淺論海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)

陳澤鴻 李衍森

摘 要：文章闡述了國(guó)家發(fā)展海洋監(jiān)測(cè)的基本目的，介紹了當(dāng)今世界海洋監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)事業(yè)面臨的困難與不足，強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的重要意義。

關(guān)鍵詞：海洋監(jiān)測(cè)；發(fā)展?fàn)顩r；設(shè)備；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

引言

地球表面70%面積是海洋。廣袤的海洋中蘊(yùn)藏著無(wú)比豐富的礦產(chǎn)資源和生態(tài)資源。每年的雨季從海平面產(chǎn)生的臺(tái)風(fēng)吹向陸地，在給沿海地區(qū)造成負(fù)面影響的同時(shí)，也為內(nèi)陸地區(qū)帶來(lái)寶貴的降雨資源。海洋是資源的寶庫(kù)。它的存在對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)穩(wěn)定和人民生活都有著極其重要的影響。發(fā)展海洋戰(zhàn)略是任何一個(gè)沿海國(guó)家都非常重視的課題。我國(guó)海洋資源豐富，18000多公里的海岸線以及300萬(wàn)平方公里的管轄海域是我國(guó)重要的資源寶庫(kù)，在推進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活質(zhì)量方面發(fā)揮著巨大作用。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)十分重視海洋資源管理，海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)列入國(guó)家863計(jì)劃“九五”研究計(jì)劃中，每年都投入巨額研究經(jīng)費(fèi)。其中，“九五”期間投入1.2億元，“十五”期間投入2.4億元。在取得階段性成效的同時(shí)，也應(yīng)該看到，我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距。

1 當(dāng)前海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 海洋監(jiān)測(cè)參數(shù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展概況

海洋監(jiān)測(cè)參數(shù)是海洋監(jiān)測(cè)理論的重要組成，也是有效開展海洋監(jiān)測(cè)工作的著力點(diǎn)和抓手。海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)是門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，隨著研究的深入，海洋監(jiān)測(cè)參數(shù)也不斷發(fā)展變化。當(dāng)前海洋監(jiān)測(cè)參數(shù)主要分為三類，一是水文氣象參數(shù)，包括風(fēng)速、流速、氣溫、波浪、流向、水溫等；二是物化指標(biāo)參數(shù)，包括pH值、有機(jī)物、溶劑氧、鹽度等；三是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和毒性參數(shù)，包括各種營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、核輻射等。

根據(jù)原理不同，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)分為物理、化學(xué)以及生物監(jiān)測(cè)技術(shù)等。對(duì)于有毒有害物質(zhì)的監(jiān)測(cè)，一般采用現(xiàn)場(chǎng)取樣分析或取樣實(shí)驗(yàn)室分析的手段，時(shí)效性較差。當(dāng)前海洋污染問題日趨嚴(yán)重，對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)提出更高的要求，為及時(shí)準(zhǔn)確掌握海洋污染物的分布情況，判明海水的細(xì)微結(jié)構(gòu)和海洋污染程度，需要對(duì)海水污染相關(guān)參數(shù)開展長(zhǎng)期性、連續(xù)性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為世界各國(guó)重點(diǎn)研究的課題。

1.2 海洋監(jiān)測(cè)傳感器發(fā)展情況

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐與研究，海洋監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。在線監(jiān)測(cè)海流、溶解氧以及鹽度等傳感器的技術(shù)基本成熟，在可靠性和精度方面能夠取得十分理想的成果。而營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬等毒性指標(biāo)方面的化學(xué)分析技術(shù)和生物傳感器技術(shù)發(fā)展水平與實(shí)際工作需要相比，還存在較大差距。展望世界海洋監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，傳感器的智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、小型化、自動(dòng)化以及多功能化是當(dāng)前主要發(fā)展方向。而處于載體平臺(tái)自動(dòng)取樣分析技術(shù)重要領(lǐng)域的化學(xué)和生物傳感器正在全力開發(fā)之中。

我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)還處于較低水平。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)際工作需要，我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)現(xiàn)階段要做好以下幾項(xiàng)工作：一要加大物理、化學(xué)傳感器研究力度，加快推進(jìn)模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，小型化和多功能化開發(fā)；不斷改進(jìn)信息分析和測(cè)量的精度；持續(xù)深入開展環(huán)境生態(tài)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究；加強(qiáng)國(guó)際間的交流與合作，推進(jìn)分析理論的發(fā)展。二要建立并完善現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系；不斷改善信息采集、傳輸、存儲(chǔ)和處理的模塊化和集成技術(shù)；做好自動(dòng)浮標(biāo)站的研制等。

1.3 近海環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展概況

近岸海域是海洋污染的高發(fā)區(qū)，也是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。針對(duì)近岸海洋的特點(diǎn)，開發(fā)適合海灣、河口及淺海增養(yǎng)殖區(qū)地形、水文特點(diǎn)的小型輕便傳感器集成平臺(tái)技術(shù)，各種便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器由此得以被設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)。應(yīng)用于生物學(xué)、污染和生態(tài)環(huán)境檢測(cè)、衛(wèi)星遙感定標(biāo)和真實(shí)性檢驗(yàn)研究領(lǐng)域的傳感器和儀器是研究的主要內(nèi)容，并已經(jīng)取得一定進(jìn)展。其中，微電極和陣列電極研究有所突破，測(cè)量痕量物質(zhì)的微電極在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下成功制造出來(lái)，pH和溶解氧電化學(xué)傳感器性能得以進(jìn)一步提高。總體上看，生物傳感器的研究工作還處于起步發(fā)展階段。

1.4 海洋遙感技術(shù)發(fā)展概況

隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，基于人造衛(wèi)星、航空設(shè)備的海洋遙感技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)與傳統(tǒng)手段的有機(jī)融合，遙感技術(shù)充分發(fā)揮了遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量方面的巨大優(yōu)勢(shì)，取得了單純依靠傳統(tǒng)方式難以企及的顯著成功。當(dāng)前海洋遙感技術(shù)以人造衛(wèi)星和遙感飛機(jī)作為檢測(cè)平臺(tái)。相對(duì)于前者設(shè)備成本高昂，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，不利于推廣的缺點(diǎn)，遙感飛機(jī)不僅生產(chǎn)和維護(hù)費(fèi)用低，其工作連續(xù)性和監(jiān)測(cè)范圍也能滿足較高要求。對(duì)于短期小范圍的檢測(cè)工作尤其適用，是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要組成，為環(huán)境管理決策提供了大量的參考數(shù)據(jù)。

1.5 痕量物質(zhì)測(cè)量和分析發(fā)展概況

隨著工業(yè)的發(fā)展，海洋污染物的種類和規(guī)模不斷增多。針對(duì)重金屬、有機(jī)污染物以及放射性物質(zhì)等痕量物質(zhì)的檢測(cè)與分析已經(jīng)成為海洋監(jiān)測(cè)的常規(guī)手段。目前，國(guó)外已經(jīng)在取樣分析和微電極測(cè)量方面的研究成效顯著。其中，陣列微電極測(cè)量Cd、Pb、Cu、Zn等重金屬的技術(shù)在美國(guó)應(yīng)用于便攜式分析設(shè)備，并取得了一定發(fā)展。

1.6 營(yíng)養(yǎng)鹽現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)分析發(fā)展概況

海水中富含多種營(yíng)養(yǎng)鹽，如亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等。它們是海洋生物維持生命的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，但過(guò)多的營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)導(dǎo)致海水富養(yǎng)現(xiàn)象的發(fā)生，從而引發(fā)赤潮或生物病害等問題。當(dāng)前營(yíng)養(yǎng)鹽監(jiān)測(cè)的手段已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工方式向自動(dòng)化、微型化方向發(fā)展。以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，使用專業(yè)軟件控制管理，現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，全程自動(dòng)化分析的微型營(yíng)養(yǎng)鹽分析實(shí)驗(yàn)是當(dāng)今世界主流的營(yíng)養(yǎng)鹽監(jiān)測(cè)手段。

1.7 多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)展概況

水質(zhì)傳感器是多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵部位，美國(guó)YSI公司生產(chǎn)的6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是當(dāng)前常見的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

2 國(guó)內(nèi)外海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)比較

目前，海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要品牌都是國(guó)外產(chǎn)品，聲學(xué)海流剖面儀、營(yíng)養(yǎng)鹽深測(cè)量系統(tǒng)、海流計(jì)、多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀等重要監(jiān)測(cè)設(shè)備的供應(yīng)均由美國(guó)、挪威等國(guó)企業(yè)把持。從經(jīng)營(yíng)方式上看，這些企業(yè)都是集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的綜合性服務(wù)供應(yīng)商，提供的服務(wù)更加全面、靈活。國(guó)內(nèi)方面，海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備的生產(chǎn)廠家很少，僅有山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所一家，且生產(chǎn)能力和技術(shù)水平不高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力很弱。由于海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備專業(yè)性很強(qiáng)，應(yīng)用范圍和需求量小，加上國(guó)內(nèi)元器件市場(chǎng)混亂，造成了我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)業(yè)生存艱難的局面?；诤Ｑ蟊O(jiān)測(cè)事業(yè)的特殊性，要妥善解決這個(gè)問題，需要國(guó)家政府層面加強(qiáng)宏觀調(diào)控。

3 結(jié)束語(yǔ)

海洋監(jiān)測(cè)是獲取海洋信息，進(jìn)而管理海洋資源的重要渠道，對(duì)沿海國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防安全、環(huán)境保護(hù)和減災(zāi)防災(zāi)工作具有十分重要的意義。我國(guó)作為海洋大國(guó)，必須要堅(jiān)定不移的深入開展海洋監(jiān)測(cè)工作。當(dāng)前，我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)水平距離先進(jìn)國(guó)家還有很大距離，技術(shù)、設(shè)備落后、資金、人才不足的問題還在困擾著我國(guó)海洋事業(yè)的發(fā)展。2013年出臺(tái)的《國(guó)家海洋事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》已經(jīng)明確了海洋監(jiān)測(cè)的重要意義和工作重點(diǎn)。國(guó)家將一如既往地大力支持海洋監(jiān)測(cè)工作的開展。我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)工作者要認(rèn)清肩上擔(dān)負(fù)的重要職責(zé)，深入開展監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用，不斷提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量，為推動(dòng)我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)持續(xù)健康發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

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