海洋環境監測技術發展動態
摘 要：從我國的情況看,沿海也是全國人口最密集、經濟最發達的區域,其土地面積僅占全國總面積的13.4%,卻居住著占全國40%的人口,分布著占全國50%以上的大中城市,國民經濟總產值占全國總產值的60%。因此,無論國外還是國內,從某種意義上說近海環境的監測都是整個海洋環境監測的重中之重。
關鍵字：海洋 環境監測技術 發展動態
海洋在人類的文明發展歷史中起著極其重要的作用,是全球生命支持系統的一個基本組成部分。近海環境與人類的關系尤為密切。全世界有40%的50萬人口以上的城市位于沿海地區,有一半以上的人口居住在距離海岸線60km的區域內,今后30年這個數字還將增至75%。從我國的情況看,沿海也是全國人口最密集、經濟最發達的區域,其土地面積僅占全國總面積的13.4%,卻居住著占全國40%的人口,分布著占全國50%以上的大中城市,國民經濟總產值占全國總產值的60%。因此,無論國外還是國內,從某種意義上說近海環境的監測都是整個海洋環境監測的重中之重。
90年代國外近海環境自動監測技術獲得了長足的進步,特別在海洋動力要素同步觀測方面,在懸浮泥沙綜合測量方面,在海洋污染連續監測方面,都取得了一些與海洋經濟建設密切結合的、令人矚目的新進展。
1. 海洋動力要素同步觀測技術
在風、浪、流綜合測量設備方面,最典型的是利用高頻地波雷達探測流、浪、風,代表性產品是美國CODAR海洋傳感器有限公司(COS)的SeaSonde系列,該系列按照探測距離、分辨率和對象的不同,分為標準型(1993年推上市場)、海上型、高分辨率型和專屬經濟區型(1998年進行試驗)等幾種。
在浪、潮、流綜合測量設備方面,采用的技術不斷翻新,至今大致有三類: (1)利用壓力傳感器和矢量海流計技術；(2)利用坐底式聲學多普勒海流剖面儀(ADCP)技術。這類設備又分成兩種:一種利用坐底式ADCP進行海流剖面測量,同時在設備上增加第五個聲束或壓力傳感器測量波浪和潮汐(相當于使用一個聲學式浪潮儀或壓力式浪潮儀)；(3)利用全球定位系統(GPS)技術。德國天文物理大地測量研究所(IAPG)在90年代初為了配合歐洲遙感衛星ERS—1的試驗,研制了安裝有差分GPS接收機的、用于校準ERS—1上雷達高度計的錨泊浮標,利用GPS載波信號的相位值確定浮標天線相對于陸地參考站天線的三維位置(準確度達厘米數量級),通過計算得出:瞬時海平面和平均海平面;與時間及位置有關的分立波高和平均波高;布放海區海流(潮流)速度和方向的變化。
2. 懸浮泥沙綜合測量技術
在很長一段時間內,國內外主要依靠人工操作的、在不同深度上采樣分析的方法了解水中泥沙分布及其變化,數據離散而且有限。為了使我國懸浮泥沙綜合測量技術趕上世界先進水平,在“國家高技術研究發展計劃(863計劃)·海洋領域·海洋監測技術主題(818主題)”中,專門設置了一個818-01-01-02課題,研制海床基海洋環境自動監測系統(國家海洋局海洋技術研究所、第一海洋研究所、中國科學院東海研究站和南海海洋研究所合作承擔)。該系統由8個部分組成:
(1)聲學懸浮泥沙濃度剖面儀,利用懸浮泥沙對聲波的后向散射作用測量其濃度,得出從海底到距離海底30m左右處各層懸浮泥沙濃度的剖面分布。
(2)聲光懸浮泥沙粒徑譜測量儀,利用水下數字相機拍攝懸浮泥沙對激光的散射圖象,經過處理,得出懸浮泥沙粒徑分布參數。
(3)懸浮泥沙自動采樣器,配備24個采樣瓶,自動定時采樣,在系統回收后用以訂正懸浮泥沙濃度剖面儀和粒徑譜測量儀的數據。
(4)壓力式波浪/潮汐測量儀。
(5)聲學矢量海流計。
(6)中央控制器。
(7)系統安裝平臺,搭載上述6種儀器設備,形成懸浮泥沙和波潮流綜合測量系統。
(8)聲學應答釋放器,供系統回收時使用。從目前查閱的資料看,國外尚無功能與其相似的系統。
3.海洋污染連續監測技術
海洋污染對人類健康、海洋經濟和海洋可持續發展影響極大。海洋污染監測雖然早已開展起來,但限于過去的技術條件,難以進行長期自動連續監測。
我國海洋污染自動監測技術起步較晚,更需加緊往前趕。在“國家高技術研究發展計劃(863計劃)·海洋領域·海洋監測技術主題(818主題)”818-01-01-03課題中開展了下列研究工作:(1)研制可以在海洋環境中較長時間使用的水溫、鹽度、溶解氧和pH傳感器(海洋技術研究所承擔)。
(2)研制可以在海洋環境中使用的氨氮傳感器(天津大學承擔)。
(3)研制基于“水下微型實驗室”概念,采用比色分析方法進行測量的硝酸鹽、亞硝酸鹽和磷酸鹽現場自動分析儀(海洋技術研究所和青島海洋大學合作承擔)。
(4)研制由以上儀器設備集成的水質監測浮標(海洋技術研究所等承擔)。
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