海洋環(huán)境監(jiān)測的類型及其發(fā)展趨勢

  海洋環(huán)境監(jiān)測的類型

  1)基線調(diào)查是對特定海區(qū)的環(huán)境質(zhì)量基本要素(水文、氣象、水質(zhì)、地質(zhì)、地貌、海洋生物等)狀況的初始調(diào)查和為掌握其以后間隔較長時間的趨勢變化的重復(fù)調(diào)查。基線調(diào)查又分為初始調(diào)查和重復(fù)調(diào)查兩種。初始調(diào)查是對特定海域的第一次全方面調(diào)查，已獲得該海域海洋環(huán)境基本要素的背景值;重復(fù)調(diào)查則是初始調(diào)查后進(jìn)行的重復(fù)性且相同性質(zhì)的調(diào)查，對研究區(qū)域海洋環(huán)境要素的時空分布和隨時間差異具有重要意義。

  海洋基線調(diào)查是海洋環(huán)境保護(hù)各項(xiàng)工作的基本依據(jù)之一，我國在20世紀(jì)70年代初進(jìn)行過第一次全國海洋污染基線調(diào)查。時隔20多年后，1994年開始了第二次全國海洋污染基線調(diào)查。這20多年中，我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，污染物入海量和種類明顯增多，第二次基線調(diào)查對了解我國海洋環(huán)境變化、協(xié)調(diào)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局、改善海洋環(huán)境具有重要意義。

  2)常規(guī)監(jiān)測是在基線調(diào)查基礎(chǔ)上,經(jīng)優(yōu)化選擇若干代表性監(jiān)測站和項(xiàng)目進(jìn)行的以求得空間分布為主要目的，長期逐年相對固定時期的觀測。常規(guī)監(jiān)測的布點(diǎn)要具有環(huán)境代表性，避開排污口和圍墾養(yǎng)殖的排水口區(qū)。不同監(jiān)測航次的監(jiān)測站位應(yīng)保持不變，常規(guī)監(jiān)測布點(diǎn)的環(huán)境代表性使其能夠準(zhǔn)確地反映區(qū)域海洋的環(huán)境質(zhì)量，并能據(jù)此做出環(huán)境評估，分析污染物產(chǎn)生原因及污染途徑，為海洋環(huán)境管理工作提供數(shù)據(jù)支撐。

  3)應(yīng)急監(jiān)測又被稱為污染事故監(jiān)測，是指在海上發(fā)生有毒有害物質(zhì)泄放或赤潮等災(zāi)害緊急事件時，組織反應(yīng)快速的現(xiàn)場觀測，或在其附近固定站臨時增加的針對性觀測。常見的海上污染事故有溢油、赤潮、核污染、有毒農(nóng)藥和化學(xué)品的泄漏等。這些海上突發(fā)污染事故往往可以在短時間內(nèi)對區(qū)域海洋環(huán)境造成嚴(yán)重甚至毀滅性的危害，應(yīng)急監(jiān)測的主要目的是在污染事故發(fā)生后，迅速確定波及范圍和污染程度，為指定快速處置措施提供必要的信息和資料，為環(huán)境污染事故發(fā)生后海洋環(huán)境的恢復(fù)計劃提供信息和數(shù)據(jù)，以減少和控制污染事故造成的損害，并為界定污染事故的等級和污染事故責(zé)任仲裁及民事糾紛提供資料和依據(jù)。

  4)研究性監(jiān)測是指針對海洋污染對環(huán)境的污染范圍、污染強(qiáng)度及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律而進(jìn)行的專項(xiàng)、深入的研究的監(jiān)測，研究性監(jiān)測大多由科研單位組織。其主要任務(wù)包括:研究生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，如環(huán)境背景值;研究污染物在海洋中的遷移轉(zhuǎn)化，在生物體內(nèi)的蓄積、傳遞和濃縮過程;研究海洋污染對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，為海洋環(huán)境保護(hù)研究提供方向，為預(yù)測預(yù)報環(huán)境質(zhì)量提供服務(wù);研發(fā)海洋環(huán)境分析監(jiān)測方法、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法和監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測方法的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，研究驗(yàn)證環(huán)境監(jiān)測管理方法以及建立立體化的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)。

  海洋環(huán)境監(jiān)測發(fā)展趨勢

  隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)飛速進(jìn)步的帶動下，海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)不斷更新完善，監(jiān)測儀器性能已有大幅提高。傳感器技術(shù)的發(fā)展使海洋環(huán)境監(jiān)測真正進(jìn)入實(shí)時化和立體化時代。20世紀(jì)80年代以來，海洋環(huán)境監(jiān)測呈現(xiàn)“多元化、實(shí)時化、長時序、立體化”的發(fā)展趨勢。一方面國家和區(qū)域的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵海域發(fā)揮著重要作用，另一方面海洋環(huán)境監(jiān)測資源共享與全球化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)成為一種趨勢。

  1.監(jiān)測儀器向微型化、多參數(shù)化方向發(fā)展

  海洋環(huán)境的復(fù)雜性，要求海洋環(huán)境監(jiān)測儀器能夠進(jìn)行現(xiàn)場、原位、在線監(jiān)測，并且兼具小型、靈敏、快速、自動化等特點(diǎn)。由于微電子、微型傳感器、計算機(jī)技術(shù)、新材料技術(shù)、遙感衛(wèi)星技術(shù)及各種高新技術(shù)的應(yīng)用，海洋環(huán)境分析監(jiān)測儀器的設(shè)計發(fā)生了根本性改變。很多儀器正在向小型化、微型化、多參數(shù)化的方向發(fā)展。微生物技術(shù)、光電技術(shù)、生物芯片技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)以及其他多種新技術(shù)不斷被吸收應(yīng)用于傳感元件，新一代新型監(jiān)測儀器正推動著海洋環(huán)境監(jiān)測儀器的發(fā)展。目前已有多家儀器公司生產(chǎn)便攜式多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀，這些監(jiān)測儀器大多由多個單功能或多功能的微型探頭組合而成，如美國哈希公司生產(chǎn)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀，最小外徑不足5cm，可以監(jiān)測溶解氧、pH、氧化還原電位、電導(dǎo)率(鹽度、總?cè)芙夤腆w、電阻)、溫度、深度、濁度、葉綠素a、藍(lán)綠藻、羅丹明WT、銨/氨離子硝酸根離子、氯離子、環(huán)境光、總?cè)芙鈿怏w共15種參數(shù)。此外，色譜儀、分光光度儀、X射線熒光光譜儀熱分析儀等儀器的體積大大縮小，目前已有便攜式的氣相色譜儀、光譜儀、近紅外光譜儀、X射線分析等便攜式分析儀器面世。

  由于海洋高鹽、高復(fù)雜性、轄區(qū)面積廣闊等特點(diǎn)，海洋環(huán)境監(jiān)測儀器與淡水水質(zhì)監(jiān)測儀在設(shè)計方面存在一定差異，一些海洋浮標(biāo)、潛標(biāo)和海底監(jiān)測平臺位于遠(yuǎn)離陸地的遠(yuǎn)海或深海，不能像岸基監(jiān)測平臺一樣頻繁地更換儀器試劑、能源，故海洋環(huán)境監(jiān)測儀器除了向小型化、多參數(shù)化方面發(fā)展外，低耗能、溶劑消耗少也是未來海洋環(huán)境監(jiān)測儀器發(fā)展的一個方向。目前已有一些廠家推出無溶劑監(jiān)測儀器，如美國特納的TD-1000C是一種連續(xù)型、在線式、無溶劑的紫外熒光油類監(jiān)測儀。

  另外，海洋微生物豐富，長期在水下工作的監(jiān)測儀器不可避免地會遭到海洋生物的附著和損壞，導(dǎo)致儀器性能下降，使用壽命縮短，特別是一些敏感元件表面發(fā)生少量的腐蝕和生物附著就能夠使器件的工作性能受到損壞，進(jìn)而使整個儀器系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度和可靠性下降。又由于海洋中的許多極端環(huán)境，諸如海底高壓，海底熱液噴口等，海洋環(huán)境監(jiān)測儀器在未來的發(fā)展過程中，必定要發(fā)展新型的對極端環(huán)境耐受力較強(qiáng)的傳感探頭或監(jiān)測方法，并與材料防腐和防生物附著技術(shù)結(jié)合，以研制出體積小、溶劑用量少或無溶劑、抗干擾能力強(qiáng)、防生物附著、防腐蝕的高效敏感的多參數(shù)海洋監(jiān)測儀器。

  我國的海洋監(jiān)測儀器產(chǎn)業(yè)在高端產(chǎn)品、創(chuàng)新研究方面，遭遇國外壟斷、技術(shù)封鎖，在中低端產(chǎn)品方面有自己的產(chǎn)品，但仍缺乏關(guān)鍵的核心技術(shù)，缺乏對工藝和關(guān)鍵材料的深入研究，關(guān)鍵技術(shù)仍然依靠進(jìn)口。另外，用戶對國產(chǎn)儀器缺乏信任也是造成我國監(jiān)測儀器相對落后、裹足不前的一個重要原因。目前，我國除了溫鹽深測定儀器外，其他理化監(jiān)測儀器的成型產(chǎn)品還很少，海洋儀器研發(fā)和生產(chǎn)廠家較少，國內(nèi)的海洋監(jiān)測儀器生產(chǎn)廠家的規(guī)模均不大，且缺乏自主創(chuàng)新產(chǎn)品。

  2.海洋環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)集成

  海洋環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)主要有兩方面優(yōu)勢:一是采用原位監(jiān)測的手段能夠?qū)崟r在線反映海洋環(huán)境的變化情況;二是采用自動監(jiān)測，大大減少了人力投入，方便獲得連續(xù)、穩(wěn)定、長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

  原位監(jiān)測是指對原位測試對象采用安裝傳感器、采集器、通信器等方式，進(jìn)行自動化、電子化、數(shù)字化、聯(lián)網(wǎng)化的連續(xù)、動態(tài)、實(shí)時更新數(shù)據(jù)的原位測試，原位監(jiān)測是很多科學(xué)家大力推崇的用于海洋環(huán)境監(jiān)測的方法。早期海洋環(huán)境監(jiān)測部分環(huán)境要素是通過海上樣品采集，帶回實(shí)驗(yàn)室分析檢測的方法，這種方法是將待監(jiān)測的環(huán)境要素與海洋環(huán)境脫離，不能真實(shí)地反映海洋環(huán)境狀況，也不能獲取連續(xù)實(shí)時的數(shù)據(jù)。而原位探測能夠監(jiān)測海洋區(qū)域的空間和瞬間連續(xù)變化的信息，真實(shí)反映海洋環(huán)境活動演化的動態(tài)體系，且操作簡便、靈敏度高和反應(yīng)速率高，特別是在海洋極端環(huán)境條件下，如深海高壓、海底熱液噴口、極區(qū)海洋等。樣品的采集和保存面臨很大的挑戰(zhàn)，原位監(jiān)測則能深入這些區(qū)域，獲得全面準(zhǔn)確的海洋環(huán)境信息。原位監(jiān)測技術(shù)是對傳統(tǒng)海洋學(xué)研究方法的一次重大突破，它的應(yīng)用對促進(jìn)海洋資源的探測、海洋環(huán)境的監(jiān)測與保護(hù)和海洋科學(xué)的研究有重要的意義。

  隨著傳感技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展。海洋自動監(jiān)測技術(shù)迅速崛起，目前各海洋強(qiáng)國都組建了適用于海洋動力學(xué)要素和海洋環(huán)境污染物的同步自動觀測網(wǎng)絡(luò)。包括岸基海洋環(huán)境自動監(jiān)測平臺、自動監(jiān)測浮標(biāo)、潛標(biāo)和海床基固定及移動自動監(jiān)測平臺，如何研制體積小、耗能低、數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸、適應(yīng)海洋復(fù)雜環(huán)境、多功能多參數(shù)、可長時間連續(xù)穩(wěn)定工作的自動監(jiān)測系統(tǒng)，仍是未來海洋環(huán)境監(jiān)測發(fā)展的重點(diǎn)方向。

  3.深海觀測技術(shù)深海蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源、礦產(chǎn)資源、生物及基因資源。近年來，各國在深海的競爭日益激烈，深海成為繼海面/地面觀測、空中遙測遙感之后地球科學(xué)的第三個觀測平臺，深海觀測系統(tǒng)正逐步成為海洋技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。可視化的、實(shí)時的、長時序的深海環(huán)境監(jiān)測，對海洋礦產(chǎn)資源的成礦機(jī)理、開發(fā)環(huán)境、環(huán)境影響評價等研究;對深海生物及其基因研究，都有重要意義。

  由于深海高壓等特點(diǎn)，幾乎所有的淺海監(jiān)測儀器都不能直接應(yīng)用于深海，必須通過采用特殊材料、構(gòu)建新型微型化電極或光學(xué)元件、采用光電機(jī)一體化等手段。研制耐高壓、耐海水腐蝕、低耗能的觀測儀器，發(fā)展適用于深海環(huán)境(如高壓、高溫、高鹽等)監(jiān)測的傳感器或儀器;發(fā)展適于深海環(huán)境觀測的移動或固定平臺發(fā)展水下觀測系統(tǒng)的供電、數(shù)據(jù)通信和組網(wǎng)技術(shù);發(fā)展空間、水面、水下、海底多平臺立體觀測技術(shù);建立長期的水下或海底觀測網(wǎng)，是深海海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的基本趨勢。

  4.區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與信息服務(wù)

  國際先進(jìn)區(qū)域立體實(shí)時監(jiān)測體系通過“實(shí)時觀測—模式模擬—數(shù)據(jù)同化—業(yè)務(wù)應(yīng)用”形成一個完整鏈條。通過互聯(lián)網(wǎng)為科研、經(jīng)濟(jì)以及軍事應(yīng)用提供服務(wù)，區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測更強(qiáng)調(diào)整體性、系統(tǒng)性的觀測;根據(jù)區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)，通過岸基、船基、?；⒑４不?、空基、天基相結(jié)合，形成空-天-海一體化監(jiān)測，向人們提供立體、連續(xù)、實(shí)時、長期的海洋數(shù)據(jù)。

  隨著社會的發(fā)展，環(huán)保理念已被越來越多的人接受，海洋開發(fā)產(chǎn)業(yè)得到了長足發(fā)展，海洋環(huán)境監(jiān)測不僅是為了滿足科研和國家的需要，越來越多的企業(yè)和個人也希望了解海洋環(huán)境信息。已有很多國家將信息服務(wù)納入?yún)^(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)與政府相關(guān)部門、科研單位甚至是個人共享監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息。今后，發(fā)展以社會需求為導(dǎo)向，以服務(wù)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和國家利益為目標(biāo)的區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及信息服務(wù)將成為海洋環(huán)境監(jiān)測發(fā)展的一個重要方向。

  5.海洋環(huán)境監(jiān)測全球化網(wǎng)絡(luò)

  海洋是一個連通的整體，要想真正了解海洋，必須從全球大尺度上進(jìn)行研究。目前國際上正在積極展開各地區(qū)、各個國家觀測系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)作，以實(shí)現(xiàn)在各國現(xiàn)有觀測網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行聯(lián)合觀測和數(shù)據(jù)共享，提高全球性海洋觀測能力。由聯(lián)合國教育、科學(xué)及文化組織政府間海洋學(xué)委員會和世界氣象組織合作，聯(lián)合發(fā)起的全球海洋觀測系統(tǒng)便是基于海洋監(jiān)測全球化思想提出的，通過聯(lián)合各個國家、單位，全球布點(diǎn)，研究大尺度海洋氣候循環(huán)及其演化規(guī)律。

  國際海洋資料與情報交換系統(tǒng)是開展海洋資料與情報交換系統(tǒng)的聯(lián)合國成員國海洋資料中心和組織的總成，目的是以最低可能成本向各國研究人員提供國際交換資料，它全球海洋數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)應(yīng)用和資料共享等方面發(fā)揮了積極作用。我國也于1981年加入，與世界主要海洋國家建立了良好的合作關(guān)系。但我國海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)與美、日和部分歐洲國家相比還比較落后，只有加大國際間合作，積極參與全球化的海洋觀測計劃，共享監(jiān)測信息，才能更快、更好地提高我國海洋環(huán)境監(jiān)測的能力。