海洋监测技术 15 发展需求

1我国海洋监测发展需求2我国海洋环境科技存在的主要问题：海洋环境观测能力薄弱，对临近深海大洋环境规律认识较浅，海洋环境的评估和预测能力不足，海洋环境信息服务和应用水平较低。海洋环境恶劣，海洋环境观测技术要求高、难度和风险大，我国的立体海洋环境观测系统尚处于发展阶段。总体，我国海洋监测数据不足，相比发达国家，海洋监测技术落后，卫星观测及通信仅处于起步阶段，无海洋环境动力卫星。3建设高效、立体、全时的海洋环境监测与预报体系，是海洋开发利用和各类海上活动安全的基本保证。4一、海洋动力环境实时立体监测系统技术以水下监测技术为核心，发展立体、中远距离监测技术，开发与长期监测和实时数据传输有关的技术，以适应国家对海洋动力环境要素监测的需要。5海洋动力环境实时立体监测系统技术1、海洋动力环境立体监测动态信息服务集成示范系统研究目标：以监测海洋动力环境为目的，集成本专题开发的新技术和已有成果，提高我国海洋动力环境的实时立体监测能力，建立实时数据收集、处理和信息服务的示范系统。6研究内容：(1)海洋动力环境实时立体监测系统的顶层设计、模块化配置；(2)(3)区域海洋动力环境立体监测数据管理系统和规范化信息服务系统。7海洋动力环境实时立体监测系统技术2、海洋光学浮标技术研究目标：研制适合我国海域的锚系光学浮标，测量海洋表面、近表层光学参数和真光层水体剖面光学参数，用于海洋水色卫星现场辐射定标和遥感卫星数据真实性检验。8研究内容：(1)光学浮标总体设计及光学仪器设备集成技术；(2)水体光学参数分析与应用技术。9浮标•海洋资料浮标：锚泊于远离海岸的预定站位，长期、连续、自动地监测风、气温、气压、水温、波浪、海流等海洋水文、气象要素的海洋水面环境监测系统。可布放于30-4000m深的海域。•漂流浮标：由标体和水帆两部分组成，标体是一在水上漂浮的密封容器，内装卫星发射机和测温传感器、电池等。用缆绳与之连接的筒状水帆在欲测流层。水帆带动标体在大海自由漂流，借助ARGOS卫星系统定位及传输观测的水文参数，地面端可实时接收。用于拉格朗日法测量海流及海水温度等参数。•海洋潜标系统：进行长期、定点、连续海洋剖面测量的海洋水下环境监测系统。可布放于35-4000M深海域，配置不同的水下监测设备，进行海流、海流剖面、海水温度、电导率等要素和声学遥控释放回收。10浮标•光学浮标：是发展我国“立体、中远距离海洋监测高技术”的重要组成部分。与我国2001年发射的唯一一颗海洋水色卫星相配套的，是专门用于对比卫星所观测的光谱数据。海洋光学遥测浮标由一套锚系、两个标体组成，总重近3吨。其中一个标体缩携仪器用于测量可见光在海水表层的透光量，另一个标体测量不同深度海水中的可见光和海底反射光的数据，所有数据定时自动观测并通过无线电信号传输回地面进行分析处理，这个浮标可大大提高进行实测观测对比的效率和准确性。11光学浮标进展•主要研制适用于海洋光学测量的浮标体及系统集成，高光谱、多光谱水下辐照度和辐亮度测量，多光谱海面辐照度测量，高光谱水体吸收和散射系数测量，水下光学仪器窗口防污染，浮标数据连续自动采集，浮标-真光层以及浮标-岸机实时通信，以及光学浮标数据处理和应用分析等技术。12•3、大型海洋环境多层监测浮标关键技术研究目标：•对现有大型浮标进行技术改进，发展监测气象要素和多层水文要素的大型浮标技术，其总体性能达到20世纪末的国际先进水平。海洋动力环境实时立体监测系统技术13研究内容：(1)水文气象测量传感器、ADCP、水下温盐链集成技术；(2)浮标的数据采集、处理、传输技术的更新；(3)优化设计浮标体及安全性技术。14成果：自沉浮试中型漂流浮标关键技术研究完成了主要关键技术研究，实现了浮标自动沉浮、深度控制、剖面测量等功能。课题研制的样机在密云水库进行的湖试，结果证明各项性能均达到各项指标要求。15ArgoARGO计划是全球海洋观测系统中的重要组成部分，它通过在全球海洋布设大量漂流剖面测量浮标，组成一个庞大的ARGO全球海洋观测网。由美国等国的大气、海洋科学家，于1998年推出的一个全球海洋观察试验项目，旨在快速、准确、大范围收集海洋上层的海水温度、盐度剖面资料，以提高气候预报的精度。我国于2001年10月正式加入国际ARGO计划，已分别于2002年10月，2003年1月、8月在西北太平洋海域布放了总计27枚ARGO浮标，其中19枚浮标运行非常成功。存在问题：ARGO数据的质量控制、实时和延时数据的分发，以及如何提高剖面浮标性能和解决传感器、通讯系统等一系列技术问题。16•通过引进国际上新一代、先进的沉浮式海洋观测浮标（即Argo剖面浮标），在西北太平洋附近海域构建我国Argo大洋观测试验网，为日后建成“我国新一代海洋实时观测系统(Argo)中的大洋观测网”提供技术积累和运行、应用经验；•加入国际Argo计划，共享全球海洋中3000个剖面浮标资料;•承办第五次国际Argo科学组会议，扩大我国在国际Argo计划中的影响，提升我国的国际地位；•为我国海洋和气象界承担的相关研究项目提供资料服务，丰富我国的海洋环境数据库。中国Argo计划的总体目标:17中国Argo计划组织管理结构1819Argo浮标——自沉浮式剖面探测浮标Argo浮标Argo浮标2021•4、小型多参数海洋环境监测浮标•研究目标：研制能够监测近海海洋气象和多层水文要素，便于布放回收、数据实时传输的小型浮标技术。海洋动力环境实时立体监测系统技术22研究内容：(1)风速、风向、气温、气压、湿度、波浪、流速剖面、200米分层温盐剖面传感器集成技术；(2)浮标低功耗数据传输技术；(3)近海小型浮标的安全性和可靠性技术。23小型多参数海洋环境监测浮标研究进展•该浮标是一种海洋环境监测系统，能锚定于远离海岸或湖泊的预定站位上，长期、连续、自动地监测风、气温、气压、水温、波浪、海流等海洋水文气象要素，为海洋环境监测与预报、海洋开发、海洋科学研究和海洋军事活动提供服务。在青岛朝连岛海域进行海上试验,并取得布放和数据接收一次性成功。这使我国的海洋环境监测技术达到国际先进水平。24小型多参数海洋环境监测浮标研究进展开展了3m圆盘型多功能监测浮标的研制以及10m圆盘型海洋资料浮标的技术改造工作,同时研制成功了极区卫星跟踪水文气象监测浮标,已在北极地区布放使用。这种小型浮标测量参数多,除检测海表面水文气象参数外,同时还能监测海洋剖面参数。25•5、自持式剖面循环探测漂流浮标•研究目标：研制自持式剖面循环探测漂流浮标，与国际Argo计划产品兼容。•研究内容：(1)自持式剖面循环探测漂流浮标的水下定深和姿态控制技术；(2)低功耗的动力系统及控制技术；(3)探测传感器与定位系统集成；(4)数据采集与通讯传输技术。海洋动力环境实时立体监测系统技术26•6、实时传输潜标系统研究目标：研制带有水面天线，能够实时传输测量数据的潜标系统。研究内容：(1)深海(大于4000m水深)潜标系统的专用浮体技术；(2)ADCP的数据实时输出技术；(3)潜标系统数据的水面天线实时传输技术。海洋动力环境实时立体监测系统技术27•7研究目标：研制远程高频地波雷达系统，满足远距离、大范围海洋环境监测需要，使我国高频研究内容：•(1)探测距离达360公里以上的高频地波雷达系统；•(2)海面流场、风场和浪高的信息提取技术。海洋动力环境实时立体监测系统技术28•成果：系统布放在水下，定点、连续、长期自动监测水下环境参数。•自容工作方式，模块化结构，可根据不同的需要，利用公共的平台与相应的传感器和仪器，在中央控制机统一管理下，完成预定的工作任务，例如监测悬浮沙浓度剖面、粒径谱及其动力环境背景参数。•监测完成后，用声指令控制水下声学应答释放器，释放监测系统，回收存贮卡，在室内回放和处理，给出监测结果，用于工程或科研。•多点布设，可构成监测网。可根据具体要求，增减现有的传感器或仪器，用于水质、物质通量及水下环境参数的调查和研究。8、海床基动力要素综合自动监测系统海洋动力环境实时立体监测系统技术29海洋动力环境实时立体监测系统技术研究目标：研制具有多参数自动综合监测能力的海床基系统，监测主要海洋动力参数，提高水下海洋动力学参数自动综合监测水平。研究内容：(1)海洋动力要素综合监测海床基系统集成技术(包括ADC测流、潮位、波浪、盐度、温度等参数)；(2)海面天线实时传输技术；(3)噪声监测技术与海浪、风速和降雨参数反演技术。30•9、自定位水下潮流测量仪研究目标：研制具有自定位能力的水下潮位和剖面流测量仪，以适应海洋环境监测的特殊要求。研究内容：研制具有自航、水下定位和信息传输功能的水下潮位和剖面流等参数的测量系统。海洋动力环境实时立体监测系统技术31•10研究目标：研究水下定点海冰监测系统，用于监测海冰的厚度、漂移速度和冰下海流等参数。研究内容(1)研制水下定点式海冰厚度、漂移速度和冰下海流等参数的声学监测系统；(2)海冰厚度高精确提取技术。海洋动力环境实时立体监测系统技术32二、海洋生态环境要素现场快速监测系统技术核心任务：建立船载快速现场监测系统，使我国具备海洋生态环境现场快速监测能力。主要发展一批重要现场分析技术和原位监测技术，研制相关的仪器或装备，通过技术集成，形成系统。根据需要，部分仪器可集成在海洋监测浮标和水下工作站，对海洋环境参量进行长时间序列观测。33海洋生态环境要素现场快速监测系统技术1研究目标：针对海洋生态环境参数现场监测的需要，研制现场探测与分析的集成系统，将已有的成熟技术和本专题研制的新技术成果进行有机集成，形成样品自动处理、自动分析、数据自动存贮与传输的船用快速监测系统。34研究内容(1)集成系统的顶层设计、模块化配置、控制技术与应用软件；(2)无污染取样泵研制；(3)海洋样品自动预处理与分配系统；(4)数据实时传输系统。35•2海洋生态环境要素现场快速监测系统技术海水营养盐现场自动分析仪是采用顺序注射吸光光度法，对海水中硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、硅酸盐和磷酸盐浓度进行水下连续监测。此分析仪由单片机控制，可自动采样计量，完成各种试剂的添加和吸光度的测量，对测量数据进行处理和存贮，并通过接口将结果传输到微机。可广泛用于台站、浮标和调查船舶的海水水质监测，也可用于江河湖泊的营养盐测量。36•2研究目标：研制用于台站、船载的营养盐(磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐及铵盐)现场自动分析仪，能进行连续现场监测，达到国际现有技术水平。研究内容：(1)研制硅酸盐和铵盐水下现场自动分析仪器；(2)集成硅酸盐、铵盐、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐同时监测的现场自动分析。海洋生态环境要素现场快速监测系统技术37•3研究目标：发展海水中有机污染物的现场光学综合分析技术，提供船载小型、现场、实时监测的自动分析仪器，达到国际先进水平。海洋生态环境要素现场快速监测系统技术38(1)研制多用途全光纤荧光传感器，建立可同时检测海水中叶绿素、挥发酚、藻类、黄色物质及其它有机污染物的实时连续监测系统；(2)研制可测量海水中多种有机物的专用芯片，可进行现场有机物综合分析的小型测量仪器；(3)海洋石油污染物现场实时监测技术(检出限0.1mg/L，准确度±15%)。39•4研究目标：发展海水中重金属元素的现场实时测定技术，研制船载海水重金属元素现场实时自动分析系统，达到国际现有技术水平。(1)海水中重金属元素(Pb、Cd、Hg、As、Zn、Cu、Fe、Mn、Cr等)的现场富集、分离及采样技术；(2)船载海水重金属元素现场同时自动分析系统.海洋生态环境要素现场快速监测系统技术40•5研究目标：研制海水化学耗氧量(COD)现场自动实时监测的小型仪器，达到国际现有技术水平。研制COD现场测量仪器及配套装置。海洋生态环境要素现场快速监测系统技术41•6、海水中有机磷的现场分析技术研究目标：发展海水中有机磷的现场分析技术，可用于船载及台站的海洋生态环境现场监测，达到国际现有技术水平。(1)研制海水中有机磷农药现场监测的生物传感器；(2)建立海水中有机磷的现场膜萃取及船载分析测试方法。海洋生态环境要素现场快