（环境科学专业论文）我国海洋高技术及其产业发展战略研究.pdf

s u m m a r y t h eo c e a nw i t hr i c hr e s o u r c e sa n d v a s 。ts p a c e , a sw e l la st ot h ee a r t he n v i r o n m e n t a n dh u g ea d j u s t i v ee f f e c tt oc l i m a t e , h a sb e e ni m p o r t a n tc o m p o n e n to f t h ew h o l ew o r l d l i f es u p p o a i n gs y s t e mi ti sv a l u a b l ew e a l t ho fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti nt h em a n k i n d s o c i e t yp r o t e c t i n ga n dd e v e l o p i n go c e a nh a v eb e c o m e o n eb i g s u b j e c to f t h e w o r l dh i g h t e c h n o l o g yd o m a i nn o wo c e a nh i g h - t e c hw i l lb e c o m eo n eo fd o m a i n st h a td e v e l o p m o r e r a p i d l y ，a n da c th u g ep r o m o t i n ge f f e c tt od e v e l o po c e a ne c o n o m y t op r o m o t eo u rn a t i o n a lo c e a n h i g h - t e c ha n di t si n d u s t r i a ld e v e l o p m e n t , t op r o v i d e t h eb a s i s ，t ol a yo u tt h ed e v e l o p i n gc o u n t e r m e a s u r e ，p o l i c ya n dp l a nf o rt h en a t i o n a l m a n a g ed e p a r t m e n t ，w h i c ha r em a j o rp u r p o s e so ft h et h e s i s o c e a nh i g h t e c ha n di t s i n d u s t r i a lm e a n i n gh a v eb e e ng i v e no u to nt h ef o u n d a t i o no f a n a l y z i n gi nt h i st e x t f o r t h ef i r s tt i m e ，w ea n a l y z e dt h ed e v e l o p i n gp r e s e n ts i t u a t i o na n dt h et r e n do f h i g h - t e c h a n dh i si n d u s t r yi nt h ew o r l da n do u rn a t i o n a lo c e a nc o m p l e t e l y , a tt h es a l n et i m e t h e t h e s i sh a sp u tf o r w a r dt h er e s t r i c t i v ef a c t o ro fo t l rn a t i o n a lo c e a nh i g h t e c ha n di t s i n d u s t r yd e v e l o p m e n tf r o mm a c r o s c o p i ca n g l e ，w ea n a l y z e dt h ei m p o r t a n tp o s i t i o ni n o u rn a t i o n a ld e v e l o p m e n t ，p r o v i d e dt h eg u i d i n gi d e o l o g y , t h ep r i n c i p l et h a ts h o u l db e f o l l o w e d ，t h eo b j e c t i v eo fo c e a nh i g h t e c ha n di t si n d u s t r yd e v e l o p m e n ti n2 0 0 5a n d 2 0 1 5t h a th a sb e e n p u tf o r w a r d ，e s p e c i a l l yt h ef o c a lp o i n tt h a th i g h t e c hi no c e a na n di t s i n d u s t r ys h o u l db ed e v e l o p e d t h et h e s i sp u tf o r w a r dt h ec o u n t e r m e a s u r eo f p r o m o t i n g t h eo c e a nh i g h - t e c ha n di t s i n d u s t r yd e v e l o p m e n tc o m b i n e do u rn a t i o n a lc o n d i t i o n ， w h i c h p o s s e s s e sc h a r a c t e r o f s t r o n g e ro p e r a t i o n k e y w o r d s ：h i g ht e c h n o l o g y ；i n d u s t r i a l ；s t r a t e g y 2 前言 海洋以其丰富的资源、广阔的空间，以及对地球环境和气候的巨 大调节作用，成为全球生命支持系统的一个重要组成部分，是人类社 会持续发展的宝贵财富。保护海洋、开发海洋已成为当今世界高技术 领域的一大主题。随着海洋国家对维护海洋主权和权益的需求以及海 洋开发活动的日益深入，声学技术、遥感技术、生物技术、材料技术、 先进制造技术、信息技术等现代新技术在海洋领域的应用，推动了海 洋高技术的形成和发展，使海洋高技术初步成为一门包括众多学科门 类的综合技术领域。 海洋资源已成为国家可持续发展的重要物质基础，海洋高技术的 发展极大地推动了海洋高技术产业的发展，使其成为世界经济的个 重要组成部分。 1 1 海洋高技术内涵 高技术( h i g ht e c h n o l o g y ) 一词起源于美国。高技术是指对国 家经济有重大影响，具有较大社会和经济意义、使传统产业带来巨大 变化或能形成产业的新技术或尖端技术。高技术泛指一系列新兴技术 组成的群体。按照联合国组织的分类，高技术主要指信息科学技术、 生命科学技术、新能源与可再生能源科学技术、新材料科学技术、空 间科学技术、海洋科学技术、有益于环境的高技术和管理科学技术等。 我国根据国情，在“8 6 3 ”计划中首先选择了8 个领域作为高技术： 信息技术、生物技术、新材料技术、能源技术、先进制造与自动化、 海洋技术等。不管是国际上，还是国内都将海洋技术作为了高技术的 一个重要组成部分。 在国内对海洋高技术还没有统一的定义。海洋高技术的定义也是 随着发展不断变化的，并非所有的海洋技术都属于高技术，目前我们 将用于海洋监测、海洋探查、海洋资源开发、海洋环境保护以及为海 洋管理服务的新技术理解为海洋高技术。根据对海洋资源开发利用及 海洋经济的发展，海洋高技术似应包括海洋监测与探测技术、海洋深 潜技术、海洋油气勘探开发技术、大洋矿产资源勘探开发技术、海洋 生物技术、海水淡化和利用技术、海水化学资源提取技术、海洋能源 技术、海洋信息技术、海洋空间利用技术以及海洋工程技术等。 1 2 海洋高技术产业内涵 对高技术产业的定义，各国都有所不同，比较公认的定义是经合 组织根据产业研究开发密集度作出的定义。1 9 9 4 年经合组织对其1 0 个成员国的2 2 个产业部门的研究开发费用占销售额的比例作了研究， 凡是超过7 1 的产业称为高技术产业。我国根据目前的实际情况，在 国家火炬计划中确立的高技术产业包括：电子信息产业、新材料产业、 生物技术产业、新能源产业、航空航天产业、先进制造产业、核应用 技术产业、海洋技术产业和环保技术产业。 根据目前海洋产业和海洋高新技术的发展，海洋高技术产业应是 经济效益的取得主要依靠技术的创新，而非简单的通过增加投入，或 由一些新技术形成的产业。海洋高技术产业主要包括：海洋监测和探 测技术装备产业、海洋油气产业、海洋生物技术及其相关海水养殖产 业、海水淡化和海水利用产业、深海采矿产业、现代造船业、海洋能 产业、海洋信息服务产业等等。 第章阑际海洋高技术及其产业的发展现状及趋势 1 9 9 4 年i1 月1 6 囡联合国海洋法公约正式生效，标志着公约 建立的领海、专属经济区、稀岛水域、大陆架、国际海底等海洋法律 制度为大多数豳家所接受。薪的海洋法使总面积3 6 l 亿平方公里的 海洋被分为国家管辖海域、公海和国际海底三类区域。其中 3 成为 、漤海国管辖海域，国骣海底擞国际海底管理局代褒全人类进行管理。 在新的阐际海洋法律制度下，积极发展海洋高新技术，提高海洋领域 的星际竞争能力，从海洋中获得更多懿资源积更大的利益成为各国垂 本世纪末到下世纪中的主要圈家发展战略。因此，8 0 年代以来，美、 黧、英、法、德等星家分剐铡定了海洋秘技发展规划，提塞优先发袋 海洋高新技术的战略决策。 i 主要海洋国家海洋科技发展战略 i 。i 美国 美国是世界海洋大国，政府十分重视海洋科学技术的研究，i 9 8 6 年，美滗率先锚定了“全球海洋科学援鲻”，指滋海洋是圭l 塾球上“最 聪的开辟疆域”，谁能最早、最好地开发利用海洋，谁就能获得最大 豁利益。1 9 9 0 年美国又发表了“9 0 年代海洋科技发震攒告”，明确掇 出以发展海洋科技来满足对海洋不断增长的要求，以便继续“保持和 增强在海洋科技领域的领导逡位”。为了达到上述磊标，美国翔大了 对海洋科技的投入，进入9 0 年代每年的投入都谯增加，计划谯1 9 9 6 - 2 0 0 0 年间投入l l o 亿茨元用于民用的海洋研究与开发( 表i 1 荚国海 洋研究与开发经费投入) 。 i 2 日本 日本陆地资源匮乏，海洋资源丰富，因此嗣本政府把海洋开发作 为重要内容，加强对海洋科技研究与开发。1 9 9 7 年，日本政府制定了 麓淘2 l 整纪黪“海滞舞发推进计划”及海洋科技发矮计划，提出 发展具有重大科学意义的基础海洋科学、海洋高技术，提高国家竞争 辘力。逅见年，基本政府麓予海洋方瑟竣总投浚占国民生产憨篷蛉 0 3 5 以上，1 9 9 7 年海洋科技与开发的投入达7 3 8 亿日元( 表1 2 日本 海洋研究与开发经费投入) 。 表1 1 美国海洋研究与开发经费投入 ( 单位：亿美元) 年份投入年份投入 1 9 9 01 31 9 9 41 6 9 5 1 9 9 11 4 21 9 9 51 9 6 1 9 9 21 4 21 9 9 61 9 7 1 9 9 31 6 4 91 9 9 72 1 表1 2 日本海洋研究与开发经费投入 ( 单位：亿臼元) f 年份投入年份投入 1 9 9 04 8 4 6 31 9 9 46 1 8 5 7 1 9 9 14 8 2 7 11 9 9 56 4 8 7 5 1 9 9 25 2 9 3 61 9 9 66 6 7 9 4 1 9 9 35 6 2 6 41 9 9 77 3 8 2 3 1 3 英国 英国于1 9 9 5 年由海洋科技协调委员会发表了“9 0 年代英国海洋 科技发展战略报告”，提出要优先发展对实现海洋开发具有战略意义 的高新技术。从1 9 8 6 年以来，英国政府增加了海洋科技的投入，1 9 9 0 年海洋科技经费比1 9 8 5 年增加了1 0 7 ，为4 亿英镑；1 9 9 4 - 1 9 9 5 年 度经费约4 9 亿英镑。 此外，欧共体制定了三期海洋科学与技术计划( m a s t ，t h em a r i n e a n dt e c h n o l o g yp r o g r a mo ft h e e u r o p e a nu n i o n ) 。第一期为1 9 8 9 1 9 9 1 年投入5 0 0 0 万欧洲货币单位：1 9 9 1 - 1 9 9 4 年为第二期，投入1 1 8 亿欧洲货币单位；1 9 9 4 1 9 9 8 年为第三期，投入2 2 8 亿欧洲货币单位。 由此可见，海洋科学研究，海洋高技术开发受到了主要海洋国家 的重视，发达国家已经拉开了加速海洋竞争和开发的帷幕，海洋已成 为国际竞争的重要领域，海洋高技术已经成为各国在开发海洋中的竞 争焦点。 2 世界海洋高技术发展现状 重点对海洋监测与探测技术、海洋深潜技术、海洋油气勘探开发 技术、大洋矿产资源勘探开发技术、海洋生物技术、海水淡化技术进 行分析。 2 1 海洋监测与探测技术 为了了解海洋、认识海洋，国际上开展了一系列的合作计划，热 带海洋与全球大气( t o g a ，1 9 8 5 1 9 9 4 ) 、世界大洋环流实验( w o c e ， 1 9 9 0 2 0 0 2 ) 、气候变异及其可预测性( c l i v a r ，1 9 9 5 - 2 0 1 0 ) 、全球海 洋通量联合研究( j g o f s ，1 9 9 0 - 2 0 0 4 ) 、近海陆一海相互作用( l o i c z ， 1 9 9 5 2 0 0 5 ) 、全球海洋生态系动力学( g l o b e c ，1 9 9 5 - 2 0 0 5 ) 、全球海 洋观测系统( g o o s ) 等，大大促进了海洋监测与探测技术的发展。尤 其是全球海洋观测系统的逐步建立使海洋监测进入从空间、沿岸、水 面、及水下对海洋环境进行立体监测的时代。 2 1 1 海洋浮标技术 海洋浮标是观测海洋水文气象要素的手段之一，在研究海洋和大 气的相互作用及全球气候变化、预报全球性和地区性海洋灾害、海洋 污染监测、卫星遥感数据真实性校验等方面正在发挥越来越重要的作 用。海洋浮标主要包括海洋锚泊资料浮标和海洋漂流浮标。( 1 ) 海洋 锚泊资料浮标。海洋锚泊资料浮标已由原来的采集海表层水文参数和 海面气象数据的范围，逐步扩大到水下剖面环境参数测量、生物光学 测量、海水表皮层光学特性测量和全球海平面测量等诸多领域。美国、 法国等国家，利用以锚泊资料浮标为主组成的“热带海洋大气阵列” ( t a o ) ，获得了高质量的实时海洋学和气象学资料，提前6 个月准确 预报了1 9 9 7 1 9 9 8 年度的厄尔尼诺现象。( 2 ) 海洋漂流浮标。海洋漂 流浮标是随着全球定位和卫星通讯技术的发展而发展起来的一种十分 有效的大尺度海洋环境监测手段。海洋漂流浮标利用g p s 和a r g o s 双 重定位，大大提高了定位精度，由过去单一的消耗式发展为消耗式和 可回收式兼有，从大洋发展到近海，测量参数增加，出现智能型自动 沉浮型标型。1 9 9 7 年美国海军海洋局开始实施业务化漂流浮标计划， 到1 9 9 9 年每年在海上保持2 0 0 2 5 0 个漂流浮标，测量参数包括气温、 水温、气压等。现在美国正在研制的a n w s q 一6 型系列多参数漂流浮 标，其测量参数包括风速、风向、气温、气压、表层水温、各层水温、 全向环境噪声、波浪方向谱等。以美国为首的一些海洋国家发起了一 项代号为a r g o 的全球性合作项目，将在全球海洋上布放3 0 0 0 多个自 动沉浮式漂流浮标组成的阵，作为全球观测系统和全球气候观测系统 的组成部分，将于2 0 0 0 年实施。 2 1 2 水下观测技术 水下观测技术包括了自持式水下多任务观测平台、拖曳式海洋环 境观测系统和水下固定式自动观测站。 自持式水下多任务观测平台的研制一直受到海洋界的重视，结合 不同任务的需要，研制不同的多任务观测平台。如由美国伍兹霍尔海 洋研究所研制的小型潜器r e m u s ，可以按预编程序完成有关的水下测 量，利用水声通讯方式与水面船只、水下观测站、漂流浮标保持联系， 将观测数据下载。 水下拖曳式海洋环境监测技术的发展已有3 0 多年的历史，目前 使用最多的是声学海底剖面仪和拖曳式水质监测系统。随着技术的发 展其应用也在扩大，如加拿大贝得福海洋研究所研制成功一种智能型 拖曳式平台，携带智能化的c t d 数据获取系统。拖曳体在水下的运动 姿态由拖曳船控制，可实时显示数据，该系统已在大洋调查中应用。 美国迈阿密大学研制成功由a d c p 和c t d 组合成的深海拖曳系统，所 用的自容式a d c p 工作频率为1 5 k h z ，波束为3 0 度，最大工作深度为 3 0 0 0 m 。 建立水下长期观测站是实现对海洋进行立体观测的重要手段之 一。1 9 9 7 年美国伍兹霍尔海洋研究所和新泽西大学研制成功了l e o 一1 5 固定式水下无人自动观测站，配备有压力、海流、水温、电导率、溶 解氧、荧光计、辐射计、c t d 剖面仪、宽带水听器、声纳、a u v 接口、 全景摄象机、无人遥控潜器和自持式水下多任务平台，位于新泽西大 陆架1 5 m 水深的海底。1 9 9 8 年美国海洋大气局在距俄勒冈海岸3 0 0 k m 的海底建立了一个深水海底观测站，用来研究深海热泉喷口处海洋生 物的生活特性。 2 1 3 近海环境自动监测技术 世界上先进的海洋国家十分重视海洋自动监测技术的研究和自动 监测系统的应用。在欧洲尤里卡海洋计划的支持下，挪威研制了海洋 环境监视与信息系统( s e a w a t c h ) ，德国研制了海洋环境遥控测量和 探测系统( 艇r m a i d ) 。s e a w a t c h 系统可监测气温、气压、风速、风向、 波浪、海流、水温、溶解氧、酸碱度、营养盐、透射率、放射性等多 种环境参数，把数据采集、处理、分析、预报、产品分发及服务等多 种功能集于一体。m e r m a i d 采用模块式结构，测量参数多达2 7 个，除 通常的水文气象参数外，还有生物、化学及物理参数，利用无线通讯、 卫星通信和蜂窝电话保证数据的传输，配有高性能计算机和大容量的 储存器。 2 1 4 海洋水声技术 利用声波在海水介质和各种界面中传播所发生的各种物理现象， 是实现对海洋观测的重要手段。海水的温度、盐度、流向和流速都对 声波在海水中传播的速度有影响，故可利用声波的速度，反推测量水 域的温度和盐度；用声波往返传播的速度差，反推测量水域的流速和 流向等。半个多世纪以来，水声技术除了在军事上广泛应用之外，在 海洋环境监测、海底地形地貌探查等方面发挥了重要作用。 海洋声层析技术：是7 0 年代开始研究的一种迅速同步观测大面积 海域海洋过程的技术，它是通过测量脉冲声在大洋中各点之间的传播 时间，导出海洋内部的声速和流速的三维分布场。这项技术自问世以 来，受到世界各海洋国家的重视。近十多年来，国际上进行了十余次 海上实验并进行了相应的理论研究，在低频宽带高效声源、精确定时 定位系统、信号处理方法、系留系统的布放和回收技术等都取得进展。 1 9 9 6 年美国等国家和地区利用海洋声层析技术开始实施“全球测温研 究计划( a t o c ) ”，以测量大范围海水温度的时空变化，在加里佛尼亚 岸边放置了一个7 5 赫兹的声源，向分布于南北太平洋的许多接收站 发射信号；从采集的资料表明，探测温度的精度可以达到0 0 0 1 。 海洋声层析技术已成为一种新的海洋遥测手段。 声学测流技术：海流是重要的海洋动力要素。由于声学测流不干 扰流场，在走航时一次工作就可以获得剖面内数十至数百个层中的流 速大小和方向，被公认为是当今最主要的测流手段。目前有两类声学 测流设备：一类是声多普勒流速剖面仪( a d c p ) ，适用于近、中程的 流场测量；另一类是声相关流速剖面仪( a c c p ) ，适用于大深度的流 场测量。 8 0 年代中期美国研制成了多普勒流速剖面仪( a d c p ) ，在海洋研 究和海洋开发工作中获得广泛的应用。进入9 0 年代，国际上开始发 展声相关流速测量技术( a c c p ) ，它具有探测距离远、分辨率较高、面 积较小等特点，已引起一些沿海国家的重视。1 9 9 6 年美国r d i 公司已 研制出两台大深度( 工作频率2 2 k h z ) 声相关流速剖面仪( a c c p ) 样 机，进行了多次试验，它的测量深度达5 0 0 0 米。 多波束声探测技术：自7 0 年代以来，美国、前苏联、法国、挪威、 英国和德国在大陆架或专属经济区调查时，都普遍采用多波束测深声 呐系统和海底侧扫系统等高精度探测技术，相继推出s e ab e a m 、 h y d r o c h a r t 、h y d r o s w e e p 、s i m r a de m 系统和g l o r i a 、s e a m a r c 系统。 测量深度达5 0 一11 0 0 0 m 、精度为o 2 0 3 ，最大工作扇面为1 2 0 一1 5 0 度。这些系统由多波束测深系统、卫星导航定位系统、自动绘图计算 机系统组成，可在走航过程中实时获得高分辨率和三维成像的海底地 形地貌图象。 合成孔径声呐成像技术：合成孔径声呐的研究起源于五十年代， 进入八十年代末，由于计算机技术、通信技术、自动控制技术和传感 器技术等方面的发展，以及海洋探测需求的牵引，合成孔径声呐的研 究进入了原理实验研究阶段。由于合成孔径声呐可以获得较高的横向 空间分辨率，一些主要发达国家纷纷投入资金提出了相关的研究计 划。新西兰和挪威分别研制了k i w i 和t o p a s 试验系统。欧共体研制 的s a m i 原型机在1 9 9 5 年和1 9 9 6 年进行了海试，分辨力接近1 m 。由 美国研制的用于探测沉底水雷和掩埋水雷的合成孔径声呐m c m ，从试 验结果看，在4 0 m 水深处可获得2 5 c m 的分辨力。由此可以看出，合 成孔径声呐研究正逐步进入产品化阶段。 2 1 5 高频地波雷达海面环境探测技术 岸基高频地波雷达可用于测量海冰、海面风场、海浪场、海流场 等海面环境参数。美国、英国、加拿大、日本等国先后研制了用于测 量海表面动力环境的岸基高频地波雷达。 美国s e a s o n d 海洋传感器公司研制的近海海洋动力学应用雷达 c o d a r 是一种近程高频地波雷达，作用距离在6 0 k m 左右。英国、加拿 大研制的作用距离2 0 0 k m 的中程高频地波雷达已用于海洋环境监测。 美国正在研制作用距离为4 0 0 k m 的高频地波雷达，仅用两根天线，占 地少、天线短。 2 1 6 海洋遥感 把传感器装载在人造卫星、宇宙飞船、飞机、火箭和气球等工作 平台上，对海洋进行远距离非接触观测，取得海洋景观和海洋要素的 图象或数据资料。海洋遥感的快速、同步、覆盖面广、全天候连续观 测的特点，使其成为发展最快的技术领域之一。1 9 6 0 年美国发射了第 一颗气象卫星t i r o s - 1 ，热红外图象中包含了无云海区丰富的海面温 度信息，海洋学家从这些红外图象中发现了海洋中尺度涡旋的宏观影 象，从而改变了对大洋环流结构的传统认识，这一发现被认为是7 0 年代海洋学最重大的进展之一。进入9 0 年代，世界各国发射海洋卫 星进入高潮，e r s 一1 、e r s 一2 、t o r e x 、r a d a r s a t 、d m s p 、s e a s t a r 、g f o 等卫星的发射成功，给海洋科研和业务方面的卫星遥感应用带来了极 大的发展前景。尤其是1 9 9 7 年发射成功的s e a s t a r 水色卫星，安装 有一个宽视场海洋水色仪( s e a w i f s ) ，对于研究海洋生态、渔业资源、 全球变化等具有重要作用。预计到2 0 0 0 年全球约有3 0 颗与海洋有关 的卫星在轨运行。如何开发利用这些卫星遥感信息资源，为海洋环境 监测和开发海洋资源服务，是沿海国家普遍关注的问题。因此各国都 在组织力量加强对遥感资料的应用研究，特别是加强多传感器、多模 态、多时相数据的应用技术研究，这中间尤为突出的是遥感数据真实 性的地面校验技术研究，美国为了配合载有宽视场海洋水色传感器 ( s e a w i f s ) 海洋卫星的发射，在全球范围布设了地面校验场，安装了 能测量现场水光学和生物特性的先进仪器设备，从而保证了遥感数据 产品得到业务化应用。 由于各种观测仪器和手段的局限性，海洋环境监测技术出现了从 空中、水面、水下、沿岸对海洋进行立体监测的趋势，以形成各种手 段优势互补。1 9 7 8 年美国发射了世界上第一颗海洋卫星s e a s a t 1 ， 标志着对海洋的观测进入了立体观测的新时代。目前实施的“全球海 洋环境观测系统( g o o s ) ”是海洋立体观测的典型代表，代表了海洋 监测技术的基本发展态势。 计算机技术、信号处理技术及通讯技术和定位技术的发展使海洋 监测仪器向集成化、智能化、小型化及网络化发展。 2 2 海洋深潜技术 深潜技术是在深海的环境下进行考察、搜索、测量、测绘、采集、 打捞、科研等作业的高技术。它能在深海支援油气勘探、开采，维修 保养海底工程设施，铺设、安装和保养水下管道等任务。7 0 年代以来， 常压载人潜水器( a d s ) 、无人遥控潜水器( r o v ) 和自治潜水器( a u v ) 相继研制成功，在深潜技术上取得了突破。目前，世界上建造的载人 潜器超过1 0 0 艘，无人潜器超过1 0 0 0 艘。 目前a d s 主要用于海洋考察、搜索、打捞、水下作业和救生，一 般作业深度为3 0 0 - 2 0 0 0 m 。1 9 8 9 年曰本建造的潜深为6 5 0 0 m 的“深海 6 5 0 0 ”号载人潜水器，安装有三维声、光成像系统，可对锰结核、热 液矿床和水深达6 5 0 0 m 海沟的斜坡和大断层进行现场观测，调查能力 覆盖日本2 0 0 海里专属经济区的9 6 。法国、前苏联和芬兰也研制出 6 0 0 0 m 的载人深潜器。 a v u 和r o v 是一种先进的潜水员替代系统，主要用于深海作业。 目前全世界约有1 0 0 0 多艘，其中深度达6 0 0 0 米有1 0 多艘。第一代 无人有缆潜水器已广泛应用：第二代监控式无人无缆潜水器只有少数 应用；第三代智能深潜器即将商业化生产。1 9 9 3 年日本研制成作业水 深1 1 0 0 0 m 的“海沟”号深海无人潜水器；1 9 9 3 年，美国和日本研制 成装有电脑的智能水下机器人。 2 3 海洋油气勘探开发技术 海洋油气勘探开发是现代海洋开发中典型的高技术产业，是技术 与资金最密集的产业。从油气的勘探、钻探、开采和油气输送等，几 乎全靠高技术的支撑。7 0 年代末三维地震层析成像技术应用于海上油 田开发，8 0 年代以后三维数字地震勘探技术广泛应用于探测海底含油 气构造，结合深海张力腿平台与浮式结构海面采油系统，使海上油气 开发水深达到7 0 0 m ，并向1 0 0 0 m 水深推进，钻进海底的深度超过 3 0 0 0 m 。数字地震勘探技术和数控成像测井技术提高了海底勘探的精 度和效率。水下多相流油气开采技术，配有遥控深潜器和水下机器人 作业，这种系统把多相流油气的采、集、输设备放置海底，代替了体 积庞大、造价昂贵的固定或浮动式钻井平台，大大降低了海上钻探成 本。 2 3 1 海洋地震勘探技术 利用天然地震或人工地震激发所产生的弹性波( 地震波) 在不同 介质中的传播规律，来探测海底地壳和地球内部结构的地球物理方 法。8 0 年代以来海上三维地震勘探技术是目前油气勘探中广泛应用的 手段，它能对地下含油构造和地质储层实施长、宽和深三维的声波成 像。目前，海洋地震勘探技术的发展方向是海洋四维地震勘探技术。 通过对同一油气区重复应用三维地震，就形成了四维地震勘探，用以 比较由于油气和水运移而引起的地震波场的变化，以监视地下油、气、 水随开采过程的变化及在已开发的油田上去发现能产生新的油气的新 井位。地震勘探从二维到三维使油气藏发现率从2 5 - 3 0 提高到了4 0 5 0 ，四维地震的实现将提高到6 5 - 7 5 。 2 3 2 海洋数控成像测井技术 在油气的勘探与开发中，测井技术是非常重要的探测方法和手 段。常规的测井方法大多是在假定地层为均匀介质的情况下进行的， 这在油气勘探逐渐转为较为隐蔽和复杂圈闭的情况下已经不能满足要 求。八十年后期，成像测井技术出现，它具有信息量大、清晰、直观、 实感性强，而且可以判断和评价非均质的复杂油气藏。进入九十年代， 国外的一些测井公司如法国的斯仑贝谢、美国的阿特拉斯等相继推出 新一代数控成像测井系统和配套的井下成像测井仪器。数控成像测井 是当今世界油气测井技术发展的前沿。 2 3 3 海洋油气资源开采技术 八十年代以来，世界一些国家都在大力开展海洋油气资源的开采 技术研究。深海工作平台：1 9 8 4 年8 月世界上第一座张力腿式平台 由c o n o c o 公司安装在北海以后，美国、日本、挪威等国相继采用。 新型的垂向张力所支撑平台已成功地用于1 0 0 0 m 水深的油田开发。 深海浮式生产装置：浮式生产储油、卸油装置( 以下简称f p s o ) 相对 于生产平台，具有建造周期短、投资少、回收快、重复使用和环境保 护等特点。九十年代以来对f p s o 需求增加，已成为2 0 0 m 以下油田生 产装置的首选方案。油气田的水下生产系统。水下生产系统是将油 气生产装置及辅助设施全部或部分安装在海床上，构成一个完整的水 下工程进行自动采油、集油、输油的生产系统。对于卫星油田、边际 油田，特别是对于中、深油田的开发，比采用海上平台会获得更高的 经济效益。这种水下采油系统已在北海油田应用于生产，它把生产井 口装置安装在水深3 0 0 m 的海底进行采油，并通过海底管道集输油气， 而安装和检修由潜水员作业。新型的遥控水下开采系统已在1 0 多个 深海油田试验运行。大位移钻井技术：大位移钻井是八十年代后期 在水平钻井的基础上发展起来的，是在原来定向井的基础上，把井眼 进一步向外延伸的定向井。大位移井钻井技术已在世界范围内取得了 成功，已成为边际油田开发选择的最佳方案之一。目前，最大的水平 位移已达1 0 1 1 4 m 。 2 4 大洋矿产资源勘探开发技术 位于国家管辖海域以外的国际海底区域面积约为2 5 1 7 亿k m 2 ， 占地球表面的4 9 。这一广阔区域内蕴藏丰富的多金属结核、热液硫 化床等矿产资源、天然气水合物资源、深海生物资源，是世界各国瞩 目的2 1 世纪具有商业开发前景的战略资源。六十年代以来，发达国 家相继投入大量资金和人力，开展了深海矿产资源的勘探开发技术研 究。 2 4 1 深海运载技术 深海运载技术是指运载各种设备和人员到深海特定区域的超常环 境中，进行特定作业的深潜技术。它是人类进入占地球表面积7 1 的 海洋内层空间，认识海洋，开发海洋资源必不可少的手段。 反映当前国际先进水平的法国“鹦鹉螺号( n a u t i l e ) ”6 0 0 0 m 载 人运载器在9 0 年代先后到太平洋5 2 0 0 米深的多金属结核矿区和3 0 0 0 m 左右深度的地中海火山1 ：3 拍摄了大量清晰的海底资源状况的照片，进 行了一系列的海底作业，取得了矿石样品、水样和大量数据。日本于 1 9 9 6 年利用研制的1 1 0 0 0 m 的“海沟号”在太平洋马里亚纳海沟进行 了实地考察，获取超高压、低温环境下海洋微生物样品。美国研制了 一种自治深海探测器，可在6 0 0 0 m 水深的海底按设计程序作业一年。 2 4 2 深海勘查技术 深海资源的现代勘查技术始于6 0 年代初，目前用于深海资源目 标区详细勘测与资源评价的深海勘查技术主要有：载人和无人深潜 器、多波束测深系统、深海光学、声学观测系统、深海采样技术、地 球化学探测技术等。 2 4 3 深海开采技术 对深海资源的开采方面，主要集中在多属结核采矿技术和装备的 开发研究上。目前已开发研制出三种类型：连续链斗式、穿梭潜器采 矿法和管道提升式。 连续链斗式采矿方法是日本提出的，7 0 年代初进行了大量海试， 该系统具有结构简单、投资少等优点，但是由于铲斗在海底无法控制、 不能适应海底地形和丰度变化，致使资源损失大且作业效率底，已在 7 0 年代末被放弃。 梭潜器采矿法是法国8 0 年代初提出的，类似于潜艇下潜到海底 采集结核，装载矿物后浮到水面卸载，由于动力问题和投资回收期问 题，对该系统进行模型实验后暂停研究。 管道提升式是以美国为主的四个财团研究开发的，7 0 年代末在太 平洋进行了产量为3 0 一4 0 吨d , 时规模的海上中试。该系统配备了拖 曳式水力集矿机和机械集矿机，气力或水力管道提升系统，及改装的 2 4 5 万吨级宽体双底采矿船。几次海上试验验证了这种采矿技术的 可行性，被认为是2 1 世纪最有前途的第一代商业开采系统。 继多金属结核资源之后，西方发达国家利用技术与资金优势，纷 纷投入巨资开展富钴结壳和其它深海底资源的勘探开发研究。印度、 韩国等新兴工业国家除继续致力于多金属结核的勘探开发活动外，已 着手其它战略资源的前期研究与探索。多金属结核的主导地位正迅速 让位于其后发现与认识的多种资源。人们对天然气水合物的认识已把 它提高到2 1 世纪主导能源的水平。 深海采矿技术有可能在三个方面实现突破：一是能达到6 0 0 0 m 洋 底，在恶劣环境下运行的深海运载器技术，包括生命维持系统及勘查、 安装、维修、搬运作业工具系统；二是在洋底稳定运行、可靠作业的 深海采掘设备技术；三是长距离水声通讯、高精度深水定位和遥测遥 控系统的集成应用技术。深海采矿技术的发展将充分利用现有各相关 领域的高技术成果，集成和开发更高层次的新方法、新工艺和新设备， 解决采矿系统及其设备的可靠性、开采的经济性以及开采对海洋生态 环境的影响，开发出灵活高效连续作业的商业化综合采矿系统。 2 5 海洋生物技术 八十年代以来，世界一些沿海国家都在大力研究开发海洋生物技 术。海洋生物技术作为生物技术领域的分支，已逐渐为人们所认可。 海洋生物技术是运用现代生物学、化学和工程学手段，利用海洋生物 体、生命系统和生命过程，生产有用产品的高技术。海洋生物技术研 究的范畴很广，它主要是将基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程 等现代生物技术手段应用于海水养殖生物的遗传育种、病害防治、海 洋生物天然产物开发利用和海洋环境等领域的生物技术。以下着重简 述国外有关海洋生物技术在海水优良养殖品种的培育、海水养殖病害 的快速诊断和防治、耐盐植物的培育、海洋天然产物的利用以及在海 洋环境保护中的应用等概况。 2 5 1 海水养殖优良品种培育技术 海水养殖新品种培育技术是指利用生物工程等手段改良具有重要 经济价值的海水养殖生物的遗传特性，其目的在于培养优质、高产、 抗逆的海水养殖生物优良品种。 现代生物技术应用于水产养殖业，是确保养殖产业高效、健康、 可持续发展必要的前提，苗种培育、种质评价、遗传改良以及养殖方 式的优化和设施渔业的发展，越来越依赖于海洋生物技术的研究和进 步。美国、加拿大、英国、法国和日本等国家在具有重要经济价值的 海水养殖生物育种研究方面率先应用了基因工程和细胞工程，并与传 统技术相结合，取得明显的进展。美国学者应用染色体组操作技术， 获得了雌核发育和雄核发育的虹鳟鱼：日本学者利用细胞工程培育出 全雌牙鲆，在鱼类单性发育技术方面取得了重要进展：在多倍体育种 方面，美国利用四倍体牡蛎与正常二倍体杂交所获得的三倍体牡蛎苗 种已应用于养殖生产，并取得明显效益。近几年来，国际上海洋生物 遗传育种研究的重心已从细胞工程育种向基因工程育种转变，美国已 经启动了以海产鱼、虾、贝类等为代表的海洋动物基因图谱计划；美 国、法国等科学家利用分子生物学技术在对虾致病基因的克隆和抗病 品系的筛选方面取得了可喜的进展：r f l p 、d n a 等分子标记已广泛应 用于海洋生物基因作图和标记辅助选育；加拿大学者将抗冻蛋白基因 和生长激素基因转移到鲑鱼体内获得整合表达，使转基因鱼生长速度 比对照组提高了4 6 倍；鱼类脑垂体激素生长因子基因的分离克隆 取得明显进展，已从鲑鱼、星鳗、金枪鱼、幼狮鱼、牙鲆和鲷等多种 鱼类中分离出生长激素基因，为人们应用生长激素基因培育生长快的 鱼类新品种奠定了基础。在海洋植物方面，由于原生质分离与培养技 术的进步和海藻质粒的发现，为海藻的遗传育种研究起了重要推动作 用。目前已成功地从海带和紫菜中分离出原生质体并进行了培养。在 此基础上，开展了细胞融合研究。在微藻方面，从微藻中分离质粒及 基因转移的研究，近年来也取得一些进展。 2 5 2 养殖病害的快速诊断和防治技术 养殖病害的快速诊断和防治技术是利用分子生物学技术、基因工 程和转基因技术建立病原的快速诊断与防治体系。 一些国家在海水养殖病害的研究方面开展较早且涉及范围较广， 尤其有关病毒性疾病的早期诊断、防治以及免疫学等方面的研究工作 已有了较深入的发展。近年来，将生物技术应用于海水养殖生物的疾 病诊断和防治已初见成效。核酸探针已成功的应用于对虾病毒的检 测；日本学者采用经多聚酶链反应法( p c r ) 合成的与神经坏死病病 毒d n a 互补的核酸探针，进行杂交选择亲鱼，有效的防止了病毒神经 坏死症的垂直感染；除核酸探针外，单克隆抗体也被用来进行海洋生 物疾病的诊断。目前，已研制出鱼类中几种主要病毒的单克隆抗体， 用于多种鱼类及其它养殖动物病原诊断。 针对困扰水产养殖的病害问题，人们提出了健康、友好的养殖模 式，在养殖过程中遵循经济效益和生态、环境效益并重的原则。八十 年代后期和九十年代初环北海国家在海洋开发国际理事会 ( i n t e r n a t i o n a lc o u n c i lf o rt h ee x p l o r a t i o no f t h es e a i c e s ) 内成立了专门 研究海水养殖与近海相互作用的组织，多学科携手对北海养殖污染问 题进行了大规模、多年的深入研究，基本查明了主要海水养殖业所排 放污染物的种类、污染途径和对北海污染的程度，提出了控制措施， 并相应地改进了养殖技术。东南亚一些国家以及墨西哥养虾的氮、磷 利用率不高，这些国家加强了红树林对养殖废水的过滤、净化作用的 研究，提出了养虾池塘和红树林复合系统作为一个整体合理发展的设 想。 2 5 3 抗盐、耐海水植物品种培育技术 抗盐、耐海水植物品种培育技术是指利用生物技术育种( 包括组 织培养、原生质体培养、转基因等) 、有性杂交、人工诱变以及耐盐 碱驯化和定向培育等手段，提高植物的经济性状和抗盐、耐海水能力 的一项综合技术。利用该技术培育出抗盐、耐海水植物可用来在沿海 盐碱荒滩上种植，进行作物的深加工，以获得经济效益，推动海水农 业的发展。 ! 培育抗盐、耐海水植物品种的早期技术是驯化野生耐海水的盐生 植物并使之作物化，美国学者驯化并选育了高产的经济作物盐角草品 系，可用海水浇灌，已开始在科威特、阿联酋、墨西哥和印度等国进 行实验性种植；利用培养植物细胞或愈伤组织，通过盐胁迫诱导耐盐 突变体，已在一些农作物、蔬菜、牧草、果树及林木上取得了成功； 利用野生近缘种及远缘种与兼性盐生植物进行有性杂交培育抗盐、耐 海水品种的研究也取得了一定的进展。 植物基因工程手段的出现为培育耐海水传统作物带来了新契机， 它打破了物种间遗传物质横向转移的壁垒，因而也成为作物耐盐性改 良最为直接和有效的途径。1 9 9 2 年美国a r i z o n a 大学b o h n e r t 领导的 小组第一次进行了植物耐盐基因工程尝试，将来自大肠杆菌的甘露醇 1 磷酸脱氢酶( m t l d ) 基因导入烟草并获得了耐盐的转基因烟草植 株。其后，旨在提高植物体内其他渗透保护物质含量的基因工程操作 均部分地提高了转基因植物的耐盐性。目前，植物耐盐基因工程正处 于实用化的前夜，在不远的将来，基因工程培育耐盐作物品种，将会 如同抗虫转基因棉一样，走向商业应用；依赖基因工程培育可耐海水 的作物新品种也不会太遥远。 2 5 4 海洋天然产物的开发技术 生长在海洋中的一些海洋生物，在其生长和代谢过程中产生并积 累了大量的天然产物，有些产物具有抗癌、抗菌、抗病毒等多种生物 活性。 利用现代生物技术，从海洋生物中筛选具有生理活性的天然产 物，获得大量具有生理活性或其它特殊功能的天然产物，并进行提取、 分离、纯化，最终形成海洋药物、海洋保健品、诊断试剂、生物分子 材料和化工原料。 国际上海洋活性物质研究的热潮开始于六十年代，七十年代、八 十年代开展了大规模筛选，发现了多种结构新颖、生物活性强的化合 物。九十年代则有多个海洋天然产物进入了临床实验。目前，海洋天 然产物的主要药理活性侧重在抗癌与抗真菌方面，最近包括 b r y o s t a t i n 等超过1 0 种海洋天然活性化合物在美国进入了临床研究 阶段。日本、欧洲以及新西兰等国对海洋天然产物的研究也紧随其后， 发现了多种具有抗真菌、抗细菌、抗肿瘤的活性天然产物。另一方面， 有关海洋中生态调控作用的天然产物的研究也取得了很大进展，涉及 海洋生物的化学防御、附着变态、生殖交配以及解毒防护等的活性物 质筛选和研究，也将应用于苗种生产、生物修复、环境保护等领域， 可望具有巨大的产业化前景。 目前国际上采用分子筛选模型、基因工程受体模型等技术，使活 性物质筛选和研究逐步趋向系统化、规范化、规模化提供了有效的手 段。 海洋药物基因工程是通过分离、克隆海洋天然产物的基因，转入 高效、廉价表达系统进行生产，以获得大量高质量的天然产物。九十 年代以来开始了海洋药用基因的克隆以及在微生物中的表达工作，研 究较多的有海葵毒素、芋螺毒素、藻胆蛋白、鲨鱼软骨素、降钙素等 几种海洋生物活