海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的其發(fā)展趨勢(shì)如何？

  海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)如何？

  隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)飛速進(jìn)步的帶動(dòng)下，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷更新完善，監(jiān)測(cè)儀器性能已有大幅提高。傳感器技術(shù)的發(fā)展使海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)真正進(jìn)入實(shí)時(shí)化和立體化時(shí)代。20世紀(jì)80年代以來(lái)，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)呈現(xiàn)“多元化、實(shí)時(shí)化、長(zhǎng)時(shí)序、立體化”的發(fā)展趨勢(shì)。一方面國(guó)家和區(qū)域的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在關(guān)鍵海域發(fā)揮著重要作用，另一方面海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)資源共享與全球化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)成為一種趨勢(shì)。

  1.水質(zhì)檢測(cè)儀器向微型化、多參數(shù)化方向發(fā)展

  海洋環(huán)境的復(fù)雜性，要求海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)、原位、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并且兼具小型、靈敏、快速、自動(dòng)化等特點(diǎn)。由于微電子、微型傳感器、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料技術(shù)、遙感衛(wèi)星技術(shù)及各種高新技術(shù)的應(yīng)用，海洋環(huán)境分析監(jiān)測(cè)儀器的設(shè)計(jì)發(fā)生了根本性改變。很多儀器正在向小型化、微型化、多參數(shù)化的方向發(fā)展。微生物技術(shù)、光電技術(shù)、生物芯片技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)以及其他多種新技術(shù)不斷被吸收應(yīng)用于傳感元件，新一代新型監(jiān)測(cè)儀器正推動(dòng)著海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展。目前已有多家儀器公司生產(chǎn)便攜式多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀，這些水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器大多由多個(gè)單功能或多功能的微型探頭組合而成，如多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，最小外徑不足5cm，可以監(jiān)測(cè)溶解氧、pH、氧化還原電位、電導(dǎo)率(鹽度、總?cè)芙夤腆w、電阻)、溫度、深度、濁度、葉綠素a、藍(lán)綠藻、羅丹明WT、銨/氨離子硝酸根離子、氯離子、環(huán)境光、總?cè)芙鈿怏w共15種參數(shù)。此外，色譜儀、分光光度儀、X射線(xiàn)熒光光譜儀熱分析儀等儀器的體積大大縮小，目前已有便攜式的氣相色譜儀、光譜儀、近紅外光譜儀、X射線(xiàn)分析等便攜式分析儀器面世。

  由于海洋高鹽、高復(fù)雜性、轄區(qū)面積廣闊等特點(diǎn)，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器與淡水水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀在設(shè)計(jì)方面存在一定差異，一些海洋浮標(biāo)、潛標(biāo)和海底監(jiān)測(cè)平臺(tái)位于遠(yuǎn)離陸地的遠(yuǎn)海或深海，不能像岸基監(jiān)測(cè)平臺(tái)一樣頻繁地更換儀器試劑、能源，故海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器除了向小型化、多參數(shù)化方面發(fā)展外，低耗能、溶劑消耗少也是未來(lái)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展的一個(gè)方向。目前已有一些廠(chǎng)家推出無(wú)溶劑監(jiān)測(cè)儀器，如一種連續(xù)型、在線(xiàn)式、無(wú)溶劑的紫外熒光油類(lèi)監(jiān)測(cè)儀。

  另外，海洋微生物豐富，長(zhǎng)期在水下工作的監(jiān)測(cè)儀器不可避免地會(huì)遭到海洋生物的附著和損壞，導(dǎo)致儀器性能下降，使用壽命縮短，特別是一些敏感元件表面發(fā)生少量的腐蝕和生物附著就能夠使器件的工作性能受到損壞，進(jìn)而使整個(gè)儀器系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性下降。又由于海洋中的許多極端環(huán)境，諸如海底高壓，海底熱液噴口等，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，必定要發(fā)展新型的對(duì)極端環(huán)境耐受力較強(qiáng)的傳感探頭或監(jiān)測(cè)方法，并與材料防腐和防生物附著技術(shù)結(jié)合，以研制出體積小、溶劑用量少或無(wú)溶劑、抗干擾能力強(qiáng)、防生物附著、防腐蝕的高效敏感的多參數(shù)海洋監(jiān)測(cè)儀器。

  我國(guó)的海洋水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器產(chǎn)業(yè)在高端產(chǎn)品、創(chuàng)新研究方面，遭遇國(guó)外壟斷、技術(shù)封鎖，在中低端產(chǎn)品方面有自己的產(chǎn)品，但仍缺乏關(guān)鍵的核心技術(shù)，缺乏對(duì)工藝和關(guān)鍵材料的深入研究，關(guān)鍵技術(shù)仍然依靠進(jìn)口。另外，用戶(hù)對(duì)國(guó)產(chǎn)儀器缺乏信任也是造成我國(guó)監(jiān)測(cè)儀器相對(duì)落后、裹足不前的一個(gè)重要原因。目前，我國(guó)除了溫鹽深測(cè)定儀器外，其他理化監(jiān)測(cè)儀器的成型產(chǎn)品還很少，海洋儀器研發(fā)和生產(chǎn)廠(chǎng)家較少，國(guó)內(nèi)的海洋監(jiān)測(cè)儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家的規(guī)模均不大，且缺乏自主創(chuàng)新產(chǎn)品。

  2.海洋環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成

  海洋環(huán)境水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有兩方面優(yōu)勢(shì):一是采用原位監(jiān)測(cè)的手段能夠?qū)崟r(shí)在線(xiàn)反映海洋環(huán)境的變化情況;二是采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)，大大減少了人力投入，方便獲得連續(xù)、穩(wěn)定、長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

  原位監(jiān)測(cè)是指對(duì)原位測(cè)試對(duì)象采用安裝傳感器、采集器、通信器等方式，進(jìn)行自動(dòng)化、電子化、數(shù)字化、聯(lián)網(wǎng)化的連續(xù)、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)的原位測(cè)試，原位監(jiān)測(cè)是很多科學(xué)家大力推崇的用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法。早期海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)部分環(huán)境要素是通過(guò)海上樣品采集，帶回實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)的方法，這種方法是將待監(jiān)測(cè)的環(huán)境要素與海洋環(huán)境脫離，不能真實(shí)地反映海洋環(huán)境狀況，也不能獲取連續(xù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。而原位探測(cè)能夠監(jiān)測(cè)海洋區(qū)域的空間和瞬間連續(xù)變化的信息，真實(shí)反映海洋環(huán)境活動(dòng)演化的動(dòng)態(tài)體系，且操作簡(jiǎn)便、靈敏度高和反應(yīng)速率高，特別是在海洋極端環(huán)境條件下，如深海高壓、海底熱液噴口、極區(qū)海洋等。樣品的采集和保存面臨很大的挑戰(zhàn)，原位監(jiān)測(cè)則能深入這些區(qū)域，獲得全面準(zhǔn)確的海洋環(huán)境信息。原位監(jiān)測(cè)技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)海洋學(xué)研究方法的一次重大突破，它的應(yīng)用對(duì)促進(jìn)海洋資源的探測(cè)、海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)與保護(hù)和海洋科學(xué)的研究有重要的意義。

  隨著傳感技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展。海洋自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)迅速崛起，目前各海洋強(qiáng)國(guó)都組建了適用于海洋動(dòng)力學(xué)要素和海洋環(huán)境污染物的同步自動(dòng)觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。包括岸基海洋環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)、潛標(biāo)和海床基固定及移動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，如何研制體積小、耗能低、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、適應(yīng)海洋復(fù)雜環(huán)境、多功能多參數(shù)、可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，仍是未來(lái)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。

  3.深海觀(guān)測(cè)技術(shù)

  深海蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源、礦產(chǎn)資源、生物及基因資源。近年來(lái)，各國(guó)在深海的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，深海成為繼海面/地面觀(guān)測(cè)、空中遙測(cè)遙感之后地球科學(xué)的第三個(gè)觀(guān)測(cè)平臺(tái)，深海觀(guān)測(cè)系統(tǒng)正逐步成為海洋技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?？梢暬?、實(shí)時(shí)的、長(zhǎng)時(shí)序的深海環(huán)境監(jiān)測(cè)，對(duì)海洋礦產(chǎn)資源的成礦機(jī)理、開(kāi)發(fā)環(huán)境、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等研究;對(duì)深海生物及其基因研究，都有重要意義。

  由于深海高壓等特點(diǎn)，幾乎所有的淺海監(jiān)測(cè)儀器都不能直接應(yīng)用于深海，必須通過(guò)采用特殊材料、構(gòu)建新型微型化電極或光學(xué)元件、采用光電機(jī)一體化等手段。研制耐高壓、耐海水腐蝕、低耗能的觀(guān)測(cè)儀器，發(fā)展適用于深海環(huán)境(如高壓、高溫、高鹽等)監(jiān)測(cè)的傳感器或儀器;發(fā)展適于深海環(huán)境觀(guān)測(cè)的移動(dòng)或固定平臺(tái)發(fā)展水下觀(guān)測(cè)系統(tǒng)的供電、數(shù)據(jù)通信和組網(wǎng)技術(shù);發(fā)展空間、水面、水下、海底多平臺(tái)立體觀(guān)測(cè)技術(shù);建立長(zhǎng)期的水下或海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)，是深海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的基本趨勢(shì)。

  4.區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與信息服務(wù)

  國(guó)際先進(jìn)區(qū)域立體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系通過(guò)“實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)—模式模擬—數(shù)據(jù)同化—業(yè)務(wù)應(yīng)用”形成一個(gè)完整鏈條。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)為科研、經(jīng)濟(jì)以及軍事應(yīng)用提供服務(wù)，區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)更強(qiáng)調(diào)整體性、系統(tǒng)性的觀(guān)測(cè);根據(jù)區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)，通過(guò)岸基、船基、海基、海床基、空基、天基相結(jié)合，形成空-天-海一體化監(jiān)測(cè)，向人們提供立體、連續(xù)、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期的海洋數(shù)據(jù)。

  隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)保理念已被越來(lái)越多的人接受，海洋開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)不僅是為了滿(mǎn)足科研和國(guó)家的需要，越來(lái)越多的企業(yè)和個(gè)人也希望了解海洋環(huán)境信息。已有很多國(guó)家將信息服務(wù)納入?yún)^(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與政府相關(guān)部門(mén)、科研單位甚至是個(gè)人共享監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息。今后，發(fā)展以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以服務(wù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)家利益為目標(biāo)的區(qū)域海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)及信息服務(wù)將成為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

  5.海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)全球化網(wǎng)絡(luò)

  海洋是一個(gè)連通的整體，要想真正了解海洋，必須從全球大尺度上進(jìn)行研究。目前國(guó)際上正在積極展開(kāi)各地區(qū)、各個(gè)國(guó)家觀(guān)測(cè)系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)作，以實(shí)現(xiàn)在各國(guó)現(xiàn)有觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行聯(lián)合觀(guān)測(cè)和數(shù)據(jù)共享，提高全球性海洋觀(guān)測(cè)能力。由聯(lián)合國(guó)教育、科學(xué)及文化組織政府間海洋學(xué)委員會(huì)和世界氣象組織合作，聯(lián)合發(fā)起的全球海洋觀(guān)測(cè)系統(tǒng)便是基于海洋監(jiān)測(cè)全球化思想提出的，通過(guò)聯(lián)合各個(gè)國(guó)家、單位，全球布點(diǎn)，研究大尺度海洋氣候循環(huán)及其演化規(guī)律。

  國(guó)際海洋資料與情報(bào)交換系統(tǒng)是開(kāi)展海洋資料與情報(bào)交換系統(tǒng)的聯(lián)合國(guó)成員國(guó)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(guó)研究人員提供國(guó)際交換資料，它全球海洋數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)應(yīng)用和資料共享等方面發(fā)揮了積極作用。我國(guó)也于1981年加入，與世界主要海洋國(guó)家建立了良好的合作關(guān)系。但我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)與美、日和部分歐洲國(guó)家相比還比較落后，只有加大國(guó)際間合作，積極參與全球化的海洋觀(guān)測(cè)計(jì)劃，共享監(jiān)測(cè)信息，才能更快、更好地提高我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的能力。