海洋环境观测预报技术需求与“十三五”发展重点——以北海区为例

发展海洋环境观测预报技术是认识海洋、开发海洋的一项基础性工作,是发展海洋经济、开发海洋资源的必然要求,具有迫切的国家需求。我国提出了建设海洋强国的宏伟目标,在新的形势下如何进一步提升我国海洋环境观测预报技术水平及业务应用能力,满足海洋事业全面发展的迫切需求,值得我们深入思考和研究。以我国北海区为例,概述了我国海洋环境观测预报技术体系的发展现状,指出了面临的突出技术问题,据此提出了"十三五"期间我国海洋环境观测预报发展的重点,主要包括:数据考古、研发新型观测技术与装备、推动新型观测技术的业务应用、发展智能化的海洋观测数据管理技术、海洋环境组网观测、海洋环境预报精细化、加强国际合作、产学研用结合的业务化支撑体系建设等方面。     

元数据技术在海洋观测数据集成中的应用研究

文章分析、研究了元数据技术及其发展情况和元数据在数据管理、交换中的应用,并对国际上几种海洋元数据的特点进行了归纳、分析和比较。并在此基础上针对海洋环境观测数据的多源性、多态性、多样性以及其分散性等特点,依托重大项目"赤潮监测与预警系统集成与示范"对数据通信与集成的需求,分析了元数据在海洋环境观测数据集成中的应用,以实现对海洋观测数据有效的、合理的集成管理及共享。     

大数据时代的海洋数据管理体系构建

大数据时代背景下,各类海洋数据快速累积增长.海洋数据来源范围广泛、数据类型多样、数据体量巨大、数据链条复杂,涉及的单位和机构众多,构建科学合理的海洋数据管理体系,对有效推进海洋数据资源整合、集中管理和高效服务具有重要意义.本文基于国家海洋数据资源管理工作实践,构建起包括海洋环境数据、海洋信息产品和海洋综合管理成果在内的海洋数据资源管理体系,并在海洋观测、海洋专项、大洋科考、国际交换与合作、海洋信息系统建设等业务工作中持续应用完善,取得良好效果.     

大数据理念在海洋环境观测数据共享中的应用研究

随着海洋观测技术、科学调查手段、信息技术等的发展,海洋观测数据量日益庞大、观测要素的种类日益繁多,而我国海洋观测平台的条块管理模式造成了观测数据的分布式和区域化,使得资料共享成为近海研究的大障碍,影响了对数据价值的挖掘。文章介绍了近年来蓬勃发展的大数据的概念及其核心价值,并分析了当前海洋环境观测数据共享的需求。在此基础上,提出了一种基于大数据理念的海洋环境观测数据共享平台框架及相应的共享技术方案,并重点探讨了分布式的数据存储结构,以及从数据级和应用级两个层次进行信息共享的机制,数据更新和维护策略等。     

美国近海海洋观测实验室及其对我们的启示

近海海洋环境对国家的社会经济发展和环境安全十分重要,完善的近海海洋观测、研究与服务系统,是发展海洋经济和建设海洋强国的重要支撑条件。文章介绍了美国Rutgers大学的近海海洋观测实验室(COOL)的建设及运行情况,重点介绍了其技术特色、开展的海洋科学研究、提供的信息产品与服务以及承担的教育功能,并据此对我国海洋观测系统的建设提出几点粗浅的看法。     

海洋环境适应性保障技术研究进展

原位观测是海洋环境观监测与安全保障的基础手段,对提升海洋环境时空变化规律的认识和数值预报水平起着至关重要的作用。但是实施基于原位观测的海洋环境保障措施存在覆盖范围有限、观测成本高昂,以及非常时期实施困难等问题。随着海洋强国战略的深入推进,未来国家海洋利益空间将不断拓展,海洋环境保障的立体性、复杂性、未知性将不断增强,这对系统化、信息化、智能化的海洋环境保障提出了更高要求。当前有效解决方案之一是通过实施环境适应性保障对有限的原位观测资源布局进行优化设计,最大化海洋环境观测网建设效益。本文系统介绍了美国海军在海洋环境适应性保障建设方面的成果与经验,通过海上试验展现了实施海洋环境适应性保障措施的必要性和优越性,随后梳理了高分辨率海洋水文环境数值模拟技术、海洋水文环境适应性观测敏感区诊断技术、无人移动平台协同组网观测技术及无人移动平台观测资料同化技术等海洋环境适应性保障建设涉及的关键技术及其发展现状,最后总结了我国在海洋环境适应性保障建设方面的研究进展。作为一项复杂的系统工程,海洋环境适应性保障将有助于颠覆传统海洋环境保障模式,牵引我国海洋环境保障装备发展,推动相关研究领域理论和技术进步,对我国海洋环境保障体系建设产生深远影响。     

海洋气候数据集生成与分析简介

科技部的"十三五"重点研发计划项目"全球气候数据集生成及气候变化关键过程和要素监测"中资助了"海洋气候数据集生成与分析"课题,针对全球气候变化研究对全球海洋环境数据的需求,该课题拟基于国内外多源卫星遥感数据和现场观测资料,发展与全球气候变化相关的海面能量平衡、海洋动力环境参数与过程、海洋水色和海冰等数据产品生成技术,构建全球海洋气候数据集产品生成系统,生成我国首套长时间序列、高精度、高时空一致性的全球海洋气候数据集,为全球气候变化研究与应对提供海洋数据支撑和服务,提升我国在全球气候变化关键过程和要素方面的监测能力。     

浅谈国家海洋资料中心质量管理体系的设计与发展

国家海洋资料中心是搜集、汇总、处理、质控、分发、保存国际和国家海洋资料的国家机构。海洋数据服务日常业务过程的背后,实际就是数据的观测、传输和使用的过程。海洋数据已经成为国家海洋信息化建设和重要基础资源和国家海洋事业发展的重要组成部分,其质量管理正越来越受到关注。文章讨论了我国作为政府间海委会的成员国,如何在国际海洋资料与信息交换计划发起质量管理框架的大背景下,及时做好海洋资料中心质量管理的标准化体系建设这一重要而迫切的工作。针对海洋信息服务系统中,数据收集、数据管理和存储以及数据应用服务等活动,讨论如何通过施行国际标准,确保业务工作质量,提高工作效率和服务能力。参考通用的国家海洋资料中心质量管理问题的定义和分类,介绍了我国国家海洋资料中心新建立的质量管理体系,探讨了在未来管理和不断发展中所应着重注意的问题。     

海洋站自动观测数据在线质控系统开发与应用

海洋站自动观测数据主要质控手段为延时月报质量审核,尚没有实时在线质控系统得到业务化应用.本文提出了一种海洋站自动观测数据在线质控系统,通过对水文气象等海洋观测要素进行逻辑分析,确定其极值区间和变化率区间阂值,将实时海洋观测数据与闽值进行比较,对错误或异常数据发出警示信息,提醒观测员进行处理,实现对海洋观测数据的在线质控.     

EPIC——美国太平洋海洋环境实验室海洋大气数据库使用介绍

1 简介 EPIC是美国国家海洋大气管理局属下的太平洋海洋环境实验室在收集和整理了一些早期的大型海洋科学观测数据,如EPOCS、TOGA、WOCE、CLIVAR,以及较为近期的大型科学项目的观测海洋学数据的基础上发展起来的数据库.     

海洋大数据:内涵、应用及平台建设

信息技术的快速发展,带动海洋数据快速积累,海洋已经进入大数据时代。海洋大数据即是在当前大数据时代背景下,大数据技术在海洋领域的科学实践,具有大体量(Volume)、多样性(Variety)、快速流转(Velocity)和高价值(Value)的"4V"特征,是在大数据的理论指导和技术支撑下的价值实现,也是实施海洋强国战略、开发海洋资源、拉动海洋经济、维护国家海洋权益的重要基础。本文讨论了海洋大数据的内涵和外延,从数据特征、数据种类的角度对海洋大数据进行了全面的定义;并详细介绍了海洋大数据的应用领域;进一步阐述了海洋大数据平台建设的关键技术问题及其在海洋大数据服务平台实例中的应用;从数据共享、数据管理和数据安全的角度,探讨了海洋大数据面临的挑战和机遇;最后对未来海洋大数据的发展趋势和方向进行了展望。     

海底有缆在线观测系统研究与应用综述

获取高质量海洋观测数据是维护国家安全和权益、保障人类生存与可持续发展、应对全球气候变化、开发利用海洋资源、防灾减灾等的重要基础。随着海底观测技术的发展，海底有缆观测已成为地球观测的第三个平台。通过借鉴国内外海底观测网的成熟技术，设计研发单节点海底有缆在线观测系统，主要包含海底观测、电力信息传输和陆上人机交互信息管理等三个子系统，具有高度可扩展性，可根据监测需求集成安装常用的各类海洋观测仪器和水下高清摄像头，从而实现海洋环境和水下生物资源的原位、长期、连续、稳定的在线观测。研发的海底有缆在线观测系统构造简单、扩展性强、经济成本低，已广泛应用于山东省海洋牧场观测网的海洋生态环境和渔业资源、辽东湾的冬季海冰、海洋牧场与海上风电的融合效应、河流入海口水质、海上溢油等不同领域的业务化监测中，为我国海洋生态环境保护与修复、海洋资源开发利用、海洋防灾减灾等提供了高质量的科学数据支撑。海底有缆在线观测系统是业务化海洋在线观测技术领域里的创新研究，具有重要科学意义和广泛应用前景。     

一个基于MOM的全球海洋数值同化预报系统

随着国家战略利益的拓展,国家对全球海洋环境预报保障的需求日益凸显。近年来,国家海洋环境预报中心研发并建立我国首个涵盖全球大洋的"全球海洋数值预报系统",该预报系统由MOM4全球海洋环流模式及三维变分同化系统组成。该系统的建立,实现了全球范围海洋环流预报业务全覆盖,为我国探索深海大洋环境的迫切需求提供有力保障,明显提升了我国海洋环境预报能力,体现了我国海洋数值预报技术的发展和进步。该系统的历史回报试验和业务化试运行结果表明其对全球海洋环境要素具有较好的预报能力,其预测结果已经在实际业务中得到了应用,在"雪龙号"极地遇险脱困、马航MH370失联飞机搜救等重大事件的预报保障任务中发挥了重要作用,为我国实施海洋强国战略,推进实施"21世纪海上丝绸之路"的战略构想,应对海上突发事件、维护国家海洋权益等各个方面提供有力的科技支撑和保障,并成为我国全球海洋预报业务的重要参考依据。     

基于大数据的复杂海运环境下船舶路径自动生成方法

随着全球经济的快速发展，海上运输由于其运力大、运费低而变得更具实用性。然而，这也意味着在海上航道行驶的船只正变得越来越多，这将导致在复杂的海洋环境中航海船只发生事故的可能性会很高。据相关历史的统计，在海域中航行缺乏高精度导航数据会导致大量事故，这种累积的事故信息可以被用来提高航海的安全性。本文通过将蕴含在AIS (Automatic Identification System) 大数据中的经验导航信息挖掘出来，以辅助实现复杂海事环境下安全可靠的船舶路径的生成。本文提出了一种基于大数据自动生成船舶路径的新方法。该方法首先在大量船舶轨迹上通过DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise) 聚类形成不同的轨迹矢量簇。然后，迭代计算轨迹矢量簇的中心线，并从这些中心线之间的节点-弧段拓扑关系来构建航道网络。最后，基于航道网络来实现船舶路径的生成，对于航道网络未覆盖的海域，则通过海洋环境风险栅格的路径规划来实现船舶路径的生成。不同海域不同AIS数据集进行的多次实验结果表明，本文提出的船舶路径生成方法是有效性。     

世界主要海洋强国综合实力测评研究

文章在回顾世界海洋强国发展历程和分析现阶段发展特点的基础上,构建国家层面的海洋综合实力评价指标体系,并结合层次分析法和加权积决策理论建立了综合实力测评模型。通过选取世界上8个有代表意义的海洋强国,结合其海洋综合实力的现状分析,利用测评模型对其进行测评排序,为我国"海洋强国"战略的科学规划提供参考。     

海上风电工程对海洋生物影响的研究进展

随着世界各国对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视,加快发展风电已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动。过去十余年,我国海上风电产业受益于国家政策的大力推动而蓬勃发展,大有乘势崛起,赶超其他清洁能源的势头。相比陆上风电场,海上风电场对环境的影响较小,但其开发实施以及运行对海洋生态环境和资源开发的累积影响还尚不明确。本文系统全面地梳理了海上风电工程对鸟类、鱼类、海洋哺乳动物、底栖生物、浮游生物及海洋生物多样性等影响的研究进展,总结了海上风电环境影响研究的现状。结合我国实际,提出了将科学研究与海上风电工程环境影响评价紧密结合,开展海上风电项目对区域生态环境影响的研究等有关建议。     

海洋环境污染生物修复技术研究

全球范围内的海洋生态环境恶化,不仅危及海洋经济发展,而且已影响到了人类生存环境和健康。本文根据我国近海海洋环境质量现状,探讨了生物修复技术在海洋环境污染治理中的应用,并提出了工程海藻培育技术研究的有关建议,以期为海洋环境的保护及资源的可持续开发提供新的方法和技术。     

我国沿海地区海洋经济竞争力评价分析

党的十九大报告提出加快建设海洋强国,海洋经济发展状况是建设海洋强国的直接体现。为了解沿海11个省、市、自治区海洋经济竞争力的强弱以及海洋科技实力等因素对海洋经济竞争力的贡献作用,文章采用主成分分析法构建了海洋经济规模、海洋产业发展水平、海洋科技实力、海洋环境保护能力4个二级指标、海洋生产总值等27个三级指标的海洋经济竞争力指标体系,对我国沿海11个省、市、自治区的海洋经济竞争力进行了研究。研究发现,广东、山东、上海三地的海洋经济综合实力最强,其中海洋科技实力对海洋经济竞争力的贡献最大。     

山东省海洋空间开发保护现状、问题及对策

海洋是国民经济发展和社会进步的重要空间载体,海洋国土空间开发与保护对于实现可持续的经济增长、改善全球气候环境和提升人民生活福祉具有重大战略意义。山东省海域使用类型基本齐全,但开发利用结构规模不均衡,渔业用海比重较大,不合理的开发利用给海岸带和近海生态环境带来巨大威胁,严重制约了海洋经济的健康发展。文章根据山东省海域使用调查数据,综合分析了山东省海洋空间使用现状的特点以及存在的自然岸线保有压力增大、海洋空间开发利用科学性不足、近岸海域生态系统及服务功能受损较重、海洋污染造成的环境风险不容忽视、现代海洋产业体系不够完善、陆海统筹机制不健全等主要问题,在此基础上,从海洋空间资源、陆海统筹污染防治体系、现代海洋产业体系等角度提出了优化山东省海洋国土空间开发保护的相关对策建议。