海洋有病，誰來把脈？
在煙臺港碼頭，有這樣一個傳感器，它每小時完成一次完整的數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程發(fā)送，同時集成有多個參數(shù)的海水水質(zhì)自動監(jiān)測傳感器、氣象參數(shù)監(jiān)測傳感器及水質(zhì)化學(xué)參數(shù)監(jiān)測設(shè)備，共可監(jiān)測16類數(shù)據(jù)，并且可以分別區(qū)分表層水與深層水兩套數(shù)據(jù)。
這就是煙臺海誠高科技有限公司、中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所、國家海洋局煙臺海洋環(huán)境監(jiān)測中心站三方共同從海域水體的監(jiān)測著手，在借鑒國外先進(jìn)監(jiān)測手段的基礎(chǔ)上，針對渤海海域特定的實際情況研發(fā)出的海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)(sm
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ocean，意為“智慧的海洋”)，有專家形象地稱之為“海洋聽診器”。
“聽診器”利用一個個在監(jiān)測現(xiàn)場的傳感單元組成整個物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行體系，監(jiān)測中心配備有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫及服務(wù)器，可以進(jìn)行長期的全面的歷史數(shù)據(jù)追蹤、分析與統(tǒng)計，并可通過WE
B服務(wù)器實時發(fā)布信息，真實客觀地反映海洋水體的“健康”狀況，以達(dá)到監(jiān)測與預(yù)警的目的。
“聽診器”剛呱呱墜地，有人就開始盯上了。今年6月16日，第三屆亞洲沙灘運(yùn)動會將在中國煙臺舉行。在最近的兩個星期里，煙臺市政府官員頻繁約見海誠公司的人員，希望他們能夠為運(yùn)動會提供氣候、水流、水質(zhì)等各方面的預(yù)測保障，并長期固化為煙臺周邊海域的生態(tài)信息服務(wù)。
來自2009年《渤海海洋環(huán)境公報》的數(shù)據(jù)顯示：渤海沿岸實時監(jiān)測的陸源入海排污口共有100個，工業(yè)排污口32個，占據(jù)1/3。這些沿岸排污口超標(biāo)排放現(xiàn)象嚴(yán)重，75%的監(jiān)測排污口存在超標(biāo)排放現(xiàn)象，40%的重點排污口鄰近海域水質(zhì)劣于第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，27%的重點排污口鄰近海域生態(tài)環(huán)境有所惡化。1/4以上的渤海海域海水環(huán)境受到不同程度污染。
顯然，渤海灣的海洋環(huán)境確實需要有人來“診脈”，探究其污染體征，并提出可行的控制和治理建議。
其實，整個中國乃至世界的海洋，都需要一種“聽診器”。
我國海洋環(huán)境監(jiān)測的前世今生
科技部發(fā)布的一篇科普文章曾提到，海洋以坦蕩的胸懷給于我們恩賜，為我們提供豐富的食物和礦產(chǎn)，沿海區(qū)域擁有豐富的陸海自然資源，是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地帶。21世紀(jì)，人類將揭開開發(fā)利用海洋新時代的序幕，可持續(xù)發(fā)展是人類開發(fā)利用海洋的主題，科學(xué)、合理、有序地利用海洋可以解決人類社會面臨的“人口劇增、資源匿乏、環(huán)境惡化”三大問題。
但是，海洋給我們巨大恩惠的同時，也不斷地以各種方式威脅到人類的生活與發(fā)展。環(huán)境污染、赤潮、風(fēng)暴潮等海洋環(huán)境的變化越來越多地影響著海洋生物的棲息與繁衍，有時在特定區(qū)域內(nèi)，對某些生命甚至是毀滅性的打擊。
在水產(chǎn)養(yǎng)殖上，海洋污染、赤潮及劇烈的天氣變化直接關(guān)系到水產(chǎn)的質(zhì)量與產(chǎn)量，影響到藍(lán)色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展甚至是人類的生命健康；在生活上，海嘯、風(fēng)暴等嚴(yán)重威脅沿海人民的生命財產(chǎn)安全；在軍事上，海洋環(huán)境還會直接影響到潛艇、魚雷等武器裝備的安全。
我國擁有18000多公里的海岸線、300萬平方公里的管轄海域，為了保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，國家對海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)越來越重視，而海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取和分析，了解海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及動態(tài)變化趨勢并能夠?qū)Ｑ笸话l(fā)事件進(jìn)行預(yù)警預(yù)測，是進(jìn)行海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)和前提。
為此，我國政府把“海洋監(jiān)測技術(shù)”列入國家863計劃中，使我國的海洋監(jiān)測技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。
在海洋監(jiān)測體系中，最重要的是各種探測技術(shù)可以滿足應(yīng)用的要求。在“九五”期間，我國已研制出一些具有世界先進(jìn)水平的探測設(shè)備，也掌握了一些僅有少數(shù)國家才擁有的尖端技術(shù)，比如可用于深水流場測量和潛艇深水遠(yuǎn)程導(dǎo)航的聲相關(guān)海流剖面測量儀，可用于水雷探測、海底沉積物打撈、海難救援、海底礦產(chǎn)勘探、地貌測繪等方面的合成孔徑聲納，獲取海表面動力要素及低速移動目標(biāo)的高頻地波雷達(dá)，它能夠為海上工程建設(shè)、災(zāi)害預(yù)報等提供遠(yuǎn)距離、大面積、超視距與全天候的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及溫鹽深剖面儀等。
2000年建成的海洋環(huán)境立體監(jiān)測和信息服務(wù)系統(tǒng)上海示范區(qū)，是國家863計劃“九五”期間的重大項目，由科學(xué)技術(shù)部、國家海洋局和上海市人民政府共同投資建設(shè)。它是我國第一個實現(xiàn)海洋立體監(jiān)測的業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)，采用海洋監(jiān)測高新技術(shù)的最新成果，將近海環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、高頻地波雷達(dá)、海洋衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)等集成為一個從天空、海面到水下的立體監(jiān)測和信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。它所涉及的儀器和傳感器，全部處于國內(nèi)同類研究的領(lǐng)先地位，使我國的海洋環(huán)境立體自動監(jiān)測技術(shù)與世界發(fā)達(dá)國家先進(jìn)水平的差距縮短了10至15年。
這一系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，為上海和浙江海域的海洋綜合管理、開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)、減災(zāi)防災(zāi)、軍事建設(shè)和科學(xué)研究提供了準(zhǔn)確、可靠、及時的信息，為建立我國整個管轄海域的海洋環(huán)境監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
追趕世界先進(jìn)水平
雖然與國外先進(jìn)國家廣泛部署的監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，仍然有一定的差距，但以煙臺三方力量為代表的我國海洋自動監(jiān)測技術(shù)，已邁出追趕世界先進(jìn)水平的步伐。
與發(fā)達(dá)國家建立的一套可適應(yīng)于惡劣海洋環(huán)境、能夠進(jìn)行連續(xù)不斷監(jiān)測、廣泛部署的監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，目前我國的海洋監(jiān)測仍然普遍采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場取樣、實驗室檢測的手段，取樣成本大、檢測時間長，而且檢測結(jié)果只能體現(xiàn)單一時間點的海洋狀況，不能進(jìn)行有效的、持續(xù)的監(jiān)測，以及方便準(zhǔn)確地對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。
但是，煙臺的這套監(jiān)測系統(tǒng)具有自己的特點。它取樣成本極小，檢測周期短，而且可以遠(yuǎn)程自動控制，因此可以提供實時連續(xù)的數(shù)據(jù)(比如每小時提供一次現(xiàn)場狀態(tài)的信息)；而且可以利用軟件對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對和分析，借以掌握海洋的活動規(guī)律。
2011年3月11日，日本發(fā)生了震驚世界的巨大海嘯，給日本人民的生命財產(chǎn)安全帶來巨大破壞，我國也第一時間組織救援力量前往現(xiàn)場。在此次事件的過程中，日本對災(zāi)難預(yù)警的重視程度，包括其監(jiān)測到地震后，能夠第一時間利用早已建立起來的通報系統(tǒng)向全社會發(fā)出海嘯警報，以敏捷的反應(yīng)速度將災(zāi)難損失降至最低，這種技術(shù)對我國產(chǎn)生了很大影響，也為全球海洋監(jiān)測技術(shù)體系的發(fā)展帶來了一種機(jī)遇。
我國煙臺出現(xiàn)的這種可無人值守的海洋環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，絕不僅僅應(yīng)用于對海嘯等的預(yù)警。系統(tǒng)更多的是提供一個平臺，可同時搭載多組監(jiān)測設(shè)備，可對海洋進(jìn)行立體的多種參數(shù)的同時監(jiān)測，這就意味著它可支持多部門不同用途的數(shù)據(jù)采集與分析工作，為海洋相關(guān)產(chǎn)業(yè)及科研工作服務(wù)。
例如，可監(jiān)控海洋環(huán)境的污染，像溢油、化學(xué)物質(zhì)泄漏、污水排放等；可監(jiān)控海洋生態(tài)的風(fēng)險，像赤潮、營養(yǎng)鹽等；可監(jiān)控漁業(yè)養(yǎng)殖環(huán)境的變化，像溶解氧、溫度、營養(yǎng)鹽、富營養(yǎng)化等；可監(jiān)控潮汐、水流、風(fēng)浪、水質(zhì)、溫度等對海上航運(yùn)、港口管理、水上運(yùn)動及旅游的影響；還可預(yù)警重大災(zāi)難的發(fā)生，像地震、核輻射、海嘯等。
去年的渤海灣漏油事件，再一次為我們海洋生態(tài)敲響了警鐘。渤海作為一個半封閉內(nèi)海，海水更新周期長達(dá)15年，自凈能力差，污染物承載力十分有限，如此脆弱的水體環(huán)境，需要我們進(jìn)行長期有效不間斷的監(jiān)測，隨時掌握各類參數(shù)的變化，以做到遇到問題及時發(fā)現(xiàn)及時處理。
多方合力共建海洋監(jiān)測體系
據(jù)專家介紹，煙臺海誠高科技有限公司、中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所、國家海洋局煙臺海洋環(huán)境監(jiān)測中心站共同研發(fā)的、安裝于煙臺港碼頭的這套海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，具備三大特色：
第一，監(jiān)測范圍廣，參數(shù)多。該系統(tǒng)為同時集成有多個參數(shù)的海水水質(zhì)自動監(jiān)測裝備。主要測量參數(shù)包括氣象參數(shù)4項、水質(zhì)物理參數(shù)8項、水質(zhì)化學(xué)參數(shù)4項，并且可同時監(jiān)測海洋表層水和底層水(近岸)。其水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)包括PH值、溶解氧、鹽度、葉綠素、藍(lán)綠藻等8種，化學(xué)參數(shù)包括硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、氨氮4種，氣象參數(shù)包括氣溫、濕度、降雨量、太陽輻射4種，同時系統(tǒng)預(yù)留有國際標(biāo)準(zhǔn)接口，可方便添加其他的傳感器。這些參數(shù)中，既包括了嚴(yán)重污染海域環(huán)境、影響魚蝦等海洋生物生長的油類(包括成品油與原油)，又有密切關(guān)系赤潮成因的理化參數(shù)，如營養(yǎng)鹽和溶解氧、pH等。同時，還有影響參數(shù)浮動的氣溫、濕度、太陽輻射度等外圍環(huán)境參數(shù)，從而能夠客觀真實地反映海洋水體的“健康狀況”。
第二，適于多點聯(lián)動，搭建海洋環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。自動監(jiān)測設(shè)備采用太陽能供電，可以在任何有太陽的地方搭建平臺。另外，自動監(jiān)測設(shè)備可以設(shè)置為自動監(jiān)測模式，測量時間間隔可以根據(jù)需要設(shè)置，如每小時讀數(shù)一次，測量數(shù)據(jù)自動上傳至系統(tǒng)服務(wù)器，并可通過遠(yuǎn)程無線通訊數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實時地把表征海洋狀況的參數(shù)發(fā)送到需要的地方。同時，通過與地方海洋監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)合作與統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，搭建區(qū)域性的長期立體觀測系統(tǒng)，以期達(dá)到顯著改善海洋觀測能力的目標(biāo)。
第三，操作簡單，易于維護(hù)。系統(tǒng)采用太陽能供電，也可采用風(fēng)力及波浪振動等自然能源。設(shè)備在手動、自動監(jiān)測模式下，全部參數(shù)的測定可以在一小時內(nèi)完成。整個測量過程，多數(shù)參數(shù)不需要預(yù)處理以及相關(guān)試劑的使用，即使少量的試劑使用產(chǎn)生廢液，也會在測量結(jié)束后完成廢液回收。另外，遠(yuǎn)程無線通訊技術(shù)的使用，可以實現(xiàn)在遠(yuǎn)程控制端對監(jiān)測系統(tǒng)的“監(jiān)控”，這有助于及時發(fā)現(xiàn)儀器探測中的異常，并在第一時間判定問題原因，拿出解決方案。
據(jù)有關(guān)方面介紹，目前安裝于煙臺港碼頭的這套裝置只是其計劃的第一個站點，該系統(tǒng)可以將多個站點的狀況及數(shù)據(jù)集成到一張站點地圖中，并可以相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)比對與分析。
經(jīng)過半年多的持續(xù)運(yùn)行，專家認(rèn)為，該系統(tǒng)的監(jiān)測水平、穩(wěn)定性、安全性，都已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，若成功綜合部署，將完全可達(dá)到環(huán)加拿大多點海洋監(jiān)測系統(tǒng)的水平。
據(jù)專家介紹，部署在煙臺港碼頭的是架設(shè)在岸邊的站點，今后，應(yīng)用更多的將是部署在海洋里的浮標(biāo)系統(tǒng)。煙臺三方力量目前已經(jīng)完成海洋監(jiān)測浮標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計和實驗，將很快在周圍海域鋪開。
海洋環(huán)境監(jiān)測浮標(biāo)是獲取海洋環(huán)境資料的重要工具之一。它具有定點、連續(xù)測量的特點。海洋環(huán)境資料的獲取對海洋環(huán)境監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警預(yù)報的作用舉足輕重。利用浮標(biāo)進(jìn)行海洋環(huán)境參數(shù)的測量，是岸基監(jiān)測系統(tǒng)向海洋方向的延伸，直接處于海-氣交換界面對海洋環(huán)境進(jìn)行長期測量，所采集的數(shù)據(jù)能夠更直接、更迅速地反映海洋環(huán)境的變化。小型多參數(shù)海洋環(huán)境監(jiān)測浮標(biāo)是海洋動力環(huán)境長期定點實時立體監(jiān)測的基本手段，具有機(jī)動靈活、實時、準(zhǔn)確度高、測量參數(shù)多、代表性好、全天候、動態(tài)、連續(xù)測量等優(yōu)點。
但浮標(biāo)系統(tǒng)離岸邊較遠(yuǎn)，面臨的挑戰(zhàn)更加復(fù)雜，它必須經(jīng)受嚴(yán)酷多變的海洋環(huán)境的考驗，耐高低溫、強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)腐蝕及不間斷波浪振動的影響，同時還要能夠應(yīng)對突發(fā)的碰撞與丟失，因此它的設(shè)計也必須首先立足于穩(wěn)定與安全。
煙臺海誠高科技有限公司的技術(shù)人員透露，再過幾個月，山東蓬萊海面上將出現(xiàn)若干海洋監(jiān)測的浮標(biāo)。這些浮標(biāo)將與煙臺岸基監(jiān)測系統(tǒng)形成一個較完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，為煙臺的海洋生態(tài)監(jiān)控和整個渤海灣的污染防治提供可靠依據(jù)。
診斷渤海灣 診斷中國海洋
從渤海衛(wèi)星圖上看渤海，口袋狀海區(qū)的渤海灣，靜靜地躺在祖國懷抱之中。這里曾經(jīng)魚蝦成群，風(fēng)景旖旎，多少年來，渤海灣有著“天然魚倉”和“海洋公園”的美譽(yù)。
然而，當(dāng)“康菲漏油”事件讓我們再次聚焦這片海域的時候，我們才發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)最美的渤海灣早已面目全非：過度開發(fā)、化工企業(yè)超標(biāo)排放、溢油污染等原因?qū)е虏澈成鷳B(tài)持續(xù)惡化，整個渤海近岸，除了河北秦皇島南、北戴河和大連附近少量海岸線，其余海岸線完全被污染線圈住，水體污染比例超過1/5以上。更糟糕的是，渤海作為一個半封閉內(nèi)海，海水更新周期長達(dá)15年，自凈能力差，污染物承載力十分有限。
目前的渤海灣，在呼喚經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的風(fēng)口浪尖，海洋生態(tài)的保護(hù)已經(jīng)到了懸崖邊上：向前走是碧海，向后退是死海。積極有效地開展海洋環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警、海水污染控制與治理，迫在眉睫。
自始至終，中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所、國家海洋局煙臺海洋環(huán)境監(jiān)測中心站、煙臺海誠高科技有限公司三方對海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備的順利投入使用非常重視，顯示了極大的決心。他們力求通過該系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行，能夠為海洋污染控制提出針對性、可操作性強(qiáng)的科學(xué)建議和安全性對策。盡管該設(shè)備還處于調(diào)試階段，盡管在調(diào)試階段可能會有意想不到的這樣那樣的困難和瓶頸，但其在海洋監(jiān)測與預(yù)警上顯示出的強(qiáng)大的生命力不容小覷。更值得一提的是，這一在典型的濱海地區(qū)開展海洋環(huán)境監(jiān)測的舉措，能夠更好地滿足對海域水體實時監(jiān)測與提前預(yù)警的緊迫需求；如果能夠?qū)崿F(xiàn)整個海岸線的實時監(jiān)測聯(lián)動，將對展開針對海洋環(huán)境的多參數(shù)監(jiān)測、水質(zhì)評估以及污染預(yù)警，產(chǎn)生深刻的影響。
鑒于中國對海洋環(huán)境前所未有的關(guān)注，與目前監(jiān)測手段相對落后之間的矛盾，這套系統(tǒng)無疑提供了一個完整的、可行的、便捷的解決方案。按設(shè)想，屆時中國沿海地區(qū)將遍布監(jiān)測浮標(biāo)或岸基系統(tǒng)，中國將建立一套完整的中國海洋信息地圖，并匹配龐大的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的共享與比對。
國家海洋局煙臺海洋環(huán)境監(jiān)測中心站
位于煙臺市區(qū)，下轄石島、成山頭、芝罘島、蓬萊、北隍城、龍口等6個直屬海洋環(huán)境監(jiān)測站和濱州、東營、壽光3個共建站，下設(shè)環(huán)境監(jiān)測科、環(huán)境評價科、污染控制科、海洋預(yù)報室等4個業(yè)務(wù)科室。作為國家海洋局派出機(jī)構(gòu)，不但履行保護(hù)海洋環(huán)境、保護(hù)海洋資源、維護(hù)海洋權(quán)益的職責(zé)，還為轄區(qū)的水產(chǎn)養(yǎng)殖、海水淡化、污水排海工程、港口建設(shè)和油氣田開發(fā)等海洋經(jīng)濟(jì)建設(shè)項目中提供大量的技術(shù)服務(wù)和科技保障。
中科院煙臺海岸帶研究所
是中國科學(xué)院與山東省、煙臺市三方共建的創(chuàng)新性國家研究機(jī)構(gòu)，2006年正式開始建設(shè)。主要圍繞海岸帶經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展國家戰(zhàn)略科技需求，瞄準(zhǔn)海岸帶研究世界科技前沿，針對區(qū)域創(chuàng)新體系建設(shè)和地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，研究開發(fā)海岸帶資源利用、環(huán)境治理、可持續(xù)發(fā)展決策的科技理論體系和關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，重點開展環(huán)境友好型海岸帶資源化學(xué)與化工技術(shù)、海岸帶環(huán)境與生態(tài)過程與退化環(huán)境的修復(fù)、海岸帶信息集成與綜合管理等領(lǐng)域的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性創(chuàng)新研究。
煙臺海誠高科技有限公司
創(chuàng)建于2002年5月，公司注冊資本4000萬元人民幣，是中國山東省高新技術(shù)企業(yè)、國家火炬計劃企業(yè)。自成立以來，先后獲得過國家火炬計劃基金、國家科技部頒發(fā)的科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金、山東省中小企業(yè)扶持基金和山東省高新技術(shù)發(fā)展計劃資金，連續(xù)多年被評為A
A
A級信用企業(yè)、重合同守信譽(yù)單位和供貨保證優(yōu)秀企業(yè)。
2009年，公司成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，致力于海洋和環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，以現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)為核心，提供世界領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用解決方案，屬于國家大力扶持和發(fā)展的高科技新興產(chǎn)業(yè)。
