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      區(qū)域性海洋災害監(jiān)測預警系統(tǒng)研究進展

      2022-03-23 08:42:30張興林
      中國新通信 2022年2期
      關鍵詞:區(qū)域性研究進展

      【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.

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