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)化學參數(shù)監(jiān)測設備，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，在借鑒國外先進監(jiān)測手段的基礎上，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)控運行體系，監(jiān)測中心配備有強大的數(shù)據(jù)庫及服務器，可以進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，以達到監(jiān)測與預警的目的。
“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，希望他們能夠為運動會提供氣候、水流、水質(zhì)等各方面的預測保障，并長期固化為煙臺周邊海域的生態(tài)信息服務。
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排放現(xiàn)象嚴重，75%的監(jiān)測排污口存在超標排放現(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)標準，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)濟最發(fā)達地帶。21世紀，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、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系到水產(chǎn)的質(zhì)量與產(chǎn)量，影響到藍色經(jīng)濟的發(fā)展甚至是人類的生命健康；在生活上，海嘯、風暴等嚴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)濟可持續(xù)發(fā)展，國家對海洋生態(tài)環(huán)境保護越來越重視，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)事件進行預警預測，是進行海洋生態(tài)環(huán)境保護的基礎和前提。
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)可以滿足應用的要求。在“九五”期間，我國已研制出一些具有世界先進水平的探測設備，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程導航的聲相關海流剖面測量儀，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的高頻地波雷達，它能夠為海上工程建設、災害預報等提供遠距離、大面積、超視距與全天候的基礎數(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，由科學技術(shù)部、國家海洋局和上海市人民政府共同投資建設。它是我國第一個實現(xiàn)海洋立體監(jiān)測的業(yè)務化運行系統(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、海洋衛(wèi)星遙感應用技術(shù)等集成為一個從天空、海面到水下的立體監(jiān)測和信息服務網(wǎng)絡。它所涉及的儀器和傳感器，全部處于國內(nèi)同類研究的領先地位，使我國的海洋環(huán)境立體自動監(jiān)測技術(shù)與世界發(fā)達國家先進水平的差距縮短了10至15年。
這一系統(tǒng)的業(yè)務化運行，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、減災防災、軍事建設和科學研究提供了準確、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)測服務系統(tǒng)奠定了堅實的基礎。
追趕世界先進水平
雖然與國外先進國家廣泛部署的監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡相比，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水平的步伐。
與發(fā)達國家建立的一套可適應于惡劣海洋環(huán)境、能夠進行連續(xù)不斷監(jiān)測、廣泛部署的監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡相比，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，不能進行有效的、持續(xù)的監(jiān)測，以及方便準確地對歷史數(shù)據(jù)進行分析與處理。
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，日本對災難預警的重視程度，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，以敏捷的反應速度將災難損失降至最低，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)展帶來了一種機遇。
我國煙臺出現(xiàn)的這種可無人值守的海洋環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)，絕不僅僅應用于對海嘯等的預警。系統(tǒng)更多的是提供一個平臺，可同時搭載多組監(jiān)測設備，可對海洋進行立體的多種參數(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，為海洋相關產(chǎn)業(yè)及科研工作服務。
例如，可監(jiān)控海洋環(huán)境的污染，像溢油、化學物質(zhì)泄漏、污水排放等；可監(jiān)控海洋生態(tài)的風險，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、風浪、水質(zhì)、溫度等對海上航運、港口管理、水上運動及旅游的影響；還可預警重大災難的發(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、藍綠藻等8種，化學參數(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)預留有國際標準接口，可方便添加其他的傳感器。這些參數(shù)中，既包括了嚴重污染海域環(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。自動監(jiān)測設備采用太陽能供電，可以在任何有太陽的地方搭建平臺。另外，自動監(jiān)測設備可以設置為自動監(jiān)測模式，測量時間間隔可以根據(jù)需要設置，如每小時讀數(shù)一次，測量數(shù)據(jù)自動上傳至系統(tǒng)服務器，并可通過遠程無線通訊數(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)，以期達到顯著改善海洋觀測能力的目標。
第三，操作簡單，易于維護。系統(tǒng)采用太陽能供電，也可采用風力及波浪振動等自然能源。設備在手動、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)不需要預處理以及相關試劑的使用，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，遠程無線通訊技術(shù)的使用，可以實現(xiàn)在遠程控制端對監(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，并可以相互之間進行數(shù)據(jù)比對與分析。
經(jīng)過半年多的持續(xù)運行，專家認為，該系統(tǒng)的監(jiān)測水平、穩(wěn)定性、安全性，都已經(jīng)達到國際先進水平，若成功綜合部署，將完全可達到環(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在岸邊的站點，今后，應用更多的將是部署在海洋里的浮標系統(tǒng)。煙臺三方力量目前已經(jīng)完成海洋監(jiān)測浮標系統(tǒng)的設計和實驗，將很快在周圍海域鋪開。
海洋環(huán)境監(jiān)測浮標是獲取海洋環(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)測和災害預警預報的作用舉足輕重。利用浮標進行海洋環(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，具有機動靈活、實時、準確度高、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。
但浮標系統(tǒng)離岸邊較遠，面臨的挑戰(zhàn)更加復雜，它必須經(jīng)受嚴酷多變的海洋環(huán)境的考驗，耐高低溫、強風、強腐蝕及不間斷波浪振動的影響，同時還要能夠應對突發(fā)的碰撞與丟失，因此它的設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。這些浮標將與煙臺岸基監(jiān)測系統(tǒng)形成一個較完整的監(jiān)控網(wǎng)絡，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，風景旖旎，多少年來，渤海灣有著“天然魚倉”和“海洋公園”的美譽。
然而，當“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)濟轉(zhuǎn)型的風口浪尖，海洋生態(tài)的保護已經(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)測與預警、海水污染控制與治理，迫在眉睫。
自始至終，中國科學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)設備的運行，能夠為海洋污染控制提出針對性、可操作性強的科學建議和安全性對策。盡管該設備還處于調(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)測與預警上顯示出的強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。按設想，屆時中國沿海地區(qū)將遍布監(jiān)測浮標或岸基系統(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，下設環(huán)境監(jiān)測科、環(huán)境評價科、污染控制科、海洋預報室等4個業(yè)務科室。作為國家海洋局派出機構(gòu)，不但履行保護海洋環(huán)境、保護海洋資源、維護海洋權(quán)益的職責，還為轄區(qū)的水產(chǎn)養(yǎng)殖、海水淡化、污水排海工程、港口建設和油氣田開發(fā)等海洋經(jīng)濟建設項目中提供大量的技術(shù)服務和科技保障。
中科院煙臺海岸帶研究所
是中國科學院與山東省、煙臺市三方共建的創(chuàng)新性國家研究機構(gòu)，2006年正式開始建設。主要圍繞海岸帶經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展國家戰(zhàn)略科技需求，瞄準海岸帶研究世界科技前沿，針對區(qū)域創(chuàng)新體系建設和地方經(jīng)濟社會發(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鍵應用技術(shù)，重點開展環(huán)境友好型海岸帶資源化學與化工技術(shù)、海岸帶環(huán)境與生態(tài)過程與退化環(huán)境的修復、海岸帶信息集成與綜合管理等領域的基礎性、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)代信息科學技術(shù)為核心，提供世界領先的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用解決方案，屬于國家大力扶持和發(fā)展的高科技新興產(chǎn)業(yè)。
