國外海洋觀測系統(tǒng)對我國的啟示

為更好地監(jiān)測海洋氣候，加強(qiáng)海洋事件的跟蹤，提高海洋預(yù)報(bào)和預(yù)警能力，世界各國海洋部門、國際海洋組織建立了大量綜合性的海洋觀測系統(tǒng)。這些觀測系統(tǒng)自海底至高空，自近岸至遠(yuǎn)海，形成了對海洋全方位、多要素、立體性的觀測能力。這些觀測系統(tǒng)為海洋天氣預(yù)報(bào)、海洋氣候預(yù)測提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，為各國更好地管理公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)免受沿海自然災(zāi)害的影響提供了有效的產(chǎn)品服務(wù)。這些海洋觀測系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了大量的社會穩(wěn)定效益、經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益。

圖片

海洋觀測系統(tǒng)，本圖來自亨通海裝

對國內(nèi)外觀測系統(tǒng)的研究一直是海洋觀測領(lǐng)域的熱點(diǎn)，王春誼等以綜合海洋觀測系統(tǒng)（IOOS）和大洋觀測計(jì)劃（OOI）為基礎(chǔ)分析了美國海洋觀測系統(tǒng)；王祎等立足現(xiàn)狀，分析了我國業(yè)務(wù)化海洋觀測儀器的發(fā)展；麻常雷等介紹了系統(tǒng)集成的全球地球觀測系統(tǒng)（GEOSS）與全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）；翟璐等、李慧青等介紹了國外海洋觀測系統(tǒng)現(xiàn)狀，從管理、技術(shù)創(chuàng)新、人才隊(duì)伍、資料共享、海洋預(yù)報(bào)等多方面對我國海洋觀測網(wǎng)提出了建議。本文基于國內(nèi)外海洋觀測網(wǎng)現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)，從目標(biāo)融合、技術(shù)創(chuàng)新、科學(xué)管理、發(fā)展趨勢等角度，提出國外海洋觀測網(wǎng)對我國海洋觀測網(wǎng)的啟示與建議。

一、目標(biāo)融合

⒈共同目標(biāo)的確立

長期以來，我國的海洋觀測網(wǎng)處于國家海洋觀測網(wǎng)為主，地方海洋觀測網(wǎng)為輔，大專院校、研究機(jī)構(gòu)海洋觀測網(wǎng)為補(bǔ)充的狀態(tài)。對于海洋的觀測與調(diào)查是致力于向海發(fā)展的部委、省市、院校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)等一直以來的努力方向。多部委、多單位的交叉與融合在所難免。

這種“多龍測?！钡默F(xiàn)象在歐美等發(fā)達(dá)國家同樣存在，以美國為例，IOOS即是由美國海洋大氣署主持，與美國海軍、美國國家科學(xué)基金會（NSF）、美國航空航天局（NASA）、礦產(chǎn)管理局（MMS）、地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、能源部（DOE）、海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）、工程兵團(tuán)和環(huán)保署（EPA）等多個(gè)聯(lián)邦政府組織共同組成；歐洲的一體化業(yè)務(wù)化觀測網(wǎng)系統(tǒng)（Mon-GOOS）也整合了13個(gè)國家的36個(gè)單位的海洋觀測站、浮標(biāo)、衛(wèi)星等觀測系統(tǒng)。

多部委、多單位的存在雖然造成了管理的困難，但同樣帶來了多樣化的觀測目的、觀測手段和應(yīng)用方向，有力拓寬了海洋觀測的維度。美國、歐洲等國家海洋觀測系統(tǒng)的整合，讓我們看到了以觀測目的進(jìn)行多部委、多單位海洋觀測網(wǎng)融合的可能性。

在歐美科學(xué)家對歐美為主的海洋觀測網(wǎng)進(jìn)行總結(jié)時(shí)，明確提出了共同目標(biāo)，尤其是共同可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)確立的重要性，因?yàn)楣餐繕?biāo)的融合，代表了多方的認(rèn)同，圍繞這些目標(biāo)可以進(jìn)一步組建人才隊(duì)伍，探索商業(yè)模式，研究技術(shù)革新，建立多方合作。

共同可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的確立，是海洋觀測的有力起點(diǎn)，是調(diào)動和激發(fā)參與的多方積極性的有效載體，是推廣海洋成果的重要依據(jù)，是拓展海洋事業(yè)的根本前提。

共同目標(biāo)的確立，需要相互承認(rèn)彼此的優(yōu)先事項(xiàng)，因?yàn)檫@是合作的基礎(chǔ)；需要共同設(shè)計(jì)多方受益的海洋觀測方案；需要共同制定推動這些目標(biāo)的具體議程，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)開發(fā)和制作海洋信息產(chǎn)品和知識的可能。

⒉有效溝通的開展

有效溝通是建立信任的伙伴關(guān)系和跨學(xué)科參與以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)所需的基石，對參與和投資海洋可持續(xù)性和負(fù)責(zé)任的藍(lán)色經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。

如果將觀測系統(tǒng)視為在共同目標(biāo)下，觀測設(shè)施、觀測人員、觀測機(jī)構(gòu)之間的耦合，有效溝通可包括以下六方面溝通：①觀測系統(tǒng)與決策者之間的溝通；②觀測系統(tǒng)參與者之間的溝通；③觀測系統(tǒng)與儀器供應(yīng)商之間的溝通；④觀測系統(tǒng)與信息產(chǎn)品應(yīng)用方的溝通；⑤觀測系統(tǒng)與科研工作者的溝通；⑥觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通。

⑴觀測系統(tǒng)與決策者之間的溝通

觀測系統(tǒng)為決策者服務(wù)是觀測系統(tǒng)存在的幾個(gè)基本前提之一，觀測系統(tǒng)與決策者之間的溝通一方面是觀測系統(tǒng)可以為決策者提供海量的觀測產(chǎn)品服務(wù)，同時(shí)根據(jù)決策者需要與評價(jià)對產(chǎn)品進(jìn)行修正，從而進(jìn)一步對觀測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，另一方面是通過決策者渠道，可以將海洋觀測系統(tǒng)納入更大更廣闊的應(yīng)用需求當(dāng)中，如納入氣候變化監(jiān)測與談判，納入“聯(lián)合國2030議程可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)14”“聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展海洋十年”等主題當(dāng)中，為觀測系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)揮作用，提升影響力提供支持。

⑵觀測系統(tǒng)參與者之間的溝通

觀測系統(tǒng)參與者之間的有效溝通，對于履行觀測系統(tǒng)的共同目標(biāo)，協(xié)調(diào)觀測者之間的各類資源有著至關(guān)重要的作用。觀測系統(tǒng)參與者之間的溝通，有助于闡述各自目標(biāo)，進(jìn)一步促進(jìn)目標(biāo)融合；有助于進(jìn)行觀測設(shè)施、觀測數(shù)據(jù)、觀測產(chǎn)品等各類資源的共享共用；有助于觀測系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行；有助于獲得各自領(lǐng)域更廣泛的支持。

⑶觀測系統(tǒng)與儀器供應(yīng)商之間的溝通

觀測系統(tǒng)與儀器供應(yīng)商之間的溝通，對于維持觀測系統(tǒng)運(yùn)行，擴(kuò)展觀測系統(tǒng)功能有著重要作用。觀測系統(tǒng)與儀器供應(yīng)商之間的溝通，有助于及時(shí)反饋觀測問題，提升觀測系統(tǒng)質(zhì)量；有助于增加觀測要素，進(jìn)行多樣化觀測；有助于儀器供應(yīng)商根據(jù)需求，進(jìn)行儀器的改進(jìn)升級與研發(fā)。

⑷觀測系統(tǒng)與信息產(chǎn)品應(yīng)用方的溝通

觀測系統(tǒng)參與者制作數(shù)據(jù)集、統(tǒng)計(jì)分析、再分析、預(yù)報(bào)等信息產(chǎn)品，為產(chǎn)品應(yīng)用方服務(wù)，觀測系統(tǒng)與信息產(chǎn)品應(yīng)用方之間的溝通，能夠有效接收產(chǎn)品優(yōu)劣的反饋，對于提升產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)產(chǎn)品的進(jìn)一步研發(fā)，加強(qiáng)產(chǎn)品的普及有著重要的意義。

⑸觀測系統(tǒng)與科研工作者的溝通

觀測系統(tǒng)與科研工作者的溝通，是一項(xiàng)海洋觀測與科學(xué)研究互相檢驗(yàn)，互相促進(jìn)，砥礪前行的工作。一方面是觀測系統(tǒng)為科研工作者提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，履行觀測系統(tǒng)科研服務(wù)職責(zé)，使其得出更準(zhǔn)確可信的科研結(jié)論；另一方面通過科研工作者的研究成果、結(jié)論、對數(shù)據(jù)的需求，可以為提升觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供依據(jù)，也可以為進(jìn)一步優(yōu)化觀測系統(tǒng)布局提出建議。

⑹觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通

不管是觀測系統(tǒng)的預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品，還是管理層的決策產(chǎn)品，或者是科研成果產(chǎn)品，其最終的目的都是應(yīng)用于公眾，使公眾了解氣候變化的前因后果，變化趨勢，使公眾了解潮汐、水溫變化對旅游的影響，使公眾遠(yuǎn)離臺風(fēng)、風(fēng)暴潮的侵襲。所以，建立觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通渠道，增強(qiáng)觀測系統(tǒng)與公眾之間的溝通十分必要。

像歐美科學(xué)家總結(jié)的，通過加強(qiáng)與公眾的溝通，讓更多的公眾理解海洋對人類的重要性；讓公眾能用自己的方式溝通海洋了解海洋；讓公眾對待海洋及其資源時(shí)能夠做出明智和負(fù)責(zé)任的決策；讓公眾能夠分享對海洋基本概念和事實(shí)的理解；讓公眾能夠發(fā)展共同的價(jià)值觀，并建立與海洋的個(gè)人情感聯(lián)系，這是十分必要的。公眾的關(guān)注，能夠?yàn)楹Ｑ笥^測系統(tǒng)建立更加有效的宣傳渠道，擴(kuò)大知名度，使海洋觀測獲得更廣泛的社會和政策支持。

美國海洋觀測機(jī)構(gòu)與其國家公共廣播聯(lián)合開辦了名為“海洋凝視”的播客系列節(jié)目，音頻系列包括52集，采訪了參與海洋觀測科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的著名科學(xué)家和教育家，其中有5集專門針對滑翔機(jī)技術(shù)。觀測系統(tǒng)利用媒體工具與公眾進(jìn)行溝通，為社會公眾提供了強(qiáng)大的工具進(jìn)行教育和宣傳，有希望幫助更廣泛的社會階層了解海洋知識，理解海洋觀測的科學(xué)原理，激發(fā)更多的人投入到海洋探索中去。

⒊多樣化需求的融合

海洋觀測是一項(xiàng)代價(jià)高昂的工作，雖然沒有全球公認(rèn)的數(shù)字，但歐洲委員會在2018年審查了在一些歐洲國家和更遠(yuǎn)的地方進(jìn)行海洋觀測的費(fèi)用，僅每個(gè)國家的資金成本就高達(dá)數(shù)千萬歐元，相關(guān)的運(yùn)營成本每年達(dá)數(shù)億美元。

鑒于此種情形，對海洋觀測系統(tǒng)各方需求的融合是非常必要的。觀測系統(tǒng)的參與者、決策者、用戶等均有各種不同的需求，這些需求可能是領(lǐng)導(dǎo)與創(chuàng)新、推動環(huán)境政策，提升海洋治理，發(fā)展可持續(xù)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)、服務(wù)社會等的需求，可能是生態(tài)監(jiān)測、污染監(jiān)測的需求，可能是海洋科學(xué)研究、海洋探索的需求，可能是趕海、沖浪、潛水等的需求，甚至可能是企業(yè)、個(gè)人對特定區(qū)域的特殊需求。

熱帶大西洋觀測系統(tǒng)將需求劃分為社會驅(qū)動的需求和科學(xué)驅(qū)動的需求，社會驅(qū)動的需求包括降雨量、熱帶氣旋、生物地球化學(xué)（二氧化碳、溶解氧、微量營養(yǎng)元素）、生態(tài)系統(tǒng)和污染（海洋熱浪、海洋表面溫度（SST）、塑料，碳?xì)浠衔锖皖w粒物質(zhì)）等；科學(xué)驅(qū)動的需求包括變異模式和熱帶氣旋、影響海洋上層溫度和鹽度的過程、海洋環(huán)流、可預(yù)測性和模型偏差、數(shù)據(jù)同化、生物地球化學(xué)，生態(tài)系統(tǒng)和污染等。該系統(tǒng)通過將需求融合到熱帶大西洋的預(yù)測和研究系泊陣列（PIRATA）、剖面浮標(biāo)（Argo）、業(yè)務(wù)化斷面測量、志愿船、表層漂流浮標(biāo)、邊界流陣列、衛(wèi)星觀測等觀測設(shè)施，持續(xù)為其多樣化的觀測目標(biāo)作出貢獻(xiàn)，包括理解和更好地預(yù)測熱帶大西洋年際到年代際變率和氣候變化等現(xiàn)象；多年代際變率及其與經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流的聯(lián)系；二氧化碳的海氣通量及其對人為二氧化碳排放的影響；亞馬遜河羽流及其與生物地球化學(xué)，垂直混合和颶風(fēng)的相互作用；高產(chǎn)的東部邊界和赤道上升流系統(tǒng)；海洋低氧區(qū)對生物地球化學(xué)循環(huán)和海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及它們對氣候的反饋等。

對于我國的海洋觀測系統(tǒng)而言，需要融合中央決策、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋預(yù)警預(yù)報(bào)、海洋管理治理、海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)、海洋科學(xué)研究、海洋公益服務(wù)等多級用戶、多種類型的需求，將這些需求體現(xiàn)到海洋站、浮標(biāo)、斷面、志愿船、雷達(dá)、衛(wèi)星等觀測設(shè)施當(dāng)中。

二、技術(shù)創(chuàng)新

⒈傳感器技術(shù)的創(chuàng)新

自20世紀(jì)末，在國家“863”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等的支持下，物理海洋傳感器技術(shù)得以迅速發(fā)展，取得了一批高新技術(shù)成果，逐步縮小了與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距，但仍存在著發(fā)展水平參差不齊、成果轉(zhuǎn)化率低、成果應(yīng)用少、產(chǎn)業(yè)規(guī)模小等一系列問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前仍有大批先進(jìn)物理海洋儀器依賴于進(jìn)口，以多普勒流速剖面儀（ADCP）為例，國內(nèi)4000多臺設(shè)備全部依賴于進(jìn)口，后期的維護(hù)和更新?lián)Q代存在高昂成本和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

對國外海洋觀測傳感器技術(shù)的追趕、突破與創(chuàng)新是我國近年來觀測技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，但我們需要清醒地認(rèn)識到，受關(guān)鍵技術(shù)、材料和工藝水平綜合制約，我國在海洋物理海洋傳感器技術(shù)上，除個(gè)別技術(shù)接近國際先進(jìn)水平外，整體上要落后發(fā)達(dá)國家10—15年。技術(shù)的發(fā)展與革新并不能一蹴而就，需要不斷地實(shí)驗(yàn)與迭代更新，以下幾方面也許是我們努力的方向。

⑴傳感器研發(fā)融合與投入

海洋傳感器技術(shù)的研發(fā)與革新需要不斷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與迭代，其研發(fā)同時(shí)涉及材料、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等諸多方面，需要材料和工藝水平的同步提升。在不斷加大海洋傳感器投入的同時(shí)，需要通過協(xié)作的方式，促進(jìn)傳感器研發(fā)部門與材料生產(chǎn)部門聯(lián)合與融合，才能更快擺脫對國外傳感器、國外材料的依賴，縮短在傳感器領(lǐng)域追趕國際先進(jìn)水平的進(jìn)程。

⑵先進(jìn)傳感器的設(shè)計(jì)與研發(fā)

與國際先進(jìn)的傳感器技術(shù)相比，國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的傳感器的設(shè)計(jì)與研發(fā)仍有不小的差距。以小型溫鹽傳感器為例，過去的10年里，國際組織利用安裝在海豹、海象、海龜身上的小型溫鹽深傳感器（CTD）獲得了超過50萬站次的溫鹽數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分布在衛(wèi)星、船舶、Argo浮標(biāo)難以覆蓋的環(huán)極地海洋區(qū)域，在極地轉(zhuǎn)入極夜時(shí)依然有數(shù)據(jù)采樣，有效彌補(bǔ)了人類調(diào)查的盲區(qū)。隨著未來對極地探索、海底觀測網(wǎng)搭建等觀測需求的不斷發(fā)展，海洋傳感器的小型化、輕重量、低功耗、高精度、高靈敏、智能化、模塊化等方面的設(shè)計(jì)與研發(fā)是未來研究和發(fā)展的重點(diǎn)。

⑶傳感器成果的多方應(yīng)用與評價(jià)

隨著我國傳感器在CTD、潮位儀、海流計(jì)、測波儀等領(lǐng)域取得突破，在二氧化碳、pH、浮游生物等領(lǐng)域也有了長足的發(fā)展，并有了一定的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品的應(yīng)用、對比與評價(jià)卻鮮有相關(guān)文獻(xiàn)提及。為此，我們需要加大產(chǎn)品的推廣，進(jìn)行民用、科研等多方應(yīng)用或試用，通過與成熟產(chǎn)品的比對，來進(jìn)行質(zhì)量的綜合評價(jià)，以此積累經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到進(jìn)一步改進(jìn)傳感器缺陷，加快傳感器版本迭代更新的目的。

以美國為例，其IOOS專門設(shè)有版塊，用以資助新興海洋觀測技術(shù)的試運(yùn)行，對觀測結(jié)果進(jìn)行評估，最終將觀測技術(shù)集成到海洋觀測網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)其業(yè)務(wù)化運(yùn)行。其近幾年資助的項(xiàng)目包括GNSS-R衛(wèi)星反射計(jì)、深海物聯(lián)網(wǎng)（使用更智能的漁船自動收集海洋學(xué)數(shù)據(jù)）、業(yè)務(wù)化海岸觀測的網(wǎng)絡(luò)攝像頭（WebCOOS）、商業(yè)漁船實(shí)時(shí)遙測、水面無人艇低氧監(jiān)測、動物傳感器應(yīng)用、西北太平洋有害藻華水面無人艇自動化采樣等。

⑷傳感器成果的商品化與產(chǎn)業(yè)化

海洋傳感器技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，如果不能及時(shí)地進(jìn)行商品化與產(chǎn)業(yè)化，勢必會引起產(chǎn)品的束之高閣，影響技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新。如果可以建立有效的機(jī)制，使海洋傳感器成果成熟一個(gè)就轉(zhuǎn)化一個(gè)，及時(shí)進(jìn)行商品化和制作流程的產(chǎn)業(yè)化，必然加快傳感器技術(shù)的革新。但同時(shí)，我們應(yīng)該看到海洋傳感器是較為小眾的產(chǎn)品，其國內(nèi)用戶量有限，目前局限于國家海洋觀測網(wǎng)、涉海院校、研究所等，如何拓展更多的民用用戶、國外用戶來購買，是需要深入思考和規(guī)劃的。

⒉衛(wèi)星技術(shù)的飛躍

20世紀(jì)60年代后期，科學(xué)家構(gòu)想從太空觀測海洋，這導(dǎo)致了20世紀(jì)70年代海洋遙感技術(shù)的發(fā)展及1978年首顆海洋觀測的衛(wèi)星SEASAT的發(fā)射。衛(wèi)星海洋遙感，第一次從全球視野揭示了海洋狀態(tài)的廣闊性和復(fù)雜性，這對我們研究海洋與天氣和氣候的關(guān)系、研究全球海洋環(huán)流、研究極地海洋、研究全球平均海平面上升等內(nèi)容提供了新的視點(diǎn)，它的準(zhǔn)確性和廣闊性為科學(xué)家?guī)砹酥T多驚喜。

50多年來，衛(wèi)星海洋觀測從紅外傳感器到輻射計(jì)，再到微波傳感器，一代代更新，觀測的要素也從最初的SST擴(kuò)展到海面高度、水色、海洋矢量風(fēng)場、海表和內(nèi)部重力波、海冰、水蒸氣、土壤濕度、海表鹽度（SSS）等，形成了以海面風(fēng)場、海浪、海表層流、海面溫度、水汽含量等為代表的海洋動力環(huán)境及多源遙感融合數(shù)據(jù)產(chǎn)品；以葉綠素、有色溶解有機(jī)質(zhì)、懸浮物、初級生產(chǎn)力、光合有效輻射等為代表的海洋光學(xué)參數(shù)、海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)及其衍生的（如海洋漁業(yè)等）遙感產(chǎn)品；以海底地形、重力場等為代表的海洋地球物理產(chǎn)品，增強(qiáng)了海洋環(huán)流、海氣通量、海洋對全球氣候影響、極地觀測、海平面變化、全球潮汐等眾多方面的觀測與研究，取得了令人矚目的成果。

新中國成立70年來，中國制定了長遠(yuǎn)的自主海洋衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃，構(gòu)建了海洋水色、海洋動力環(huán)境和海洋監(jiān)視監(jiān)測三大系列的海洋衛(wèi)星。從2002年發(fā)射中國第一顆海洋衛(wèi)星HY-1A以來，中國至今發(fā)射了5顆水色衛(wèi)星，5顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星（包含中法海洋衛(wèi)星），3顆海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了全球海洋環(huán)境的逐日觀測，逐步形成了以中國自主衛(wèi)星為主導(dǎo)的海洋空間監(jiān)測網(wǎng)，在中國海洋資源與環(huán)境監(jiān)測、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋安全管理等方面發(fā)揮了重要作用。

海洋衛(wèi)星的出現(xiàn)、發(fā)展只有短短的50余年，但它所帶來的變化要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自19世紀(jì)30年代開始的近200年的海洋調(diào)查，隨著海洋衛(wèi)星技術(shù)飛躍式的發(fā)展，海洋衛(wèi)星必然會與?；㈥懟?、海底基等觀測設(shè)施的一體化融合，逐時(shí)甚至分鐘級高頻連續(xù)觀測有可能成為現(xiàn)實(shí)，水體動態(tài)變化監(jiān)測、海洋災(zāi)害追蹤、海上目標(biāo)監(jiān)視監(jiān)測也將更為精準(zhǔn)，這將為我們開啟一個(gè)嶄新的海洋立體觀測的時(shí)代。

⒊相關(guān)技術(shù)的發(fā)展

隨著海洋觀測技術(shù)的發(fā)展，若干相關(guān)技術(shù)逐漸融入觀測技術(shù)當(dāng)中，與觀測技術(shù)共同發(fā)展與進(jìn)步，這些技術(shù)包括納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)、原位基因組分析、質(zhì)譜、計(jì)算機(jī)建模、成像技術(shù)、水下機(jī)器人技術(shù)等，它們通過自己特有的方式，逐步集成到由?；?、陸基、空基、海底基組成的立體觀測網(wǎng)當(dāng)中，并發(fā)揮著越來越重要的作用。在遠(yuǎn)離海岸的深海大洋，深水耐壓防腐材料、水下密封接插件、水下紫外殺菌技術(shù)、納米金屬外殼等海洋通用技術(shù)和工藝，解決了高壓、低溫等海水屏障問題，提升了海洋觀測裝備的可靠性；在數(shù)百甚至上千米的深海海底，水下機(jī)器人技術(shù)為加拿大、美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家海底觀測網(wǎng)的建設(shè)解決了海底施工、儀器維護(hù)與觀測相關(guān)問題。

隨著我國海洋觀測技術(shù)和海洋觀測網(wǎng)的發(fā)展，這些相關(guān)技術(shù)與海洋觀測技術(shù)和海洋觀測網(wǎng)之間必將實(shí)現(xiàn)深度的融合，共同促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜具有挑戰(zhàn)性的觀測能力，例如以更加新穎的方式與云計(jì)算和海洋信息學(xué)相結(jié)合，來進(jìn)行觀測儀器的遠(yuǎn)程操作，來進(jìn)一步提升觀測系統(tǒng)的機(jī)動觀測與保障能力。

三、科學(xué)管理

⒈觀測站點(diǎn)與設(shè)施分類

我國海洋觀測包括海洋站、浮標(biāo)/潛標(biāo)、岸基雷達(dá)、志愿船和常規(guī)斷面等基礎(chǔ)觀測手段。僅以海洋站為例，按歸屬不同，可分為國家站（自然資源部建設(shè)并維護(hù)）、地方（省市）站、野外站（一般由海洋類院所建設(shè)）等；按值守情況，可分為有人值守型海洋站、無人值守自動化海洋測點(diǎn)；按傳輸情況，可分為有線傳輸和無線傳輸；按位置分布，可分為岸基站（能夠定期進(jìn)行水準(zhǔn)連測）和海島站（難以進(jìn)行水準(zhǔn)連測）；按觀測要素分類，可分為全要素海洋站和部分要素海洋站。同為岸基海洋站，不同海洋站因?yàn)榈乩砦恢玫牟煌?，其代表意義大為不同，例如開闊海域的海洋站和港口內(nèi)的海洋站；不同海洋站因?yàn)樗褂糜^測儀器生產(chǎn)廠家、型號的不同，其觀測要素在長期變化上的反映也不盡相同；不同海洋站因其坐落位置的不同，還容易遭受不同氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害的影響，有的易受臺風(fēng)侵襲，有的易受雷暴滋擾，有的易產(chǎn)生淤積，有的冬季會結(jié)冰。

這種種的不同，導(dǎo)致海洋站點(diǎn)與海洋設(shè)施的維護(hù)與管理難以用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。這要求我國海洋觀測網(wǎng)對海洋站點(diǎn)與海洋設(shè)施進(jìn)行科學(xué)合理的分類分級，保障分類分級海洋站與設(shè)施能夠滿足不同用途的需求。分類分級是一項(xiàng)需要探索的工作，國外沒有完整的標(biāo)準(zhǔn)可以參考，但有少量經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。以美國為例，其潮位觀測因?yàn)閮x器精度的不同，劃分為3個(gè)等級（A級：臆10cm，B級：>10～30cm，C級：逸30cm或不確定），在阿拉斯加地區(qū)，由于缺乏沿海基礎(chǔ)設(shè)施，包括并網(wǎng)電力，便捷的道路通道和強(qiáng)大的通信系統(tǒng)等，導(dǎo)致建設(shè)驗(yàn)潮井、保障電力供應(yīng)極為困難，故單獨(dú)進(jìn)行了與驗(yàn)潮井測站標(biāo)準(zhǔn)不一樣的無人觀測站點(diǎn)的建設(shè)，開發(fā)了遠(yuǎn)程電源模塊（RPM），利用風(fēng)能、太陽能和柴油進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)了高頻雷達(dá)測流、GNSS反射計(jì)觀測水位，其水位等級即采用了相對較低的B級。

⒉觀測設(shè)施共享

我國的海洋站分布在自然資源部、地方省市、科研院所等部門，海洋調(diào)查船只、浮標(biāo)/潛標(biāo)等觀測設(shè)施資源分布在自然資源部、水利部、海事、中科院、涉海大學(xué)等不同部門，這些觀測站和觀測設(shè)施所采用的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、傳輸標(biāo)準(zhǔn)等均不統(tǒng)一，隨著地方海洋觀測站納入國家觀測網(wǎng)，這種狀況略有改善，但仍存在著觀測設(shè)施之間互相隔離、各自為戰(zhàn)的情況，促進(jìn)各觀測站與觀測設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一與融合，促進(jìn)觀測設(shè)施之間的共享共用，尤其是觀測船只、浮標(biāo)的共享共用，對于統(tǒng)一國家海洋標(biāo)準(zhǔn)，提升國家海洋管理能力，節(jié)約國家資金，是十分必要的。

國家自然科學(xué)基金委員會2009年設(shè)立的船時(shí)共享航次計(jì)劃，通過合理、有效地調(diào)配考察船資源，將基金項(xiàng)目的出海需求與考察船的高效利用統(tǒng)籌，在有效節(jié)約了船只費(fèi)用的同時(shí)，解決了更多想出海卻出海難的研究機(jī)構(gòu)的出海需求。

如何進(jìn)一步擴(kuò)大船時(shí)共享的范圍，促進(jìn)浮標(biāo)等觀測設(shè)施的共享，在有限的觀測設(shè)施上，科學(xué)合理安裝盡可能多的觀測探頭，獲取盡可能多的觀測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)推送給盡可能多的人使用，滿足盡可能多的觀測需求，節(jié)約盡可能多的資金，是需要海洋界共同努力和實(shí)踐的，建立綜合性共享平臺，出臺共享辦法，獎(jiǎng)勵(lì)共享成果，推廣共享成就也許會是一條可行之路。

⒊高難區(qū)域挑戰(zhàn)

美國將在阿拉斯加的偏遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)化觀測作為一種挑戰(zhàn)，并通過開發(fā)遠(yuǎn)程電源模塊、建設(shè)抗壓能力強(qiáng)的觀測設(shè)施的方式成功戰(zhàn)勝了挑戰(zhàn)。對于我國海洋觀測來說，在淺海區(qū)域的浮標(biāo)、潛標(biāo)易受漁業(yè)捕撈破壞，在南海的浮標(biāo)易受敵對勢力的損壞，在南極、北極的測站受極晝極夜影響，在南極、北極的海域受冰山影響，數(shù)據(jù)獲取能力弱，這些都是極大的挑戰(zhàn)。

面對高難區(qū)域的挑戰(zhàn)，一方面，要加大研發(fā)力度，研發(fā)小型化、智能化傳感器，研發(fā)長待機(jī)自動化觀測儀器，研發(fā)動物傳感器，讓海洋中的魚類、哺乳動物幫我們?nèi)カ@得世界海洋（尤其是兩極地區(qū)）、沿海河流、河口的光照、溫度、鹽度等海洋學(xué)變量；另一方面，要加強(qiáng)與漁民、漁業(yè)公司之間的聯(lián)系，普及海洋觀測知識與海洋設(shè)施保護(hù)，加強(qiáng)觀測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品對漁業(yè)的服務(wù)，讓漁民與漁業(yè)公司能夠進(jìn)一步享受到海洋觀測帶來的便捷與信息產(chǎn)品紅利，自發(fā)地保護(hù)海洋觀測設(shè)施。

⒋觀測網(wǎng)的長期維持

海洋的碳含量是大氣的50倍，熱容量是大氣的1000倍，水含量是大氣的10萬倍，在地球的氣候和宜居性中起著核心作用。海洋觀測可以并已經(jīng)為改進(jìn)天氣預(yù)報(bào)提供了海表溫度、海表鹽度等數(shù)據(jù)支撐，改善了亞季節(jié)到季節(jié)的預(yù)報(bào)質(zhì)量；為漁業(yè)和礦產(chǎn)資源獲取等提取型藍(lán)色經(jīng)濟(jì)提供了決策性產(chǎn)品服務(wù)，有力保護(hù)了海洋生態(tài)健康；為遺傳資源、生物合成、海洋藥物、可再生能源、減少二氧化碳、海水淡化、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸、海洋旅游、娛樂、海域使用與開發(fā)等非提取型藍(lán)色經(jīng)濟(jì)提供了長期信息產(chǎn)品支撐，保障了海洋資源的可持續(xù)利用。

根據(jù)《2021年中國海洋經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2021年全國海洋生產(chǎn)總值首次突破9萬億元，達(dá)90385億元，對國民經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率為8.0%，占沿海地區(qū)生產(chǎn)總值的比重為15.0%。海洋觀測、調(diào)查和預(yù)報(bào)為這些海洋經(jīng)濟(jì)成就的取得提供了支持，但很難去分離、評估海洋觀測提供效益的多少，各國的海洋觀測都面臨著這樣一個(gè)效益無法定量評估的難題。

海洋是一個(gè)物理?xiàng)l件惡劣且后勤復(fù)雜的環(huán)境，觀測平臺在海水中腐蝕，容易受到生物污染，并且必須承受冷水和高壓。海水對無線電頻率不透明，因此很難進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。海洋儀器需要我們利用專業(yè)調(diào)查船只定期進(jìn)行探頭更換、儀器清理等維護(hù)，這需要大量的資金。目前，維持現(xiàn)有海洋觀測，資金來源包括各國政府機(jī)構(gòu)、慈善機(jī)構(gòu)、非政府組織等，其中政府機(jī)構(gòu)是最主要的資金來源。隨著全球國際形勢和經(jīng)濟(jì)形勢的波動，這些資金來源會有所縮減，這種資金的減少會威脅到數(shù)據(jù)收集的穩(wěn)定性，從而可能導(dǎo)致海洋氣候測量值的不連續(xù)性，降低迄今為止和將來所做觀測的價(jià)值。

解決資金縮減問題的方法是在促進(jìn)各觀測單位合作，觀測設(shè)施共享的同時(shí)，挖掘并擴(kuò)大用戶群體，讓更廣大的用戶從海洋觀測中受益，并積極參與。海洋觀測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的受眾群體很多，從直接利益相關(guān)的海洋漁業(yè)捕撈、漁業(yè)養(yǎng)殖、海洋航運(yùn)、海洋采礦的相關(guān)企業(yè)與個(gè)人，到海洋旅游、海洋牧場的相關(guān)企業(yè)與個(gè)人，再到國家政府決策機(jī)構(gòu)。挖掘出海洋觀測對于這些用戶的價(jià)值，提升海洋觀測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品與用戶之間聯(lián)系的緊密性，拓展服務(wù)的渠道，提升服務(wù)的能力，以用戶的需求倒逼觀測能力的提升，觀測資金的增加。前文提到的“海洋凝視”播客的例子，就是一種很好的用戶擴(kuò)展。而對我國而言，眾多涉海的自媒體從業(yè)者也是可以拓展的用戶群體，例如對趕海人推送潮汐、海浪、海風(fēng)等實(shí)時(shí)和預(yù)報(bào)信息，同時(shí)接收其觀察到的海洋生物信息，實(shí)現(xiàn)用戶與觀測的雙贏。

⒌信息整合與信息服務(wù)

我國的涉海單位多依靠各自單位的服務(wù)平臺，為公眾、科研工作者、國家政府機(jī)構(gòu)等提供海洋信息服務(wù)，專業(yè)性較強(qiáng)，綜合性較差。國家海洋信息中心作為國家海洋數(shù)據(jù)和信息的匯集單位，提出了海洋應(yīng)用綜合系統(tǒng)整合的“五層一線”架構(gòu)，建設(shè)了綜合性服務(wù)平臺，針對各涉海部門間信息共享不暢，信息孤島嚴(yán)重的問題，提出了整合各類海洋信息資源，建立部門間持續(xù)穩(wěn)定信息共享機(jī)制的建議。

我國海洋信息整合與信息服務(wù)的痛點(diǎn)在于各涉海部門間信息的各自為政，其根本原因在于缺少海洋信息自上而下齊全的分類分級架構(gòu)，不能有效涵蓋所有海洋數(shù)據(jù)與成果；缺少對涉海信息產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，不能有效激勵(lì)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生產(chǎn)者的積極性；缺少綜合平臺對各涉海單位服務(wù)質(zhì)量的評價(jià)與社會效益的提升，不能給信息提供單位帶來社會影響力的提升；缺少各級用戶的個(gè)性化定制，難以滿足各級用戶的需求。

這些問題或可以通過以下方案進(jìn)行解決：聯(lián)合各涉海單位，制定齊全的海洋信息與產(chǎn)品的分類分級標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋從海洋觀測設(shè)施、海洋數(shù)據(jù)、信息產(chǎn)品到信息服務(wù)的全信息鏈；在海洋信息服務(wù)中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，該技術(shù)有中心化、防篡改、可追溯、可信任的特性，可以在海洋綜合信息服務(wù)平臺與海洋信息提供者之間建立天然盟約關(guān)系，在提供知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的同時(shí)，保障信息的有效溯源；用元數(shù)據(jù)和分布式云平臺的方式進(jìn)行海洋信息整合，以虛擬化的方式統(tǒng)一對外服務(wù)，最終形成生態(tài)良好的觀測-數(shù)據(jù)-產(chǎn)品-服務(wù)一體化的海洋物聯(lián)網(wǎng)。

浙江省智慧海洋大數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目是區(qū)塊鏈技術(shù)與海洋領(lǐng)域深度融合的代表性項(xiàng)目。該項(xiàng)目研發(fā)了區(qū)塊鏈運(yùn)算系統(tǒng)，利用區(qū)塊鏈去中心化、可信任的特性，通過不可篡改的數(shù)字簽名技術(shù)，建立了海洋數(shù)據(jù)交換過程中的天然盟約關(guān)系，為海洋數(shù)據(jù)資源在各相關(guān)部門單位的高效流轉(zhuǎn)提供了可信保障和技術(shù)支撐。

⒍國際化合作與推廣

美國以其海洋觀測系統(tǒng)（OOS）概念，以IOOS為模板，不斷地向國際社會闡述著其海洋觀測成果、海洋觀測理念，尋求合作，共享數(shù)據(jù)，以相對小的代價(jià)，獲得了若干區(qū)域的海洋觀測資料。以新西蘭的海洋觀測系統(tǒng)（NZ-OOS）為例，其設(shè)計(jì)以O(shè)OS常用的氣候變化、海平面上升、海洋酸化、生態(tài)系統(tǒng)等全球性問題為主導(dǎo)，遵循全球OOS框架的數(shù)據(jù)開放共享理念，最終落點(diǎn)為建設(shè)成典型的新西蘭海洋觀測系統(tǒng)，成為世界領(lǐng)先的海洋管理范例，實(shí)現(xiàn)海洋知識、數(shù)據(jù)和工具的公開獲取，服務(wù)于新西蘭的經(jīng)濟(jì)、社會福利和海洋健康。

這種合作方式，對我國海洋觀測網(wǎng)與其他國家的合作與推廣提供了啟發(fā)，為我國海洋觀測網(wǎng)實(shí)現(xiàn)模塊化、形成觀測理念、尋求與合作國家的共同點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)合作共贏提供了參考方案。形成觀測理念，尋求與合作國家的共同點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)合作的共贏。例如，實(shí)現(xiàn)太平洋周邊國家對核污染、化學(xué)污染影響的共同合作調(diào)查與監(jiān)測，共同實(shí)現(xiàn)太平洋的食品安全、生態(tài)安全、人類健康。

四、發(fā)展趨勢

⒈多樣互補(bǔ)長期存在

未來相當(dāng)長的一段時(shí)間，海洋觀測仍將是多種采樣手段并存、互補(bǔ)的狀態(tài)，天空之上以各類衛(wèi)星為主，輔助以探空氣球、無人機(jī)等手段，近岸以海洋站點(diǎn)、雷達(dá)、攝像為主，海面之上以大型浮標(biāo)、漂流浮標(biāo)、石油平臺、志愿船為主，海面之下以潛標(biāo)、Argo剖面浮標(biāo)、動物傳感器、水下滑翔機(jī)（Glider）等無人自動化設(shè)備為主，海底以海底觀測網(wǎng)為主，海洋標(biāo)準(zhǔn)斷面調(diào)查作為檢驗(yàn)和補(bǔ)充，穿插于整個(gè)觀測網(wǎng)中間，進(jìn)行全剖面觀測，各觀測設(shè)施之間采樣時(shí)空分辨率互不相同，卻又相輔相成，共同組成海洋立體觀測網(wǎng)。

⒉儀器無人化自動化

常規(guī)業(yè)務(wù)化海洋觀測的維持需要大量的資金支持，但隨著科技的發(fā)展，儀器開始向著無人化、自動化的方向邁進(jìn)。從需要定期維護(hù)的海洋站點(diǎn)、浮標(biāo)的自動化觀測，到漂流浮標(biāo)、Argo剖面浮標(biāo)的隨洋流漂泊的無人化觀測，到粘貼到動物身上傳感器隨動物運(yùn)動觀測，再到可以設(shè)定觀測路徑的Glider等無人化自動化觀測，海洋觀測一步步邁向無人化、自動化。

⒊觀測系統(tǒng)模塊化

海鳥、AML等國外海洋公司將海洋觀測產(chǎn)品設(shè)計(jì)成若干單元，如水下測量單元（溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、壓力傳感器、二氧化碳、pH等）、甲板單元、采水器及其控制單元、感應(yīng)傳輸單元等，單元之間進(jìn)行有序組合，形成觀測儀器產(chǎn)品。這種模塊化操作，讓儀器設(shè)計(jì)流程、生產(chǎn)流程更加清晰，分工更加明確，適合大規(guī)模生產(chǎn)，必然會進(jìn)一步引起儀器價(jià)格的降低，從而撬動整個(gè)儀器產(chǎn)業(yè)的變革。

海底觀測網(wǎng)是另一種形式的觀測系統(tǒng)模塊化，它將觀測系統(tǒng)從岸站系統(tǒng)沿著光電復(fù)合纜向外延伸，至海底分裂出海底網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從海底網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)再分出海底儀器節(jié)點(diǎn)，儀器節(jié)點(diǎn)可根據(jù)需要利用水下機(jī)器人進(jìn)行插拔和更換。

觀測系統(tǒng)的模塊化發(fā)展，未來必然會引起觀測儀器生產(chǎn)數(shù)量的井噴式發(fā)展，引起全球海洋觀測在空間上向站位分布更密集，在時(shí)間上向采樣頻率更精細(xì)的方向邁進(jìn)。

⒋綜合智能化

隨著海上無人機(jī)、水面無人艇、水下無人潛航器（水下機(jī)器人、水下滑翔機(jī)）等無人設(shè)備的蓬勃發(fā)展，未來無人海洋觀測裝備向著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多棲化、長續(xù)航、低成本的方向發(fā)展，伴隨著人工智能領(lǐng)域的興起，海洋觀測的感知智能化、控制智能化、決策智能化、運(yùn)維智能化浪潮將洶涌而至。

海洋觀測的綜合智能化發(fā)展，使人們不僅能利用衛(wèi)星、無人觀測設(shè)施對特定區(qū)域進(jìn)行長時(shí)間監(jiān)測，更可能實(shí)現(xiàn)對突發(fā)事件的交互操作式追蹤；不僅能隨時(shí)查看自己感興趣的海區(qū)的天氣狀況、水質(zhì)狀況，更可能根據(jù)用戶習(xí)慣，接受系統(tǒng)的智能化分析與推送；不僅能作為使用者利用觀測的照片、影像、數(shù)據(jù)來生產(chǎn)自己的知識，并傳播，更可能作為參與者，獲取海洋狀態(tài)信息。國外研究人員已經(jīng)與休閑沖浪者達(dá)成協(xié)議，為沖浪者提供GPS設(shè)備和溫度傳感器，在為休閑沖浪者提供沖浪表現(xiàn)細(xì)節(jié)服務(wù)的同時(shí)，收集沿海環(huán)境的SST高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

五、結(jié)論

海洋觀測實(shí)現(xiàn)持續(xù)、有序、高質(zhì)量發(fā)展，需要我們吸取中外觀測的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，在夯實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)，尋求多部委、多單位的目標(biāo)融合，實(shí)現(xiàn)觀測系統(tǒng)與觀測參與者、儀器供應(yīng)商、信息產(chǎn)品應(yīng)用方、科研工作者、公眾等用戶之間的有效溝通；實(shí)現(xiàn)中央決策、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋預(yù)警預(yù)報(bào)、海洋管理治理、海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)、海洋科學(xué)研究、海洋公益服務(wù)等多樣化需求的融合；實(shí)現(xiàn)海洋設(shè)施的科學(xué)管理，包括觀測站點(diǎn)與設(shè)施的分類、共享、多樣化互補(bǔ)，迎接高難區(qū)域的挑戰(zhàn)，夯實(shí)觀測網(wǎng)的長期維持，提升信息的整合與服務(wù)，加強(qiáng)國際化合作與推廣等。

海洋觀測實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，需要我們保持海洋觀測技術(shù)的創(chuàng)新與投入，包括傳感器技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)及其他相關(guān)觀測技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展；需要我們加強(qiáng)新儀器、新技術(shù)的試用、評價(jià)，加快新儀器的業(yè)務(wù)化使用；需要我們保持對海洋觀測系統(tǒng)模塊化、智能化的關(guān)注與努力。

隨著人力成本、船只走航成本、海上儀器維護(hù)費(fèi)用的增加，未來海洋觀測儀器必然朝著低成本化、模塊化、自動化和智能化的方向突破。與此同時(shí)，海洋觀測將會向著立體化、精細(xì)化、智能化方向轉(zhuǎn)化，海洋觀測網(wǎng)服務(wù)將惠及越來越多各行各業(yè)的用戶。