省主要海域、重要岸段、生態(tài)紅線區(qū)、漁港等。同時，借助國家級骨干網，分鐘級觀測數(shù)據通過VSat、SDH、CDMA、北斗、GPRS等多種通訊組合的方式，分別上傳至市級、省級和國家級各平臺。

近年來，浙江海域站網布局不斷優(yōu)化，運行體制機制不斷創(chuàng)新，為省級立體觀測系統(tǒng)的建設提供了模板。該系統(tǒng)自業(yè)務化運行以來，為全省海洋災害防御、海域海島海岸帶管理、海洋生態(tài)環(huán)境管理等發(fā)揮了重要作用，并應用于海上船只救助、海上應急搶險、赤潮災害防控等方面。

目前，浙江省海洋預警預報網也基本成型，預警預報機構覆蓋全省6個沿海地級市，并延伸到部分沿?？h，預報區(qū)域已覆蓋所有沿?？h（市、區(qū)），主要海洋災害預警網格精度達到10km，預報產品全，預報服務范圍廣，延伸至部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)。該系統(tǒng)的建設，成效較為顯著，實現(xiàn)了十三五期間海洋災害損失和人員傷亡的雙降低的目標。

（四）福建海域海洋動力實時立體監(jiān)測系統(tǒng)

通過國家863計劃，在福建實施了“臺灣海峽及毗鄰海域海洋動力實時立體監(jiān)測系統(tǒng)”重大專項。該系統(tǒng)集成了岸基監(jiān)測、大型浮標、潛標、地波雷達監(jiān)測、船基監(jiān)測、小型浮標，以及海床基監(jiān)測、衛(wèi)星遙感監(jiān)測等多項先進技術?；谠撓到y(tǒng)的示范區(qū)分別在臺灣海峽北部、南部與中部構建了三條觀測斷面，并分別布設了浮標等觀測設備。主要是對數(shù)據實時通信數(shù)據管理、系統(tǒng)集成技術及信息服務進行重點研究，根據模塊化標準化與網絡化的原則，在福建海域建立一個區(qū)域性的海洋動力環(huán)境實時立體監(jiān)測與信息服務系統(tǒng)，對該海域的水中、水面與空中實施多平臺綜合監(jiān)測，以便實時獲取到該區(qū)域內的各項海洋動力環(huán)境要素監(jiān)測數(shù)據，進而構建出一個較為系統(tǒng)的動態(tài)管理基礎數(shù)據庫[8]，并在此基礎上制作出各種監(jiān)測數(shù)據預報產品及應用產品，為此區(qū)域的海洋經濟防災減災工作提供多樣化的信息服務。

四、結束語

綜上所述，區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的建立與完善，對于區(qū)域經濟社會、科學研究等方面均具有十分積極的作用，不僅可以促進經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，為海上活動提供重要安全保障，同時也能夠有效加強海洋自然資源管理，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施提供有力支撐。

但與國外相比，我國在區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警技術方面的研究起步較晚，特別是海洋生態(tài)監(jiān)測預警等方面，與國際先進水平相比還存在較大差距。為此，需要從提高海洋災害業(yè)務化預報預警能力，增強海洋災害綜合實時監(jiān)測能力等方面，進一步加強對區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的建設與研究。

作者單位：張興林? ? 國家海洋局溫州海洋環(huán)境監(jiān)測中心站

參? 考? 文? 獻

[1]謝燕雙，賀志剛，吳璟瑜，等.近海海洋生態(tài)災害追蹤、預警與防控決策支持[J].科技縱覽，2021（5）：72-74.

[2]吳玲娟，何培民，高松，等.黃海滸苔綠潮災害全周期監(jiān)測與預警系統(tǒng)研究及應用[J].中國科技成果，2019，20（12）：42-44

[3]張建東，董肇偉，高廷，等.面向市級和縣級海洋防災減災的綜合管理系統(tǒng)設計和應用[J].海洋開發(fā)與管理， 2018，35（4）：81-85.

[4]宋立松，鄭毅，程海洋，等.基于時空同步監(jiān)視的三維海洋災害預警輔助分析系統(tǒng)[J].海洋環(huán)境科學，2015，34（5）：763-768.

[5]付龍文，杜志強，高歌，等.海洋牧場多水層溶解氧在線監(jiān)測系統(tǒng)的構建及應用[J].海洋環(huán)境科學，2020，39（6）：909-917.

[6]焦艷，劉清容，郭敬天，等.渤黃海風暴潮智能預警與防災減災系統(tǒng)研制及應用[J].中國科技成果，2021，22（2）：31-33.

[7]畢寶貴，李澤椿，郭安紅，等.自然災害對公共安全的影響及其監(jiān)測預警科技發(fā)展戰(zhàn)略[J].海洋氣象學報，2017，37（3）：1-7.

[8]吳玲娟，何培民，高松，等.黃海滸苔綠潮災害金周期監(jiān)測與預警系統(tǒng)研究及應用[J].中國科技成果，2019（12）：42-44.