海洋環境監測的型別及其發展趨勢

文章摘要：是對特定海區的環境質量基本要素 (水文、氣象、水質、地質、地貌、海洋生物等) 狀況的初始調查和為掌握其以後間隔較長時間的趨勢變化的重複調查。基線調查又分為初始調查和重複調查兩種。初始調查是對特定海域的第一次全方面調查，已獲得該海域海洋環境基本要素的

１) 基線調查 ( ｂａｓｅｌｉｎｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ)

是對特定海區的環境質量基本要素 (水文、氣象、水質、地質、地貌、海洋生物等) 狀況的初始調查和為掌握其以後間隔較長時間的趨勢變化的重複調查。 基線調查又分為初始調查和重複調查兩種。初始調查是對特定海域的第一次全方面調查，已獲得該海域海洋環境基本要素的背景值；重複調查則是初始調查後進行的重複性且相同性質的調查，對研究區域海洋環境要素的時空分佈和隨時間差異具有重要意義。

海洋基線調查是海洋環境保護各項工作的基本依據之一，我國在２０世紀７０年代初進行過第一次全國海洋汙染基線調查。時隔２０多年後，１９９４年開始了第二次全國海洋汙染基線調查。這２０多年中，我國沿海地區經濟飛速發展，汙染物入海量和種類明顯增多，第二次基線調查對了解我國海洋環境變化、協調沿海經濟發展佈局、改善海洋環境具有重要意義。

２) 常規監測 (ｏｒｄｉｎａｒｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ)

是在基線調查基礎上,經優化選擇若干代表性監測站和專案進行的以求得空間分佈為主要目的，長期逐年相對固定時期的觀測。常規監測的布點要具有環境代表性，避開排汙口和圍墾養殖的排水口區。不同監測航次的監測站位應保持不變，常規監測布點的環境代表性使其能夠準確地反映區域海洋的環境質量，並能據此做出環境評估，分析汙染物產生原因及汙染途徑，為海洋環境管理工作提供資料支撐。

３) 應急監測 (ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ)

又被稱為汙染事故監測，是指在海上發生有毒有害物質洩放或赤潮等災害緊急事件時，組織反應快速的現場觀測，或在其附近固定站臨時增加的針對性觀測。常見的海上汙染事故有溢油、赤潮、核汙染、有毒農藥和化學品的洩漏等。這些海上突發汙染事故往往可以在短時間內對區域海洋環境造成嚴重甚至毀滅性的危害，應急監測的主要目的是在汙染事故發生後，迅速確定波及範圍和汙染程度，為指定快速處置措施提供必要的資訊和資料，為環境汙染事故發生後海洋環境的恢復計劃提供資訊和資料，以減少和控制汙染事故造成的損害，併爲界定汙染事故的等級和汙染事故責任仲裁及民事糾紛提供資料和依據。

４) 研究性監測 (ｒｅｓｅａｒｃｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ)

是指標對海洋汙染對環境的汙染範圍、汙染強度及遷移轉化規律而進行的專項、深入的研究的監測，研究性監測大多由科研單位組織。其主要任務包括: 研究生態環境質量，如環境背景值；研究汙染物在海洋中的遷移轉化，在生物體內的蓄積、傳遞和濃縮過程；研究海洋汙染對海洋生態系統的影響，為海洋環境保護研究提供方向，為預測預報環境質量提供服務；研發海洋環境分析監測方法、監測數據處理方法和監測手段，實現監測方法的標準化和規範化，研究驗證環境監測管理方法以及建立立體化的環境監測網。

海洋環境監測發展趨勢

隨著科學技術的進步，在光學、電學、機械學、材料學飛速進步的帶動下，海洋環境監測技術不斷更新完善，監測儀器效能已有大幅提高。感測器技術的發展使海洋環境監測真正進入實時化和立體化時代。２０世紀８０年代以來，海洋環境監測呈現「多元化、實時化、長時序、立體化」的發展趨勢。 一方面國家和區域的海洋環境監測系統在關鍵海域發揮著重要作用，另一方面海洋環境監測資源共享與全球化監測網路成為一種趨勢。

１監測儀器向微型化、多引數化方向發展

海洋環境的複雜性，要求海洋環境監測儀器能夠進行現場、原位、線上監測，並且兼具小型、靈敏、快速、自動化等特點。由於微電子、微型感測器、計算機技術、新材料技術、遙感衛星技術及各種高新技術的應用，海洋環境分析監測儀器的設計發生了根本性改變。很多儀器正在向小型化、微型化、多引數化的方向發展。微生物技術、光電技術、生物晶片技術、分子生物學技術以及其他多種新技術不斷被吸收應用於感測元件，新一代新型監測儀器正推動著海洋環境監測儀器的發展。目前已有多家儀器公司生產行動式多引數水質監測儀，這些監測儀器大多由多個單功能或多功能的微型探頭組合而成，如美國雜湊公司生產的ＨａｃｈＨｙｄｒｏｌａｂ多引數水質監測儀，最小外徑不足５ｃｍ，可以監測溶解氧、ｐＨ、氧化還原電位、電導率 (鹽度、總溶解固體、電阻)、溫度、深度、濁度、葉綠素ａ、藍綠藻、羅丹明ＷＴ、銨/ 氨離子、硝酸根離子、氯離子、環境光、總溶解氣體共１５種引數。此外，色譜儀、分光光度儀、Ｘ射線熒光光譜儀熱分析儀等儀器的體積大大縮小，目前已有行動式的氣相色譜儀、光譜儀、近紅外光譜儀、Ｘ射線分析等行動式分析儀器面世。

由於海洋高鹽、高複雜性、轄區面積廣闊等特點，海洋環境監測儀器與淡水水質監測儀在設計方面存在一定差異，一些海洋浮標、潛標和海底監測平臺位於遠離陸地的遠海或深海，不能像岸基監測平臺一樣頻繁地更換儀器試劑、能源，故海洋環境監測儀器除了向小型化、多引數化方面發展外，低耗能、溶劑消耗少也是未來海洋環境監測儀器發展的一個方向。目前已有一些廠家推出無溶劑監測儀器，如美國特納的ＴＤ￣１０００Ｃ是一種連續型、線上式、無溶劑的紫外熒光油類監測儀。

另外，海洋微生物豐富，長期在水下工作的監測儀器不可避免地會遭到海洋生物的附著和損壞，導致儀器效能下降，使用壽命縮短，特別是一些敏感元件表面發生少量的腐蝕和生物附著就能夠使器件的工作效能受到損壞，進而使整個儀器系統的測量準確度和可靠性下降 (董大聖等２０１２)。又由於海洋中的許多極端環境，諸如海底高壓、海底熱液噴口等，海洋環境監測儀器在未來的發展過程中，必定要發展新型的對極端環境耐受力較強的感測探頭或監測方法，並與材料防腐和防生物附著技術結合，以研製出體積小、溶劑用量少或無溶劑、抗干擾能力強、防生物附著、防腐蝕的高效敏感的多引數海洋監測儀器。

我國的海洋監測儀器產業在高階產品、創新研究方面，遭遇國外壟斷、技術封鎖，在中低端產品方面有自己的產品，但仍缺乏關鍵的核心技術，缺乏對工藝和關鍵材料的深入研究，關鍵技術仍然依靠進口。另外，使用者對國產儀器缺乏信任也是造成我國監測儀器相對落後、裹足不前的一個重要原因。目前，我國除了溫鹽深測定儀器外，其他理化監測儀器的成型產品還很少，海洋儀器研發和生產廠家較少，國內的海洋監測儀器生產廠家的規模均不大，且缺乏自主創新產品。

２海洋環境自動監測系統整合

海洋環境自動監測系統主要有兩方面優勢: 一是採用原位監測的手段能夠實時線上反映海洋環境的變化情況；二是採用自動監測，大大減少了人力投入，方便獲得連續、穩定、長期的監測資料。

原位監測是指對原位測試物件採用安裝感測器、採集器、通訊器等方式，進行自動化、電子化、數字化、聯網化的連續、動態、實時更新資料的原位測試，原位監測是很多科學家大力推崇的用於海洋環境監測的方法。早期海洋環境監測部分環境要素是通過海上樣品採集，帶回實驗室分析檢測的方法，這種方法是將待監測的環境要素與海洋環境脫離，不能真實地反映海洋環境狀況，也不能獲取連續實時的資料。而原位探測能夠監測海洋區域的空間和瞬間連續變化的資訊，真實反映海洋環境活動演化的動態體系，且操作簡便、靈敏度高和反應速率高，特別是在海洋極端環境條件下，如深海高壓、海底熱液噴口、極區海洋等。樣品的採集和儲存面臨很大的挑戰，原位監測則能深入這些區域，獲得全面準確的海洋環境資訊。原位監測技術是對傳統海洋學研究方法的一次重大突破，它的應用對促進海洋資源的探測、海洋環境的監測與保護和海洋科學的研究有重要的意義。

隨著感測技術和通信技術的發展。海洋自動監測技術迅速崛起，目前各海洋強國都組建了適用於海洋動力學要素和海洋環境汙染物的同步自動觀測網路。包括岸基海洋環境自動監測平臺、自動監測浮標、潛標和海床基固定及移動自動監測平臺，如何研製體積小、耗能低、資料實時傳輸、適應海洋複雜環境、多功能多引數、可長時間連續穩定工作的自動監測系統，仍是未來海洋環境監測發展的重點方向。

３深海觀測技術

深海蘊藏著豐富的油氣資源、礦產資源、生物及基因資源。近年來，各國在深海的競爭日益激烈，深海成為繼海面/ 地面觀測、空中遙測遙感之後地球科學的第三個觀測平臺，深海觀測系統正逐步成為海洋技術領域的研究熱點。視覺化的、實時的、長時序的深海環境監測，對海洋礦產資源的成礦機理、開發環境、環境影響評價等研究；對深海生物及其基因研究，都有重要意義。

由於深海高壓等特點，幾乎所有的淺海監測儀器都不能直接應用於深海，必須通過採用特殊材料、構建新型微型化電極或光學元件、採用光電機一體化等手段。研製耐高壓、耐海水腐蝕、低耗能的觀測儀器，發展適用於深海環境 (如高壓、高溫、高鹽等) 監測的感測器或儀器；發展適於深海環境觀測的移動或固定平臺發展水下觀測系統的供電、數據通信和組網技術；發展空間、水面、水下、海底多平臺立體觀測技術；建立長期的水下或海底觀測網，是深海海洋環境監測技術發展的基本趨勢。

４區域海洋環境立體監測網路與資訊服務

國際先進區域立體實時監測體系通過「實時觀測—模式模擬—資料同化—業務應用」形成一個完整鏈條。通過網際網路為科研、經濟以及軍事應用提供服務，區域海洋環境立體監測更強調整體性、系統性的觀測；根據區域環境特點，通過岸基、船基、海基、海床基、空基、天基相結合，形成空－天－海一體化監測，向人們提供立體、連續、實時、長期的海洋資料。

隨著社會的發展，環保理念已被越來越多的人接受，海洋開發產業得到了長足發展，海洋環境監測不僅是爲了滿足科研和國家的需要，越來越多的企業和個人也希望瞭解海洋環境資訊。已有很多國家將資訊服務納入區域海洋環境立體監測網路，通過網際網路與政府相關部門、科研單位甚至是個人共享監測網路的資料資訊。今後，發展以社會需求為導向，以服務經濟、社會發展和國家利益為目標的區域海洋環境立體監測網路及資訊服務將成為海洋環境監測發展的一個重要方向。

５海洋環境監測全球化網路

海洋是一個連通的整體，要想真正瞭解海洋，必須從全球大尺度上進行研究。目前國際上正在積極展開各地區、各個國家觀測系統的聯合運作，以實現在各國現有觀測網路基礎上進行聯合觀測和資料共享，提高全球性海洋觀測能力。由聯合國教育、科學及文化組織政府間海洋學委員會和世界氣象組織合作，聯合發起的全球海洋觀測系統 (ＧＯＯＳ) 便是基於海洋監測全球化思想提出的，通過聯合各個國家、單位，全球布點，研究大尺度海洋氣候迴圈及其演化規律。

國際海洋資料與情報交換系統 (ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｉｃｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｅ ＩＯＤＥ) 是開展海洋資料與情報交換系統的聯合國成員國海洋資料中心和組織的總成，目的是以最低可能成本向各國研究人員提供國際交換資料，它全球海洋資料蒐集、資料應用和資料共享等方面發揮了積極作用。我國也於１９８１年加入ＩＯＤＥ，與世界主要海洋國家建立了良好的合作關係。但我國海洋環境監測技術與美、日和部分歐洲國家相比還比較落後，只有加大國際間合作，積極參與全球化的海洋觀測計劃，共享監測資訊，才能更快、更好地提高我國海洋環境監測的能力。

本文摘編自《海洋環境分析監測技術》（陳令新等編著. 北京：科學出版社，2018. 5）一書,有刪減，標題為編者所加。

可

ISBN 978-7-03-054684-5

責任編輯：周傑