不同海水营养盐现场连续观测系统的比较研究

海水营养盐自动观测技术是海洋观测技术的核心之一, 也是世界各国海洋观测技术发展的重点。本文概述了海水营养盐自动观测技术在海洋环境监测中的研究进展, 并基于航次的现场实践, 比较了海水营养盐自动观测设备的应用情况, 归纳了不同设备的优缺点。基于紫外光谱法的硝酸盐传感器(in-situ ultraviolet spectroscopy, ISUS)具有不需化学试剂、响应速度快、适合连续长期观测、耐压深度深的优点, 可广泛应用于海水和淡水环境的走航观测、现场剖面观测和浮标定点观测; 其缺点是测定参数少、灵敏度低。基于湿化学法的营养盐剖面自动分析仪(Autonomous Profiling Nutreint Analyzer, APNA)与连续流动在线分析仪(型号为QuAAtro)具有测定精度和准确度高、多营养盐参数同步测定的优点, 可用于浅水剖面和短时间连续观测, 但存在操作复杂、工作时间短、试剂用量大的缺点, 不适合长期时间序列或深水观测; APNA能进行原位观测, QuAAtro基于船载, 需要加载样品采集过滤系统。本研究基于以上实践与经验, 进一步探讨了现有海水营养盐自动观测技术目前所面临的技术瓶颈及未来发展趋势, 旨在为海洋现场自动监测仪器的选用提供参考。     

基于海洋机器人的科学观测与实验系统研究现状与展望

海洋机器人具有观测范围大、作业灵活、机动性好、可控性强等突出优点,在海洋科学观测与海洋科学实验中发挥了重要作用,促进了物理海洋和海洋生物地球化学的发展。为阐明海洋机器人在海洋科学观测和实验中的应用情况,以水下滑翔机、自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）和无人帆船3种典型的观测型海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学观测中的应用现状;以原位采样与固定、原位培养与分析海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学实验中的应用现状;最后结合未来海洋科学研究需求,从需求牵引的角度对基于机器人的科学观测与实验系统的发展趋势进行了展望。     

关于美国观测技术创新和应用的借鉴和思考

海洋观测技术是有效管理海洋事务、行使国家主权的重要手段。海洋观测技术的自主与可控对我国具有十分重要的意义。创新与应用是实现海洋观测技术自主与可控的核心,海洋观测网是实现海洋观测技术创新与应用的载体。文章梳理美国三大观测网(全球海洋观测系统、综合海洋观测系统和海洋观测倡议)的发展历史,提出政府在以观测网为代表的海洋观测技术发展的组织、实施和管理方面发挥主导作用;根据我国海洋观测的现状,借鉴美国海洋观测网的发展经验,对我国基于创新与应用的海洋观测网的组织、实施、管理和发展提出建议。     

国际海底观测网络的发展及现状

海底观测网络是推动海洋科学技术发展,了解地球环境系统的重要基础,也是帮助人类了解海洋从而促进全球经济发展的重要方法。文章回顾了各国在海底观测系统发展过程中的研究计划和建设情况;介绍了当前各国海底观测网络及其投入业务应用后,在多学科综合观测、多网络交互融合、数据交换利用以及海洋科学应用等方面的发展方向,对我国海底观测探测网络建设,深海新型传感器发展,海底观测网标准化体系完善等方向进行了分析展望。     

光纤光化学氨传感器的研究及应用

氨是导致海洋水体富营养化的重要因素之一，基于光纤光化学检测的氨传感器特别适于氨的原位或在线分析。文章介绍了光纤光化学氨传感器的基本原理，光纤敏感膜的制备方法及其一些应用管况。发展小型、实用的光纤光化学传感器是未来海水中氨的原位、在线检测的发展趋势之一。     

人工智能辅助的海洋立体观测与探测

海洋立体观测与探测是获取海洋信息的重要手段,是海洋科学研究、环境保护、经济发展的基础。近年来海洋立体观测网络的快速发展带来了观测数据质量与数量的显著提升,进一步推动了海洋信息处理技术从“模型为主”逐步迈向“数据与模型双驱动”的新范式。在这一过程中,人工智能(AI)与海洋信息的交叉融通发挥了重要作用。从海洋立体观测和探测 2 个方面,讨论经典方法的局限性,回顾 AI 辅助下海洋物理场重建、水下目标检测与水下目标定位的研究新进展,重点阐述 AI 辅助的海洋立体观测与探测研究中亟需解决的关键科学问题及潜在的解决思路,并展望了该领域未来的发展方向。     

海洋技术信息库的研究与实现

在海洋观测系统研究和业务化运行过程中,在获取海洋观测数据的同时,产生了大量的相关技术信息,这些信息包括：海洋观测体系技术信息、海洋观测技术类数据以及海洋观测技术发展动态信息等。文章首先解释了海洋技术信息的内涵及信息来源,进而简要地描述了海洋技术信息库的总体构架和组成,介绍了海洋技术信息库现阶段的工作进展,重点说明了４类技术信息数据库以及两个应用系统的建设情况,最后总结并指出未来的工作方向。     

利用志愿观测船提升表层海洋观测能力

对表层海洋动力学及其调控机制的认识对准确认识海洋自然变化过程及其未来对气候变化的响应具有重要意义。志愿观测船作为自动观测系统的载体和样品采集平台的优势使其在提升人类对于表层海洋的观测能力方面具有极大优势。本文系统性地回顾了志愿观测船的概念、发展历史、现状和未来发展趋势。基于志愿观测船的诸多海洋观测项目的成功显示了,随着快速发展的传感器技术,志愿观测船能够以经济有效的方式显著地提升表层海洋现场观测的时间和空间分辨率。未来的海洋观测系统应该综合利用包括志愿观测船在内的多种海洋观测平台的优势。     

物理海洋传感器现状及未来发展趋势

文中对目前我国物理海洋要素观测传感器技术发展现状进行了分析。在国家科技计划支持下,我国的物理海洋观测传感器技术取得了快速发展,但与国际上先进的传感器技术水平相比,国内具有自主知识产权的传感器仍有较大差距。随着未来海洋观测需求的不断发展,小型、轻重量、低功耗、高精度、高灵敏、智能化新型传感器必将是今后5~10年研究与开发的重点。     

海洋地质地球物理调查技术方法发展趋势探讨

详细总结了海洋地质调查和海洋地球物理调查技术的发展状况、适用范围、主要存在的问题和发展方向,阐述了海洋地质调查取样技术发展趋势逐步向可视化、集成化、自动化、数字化和水下动力定位方向发展。海洋地质地球物理调查技术发展趋势主要由近海探测技术向深远海探测技术发展,由船载探测技术向近海底、原位观测技术发展,由单一探测技术向集成化、精细化探测技术、多方位立体式综合调查等方向发展。     

面向原位数据的海洋观测客户端软件设计与实现

原位数据在海洋观测过程中具有重要作用。本文针对面向原位数据的海洋观测客户端软件开发复用率低、不同观测平台之间数据通用性差的问题,结合已有的海洋观测软件,利用ActiveX控件开发技术、WebGIS以及WebService技术,提出面向原位数据的海洋观测客户端软件设计模型,通过原型系统验证了模型设计的有效性。该设计模型对于面向原位数据的海洋观测客户端软件的高效率开发具有重要作用。     

科技创新提升海洋计量基础能力实证分析

海洋计量工作是国家计量体系的重要组成部分,是国家海洋局履行海洋综合管理职责的重要技术基础工作,是支撑海洋调查、观测、监测、检测数据准确可靠的重要手段和基本保证。海洋计量工作作为我国海洋事业的重要组成部分,科技创新是其发展的必由之路。文章系统论述海洋计量科技创新的重点领域和海洋计量科技创新应具备的条件,并结合国家海洋标准计量中心科技创新方面的初步尝试进行分析。     

西威佛斯海洋水色研究计划概述

１９９５年春，美国国家宇航局（ＮＡＳＡ）将发射一颗携带宽视场海洋观测传感器（ＳｅａＷｉＦＳ）的海洋卫星（Ｓｅａｓｔａｒ）．宽视场海洋观测传感器是继工作了七年多，于１９８５年停止发送资料的Ｎｉｍｂｕｓ－７海岸带水色扫描仪（ＣＺＺ）之后的第一个星载海洋水色传感器，不像作为概念验证性实验的海岸带水色扫描仪那样，宽视场海洋观测传感器被设计用来提供充分精确的光合色素浓度资料以进行海洋初级生产力和生物地球化学定量研究［４］。宽视场海洋观测传感器将常规地每二日一次提供全球复盖资料。美国国家宇航局空间科学应用署（ＡＳＳＡ）和哥达德空间飞行中心（ＧＳＦＣ）为了发展、管理海洋水色研究资料系统而制定了宽视场海洋观测传感器计划，这个系统能有效地收集、处理、校正、检验、存档以及发布由宽视场海洋观测传感器接收到的资料。本文主要介绍了宽视场海洋观测传感器计划的目的意义，研究内容以及其他概况［２，３］。     

我国业务化海洋观测仪器发展探讨——浅析中美海洋站仪器的差异、趋势及对策

海洋站业务化观测仪器是业务化海洋观测系统的重要实体支撑。将我国海洋站中典型的国产业务化测量仪器与美国同类仪器在性能指标方面进行了对比分析,结合世界前沿海洋仪器发展现状总结了未来主要发展趋势,探讨了我国业务化海洋仪器优先发展的主要方向。结果表明,相比美国,我国国产验潮仪精度低1个数量级,测波仪的波高、周期和波向精度分别平均低0.2 m、0.27 s和5°~10°,国产观测仪器在业务运行可靠性和稳定性方面存在不足。世界海洋观测装备将更加信息化、智能化、专业化和模块化,并通过谱系化发展使其功能日臻完善,可靠性不断提高。在此趋势下,我国业务化海洋观测仪器应优先重点发展高精度传感原件和材料、抗生物污损和防腐蚀技术以及智能电子电路、人工智能和自动化技术等。     

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。     

智慧海洋多平台数据管理规范研究

我国未来智慧海洋观测系统将集成多种观测平台,获取全球范围、长时间和准实时的海洋数据。为更加科学而高效地管理数据,文章结合我国智慧海洋发展趋势,分析存在的问题,借鉴相对先进的数据管理规范,为建设智慧海洋国际共享应用平台提供参考。研究结果表明：与观测平台、传感器和通信技术的快速发展相比,我国海洋数据管理的发展十分缓慢,缺乏数据质量控制和存储等规范,严重制约海洋观测数据的有效管理和共享应用,不利于海洋大数据的融合和信息挖掘技术的发展;为各类观测平台制定科学而合理的数据管理规范,对于智慧海洋建设至关重要,亟须尽快组织专业人员成立工作组,落实和保障该项工作的有序开展,从而提升我国在海洋大数据信息处理方面的能力。     

国际海洋观测技术发展趋势与中国深海台站建设实践

20世纪80年代以来,海洋观测呈现"多元化、立体化、实时化"的发展趋势,地区和国家的海洋观测系统在关键海域发挥着重要作用。随着技术的发展和理念的创新,区域海洋观测系统被广泛应用并得到不断完善。国际海洋观测台站如英国爱尔兰海区域、美国卡罗来纳州海区和加拿大维多利亚海底实验观测网的多元化观测系统(VENUS)都是值得借鉴的例子,他们把多元化、立体化的实时测量数据与海洋物理、生态和生物化学模式紧密结合起来,实现了海洋环境的可预报性。同时,美国、英德法等国和日本实施的一系列海底观测系统,使海洋观测更加完备化。在这种国际大背景下,我国积极推进的海洋观测研究网络工程中的第一个深海台站——西沙海洋观测研究站在2008年已经建设完成并投入运行,该台站实现了长时效的多参数海洋环境实时监控。西沙观测系统主要包括自动气象站、岛屿外缘坐底式海底和海底边界层观测子系统、生物捕获器、西沙上层海洋环境观测子系统和海洋光学监测子系统等。由于海洋环境结构复杂、工作环境恶劣以及资源缺乏等因素的影响,海洋观测一直是高风险的工作。最后希望通过比较国内外观测系统,中国海洋观测事业能够学习国外先进的思路和技术,自身取得更大进步。     

海洋无人观测装备发展与应用思考

海洋无人自主观测装备作为海洋观探测的一种不可替代的高科技先进装备和新兴装备,是海洋观探测装备摇篮中的新生命、新领域的开拓者。基于海洋无人观测装备提高海洋移动观测能力是未来构建立体、连续、实时水下观测网络的重要技术手段,将会对未来海洋观探测的方式产生深远影响。基于国内外海洋无人观测装备发展与应用现状分析,对我国海洋无人观测装备发展的主要问题和差距进行了思考,并对海洋无人观测装备未来的发展应用进行了展望。     

论海洋观测技术装备在我国海洋强国建设中的战略地位

海洋观测技术科学是海洋科学的一门基础交叉学科。海洋观测技术装备包括海洋观测平台装备及传感器设备,是我国海洋经济发展、海洋环境保护、海洋权益维护、海洋灾害预警、海洋科技创新等各项工作的必要支撑手段,在海洋强国建设进程中具有重要的战略地位。     

海洋站自动观测设备智能监控报警系统设计

海洋环境观测数据是加强海洋行政管理、海洋环境保护和海洋防灾减灾能力建设的基础和重要技术保证,海洋环境观测数据的质量和时效在海洋灾害预警、防灾减灾中有着举足轻重的作用。保证观测数据的连续准确,不仅需要观测人员高度负责,而且还应配备稳定可靠、质量可行的观测设备和传送畅通的通信线路。随着海洋环境观测任务的增加和海洋观测自动化水平的提高,在观测设备运行中及时、准确地发现故障和查找问题亟须建立一套质量可靠、实时报警的监控系统。文章结合多年海洋站工作经验以及小麦岛海洋环境监测站实际情况,基于构建故障报警和监控系统在海洋站自动化观测系统中的作用,提出海洋站观测设备智能监控报警系统的设计构想,并对系统组成和系统应具备的功能进行论述。