國外海洋觀測系統(tǒng)對我國的啟示

張增健，李 程，徐珊珊，王凱悅

（國家海洋信息中心，天津 300171）

為更好地監(jiān)測海洋氣候，加強海洋事件的跟蹤，提高海洋預報和預警能力，世界各國海洋部門、國際海洋組織建立了大量綜合性的海洋觀測系統(tǒng)。這些觀測系統(tǒng)自海底至高空，自近岸至遠海，形成了對海洋全方位、多要素、立體性的觀測能力。這些觀測系統(tǒng)為海洋天氣預報、海洋氣候預測提供了堅實的數(shù)據支撐，為各國更好地管理公共衛(wèi)生風險，保護人員和財產免受沿海自然災害的影響提供了有效的產品服務。這些海洋觀測系統(tǒng)也實現(xiàn)了大量的社會穩(wěn)定效益、經濟發(fā)展效益[1]。

對國內外觀測系統(tǒng)的研究一直是海洋觀測領域的熱點，王春誼等[2]以綜合海洋觀測系統(tǒng)（Integrated Ocean Observing System，IOOS） 和大洋觀測計劃（Ocean Observatories Initiative，OOI） 為基礎分析了美國海洋觀測系統(tǒng)；王祎等[3]立足現(xiàn)狀，分析了我國業(yè)務化海洋觀測儀器的發(fā)展；麻常雷等[4]介紹了系統(tǒng)集成的全球地球觀測系統(tǒng)（Global Earth Observation System of Systems，GEOSS）與全球海洋觀測系統(tǒng)（Global Ocean Observing System，GOOS）；翟璐等[5]、李慧青等[6]介紹了國外海洋觀測系統(tǒng)現(xiàn)狀，從管理、技術創(chuàng)新、人才隊伍、資料共享、海洋預報等多方面對我國海洋觀測網提出了建議。

本文基于國內外海洋觀測網現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點總結，從目標融合、技術創(chuàng)新、科學管理、發(fā)展趨勢等角度，提出國外海洋觀測網對我國海洋觀測網的啟示與建議。

1 目標融合

1.1 共同目標的確立

長期以來，我國的海洋觀測網處于國家海洋觀測網為主，地方海洋觀測網為輔，大專院校、研究機構海洋觀測網為補充的狀態(tài)。對于海洋的觀測與調查是致力于向海發(fā)展的部委、省市、院校、研究機構、企業(yè)等一直以來的努力方向。多部委、多單位的交叉與融合在所難免。

這種“多龍測?！钡默F(xiàn)象在歐美等發(fā)達國家同樣存在，以美國為例，IOOS 即是由美國海洋大氣署主持，與美國海軍、美國國家科學基金會（US National Science Foundation，NSF）、美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）、礦產管理局（The Minerals Management Service，MMS）、地質調查局（United States Geological Survey，USGS）、能源部（Department of Energy，DOE）、海岸警衛(wèi)隊（United States Coast Guard，USCG）、工程兵團（The United States Army Corps of Engineers）和環(huán)保署（Environmental Protection Agency，EPA）等多個聯(lián)邦政府組織共同組成[2]；歐洲的一體化業(yè)務化觀測網系統(tǒng)（The Mediterranean Oceanographic Network for the Global Ocean Observing System，Mon-GOOS） 也整合了13 個國家的36 個單位的海洋觀測站、浮標、衛(wèi)星等觀測系統(tǒng)[6]。

多部委、多單位的存在雖然造成了管理的困難，但同樣帶來了多樣化的觀測目的、觀測手段和應用方向，有力拓寬了海洋觀測的維度。美國、歐洲等國家海洋觀測系統(tǒng)的整合，讓我們看到了以觀測目的進行多部委、多單位海洋觀測網融合的可能性。

在歐美科學家對歐美為主的海洋觀測網進行總結時[1]，明確提出了共同目標，尤其是共同可持續(xù)發(fā)展目標確立的重要性，因為共同目標的融合，代表了多方的認同，圍繞這些目標可以進一步組建人才隊伍，探索商業(yè)模式，研究技術革新，建立多方合作。

共同可持續(xù)發(fā)展目標的確立，是海洋觀測的有力起點，是調動和激發(fā)參與的多方積極性的有效載體，是推廣海洋成果的重要依據，是拓展海洋事業(yè)的根本前提。

共同目標的確立，需要相互承認彼此的優(yōu)先事項，因為這是合作的基礎；需要共同設計多方受益的海洋觀測方案；需要共同制定推動這些目標的具體議程，以進一步實現(xiàn)開發(fā)和制作海洋信息產品和知識的可能。

1.2 有效溝通的開展

有效溝通是建立信任的伙伴關系和跨學科參與以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標所需的基石，對參與和投資海洋可持續(xù)性和負責任的藍色經濟至關重要[1]。

如果將觀測系統(tǒng)視為在共同目標下，觀測設施、觀測人員、觀測機構之間的耦合，有效溝通可包括以下六方面溝通：淤觀測系統(tǒng)與決策者之間的溝通；于觀測系統(tǒng)參與者之間的溝通；盂觀測系統(tǒng)與儀器供應商之間的溝通；榆觀測系統(tǒng)與信息產品應用方的溝通；虞觀測系統(tǒng)與科研工作者的溝通；愚觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通。

（1）觀測系統(tǒng)與決策者之間的溝通

觀測系統(tǒng)為決策者服務是觀測系統(tǒng)存在的幾個基本前提之一，觀測系統(tǒng)與決策者之間的溝通一方面是觀測系統(tǒng)可以為決策者提供海量的觀測產品服務，同時根據決策者需要與評價對產品進行修正，從而進一步對觀測系統(tǒng)進行優(yōu)化，另一方面是通過決策者渠道，可以將海洋觀測系統(tǒng)納入更大更廣闊的應用需求當中，如納入氣候變化監(jiān)測與談判，納入“聯(lián)合國2030 議程可持續(xù)發(fā)展目標14”“聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展海洋十年”等主題當中，為觀測系統(tǒng)進一步發(fā)揮作用，提升影響力提供支持。

（2）觀測系統(tǒng)參與者之間的溝通

觀測系統(tǒng)參與者之間的有效溝通，對于履行觀測系統(tǒng)的共同目標，協(xié)調觀測者之間的各類資源有著至關重要的作用。觀測系統(tǒng)參與者之間的溝通，有助于闡述各自目標，進一步促進目標融合；有助于進行觀測設施、觀測數(shù)據、觀測產品等各類資源的共享共用；有助于觀測系統(tǒng)的業(yè)務化運行；有助于獲得各自領域更廣泛的支持。

（3）觀測系統(tǒng)與儀器供應商之間的溝通

觀測系統(tǒng)與儀器供應商之間的溝通，對于維持觀測系統(tǒng)運行，擴展觀測系統(tǒng)功能有著重要作用。觀測系統(tǒng)與儀器供應商之間的溝通，有助于及時反饋觀測問題，提升觀測系統(tǒng)質量；有助于增加觀測要素，進行多樣化觀測；有助于儀器供應商根據需求，進行儀器的改進升級與研發(fā)。

（4）觀測系統(tǒng)與信息產品應用方的溝通

觀測系統(tǒng)參與者制作數(shù)據集、統(tǒng)計分析、再分析、預報等信息產品，為產品應用方服務，觀測系統(tǒng)與信息產品應用方之間的溝通，能夠有效接收產品優(yōu)劣的反饋，對于提升產品質量，促進產品的進一步研發(fā)，加強產品的普及有著重要的意義。

（5）觀測系統(tǒng)與科研工作者的溝通

觀測系統(tǒng)與科研工作者的溝通，是一項海洋觀測與科學研究互相檢驗，互相促進，砥礪前行的工作。一方面是觀測系統(tǒng)為科研工作者提供翔實的數(shù)據支撐，履行觀測系統(tǒng)科研服務職責，使其得出更準確可信的科研結論；另一方面通過科研工作者的研究成果、結論、對數(shù)據的需求，可以為提升觀測數(shù)據的質量提供依據，也可以為進一步優(yōu)化觀測系統(tǒng)布局提出建議。

（6）觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通

不管是觀測系統(tǒng)的預警預報產品，還是管理層的決策產品，或者是科研成果產品，其最終的目的都是應用于公眾，使公眾了解氣候變化的前因后果，變化趨勢，使公眾了解潮汐、水溫變化對旅游的影響，使公眾遠離臺風、風暴潮的侵襲。所以，建立觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通渠道，增強觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通十分必要。

像歐美科學家總結的，通過加強與公眾的溝通，讓更多的公眾理解海洋對人類的重要性；讓公眾能用自己的方式溝通海洋了解海洋；讓公眾對待海洋及其資源時能夠做出明智和負責任的決策；讓公眾能夠分享對海洋基本概念和事實的理解；讓公眾能夠發(fā)展共同的價值觀，并建立與海洋的個人情感聯(lián)系[1]，這是十分必要的。公眾的關注，能夠為海洋觀測系統(tǒng)建立更加有效的宣傳渠道，擴大知名度，使海洋觀測獲得更廣泛的社會和政策支持。

美國海洋觀測機構與其國家公共廣播聯(lián)合開辦了名為“海洋凝視”的播客系列節(jié)目[7]，音頻系列包括52 集，采訪了參與海洋觀測科學和技術發(fā)展的著名科學家和教育家，其中有5 集專門針對滑翔機技術。觀測系統(tǒng)利用媒體工具與公眾進行溝通，為社會公眾提供了強大的工具進行教育和宣傳，有希望幫助更廣泛的社會階層了解海洋知識，理解海洋觀測的科學原理，激發(fā)更多的人投入到海洋探索中去。

1.3 多樣化需求的融合

海洋觀測是一項代價高昂的工作，雖然沒有全球公認的數(shù)字，但歐洲委員會在2018 年審查了在一些歐洲國家和更遠的地方進行海洋觀測的費用，僅每個國家的資金成本就高達數(shù)千萬歐元，相關的運營成本每年達數(shù)億美元[1]。

鑒于此種情形，對海洋觀測系統(tǒng)各方需求的融合是非常必要的。觀測系統(tǒng)的參與者、決策者、用戶等均有各種不同的需求，這些需求可能是領導與創(chuàng)新、推動環(huán)境政策，提升海洋治理，發(fā)展可持續(xù)藍色經濟、服務社會等的需求，可能是生態(tài)監(jiān)測、污染監(jiān)測的需求，可能是海洋科學研究、海洋探索的需求，可能是趕海、沖浪、潛水等的需求，甚至可能是企業(yè)、個人對特定區(qū)域的特殊需求。

熱帶大西洋觀測系統(tǒng)[8]將需求劃分為社會驅動的需求和科學驅動的需求，社會驅動的需求包括降雨量、熱帶氣旋、生物地球化學（二氧化碳、溶解氧、微量營養(yǎng)元素）、生態(tài)系統(tǒng)和污染（海洋熱浪、海洋表面溫度（Sea Surface Temperature，SST）、塑料，碳氫化合物和顆粒物質）等；科學驅動的需求包括變異模式和熱帶氣旋、影響海洋上層溫度和鹽度的過程、海洋環(huán)流、可預測性和模型偏差、數(shù)據同化、生物地球化學，生態(tài)系統(tǒng)和污染等。該系統(tǒng)通過將需求融合到熱帶大西洋的預測和研究系泊陣列（Prediction and Research Moored Array in the Tropical Atlantic，PIRATA）、剖面浮標（Argo）、業(yè)務化斷面測量、志愿船、表層漂流浮標、邊界流陣列、衛(wèi)星觀測等觀測設施，持續(xù)為其多樣化的觀測目標作出貢獻，包括理解和更好地預測熱帶大西洋年際到年代際變率和氣候變化等現(xiàn)象；多年代際變率及其與經向翻轉環(huán)流的聯(lián)系；二氧化碳的海氣通量及其對人為二氧化碳排放的影響；亞馬遜河羽流及其與生物地球化學，垂直混合和颶風的相互作用；高產的東部邊界和赤道上升流系統(tǒng)；海洋低氧區(qū)對生物地球化學循環(huán)和海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及它們對氣候的反饋等。

對于我國的海洋觀測系統(tǒng)而言，需要融合中央決策、海洋防災減災、海洋預警預報、海洋管理治理、海洋生態(tài)保護與修復、海洋科學研究、海洋公益服務等多級用戶、多種類型的需求，將這些需求體現(xiàn)到海洋站、浮標、斷面、志愿船、雷達、衛(wèi)星等觀測設施當中。

2 技術創(chuàng)新

2.1 傳感器技術的創(chuàng)新

自20 世紀末，在國家“863”計劃、國家自然科學基金等的支持下，物理海洋傳感器技術得以迅速發(fā)展，取得了一批高新技術成果，逐步縮小了與發(fā)達國家的技術差距，但仍存在著發(fā)展水平參差不齊、成果轉化率低、成果應用少、產業(yè)規(guī)模小等一系列問題[9]。據統(tǒng)計，我國目前仍有大批先進物理海洋儀器依賴于進口，以多普勒流速剖面儀（Acoustic Doppler Current Profilers，ADCP） 為例，國內4 000 多臺設備全部依賴于進口，后期的維護和更新?lián)Q代存在高昂成本和技術風險[10]。

對國外海洋觀測傳感器技術的追趕、突破與創(chuàng)新是我國近年來觀測技術發(fā)展的重點，但我們需要清醒地認識到，受關鍵技術、材料和工藝水平綜合制約，我國在海洋物理海洋傳感器技術上，除個別技術接近國際先進水平外，整體上要落后發(fā)達國家10—15 年[9]。技術的發(fā)展與革新并不能一蹴而就，需要不斷地實驗與迭代更新，以下幾方面也許是我們努力的方向。

（1）傳感器研發(fā)融合與投入

海洋傳感器技術的研發(fā)與革新需要不斷地進行實驗與迭代，其研發(fā)同時涉及材料、設計、生產等諸多方面，需要材料和工藝水平的同步提升。在不斷加大海洋傳感器投入的同時，需要通過協(xié)作的方式，促進傳感器研發(fā)部門與材料生產部門聯(lián)合與融合，才能更快擺脫對國外傳感器、國外材料的依賴，縮短在傳感器領域追趕國際先進水平的進程。

（2）先進傳感器的設計與研發(fā)

與國際先進的傳感器技術相比，國內具有自主知識產權的傳感器的設計與研發(fā)仍有不小的差距。以小型溫鹽傳感器為例，過去的10 年里，國際組織利用安裝在海豹、海象、海龜身上的小型溫鹽深傳感器（Conductivity-Temperature-Depth，CTD）獲得了超過50 萬站次的溫鹽數(shù)據，這些數(shù)據分布在衛(wèi)星、船舶、Argo 浮標難以覆蓋的環(huán)極地海洋區(qū)域，在極地轉入極夜時依然有數(shù)據采樣，有效彌補了人類調查的盲區(qū)[11]。隨著未來對極地探索、海底觀測網搭建等觀測需求的不斷發(fā)展，海洋傳感器的小型化、輕重量、低功耗、高精度、高靈敏、智能化、模塊化等方面的設計與研發(fā)是未來研究和發(fā)展的重點[9]。

（3）傳感器成果的多方應用與評價

隨著我國傳感器在CTD、潮位儀、海流計、測波儀等領域取得突破，在二氧化碳、pH、浮游生物等領域也有了長足的發(fā)展，并有了一定的產品轉化，產品的應用、對比與評價卻鮮有相關文獻提及。為此，我們需要加大產品的推廣，進行民用、科研等多方應用或試用，通過與成熟產品的比對，來進行質量的綜合評價，以此積累經驗，達到進一步改進傳感器缺陷，加快傳感器版本迭代更新的目的。

以美國為例，其IOOS 專門設有版塊，用以資助新興海洋觀測技術的試運行，對觀測結果進行評估，最終將觀測技術集成到海洋觀測網中，實現(xiàn)其業(yè)務化運行。其近幾年資助的項目包括GNSS-R（Global Navigation Satellite System-Reflectometry） 衛(wèi)星反射計、深海物聯(lián)網（使用更智能的漁船自動收集海洋學數(shù)據）、業(yè)務化海岸觀測的網絡攝像頭（Webcams for Coastal Observations and Operational Support，WebCOOS）、商業(yè)漁船實時遙測、水面無人艇低氧監(jiān)測、動物傳感器應用、西北太平洋有害藻華水面無人艇自動化采樣等[12]。

（4）傳感器成果的商品化與產業(yè)化

海洋傳感器技術創(chuàng)新的同時，如果不能及時地進行商品化與產業(yè)化，勢必會引起產品的束之高閣，影響技術的進一步創(chuàng)新。如果可以建立有效的機制，使海洋傳感器成果成熟一個就轉化一個，及時進行商品化和制作流程的產業(yè)化，必然加快傳感器技術的革新。但同時，我們應該看到海洋傳感器是較為小眾的產品，其國內用戶量有限，目前局限于國家海洋觀測網、涉海院校、研究所等，如何拓展更多的民用用戶、國外用戶來購買，是需要深入思考和規(guī)劃的。

2.2 衛(wèi)星技術的飛躍

20 世紀60 年代后期，科學家構想從太空觀測海洋，這導致了20 世紀70 年代海洋遙感技術的發(fā)展及1978 年首顆海洋觀測的衛(wèi)星SEASAT 的發(fā)射。衛(wèi)星海洋遙感，第一次從全球視野揭示了海洋狀態(tài)的廣闊性和復雜性，這對我們研究海洋與天氣和氣候的關系、研究全球海洋環(huán)流、研究極地海洋、研究全球平均海平面上升等內容提供了新的視點，它的準確性和廣闊性為科學家?guī)砹酥T多驚喜[13]。

50 多年來，衛(wèi)星海洋觀測從紅外傳感器到輻射計，再到微波傳感器，一代代更新，觀測的要素也從最初的SST 擴展到海面高度、水色、海洋矢量風場、海表和內部重力波、海冰、水蒸氣、土壤濕度、海表鹽度（Sea Surface Salinity，SSS）等[11]，形成了以海面風場、海浪、海表層流、海面溫度、水汽含量等為代表的海洋動力環(huán)境及多源遙感融合數(shù)據產品；以葉綠素、有色溶解有機質、懸浮物、初級生產力、光合有效輻射等為代表的海洋光學參數(shù)、海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)及其衍生的（如海洋漁業(yè)等）遙感產品；以海底地形、重力場等為代表的海洋地球物理產品[14]，增強了海洋環(huán)流、海氣通量、海洋對全球氣候影響、極地觀測、海平面變化、全球潮汐等眾多方面的觀測與研究，取得了令人矚目的成果。

新中國成立70 年來，中國制定了長遠的自主海洋衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃，構建了海洋水色、海洋動力環(huán)境和海洋監(jiān)視監(jiān)測三大系列的海洋衛(wèi)星。從2002年發(fā)射中國第一顆海洋衛(wèi)星HY-1A 以來，中國至今發(fā)射了5 顆水色衛(wèi)星，5 顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星（包含中法海洋衛(wèi)星），3 顆海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星，實現(xiàn)了全球海洋環(huán)境的逐日觀測，逐步形成了以中國自主衛(wèi)星為主導的海洋空間監(jiān)測網，在中國海洋資源與環(huán)境監(jiān)測、海洋防災減災、海洋安全管理等方面發(fā)揮了重要作用[15]。

海洋衛(wèi)星的出現(xiàn)、發(fā)展只有短短的50 余年，但它所帶來的變化要遠遠超過自19 世紀30 年代開始的近200 年的海洋調查，隨著海洋衛(wèi)星技術飛躍式的發(fā)展，海洋衛(wèi)星必然會與?；?、陸基、海底基等觀測設施的一體化融合，逐時甚至分鐘級高頻連續(xù)觀測有可能成為現(xiàn)實，水體動態(tài)變化監(jiān)測、海洋災害追蹤、海上目標監(jiān)視監(jiān)測也將更為精準，這將為我們開啟一個嶄新的海洋立體觀測的時代。

2.3 相關技術的發(fā)展

隨著海洋觀測技術的發(fā)展，若干相關技術逐漸融入觀測技術當中，與觀測技術共同發(fā)展與進步，這些技術包括納米技術、生物技術、信息技術、原位基因組分析、質譜、計算機建模、成像技術、水下機器人技術等，它們通過自己特有的方式，逐步集成到由海基、陸基、空基、海底基組成的立體觀測網當中，并發(fā)揮著越來越重要的作用[16]。在遠離海岸的深海大洋，深水耐壓防腐材料、水下密封接插件、水下紫外殺菌技術、納米金屬外殼等海洋通用技術和工藝，解決了高壓、低溫等海水屏障問題，提升了海洋觀測裝備的可靠性[3]；在數(shù)百甚至上千米的深海海底，水下機器人技術為加拿大、美國、歐洲、日本等發(fā)達國家海底觀測網的建設解決了海底施工、儀器維護與觀測相關問題[17]。

隨著我國海洋觀測技術和海洋觀測網的發(fā)展，這些相關技術與海洋觀測技術和海洋觀測網之間必將實現(xiàn)深度的融合，共同促進，實現(xiàn)更為復雜具有挑戰(zhàn)性的觀測能力，例如以更加新穎的方式與云計算和海洋信息學相結合，來進行觀測儀器的遠程操作，來進一步提升觀測系統(tǒng)的機動觀測與保障能力。

3 科學管理

3.1 觀測站點與設施分類

我國海洋觀測包括海洋站、浮標/潛標、岸基雷達、志愿船和常規(guī)斷面等基礎觀測手段[18]。僅以海洋站為例，按歸屬不同，可分為國家站（自然資源部建設并維護）、地方（省市）站、野外站（一般由海洋類院所建設）等；按值守情況，可分為有人值守型海洋站、無人值守自動化海洋測點；按傳輸情況，可分為有線傳輸和無線傳輸；按位置分布，可分為岸基站（能夠定期進行水準連測）和海島站（難以進行水準連測）；按觀測要素分類，可分為全要素海洋站和部分要素海洋站。同為岸基海洋站，不同海洋站因為地理位置的不同，其代表意義大為不同，例如開闊海域的海洋站和港口內的海洋站；不同海洋站因為所使用觀測儀器生產廠家、型號的不同，其觀測要素在長期變化上的反映也不盡相同[19]；不同海洋站因其坐落位置的不同，還容易遭受不同氣象災害、海洋災害的影響，有的易受臺風侵襲，有的易受雷暴滋擾，有的易產生淤積，有的冬季會結冰。

這種種的不同，導致海洋站點與海洋設施的維護與管理難以用同一標準進行。這要求我國海洋觀測網對海洋站點與海洋設施進行科學合理的分類分級，保障分類分級海洋站與設施能夠滿足不同用途的需求。分類分級是一項需要探索的工作，國外沒有完整的標準可以參考，但有少量經驗可以借鑒。以美國為例，其潮位觀測因為儀器精度的不同，劃分為3 個等級[20]（A 級：≤10 cm，B 級：>10~30 cm，C 級：逸30 cm 或不確定），在阿拉斯加地區(qū)，由于缺乏沿?；A設施，包括并網電力，便捷的道路通道和強大的通信系統(tǒng)等，導致建設驗潮井、保障電力供應極為困難，故單獨進行了與驗潮井測站標準不一樣的無人觀測站點的建設，開發(fā)了遠程電源模塊（The Remote Power Module，RPM），利用風能、太陽能和柴油進行充電[21]，實現(xiàn)了高頻雷達測流、GNSS反射計觀測水位，其水位等級即采用了相對較低的B 級。

3.2 觀測設施共享

我國的海洋站分布在自然資源部、地方省市、科研院所等部門，海洋調查船只、浮標/潛標等觀測設施資源分布在自然資源部、水利部、海事、中科院、涉海大學等不同部門，這些觀測站和觀測設施所采用的建設標準、數(shù)據標準、傳輸標準等均不統(tǒng)一，隨著地方海洋觀測站納入國家觀測網，這種狀況略有改善，但仍存在著觀測設施之間互相隔離、各自為戰(zhàn)的情況，促進各觀測站與觀測設施的標準統(tǒng)一與融合，促進觀測設施之間的共享共用，尤其是觀測船只、浮標的共享共用，對于統(tǒng)一國家海洋標準，提升國家海洋管理能力，節(jié)約國家資金，是十分必要的。

國家自然科學基金委員會2009 年設立的船時共享航次計劃，通過合理、有效地調配考察船資源，將基金項目的出海需求與考察船的高效利用統(tǒng)籌[22]，在有效節(jié)約了船只費用的同時，解決了更多想出海卻出海難的研究機構的出海需求。

如何進一步擴大船時共享的范圍，促進浮標等觀測設施的共享，在有限的觀測設施上，科學合理安裝盡可能多的觀測探頭，獲取盡可能多的觀測數(shù)據，并將數(shù)據推送給盡可能多的人使用，滿足盡可能多的觀測需求，節(jié)約盡可能多的資金，是需要海洋界共同努力和實踐的，建立綜合性共享平臺，出臺共享辦法，獎勵共享成果，推廣共享成就也許會是一條可行之路。

3.3 高難區(qū)域挑戰(zhàn)

美國將在阿拉斯加的偏遠地區(qū)實現(xiàn)實時業(yè)務化觀測作為一種挑戰(zhàn)，并通過開發(fā)遠程電源模塊、建設抗壓能力強的觀測設施的方式成功戰(zhàn)勝了挑戰(zhàn)[20]。對于我國海洋觀測來說，在淺海區(qū)域的浮標、潛標易受漁業(yè)捕撈破壞，在南海的浮標易受敵對勢力的損壞，在南極、北極的測站受極晝極夜影響，在南極、北極的海域受冰山影響，數(shù)據獲取能力弱，這些都是極大的挑戰(zhàn)。

面對高難區(qū)域的挑戰(zhàn)，一方面，要加大研發(fā)力度，研發(fā)小型化、智能化傳感器，研發(fā)長待機自動化觀測儀器，研發(fā)動物傳感器，讓海洋中的魚類、哺乳動物幫我們去獲得世界海洋（尤其是兩極地區(qū)）、沿海河流、河口的光照、溫度、鹽度等海洋學變量[23]；另一方面，要加強與漁民、漁業(yè)公司之間的聯(lián)系，普及海洋觀測知識與海洋設施保護，加強觀測數(shù)據與產品對漁業(yè)的服務，讓漁民與漁業(yè)公司能夠進一步享受到海洋觀測帶來的便捷與信息產品紅利，自發(fā)地保護海洋觀測設施。

3.4 觀測網的長期維持

海洋的碳含量是大氣的50 倍，熱容量是大氣的1 000 倍，水含量是大氣的10 萬倍，在地球的氣候和宜居性中起著核心作用[24]。海洋觀測可以并已經為改進天氣預報提供了海表溫度、海表鹽度等數(shù)據支撐，改善了亞季節(jié)到季節(jié)的預報質量；為漁業(yè)和礦產資源獲取等提取型藍色經濟提供了決策性產品服務，有力保護了海洋生態(tài)健康；為遺傳資源、生物合成、海洋藥物、可再生能源、減少二氧化碳、海水淡化、遠洋運輸、海洋旅游、娛樂、海域使用與開發(fā)等非提取型藍色經濟提供了長期信息產品支撐，保障了海洋資源的可持續(xù)利用[25]。

根據《2021 年中國海洋經濟統(tǒng)計公報》統(tǒng)計，2021 年全國海洋生產總值首次突破9 萬億元，達90 385 億元，對國民經濟增長的貢獻率為8.0%，占沿海地區(qū)生產總值的比重為15.0%[26]。海洋觀測、調查和預報為這些海洋經濟成就的取得提供了支持，但很難去分離、評估海洋觀測提供效益的多少，各國的海洋觀測都面臨著這樣一個效益無法定量評估的難題[27]。

海洋是一個物理條件惡劣且后勤復雜的環(huán)境，觀測平臺在海水中腐蝕，容易受到生物污染，并且必須承受冷水和高壓。海水對無線電頻率不透明，因此很難進行遠程數(shù)據通信。海洋儀器需要我們利用專業(yè)調查船只定期進行探頭更換、儀器清理等維護，這需要大量的資金。目前，維持現(xiàn)有海洋觀測，資金來源包括各國政府機構、慈善機構、非政府組織等，其中政府機構是最主要的資金來源。隨著全球國際形勢和經濟形勢的波動，這些資金來源會有所縮減，這種資金的減少會威脅到數(shù)據收集的穩(wěn)定性，從而可能導致海洋氣候測量值的不連續(xù)性，降低迄今為止和將來所做觀測的價值。

解決資金縮減問題的方法是在促進各觀測單位合作，觀測設施共享的同時，挖掘并擴大用戶群體，讓更廣大的用戶從海洋觀測中受益，并積極參與。海洋觀測數(shù)據與產品的受眾群體很多，從直接利益相關的海洋漁業(yè)捕撈、漁業(yè)養(yǎng)殖、海洋航運、海洋采礦的相關企業(yè)與個人，到海洋旅游、海洋牧場的相關企業(yè)與個人，再到國家政府決策機構。挖掘出海洋觀測對于這些用戶的價值，提升海洋觀測數(shù)據和產品與用戶之間聯(lián)系的緊密性，拓展服務的渠道，提升服務的能力，以用戶的需求倒逼觀測能力的提升，觀測資金的增加。前文提到的“海洋凝視”播客的例子，就是一種很好的用戶擴展。而對我國而言，眾多涉海的自媒體從業(yè)者也是可以拓展的用戶群體，例如對趕海人推送潮汐、海浪、海風等實時和預報信息，同時接收其觀察到的海洋生物信息，實現(xiàn)用戶與觀測的雙贏。

3.5 信息整合與信息服務

我國的涉海單位多依靠各自單位的服務平臺，為公眾、科研工作者、國家政府機構等提供海洋信息服務，專業(yè)性較強，綜合性較差。國家海洋信息中心作為國家海洋數(shù)據和信息的匯集單位，提出了海洋應用綜合系統(tǒng)整合的“五層一線”架構，建設了綜合性服務平臺，針對各涉海部門間信息共享不暢，信息孤島嚴重的問題，提出了整合各類海洋信息資源，建立部門間持續(xù)穩(wěn)定信息共享機制的建議[28]。

我國海洋信息整合與信息服務的痛點在于各涉海部門間信息的各自為政，其根本原因在于缺少海洋信息自上而下齊全的分類分級架構，不能有效涵蓋所有海洋數(shù)據與成果；缺少對涉海信息產品的知識產權保護，不能有效激勵數(shù)據與產品生產者的積極性；缺少綜合平臺對各涉海單位服務質量的評價與社會效益的提升，不能給信息提供單位帶來社會影響力的提升；缺少各級用戶的個性化定制，難以滿足各級用戶的需求。

這些問題或可以通過以下方案進行解決：聯(lián)合各涉海單位，制定齊全的海洋信息與產品的分類分級標準，涵蓋從海洋觀測設施、海洋數(shù)據、信息產品到信息服務的全信息鏈；在海洋信息服務中應用區(qū)塊鏈技術，該技術有中心化、防篡改、可追溯、可信任的特性[29]，可以在海洋綜合信息服務平臺與海洋信息提供者之間建立天然盟約關系，在提供知識產權保護的同時，保障信息的有效溯源；用元數(shù)據和分布式云平臺的方式進行海洋信息整合，以虛擬化的方式統(tǒng)一對外服務，最終形成生態(tài)良好的觀測-數(shù)據-產品-服務一體化的海洋物聯(lián)網[30]。

浙江省智慧海洋大數(shù)據中心建設項目是區(qū)塊鏈技術與海洋領域深度融合的代表性項目。該項目研發(fā)了區(qū)塊鏈運算系統(tǒng)，利用區(qū)塊鏈去中心化、可信任的特性，通過不可篡改的數(shù)字簽名技術，建立了海洋數(shù)據交換過程中的天然盟約關系，為海洋數(shù)據資源在各相關部門單位的高效流轉提供了可信保障和技術支撐。

3.6 國際化合作與推廣

美國以其海洋觀測系統(tǒng)（Ocean Observing System，OOS）概念，以IOOS 為模板，不斷地向國際社會闡述著其海洋觀測成果、海洋觀測理念，尋求合作，共享數(shù)據，以相對小的代價，獲得了若干區(qū)域的海洋觀測資料。以新西蘭的海洋觀測系統(tǒng)（New Zealand Ocean Observing System，NZ-OOS）為例，其設計以OOS 常用的氣候變化、海平面上升、海洋酸化、生態(tài)系統(tǒng)等全球性問題為主導，遵循全球OOS 框架的數(shù)據開放共享理念，最終落點為建設成典型的新西蘭海洋觀測系統(tǒng)，成為世界領先的海洋管理范例，實現(xiàn)海洋知識、數(shù)據和工具的公開獲取，服務于新西蘭的經濟、社會福利和海洋健康[31]。

這種合作方式，對我國海洋觀測網與其他國家的合作與推廣提供了啟發(fā)，為我國海洋觀測網實現(xiàn)模塊化、形成觀測理念、尋求與合作國家的共同點、實現(xiàn)合作共贏提供了參考方案。形成觀測理念，尋求與合作國家的共同點，實現(xiàn)合作的共贏。例如，實現(xiàn)太平洋周邊國家對核污染、化學污染影響的共同合作調查與監(jiān)測，共同實現(xiàn)太平洋的食品安全、生態(tài)安全、人類健康。

4 發(fā)展趨勢

4.1 多樣互補長期存在

未來相當長的一段時間，海洋觀測仍將是多種采樣手段并存、互補的狀態(tài)，天空之上以各類衛(wèi)星為主，輔助以探空氣球、無人機等手段，近岸以海洋站點、雷達、攝像為主，海面之上以大型浮標、漂流浮標、石油平臺、志愿船為主，海面之下以潛標、Argo 剖面浮標、動物傳感器、水下滑翔機（Glider）等無人自動化設備為主，海底以海底觀測網為主，海洋標準斷面調查作為檢驗和補充，穿插于整個觀測網中間，進行全剖面觀測，各觀測設施之間采樣時空分辨率互不相同，卻又相輔相成，共同組成海洋立體觀測網。

4.2 儀器無人化自動化

常規(guī)業(yè)務化海洋觀測的維持需要大量的資金支持，但隨著科技的發(fā)展，儀器開始向著無人化、自動化的方向邁進。從需要定期維護的海洋站點、浮標的自動化觀測，到漂流浮標、Argo 剖面浮標的隨洋流漂泊的無人化觀測，到粘貼到動物身上傳感器隨動物運動觀測，再到可以設定觀測路徑的Glider等無人化自動化觀測，海洋觀測一步步邁向無人化、自動化。

4.3 觀測系統(tǒng)模塊化

海鳥（Sea-Bird Scientific）、AML（AML Oceanographic）等國外海洋公司將海洋觀測產品設計成若干單元，如水下測量單元（溫度傳感器、電導率傳感器、壓力傳感器、二氧化碳、pH 等）、甲板單元、采水器及其控制單元、感應傳輸單元等，單元之間進行有序組合，形成觀測儀器產品[9]。這種模塊化操作，讓儀器設計流程、生產流程更加清晰，分工更加明確，適合大規(guī)模生產，必然會進一步引起儀器價格的降低，從而撬動整個儀器產業(yè)的變革。

海底觀測網是另一種形式的觀測系統(tǒng)模塊化，它將觀測系統(tǒng)從岸站系統(tǒng)沿著光電復合纜向外延伸，至海底分裂出海底網絡節(jié)點，從海底網絡節(jié)點再分出海底儀器節(jié)點，儀器節(jié)點可根據需要利用水下機器人進行插拔和更換[32]。

觀測系統(tǒng)的模塊化發(fā)展，未來必然會引起觀測儀器生產數(shù)量的井噴式發(fā)展，引起全球海洋觀測在空間上向站位分布更密集，在時間上向采樣頻率更精細的方向邁進。

4.4 綜合智能化

隨著海上無人機、水面無人艇、水下無人潛航器（水下機器人、水下滑翔機）等無人設備的蓬勃發(fā)展，未來無人海洋觀測裝備向著標準化、模塊化、網絡化、智能化、多棲化、長續(xù)航、低成本的方向發(fā)展[33]，伴隨著人工智能領域的興起，海洋觀測的感知智能化、控制智能化、決策智能化、運維智能化浪潮將洶涌而至。

海洋觀測的綜合智能化發(fā)展，使人們不僅能利用衛(wèi)星、無人觀測設施對特定區(qū)域進行長時間監(jiān)測，更可能實現(xiàn)對突發(fā)事件的交互操作式追蹤；不僅能隨時查看自己感興趣的海區(qū)的天氣狀況、水質狀況，更可能根據用戶習慣，接受系統(tǒng)的智能化分析與推送；不僅能作為使用者利用觀測的照片、影像、數(shù)據來生產自己的知識，并傳播，更可能作為參與者，獲取海洋狀態(tài)信息。國外研究人員已經與休閑沖浪者達成協(xié)議，為沖浪者提供GPS 設備和溫度傳感器，在為休閑沖浪者提供沖浪表現(xiàn)細節(jié)服務的同時，收集沿海環(huán)境的SST 高質量數(shù)據[34]。

5 結 論

海洋觀測實現(xiàn)持續(xù)、有序、高質量發(fā)展，需要我們吸取中外觀測的經驗與教訓，在夯實基礎的同時，尋求多部委、多單位的目標融合，實現(xiàn)觀測系統(tǒng)與觀測參與者、儀器供應商、信息產品應用方、科研工作者、公眾等用戶之間的有效溝通；實現(xiàn)中央決策、海洋防災減災、海洋預警預報、海洋管理治理、海洋生態(tài)保護與修復、海洋科學研究、海洋公益服務等多樣化需求的融合；實現(xiàn)海洋設施的科學管理，包括觀測站點與設施的分類、共享、多樣化互補，迎接高難區(qū)域的挑戰(zhàn)，夯實觀測網的長期維持，提升信息的整合與服務，加強國際化合作與推廣等。

海洋觀測實現(xiàn)突破性進展，需要我們保持海洋觀測技術的創(chuàng)新與投入，包括傳感器技術、衛(wèi)星技術及其他相關觀測技術的創(chuàng)新與發(fā)展；需要我們加強新儀器、新技術的試用、評價，加快新儀器的業(yè)務化使用；需要我們保持對海洋觀測系統(tǒng)模塊化、智能化的關注與努力。

隨著人力成本、船只走航成本、海上儀器維護費用的增加，未來海洋觀測儀器必然朝著低成本化、模塊化、自動化和智能化的方向突破。與此同時，海洋觀測將會向著立體化、精細化、智能化方向轉化，海洋觀測網服務將惠及越來越多各行各業(yè)的用戶。