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)基線調查是對特定海區(qū)的環(huán)境質量基本要素(水文、氣象、水質、地質、地貌、海洋生物等)狀況的初始調查和為掌握其以后間隔較長時間的趨勢變化的重復調查。基線調查又分為初始調查和重復調查兩種。初始調查是對特定海域的第一次全方面調查，已獲得該海域海洋環(huán)境基本要素的背景值;重復調查則是初始調查后進行的重復性且相同性質的調查，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。

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

  2)常規(guī)監(jiān)測是在基線調查基礎上,經優(yōu)化選擇若干代表性監(jiān)測站和項目進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)測站位應保持不變，常規(guī)監(jiān)測布點的環(huán)境代表性使其能夠準確地反映區(qū)域海洋的環(huán)境質量，并能據(jù)此做出環(huán)境評估，分析污染物產生原因及污染途徑，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)生有毒有害物質泄放或赤潮等災害緊急事件時，組織反應快速的現(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、有毒農藥和化學品的泄漏等。這些海上突發(fā)污染事故往往可以在短時間內對區(qū)域海洋環(huán)境造成嚴重甚至毀滅性的危害，應急監(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、污染強度及遷移轉化規(guī)律而進行的專項、深入的研究的監(jiān)測，研究性監(jiān)測大多由科研單位組織。其主要任務包括:研究生態(tài)環(huán)境質量，如環(huán)境背景值;研究污染物在海洋中的遷移轉化，在生物體內的蓄積、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)境保護研究提供方向，為預測預報環(huán)境質量提供服務;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，實現(xiàn)監(jiān)測方法的標準化和規(guī)范化，研究驗證環(huán)境監(jiān)測管理方法以及建立立體化的環(huán)境監(jiān)測網。

  海洋環(huán)境監(jiān)測發(fā)展趨勢

  隨著科學技術的進步，在光學、電學、機械學、材料學飛速進步的帶動下，海洋環(huán)境監(jiān)測技術不斷更新完善，監(jiān)測儀器性能已有大幅提高。傳感器技術的發(fā)展使海洋環(huán)境監(jiān)測真正進入實時化和立體化時代。20世紀80年代以來，海洋環(huán)境監(jiān)測呈現(xiàn)“多元化、實時化、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)測網絡成為一種趨勢。

  1.監(jiān)測儀器向微型化、多參數(shù)化方向發(fā)展

  海洋環(huán)境的復雜性，要求海洋環(huán)境監(jiān)測儀器能夠進行現(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。由于微電子、微型傳感器、計算機技術、新材料技術、遙感衛(wèi)星技術及各種高新技術的應用，海洋環(huán)境分析監(jiān)測儀器的設計發(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、光電技術、生物芯片技術、分子生物學技術以及其他多種新技術不斷被吸收應用于傳感元件，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便攜式多參數(shù)水質監(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的多參數(shù)水質監(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、電導率(鹽度、總溶解固體、電阻)、溫度、深度、濁度、葉綠素a、藍綠藻、羅丹明WT、銨/氨離子硝酸根離子、氯離子、環(huán)境光、總溶解氣體共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、高復雜性、轄區(qū)面積廣闊等特點，海洋環(huán)境監(jiān)測儀器與淡水水質監(jiān)測儀在設計方面存在一定差異，一些海洋浮標、潛標和海底監(jiān)測平臺位于遠離陸地的遠海或深海，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，進而使整個儀器系統(tǒng)的測量準確度和可靠性下降。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結合，以研制出體積小、溶劑用量少或無溶劑、抗干擾能力強、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)測儀器產業(yè)在高端產品、創(chuàng)新研究方面，遭遇國外壟斷、技術封鎖，在中低端產品方面有自己的產品，但仍缺乏關鍵的核心技術，缺乏對工藝和關鍵材料的深入研究，關鍵技術仍然依靠進口。另外，用戶對國產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)測儀器的成型產品還很少，海洋儀器研發(fā)和生產廠家較少，國內的海洋監(jiān)測儀器生產廠家的規(guī)模均不大，且缺乏自主創(chuàng)新產品。

  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)測的手段能夠實時在線反映海洋環(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，進行自動化、電子化、數(shù)字化、聯(lián)網化的連續(xù)、動態(tài)、實時更新數(shù)據(jù)的原位測試，原位監(jiān)測是很多科學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，帶回實驗室分析檢測的方法，這種方法是將待監(jiān)測的環(huán)境要素與海洋環(huán)境脫離，不能真實地反映海洋環(huán)境狀況，也不能獲取連續(xù)實時的數(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，獲得全面準確的海洋環(huán)境信息。原位監(jiān)測技術是對傳統(tǒng)海洋學研究方法的一次重大突破，它的應用對促進海洋資源的探測、海洋環(huán)境的監(jiān)測與保護和海洋科學的研究有重要的意義。

  隨著傳感技術和通信技術的發(fā)展。海洋自動監(jiān)測技術迅速崛起，目前各海洋強國都組建了適用于海洋動力學要素和海洋環(huán)境污染物的同步自動觀測網絡。包括岸基海洋環(huán)境自動監(jiān)測平臺、自動監(jiān)測浮標、潛標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)實時傳輸、適應海洋復雜環(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)展的重點方向。

  3.深海觀測技術深海蘊藏著豐富的油氣資源、礦產資源、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的第三個觀測平臺，深海觀測系統(tǒng)正逐步成為海洋技術領域的研究熱點?？梢暬?、實時的、長時序的深海環(huán)境監(jiān)測，對海洋礦產資源的成礦機理、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，幾乎所有的淺海監(jiān)測儀器都不能直接應用于深海，必須通過采用特殊材料、構建新型微型化電極或光學元件、采用光電機一體化等手段。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)通信和組網技術;發(fā)展空間、水面、水下、海底多平臺立體觀測技術;建立長期的水下或海底觀測網，是深海海洋環(huán)境監(jiān)測技術發(fā)展的基本趨勢。

  4.區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測網絡與信息服務

  國際先進區(qū)域立體實時監(jiān)測體系通過“實時觀測—模式模擬—數(shù)據(jù)同化—業(yè)務應用”形成一個完整鏈條。通過互聯(lián)網為科研、經濟以及軍事應用提供服務，區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測更強調整體性、系統(tǒng)性的觀測;根據(jù)區(qū)域環(huán)境特點，通過岸基、船基、海基、海床基、空基、天基相結合，形成空-天-海一體化監(jiān)測，向人們提供立體、連續(xù)、實時、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納入?yún)^(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測網絡，通過互聯(lián)網與政府相關部門、科研單位甚至是個人共享監(jiān)測網絡的數(shù)據(jù)信息。今后，發(fā)展以社會需求為導向，以服務經濟、社會發(fā)展和國家利益為目標的區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測網絡及信息服務將成為海洋環(huán)境監(jiān)測發(fā)展的一個重要方向。

  5.海洋環(huán)境監(jiān)測全球化網絡

  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)合運作，以實現(xiàn)在各國現(xiàn)有觀測網絡基礎上進行聯(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、科學及文化組織政府間海洋學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，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系。但我國海洋環(huán)境監(jiān)測技術與美、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。