海洋有病，誰(shuí)來(lái)把脈？
在煙臺港碼頭，有這樣一個(gè)傳感器，它每小時(shí)完成一次完整的數據采集與遠程發(fā)送，同時(shí)集成有多個(gè)參數的海水水質(zhì)自動(dòng)監測傳感器、氣象參數監測傳感器及水質(zhì)化學(xué)參數監測設備，共可監測16類(lèi)數據，并且可以分別區分表層水與深層水兩套數據。
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)境監測中心站三方共同從海域水體的監測著(zhù)手，在借鑒國外先進(jìn)監測手段的基礎上，針對渤海海域特定的實(shí)際情況研發(fā)出的海洋環(huán)境多參數在線(xiàn)監測系統(sm
art
ocean，意為“智慧的海洋”)，有專(zhuān)家形象地稱(chēng)之為“海洋聽(tīng)診器”。
“聽(tīng)診器”利用一個(gè)個(gè)在監測現場(chǎng)的傳感單元組成整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)監控運行體系，監測中心配備有強大的數據庫及服務(wù)器，可以進(jìn)行長(cháng)期的全面的歷史數據追蹤、分析與統計，并可通過(guò)WE
B服務(wù)器實(shí)時(shí)發(fā)布信息，真實(shí)客觀(guān)地反映海洋水體的“健康”狀況，以達到監測與預警的目的。
“聽(tīng)診器”剛呱呱墜地，有人就開(kāi)始盯上了。今年6月16日，第三屆亞洲沙灘運動(dòng)會(huì )將在中國煙臺舉行。在最近的兩個(gè)星期里，煙臺市政府官員頻繁約見(jiàn)海誠公司的人員，希望他們能夠為運動(dòng)會(huì )提供氣候、水流、水質(zhì)等各方面的預測保障，并長(cháng)期固化為煙臺周邊海域的生態(tài)信息服務(wù)。
來(lái)自2009年《渤海海洋環(huán)境公報》的數據顯示：渤海沿岸實(shí)時(shí)監測的陸源入海排污口共有100個(gè)，工業(yè)排污口32個(gè)，占據1/3。這些沿岸排污口超標排放現象嚴重，75%的監測排污口存在超標排放現象，40%的重點(diǎn)排污口鄰近海域水質(zhì)劣于第四類(lèi)海水水質(zhì)標準，27%的重點(diǎn)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(shí)需要有人來(lái)“診脈”，探究其污染體征，并提出可行的控制和治理建議。
其實(shí)，整個(gè)中國乃至世界的海洋，都需要一種“聽(tīng)診器”。
我國海洋環(huán)境監測的前世今生
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(lèi)將揭開(kāi)開(kāi)發(fā)利用海洋新時(shí)代的序幕，可持續發(fā)展是人類(lèi)開(kāi)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(lèi)社會(huì )面臨的“人口劇增、資源匿乏、環(huán)境惡化”三大問(wèn)題。
但是，海洋給我們巨大恩惠的同時(shí)，也不斷地以各種方式威脅到人類(lèi)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(lái)越多地影響著(zhù)海洋生物的棲息與繁衍，有時(shí)在特定區域內，對某些生命甚至是毀滅性的打擊。
在水產(chǎn)養殖上，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，影響到藍色經(jīng)濟的發(fā)展甚至是人類(lèi)的生命健康；在生活上，海嘯、風(fēng)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(huì )直接影響到潛艇、魚(yú)雷等武器裝備的安全。
我國擁有18000多公里的海岸線(xiàn)、300萬(wàn)平方公里的管轄海域，為了保證經(jīng)濟可持續發(fā)展，國家對海洋生態(tài)環(huán)境保護越來(lái)越重視，而海洋生態(tài)環(huán)境監測數據的獲取和分析，了解海洋生態(tài)環(huán)境現狀及動(dòng)態(tài)變化趨勢并能夠對海洋突發(fā)事件進(jìn)行預警預測，是進(jìn)行海洋生態(tài)環(huán)境保護的基礎和前提。
為此，我國政府把“海洋監測技術(shù)”列入國家863計劃中，使我國的海洋監測技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。
在海洋監測體系中，最重要的是各種探測技術(shù)可以滿(mǎn)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(jìn)水平的探測設備，也掌握了一些僅有少數國家才擁有的尖端技術(shù)，比如可用于深水流場(chǎng)測量和潛艇深水遠程導航的聲相關(guān)海流剖面測量?jì)x，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(dòng)力要素及低速移動(dòng)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據，以及溫鹽深剖面儀等。
2000年建成的海洋環(huán)境立體監測和信息服務(wù)系統上海示范區，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。它是我國第一個(gè)實(shí)現海洋立體監測的業(yè)務(wù)化運行系統，采用海洋監測高新技術(shù)的最新成果，將近海環(huán)境監測技術(shù)、高頻地波雷達、海洋衛星遙感應用技術(shù)等集成為一個(gè)從天空、海面到水下的立體監測和信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò )。它所涉及的儀器和傳感器，全部處于國內同類(lèi)研究的領(lǐng)先地位，使我國的海洋環(huán)境立體自動(dòng)監測技術(shù)與世界發(fā)達國家先進(jìn)水平的差距縮短了10至15年。
這一系統的業(yè)務(wù)化運行，為上海和浙江海域的海洋綜合管理、開(kāi)發(fā)利用、環(huán)境保護、減災防災、軍事建設和科學(xué)研究提供了準確、可靠、及時(shí)的信息，為建立我國整個(gè)管轄海域的海洋環(huán)境監測服務(wù)系統奠定了堅實(shí)的基礎。
追趕世界先進(jìn)水平
雖然與國外先進(jìn)國家廣泛部署的監測系統網(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(dòng)監測技術(shù)，已邁出追趕世界先進(jìn)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(jìn)行連續不斷監測、廣泛部署的監測系統網(wǎng)絡(luò )相比，目前我國的海洋監測仍然普遍采用傳統的現場(chǎng)取樣、實(shí)驗室檢測的手段，取樣成本大、檢測時(shí)間長(cháng)，而且檢測結果只能體現單一時(shí)間點(diǎn)的海洋狀況，不能進(jìn)行有效的、持續的監測，以及方便準確地對歷史數據進(jìn)行分析與處理。
但是，煙臺的這套監測系統具有自己的特點(diǎn)。它取樣成本極小，檢測周期短，而且可以遠程自動(dòng)控制，因此可以提供實(shí)時(shí)連續的數據(比如每小時(shí)提供一次現場(chǎng)狀態(tài)的信息)；而且可以利用軟件對歷史數據進(jìn)行比對和分析，借以掌握海洋的活動(dòng)規律。
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(lái)巨大破壞，我國也第一時(shí)間組織救援力量前往現場(chǎng)。在此次事件的過(guò)程中，日本對災難預警的重視程度，包括其監測到地震后，能夠第一時(shí)間利用早已建立起來(lái)的通報系統向全社會(huì )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，也為全球海洋監測技術(shù)體系的發(fā)展帶來(lái)了一種機遇。
我國煙臺出現的這種可無(wú)人值守的海洋環(huán)境遠程監測系統，絕不僅僅應用于對海嘯等的預警。系統更多的是提供一個(gè)平臺，可同時(shí)搭載多組監測設備，可對海洋進(jìn)行立體的多種參數的同時(shí)監測，這就意味著(zhù)它可支持多部門(mén)不同用途的數據采集與分析工作，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；可監控海洋生態(tài)的風(fēng)險，像赤潮、營(yíng)養鹽等；可監控漁業(yè)養殖環(huán)境的變化，像溶解氧、溫度、營(yíng)養鹽、富營(yíng)養化等；可監控潮汐、水流、風(fēng)浪、水質(zhì)、溫度等對海上航運、港口管理、水上運動(dòng)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(gè)半封閉內海，海水更新周期長(cháng)達15年，自?xún)裟芰Σ�，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(cháng)期有效不間斷的監測，隨時(shí)掌握各類(lèi)參數的變化，以做到遇到問(wèn)題及時(shí)發(fā)現及時(shí)處理。
多方合力共建海洋監測體系
據專(zhuān)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)境多參數在線(xiàn)監測系統，具備三大特色：
第一，監測范圍廣，參數多。該系統為同時(shí)集成有多個(gè)參數的海水水質(zhì)自動(dòng)監測裝備。主要測量參數包括氣象參數4項、水質(zhì)物理參數8項、水質(zhì)化學(xué)參數4項，并且可同時(shí)監測海洋表層水和底層水(近岸)。其水質(zhì)監測參數包括PH值、溶解氧、鹽度、葉綠素、藍綠藻等8種，化學(xué)參數包括硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、氨氮4種，氣象參數包括氣溫、濕度、降雨量、太陽(yáng)輻射4種，同時(shí)系統預留有國際標準接口，可方便添加其他的傳感器。這些參數中，既包括了嚴重污染海域環(huán)境、影響?hù)~(yú)蝦等海洋生物生長(cháng)的油類(lèi)(包括成品油與原油)，又有密切關(guān)系赤潮成因的理化參數，如營(yíng)養鹽和溶解氧、pH等。同時(shí)，還有影響參數浮動(dòng)的氣溫、濕度、太陽(yáng)輻射度等外圍環(huán)境參數，從而能夠客觀(guān)真實(shí)地反映海洋水體的“健康狀況”。
第二，適于多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)，搭建海洋環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )。自動(dòng)監測設備采用太陽(yáng)能供電，可以在任何有太陽(yáng)的地方搭建平臺。另外，自動(dòng)監測設備可以設置為自動(dòng)監測模式，測量時(shí)間間隔可以根據需要設置，如每小時(shí)讀數一次，測量數據自動(dòng)上傳至系統服務(wù)器，并可通過(guò)遠程無(wú)線(xiàn)通訊數據傳輸技術(shù)，實(shí)時(shí)地把表征海洋狀況的參數發(fā)送到需要的地方。同時(shí)，通過(guò)與地方海洋監測網(wǎng)絡(luò )合作與統籌協(xié)調，搭建區域性的長(cháng)期立體觀(guān)測系統，以期達到顯著(zhù)改善海洋觀(guān)測能力的目標。
第三，操作簡(jiǎn)單，易于維護。系統采用太陽(yáng)能供電，也可采用風(fēng)力及波浪振動(dòng)等自然能源。設備在手動(dòng)、自動(dòng)監測模式下，全部參數的測定可以在一小時(shí)內完成。整個(gè)測量過(guò)程，多數參數不需要預處理以及相關(guān)試劑的使用，即使少量的試劑使用產(chǎn)生廢液，也會(huì )在測量結束后完成廢液回收。另外，遠程無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的使用，可以實(shí)現在遠程控制端對監測系統的“監控”，這有助于及時(shí)發(fā)現儀器探測中的異常，并在第一時(shí)間判定問(wèn)題原因，拿出解決方案。
據有關(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(gè)站點(diǎn)，該系統可以將多個(gè)站點(diǎn)的狀況及數據集成到一張站點(diǎn)地圖中，并可以相互之間進(jìn)行數據比對與分析。
經(jīng)過(guò)半年多的持續運行，專(zhuān)家認為，該系統的監測水平、穩定性、安全性，都已經(jīng)達到國際先進(jìn)水平，若成功綜合部署，將完全可達到環(huán)加拿大多點(diǎn)海洋監測系統的水平。
據專(zhuān)家介紹，部署在煙臺港碼頭的是架設在岸邊的站點(diǎn)，今后，應用更多的將是部署在海洋里的浮標系統。煙臺三方力量目前已經(jīng)完成海洋監測浮標系統的設計和實(shí)驗，將很快在周?chē)Ｓ蜾侀_(kāi)。
海洋環(huán)境監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(diǎn)、連續測量的特點(diǎn)。海洋環(huán)境資料的獲取對海洋環(huán)境監測和災害預警預報的作用舉足輕重。利用浮標進(jìn)行海洋環(huán)境參數的測量，是岸基監測系統向海洋方向的延伸，直接處于海-氣交換界面對海洋環(huán)境進(jìn)行長(cháng)期測量，所采集的數據能夠更直接、更迅速地反映海洋環(huán)境的變化。小型多參數海洋環(huán)境監測浮標是海洋動(dòng)力環(huán)境長(cháng)期定點(diǎn)實(shí)時(shí)立體監測的基本手段，具有機動(dòng)靈活、實(shí)時(shí)、準確度高、測量參數多、代表性好、全天候、動(dòng)態(tài)、連續測量等優(yōu)點(diǎn)。
但浮標系統離岸邊較遠，面臨的挑戰更加復雜，它必須經(jīng)受?chē)揽岫嘧兊暮Ｑ蟓h(huán)境的考驗，耐高低溫、強風(fēng)、強腐蝕及不間斷波浪振動(dòng)的影響，同時(shí)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(guò)幾個(gè)月，山東蓬萊海面上將出現若干海洋監測的浮標。這些浮標將與煙臺岸基監測系統形成一個(gè)較完整的監控網(wǎng)絡(luò )，為煙臺的海洋生態(tài)監控和整個(gè)渤海灣的污染防治提供可靠依據。
診斷渤海灣 診斷中國海洋
從渤海衛星圖上看渤海，口袋狀海區的渤海灣，靜靜地躺在祖國懷抱之中。這里曾經(jīng)魚(yú)蝦成群，風(fēng)景旖旎，多少年來(lái)，渤海灣有著(zhù)“天然魚(yú)倉”和“海洋公園”的美譽(yù)。
然而，當“康菲漏油”事件讓我們再次聚焦這片海域的時(shí)候，我們才發(fā)現曾經(jīng)最美的渤海灣早已面目全非：過(guò)度開(kāi)發(fā)、化工企業(yè)超標排放、溢油污染等原因導致渤海灣生態(tài)持續惡化，整個(gè)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(xiàn)，其余海岸線(xiàn)完全被污染線(xiàn)圈住，水體污染比例超過(guò)1/5以上。更糟糕的是，渤海作為一個(gè)半封閉內海，海水更新周期長(cháng)達15年，自?xún)裟芰Σ�，污染物承載力十分有限。
目前的渤海灣，在呼喚經(jīng)濟轉型的風(fēng)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(kāi)展海洋環(huán)境監測與預警、海水污染控制與治理，迫在眉睫。
自始至終，中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所、國家海洋局煙臺海洋環(huán)境監測中心站、煙臺海誠高科技有限公司三方對海洋環(huán)境多參數在線(xiàn)監測系統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(guò)該系統設備的運行，能夠為海洋污染控制提出針對性、可操作性強的科學(xué)建議和安全性對策。盡管該設備還處于調試階段，盡管在調試階段可能會(huì )有意想不到的這樣那樣的困難和瓶頸，但其在海洋監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開(kāi)展海洋環(huán)境監測的舉措，能夠更好地滿(mǎn)足對海域水體實(shí)時(shí)監測與提前預警的緊迫需求；如果能夠實(shí)現整個(gè)海岸線(xiàn)的實(shí)時(shí)監測聯(lián)動(dòng)，將對展開(kāi)針對海洋環(huán)境的多參數監測、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(guān)注，與目前監測手段相對落后之間的矛盾，這套系統無(wú)疑提供了一個(gè)完整的、可行的、便捷的解決方案。按設想，屆時(shí)中國沿海地區將遍布監測浮標或岸基系統，中國將建立一套完整的中國海洋信息地圖，并匹配龐大的數據庫，實(shí)現歷史數據的共享與比對。
國家海洋局煙臺海洋環(huán)境監測中心站
位于煙臺市區，下轄石島、成山頭、芝罘島、蓬萊、北隍城、龍口等6個(gè)直屬海洋環(huán)境監測站和濱州、東營(yíng)、壽光3個(gè)共建站，下設環(huán)境監測科、環(huán)境評價(jià)科、污染控制科、海洋預報室等4個(gè)業(yè)務(wù)科室。作為國家海洋局派出機構，不但履行保護海洋環(huán)境、保護海洋資源、維護海洋權益的職責，還為轄區的水產(chǎn)養殖、海水淡化、污水排海工程、港口建設和油氣田開(kāi)發(fā)等海洋經(jīng)濟建設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 )新性國家研究機構，2006年正式開(kāi)始建設。主要圍繞海岸帶經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展國家戰略科技需求，瞄準海岸帶研究世界科技前沿，針對區域創(chuàng )新體系建設和地方經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展需要，研究開(kāi)發(fā)海岸帶資源利用、環(huán)境治理、可持續發(fā)展決策的科技理論體系和關(guān)鍵應用技術(shù)，重點(diǎn)開(kāi)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(guò)程與退化環(huán)境的修復、海岸帶信息集成與綜合管理等領(lǐng)域的基礎性、戰略性、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(wàn)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(lái)，先后獲得過(guò)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(shí)現產(chǎn)業(yè)轉型，致力于海洋和環(huán)境監測技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，以現代信息科學(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)。
