海洋环境监测技术发展动态
摘 要：从我国的情况看,沿海也是全国人口最密集、经济最发达的区域,其土地面积仅占全国总面积的13.4%,却居住着占全国40%的人口,分布着占全国50%以上的大中城市,国民经济总产值占全国总产值的60%。因此,无论国外还是国内,从某种意义上说近海环境的监测都是整个海洋环境监测的重中之重。
关键字：海洋 环境监测技术 发展动态
海洋在人类的文明发展历史中起着极其重要的作用,是全球生命支持系统的一个基本组成部分。近海环境与人类的关系尤为密切。全世界有40%的50万人口以上的城市位于沿海地区,有一半以上的人口居住在距离海岸线60km的区域内,今后30年这个数字还将增至75%。从我国的情况看,沿海也是全国人口最密集、经济最发达的区域,其土地面积仅占全国总面积的13.4%,却居住着占全国40%的人口,分布着占全国50%以上的大中城市,国民经济总产值占全国总产值的60%。因此,无论国外还是国内,从某种意义上说近海环境的监测都是整个海洋环境监测的重中之重。
90年代国外近海环境自动监测技术获得了长足的进步,特别在海洋动力要素同步观测方面,在悬浮泥沙综合测量方面,在海洋污染连续监测方面,都取得了一些与海洋经济建设密切结合的、令人瞩目的新进展。
1. 海洋动力要素同步观测技术
在风、浪、流综合测量设备方面,最典型的是利用高频地波雷达探测流、浪、风,代表性产品是美国CODAR海洋传感器有限公司(COS)的SeaSonde系列,该系列按照探测距离、分辨率和对象的不同,分为标准型(1993年推上市场)、海上型、高分辨率型和专属经济区型(1998年进行试验)等几种。
在浪、潮、流综合测量设备方面,采用的技术不断翻新,至今大致有三类: (1)利用压力传感器和矢量海流计技术；(2)利用坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)技术。这类设备又分成两种:一种利用坐底式ADCP进行海流剖面测量,同时在设备上增加第五个声束或压力传感器测量波浪和潮汐(相当于使用一个声学式浪潮仪或压力式浪潮仪)；(3)利用全球定位系统(GPS)技术。德国天文物理大地测量研究所(IAPG)在90年代初为了配合欧洲遥感卫星ERS—1的试验,研制了安装有差分GPS接收机的、用于校准ERS—1上雷达高度计的锚泊浮标,利用GPS载波信号的相位值确定浮标天线相对于陆地参考站天线的三维位置(准确度达厘米数量级),通过计算得出:瞬时海平面和平均海平面;与时间及位置有关的分立波高和平均波高;布放海区海流(潮流)速度和方向的变化。
2. 悬浮泥沙综合测量技术
在很长一段时间内,国内外主要依靠人工操作的、在不同深度上采样分析的方法了解水中泥沙分布及其变化,数据离散而且有限。为了使我国悬浮泥沙综合测量技术赶上世界先进水平,在“国家高技术研究发展计划(863计划)·海洋领域·海洋监测技术主题(818主题)”中,专门设置了一个818-01-01-02课题,研制海床基海洋环境自动监测系统(国家海洋局海洋技术研究所、第一海洋研究所、中国科学院东海研究站和南海海洋研究所合作承担)。该系统由8个部分组成:
(1)声学悬浮泥沙浓度剖面仪,利用悬浮泥沙对声波的后向散射作用测量其浓度,得出从海底到距离海底30m左右处各层悬浮泥沙浓度的剖面分布。
(2)声光悬浮泥沙粒径谱测量仪,利用水下数字相机拍摄悬浮泥沙对激光的散射图象,经过处理,得出悬浮泥沙粒径分布参数。
(3)悬浮泥沙自动采样器,配备24个采样瓶,自动定时采样,在系统回收后用以订正悬浮泥沙浓度剖面仪和粒径谱测量仪的数据。
(4)压力式波浪/潮汐测量仪。
(5)声学矢量海流计。
(6)中央控制器。
(7)系统安装平台,搭载上述6种仪器设备,形成悬浮泥沙和波潮流综合测量系统。
(8)声学应答释放器,供系统回收时使用。从目前查阅的资料看,国外尚无功能与其相似的系统。
3.海洋污染连续监测技术
海洋污染对人类健康、海洋经济和海洋可持续发展影响极大。海洋污染监测虽然早已开展起来,但限于过去的技术条件,难以进行长期自动连续监测。
我国海洋污染自动监测技术起步较晚,更需加紧往前赶。在“国家高技术研究发展计划(863计划)·海洋领域·海洋监测技术主题(818主题)”818-01-01-03课题中开展了下列研究工作:(1)研制可以在海洋环境中较长时间使用的水温、盐度、溶解氧和pH传感器(海洋技术研究所承担)。
(2)研制可以在海洋环境中使用的氨氮传感器(天津大学承担)。
(3)研制基于“水下微型实验室”概念,采用比色分析方法进行测量的硝酸盐、亚硝酸盐和磷酸盐现场自动分析仪(海洋技术研究所和青岛海洋大学合作承担)。
(4)研制由以上仪器设备集成的水质监测浮标(海洋技术研究所等承担)。
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