海洋监测技术 15 发展需求.ppt

1 我国海洋监测发展需求 2 我国海洋环境科技存在的主要问题 海洋环境观测能力薄弱 对临近深海大洋环境规律认识较浅 海洋环境的评估和预测能力不足 海洋环境信息服务和应用水平较低 海洋环境恶劣 海洋环境观测技术要求高 难度和风险大 我国的立体海洋环境观测系统尚处于发展阶段 总体 我国海洋监测数据不足 相比发达国家 海洋监测技术落后 卫星观测及通信仅处于起步阶段 无海洋环境动力卫星 3 建设高效 立体 全时的海洋环境监测与预报体系 是海洋开发利用和各类海上活动安全的基本保证 4 一 海洋动力环境实时立体监测系统技术 以水下监测技术为核心 发展立体 中远距离监测技术 开发与长期监测和实时数据传输有关的技术 以适应国家对海洋动力环境要素监测的需要 5 海洋动力环境实时立体监测系统技术 1 海洋动力环境立体监测动态信息服务集成示范系统研究目标 以监测海洋动力环境为目的 集成本专题开发的新技术和已有成果 提高我国海洋动力环境的实时立体监测能力 建立实时数据收集 处理和信息服务的示范系统 6 研究内容 1 海洋动力环境实时立体监测系统的顶层设计 模块化配置 2 实时数据收集与处理 3 区域海洋动力环境立体监测数据管理系统和规范化信息服务系统 7 海洋动力环境实时立体监测系统技术 2 海洋光学浮标技术研究目标 研制适合我国海域的锚系光学浮标 测量海洋表面 近表层光学参数和真光层水体剖面光学参数 用于海洋水色卫星现场辐射定标和遥感卫星数据真实性检验 8 研究内容 1 光学浮标总体设计及光学仪器设备集成技术 2 水体光学参数分析与应用技术 9 浮标 海洋资料浮标 锚泊于远离海岸的预定站位 长期 连续 自动地监测风 气温 气压 水温 波浪 海流等海洋水文 气象要素的海洋水面环境监测系统 可布放于30 4000m深的海域 漂流浮标 由标体和水帆两部分组成 标体是一在水上漂浮的密封容器 内装卫星发射机和测温传感器 电池等 用缆绳与之连接的筒状水帆在欲测流层 水帆带动标体在大海自由漂流 借助argos卫星系统定位及传输观测的水文参数 地面端可实时接收 用于拉格朗日法测量海流及海水温度等参数 海洋潜标系统 进行长期 定点 连续海洋剖面测量的海洋水下环境监测系统 可布放于35 4000m深海域 配置不同的水下监测设备 进行海流 海流剖面 海水温度 电导率等要素和声学遥控释放回收 10 浮标 光学浮标 是发展我国 立体 中远距离海洋监测高技术 的重要组成部分 与我国2001年发射的唯一一颗海洋水色卫星相配套的 是专门用于对比卫星所观测的光谱数据 海洋光学遥测浮标由一套锚系 两个标体组成 总重近3吨 其中一个标体缩携仪器用于测量可见光在海水表层的透光量 另一个标体测量不同深度海水中的可见光和海底反射光的数据 所有数据定时自动观测并通过无线电信号传输回地面进行分析处理 这个浮标可大大提高进行实测观测对比的效率和准确性 11 光学浮标进展 主要研制适用于海洋光学测量的浮标体及系统集成 高光谱 多光谱水下辐照度和辐亮度测量 多光谱海面辐照度测量 高光谱水体吸收和散射系数测量 水下光学仪器窗口防污染 浮标数据连续自动采集 浮标 真光层以及浮标 岸机实时通信 以及光学浮标数据处理和应用分析等技术 12 3 大型海洋环境多层监测浮标关键技术研究目标 对现有大型浮标进行技术改进 发展监测气象要素和多层水文要素的大型浮标技术 其总体性能达到20世纪末的国际先进水平 海洋动力环境实时立体监测系统技术 13 研究内容 1 水文气象测量传感器 adcp 水下温盐链集成技术 2 浮标的数据采集 处理 传输技术的更新 3 优化设计浮标体及安全性技术 14 成果 自沉浮试中型漂流浮标关键技术研究 完成了主要关键技术研究 实现了浮标自动沉浮 深度控制 剖面测量等功能 课题研制的样机在密云水库进行的湖试 结果证明各项性能均达到各项指标要求 15 argo argo计划是全球海洋观测系统中的重要组成部分 它通过在全球海洋布设大量漂流剖面测量浮标 组成一个庞大的argo全球海洋观测网 由美国等国的大气 海洋科学家 于1998年推出的一个全球海洋观察试验项目 旨在快速 准确 大范围收集海洋上层的海水温度 盐度剖面资料 以提高气候预报的精度 我国于2001年10月正式加入国际argo计划 已分别于2002年10月 2003年1月 8月在西北太平洋海域布放了总计27枚argo浮标 其中19枚浮标运行非常成功 存在问题 argo数据的质量控制 实时和延时数据的分发 以及如何提高剖面浮标性能和解决传感器 通讯系统等一系列技术问题 16 通过引进国际上新一代 先进的沉浮式海洋观测浮标 即argo剖面浮标 在西北太平洋附近海域构建我国argo大洋观测试验网 为日后建成 我国新一代海洋实时观测系统 argo 中的大洋观测网 提供技术积累和运行 应用经验 加入国际argo计划 共享全球海洋中3000个剖面浮标资料 承办第五次国际argo科学组会议 扩大我国在国际argo计划中的影响 提升我国的国际地位 为我国海洋和气象界承担的相关研究项目提供资料服务 丰富我国的海洋环境数据库 中国argo计划的总体目标 17 中国argo计划组织管理结构 18 19 argo浮标 自沉浮式剖面探测浮标 argo浮标 argo浮标 20 21 4 小型多参数海洋环境监测浮标研究目标 研制能够监测近海海洋气象和多层水文要素 便于布放回收 数据实时传输的小型浮标技术 海洋动力环境实时立体监测系统技术 22 研究内容 1 风速 风向 气温 气压 湿度 波浪 流速剖面 200米分层温盐剖面传感器集成技术 2 浮标低功耗数据传输技术 3 近海小型浮标的安全性和可靠性技术 23 小型多参数海洋环境监测浮标研究进展 该浮标是一种海洋环境监测系统 能锚定于远离海岸或湖泊的预定站位上 长期 连续 自动地监测风 气温 气压 水温 波浪 海流等海洋水文气象要素 为海洋环境监测与预报 海洋开发 海洋科学研究和海洋军事活动提供服务 在青岛朝连岛海域进行海上试验 并取得布放和数据接收一次性成功 这使我国的海洋环境监测技术达到国际先进水平 24 小型多参数海洋环境监测浮标研究进展 开展了3m圆盘型多功能监测浮标的研制以及10m圆盘型海洋资料浮标的技术改造工作 同时研制成功了极区卫星跟踪水文气象监测浮标 已在北极地区布放使用 这种小型浮标测量参数多 除检测海表面水文气象参数外 同时还能监测海洋剖面参数 25 5 自持式剖面循环探测漂流浮标研究目标 研制自持式剖面循环探测漂流浮标 与国际argo计划产品兼容 研究内容 1 自持式剖面循环探测漂流浮标的水下定深和姿态控制技术 2 低功耗的动力系统及控制技术 3 探测传感器与定位系统集成 4 数据采集与通讯传输技术 海洋动力环境实时立体监测系统技术 26 6 实时传输潜标系统研究目标 研制带有水面天线 能够实时传输测量数据的潜标系统 研究内容 1 深海 大于4000m水深 潜标系统的专用浮体技术 2 adcp的数据实时输出技术 3 潜标系统数据的水面天线实时传输技术 海洋动力环境实时立体监测系统技术 27 7 远程高频地波雷达监测技术 研究目标 研制远程高频地波雷达系统 满足远距离 大范围海洋环境监测需要 使我国高频地波雷达技术与应用达到国际同期先进水平 研究内容 1 探测距离达360公里以上的高频地波雷达系统 2 海面流场 风场和浪高的信息提取技术 海洋动力环境实时立体监测系统技术 28 成果 系统布放在水下 定点 连续 长期自动监测水下环境参数 自容工作方式 模块化结构 可根据不同的需要 利用公共的平台与相应的传感器和仪器 在中央控制机统一管理下 完成预定的工作任务 例如监测悬浮沙浓度剖面 粒径谱及其动力环境背景参数 监测完成后 用声指令控制水下声学应答释放器 释放监测系统 回收存贮卡 在室内回放和处理 给出监测结果 用于工程或科研 多点布设 可构成监测网 可根据具体要求 增减现有的传感器或仪器 用于水质 物质通量及水下环境参数的调查和研究 8 海床基动力要素综合自动监测系统 海洋动力环境实时立体监测系统技术 29 海洋动力环境实时立体监测系统技术 研究目标 研制具有多参数自动综合监测能力的海床基系统 监测主要海洋动力参数 提高水下海洋动力学参数自动综合监测水平 研究内容 1 海洋动力要素综合监测海床基系统集成技术 包括adc测流 潮位 波浪 盐度 温度等参数 2 海面天线实时传输技术 3 噪声监测技术与海浪 风速和降雨参数反演技术 30 9 自定位水下潮流测量仪研究目标 研制具有自定位能力的水下潮位和剖面流测量仪 以适应海洋环境监测的特殊要求 研究内容 研制具有自航 水下定位和信息传输功能的水下潮位和剖面流等参数的测量系统 海洋动力环境实时立体监测系统技术 31 10 坐底式海冰监测技术 研究目标 研究水下定点海冰监测系统 用于监测海冰的厚度 漂移速度和冰下海流等参数 研究内容 1 研制水下定点式海冰厚度 漂移速度和冰下海流等参数的声学监测系统 2 海冰厚度高精确提取技术 海洋动力环境实时立体监测系统技术 32 二 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 核心任务 建立船载快速现场监测系统 使我国具备海洋生态环境现场快速监测能力 主要发展一批重要现场分析技术和原位监测技术 研制相关的仪器或装备 通过技术集成 形成系统 根据需要 部分仪器可集成在海洋监测浮标和水下工作站 对海洋环境参量进行长时间序列观测 33 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 1 船载海洋生态环境现场监测集成示范系统 研究目标 针对海洋生态环境参数现场监测的需要 研制现场探测与分析的集成系统 将已有的成熟技术和本专题研制的新技术成果进行有机集成 形成样品自动处理 自动分析 数据自动存贮与传输的船用快速监测系统 34 研究内容 1 集成系统的顶层设计 模块化配置 控制技术与应用软件 2 无污染取样泵研制 3 海洋样品自动预处理与分配系统 4 数据实时传输系统 35 2 海水营养盐现场自动分析技术 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 海水营养盐现场自动分析仪是采用顺序注射吸光光度法 对海水中硝酸盐 亚硝酸盐 铵盐 硅酸盐和磷酸盐浓度进行水下连续监测 此分析仪由单片机控制 可自动采样计量 完成各种试剂的添加和吸光度的测量 对测量数据进行处理和存贮 并通过接口将结果传输到微机 可广泛用于台站 浮标和调查船舶的海水水质监测 也可用于江河湖泊的营养盐测量 36 2 海水营养盐现场自动分析技术 研究目标 研制用于台站 船载的营养盐 磷酸盐 硝酸盐 亚硝酸盐 硅酸盐及铵盐 现场自动分析仪 能进行连续现场监测 达到国际现有技术水平 研究内容 1 研制硅酸盐和铵盐水下现场自动分析仪器 2 集成硅酸盐 铵盐 磷酸盐 硝酸盐 亚硝酸盐同时监测的现场自动分析 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 37 3 海水中有机污染物的现场光学综合分析技术 研究目标 发展海水中有机污染物的现场光学综合分析技术 提供船载小型 现场 实时监测的自动分析仪器 达到国际先进水平 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 38 研究内容 1 研制多用途全光纤荧光传感器 建立可同时检测海水中叶绿素 挥发酚 藻类 黄色物质及其它有机污染物的实时连续监测系统 2 研制可测量海水中多种有机物的专用芯片 可进行现场有机物综合分析的小型测量仪器 3 海洋石油污染物现场实时监测技术 检出限0 1mg l 准确度 15 39 4 海水重金属元素的现场测定技术 研究目标 发展海水中重金属元素的现场实时测定技术 研制船载海水重金属元素现场实时自动分析系统 达到国际现有技术水平 研究内容 1 海水中重金属元素 pb cd hg as zn cu fe mn cr等 的现场富集 分离及采样技术 2 船载海水重金属元素现场同时自动分析系统 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 40 5 海水化学耗氧量的现场分析技术 研究目标 研制海水化学耗氧量 cod 现场自动实时监测的小型仪器 达到国际现有技术水平 研究内容 研制cod现场测量仪器及配套装置 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 41 6 海水中有机磷的现场分析技术研究目标 发展海水中有机磷的现场分析技术 可用于船载及台站的海洋生态环境现场监测 达到国际现有技术水平 研究内容 1 研制海水中有机磷农药现场监测的生物传感器 2 建立海水中有机磷的现场膜萃取及船载分析测试方法 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 42 7 海洋环境污染现场监测生物芯片技术 研究目标 研究海洋污染现场快速的生物分析技术和免疫蛋白芯片 达到国际领先技术水平 研制引起海洋生物细胞发生基因表达谱变化的基因芯片 使我国在这一领域的技术达到国际先进水平 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 43 研究内容 1 研制海洋环境中与生物资源及人类健康有关的多种病菌同时监测的蛋白芯片 并建立相应的监测系统 2 建立海洋生物细胞随海洋环境变化的基因表达谱模型 研制由于海洋生态环境污染导致生物细胞表达谱变化的基因芯片 建立相应的基因芯片检测器 44 8 海洋环境腐蚀能力现场监测技术 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 海洋腐蚀 海洋环境是一种复杂的腐蚀环境 海水本身是一种强的腐蚀介质 同时波 浪 潮 流又对金属构件产生低频往复应力和冲击 加上海洋微生物 附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用 金属构件在海洋飞溅区 指风浪 潮汐等激起的海浪 飞沫溅散到的区域 的全面腐蚀速率最高 45 8 海洋环境腐蚀能力现场监测技术研究目标 发展海洋环境腐蚀能力现场监测技术 研制海洋环境腐蚀能力自动监测设备 使我国海洋环境腐蚀能力现场监测技术达到国际领先水平 研究内容 研制硫酸盐还原菌 srb 和氧化还原电位 eh 传感器 发展ph 溶解氧 温度 盐度 srb eh多参数监测探头集成技术 海洋环境腐蚀能力计算方法 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 46 9 赤潮浮游生物综合测量系统及分析技术研究目标 研究近海赤潮生消过程中海洋浮游生物种类分类 识别及总量的测量及分析技术 建立赤潮生消过程中赤潮浮游生物测量系统 使我国的海洋浮游生物综合测量达国际现有水平 研究内容 建立海水浮游藻类种群组成和数量的分析方法 研制海水中浮游藻类种类和数量的自动分析仪 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 47 海水藻类和悬浮物浓度测量仪 是一种光谱测量仪器 可以测量400 760nm光谱范围内的海水的连续光谱 通过编制的辨别软件进行海水中藻类和悬浮物的辨别 它可以实时监测海水中赤潮藻种浓度的变化 根据藻种浓度的变化 为监测赤潮提供一定的依据 48 10 海水生物耗氧量的现场监测技术研究目标 发展海水生物耗氧量 bod 的现场快速监测技术 可用于船载现场监测系统 达到国际同期先进水平 研究内容 研制海水生物耗氧量 bod 的快速实时监测传感器 技术要求和指标 整体集成设计 海洋生态环境要素现场快速监测系统技术 49 三 海洋卫星遥感综合应用技术 重点发展面向遥感数据的应用技术 在遥感信息提取方面主要发展信息提取模块和用户平台 在遥感信息应用方面主要发展针对具体海洋过程的应用模块 中国海岸带和近海生态环境集成用户平台 推进海洋遥感由研究阶段向应用阶段的过渡 50 1 中国海岸带及近海卫星遥感综合应用系统技术研究目标 针对海岸带和近海卫星遥感应用 开发国家 地方各级政府及有关部门急需的中国海岸带及近海生态环境监测与管理的卫星遥感综合应用系统 系统应高度集成化 实用化 具有信息处理 分析和管理的功能和二次开发能力 研究内容 海洋卫星遥感综合应用通用技术开发平台 以海岸带为基线的海岸带和近海生态环境三维动态数据库管理与分析技术 中国海岸带和近海生态环境信息服务系统 海洋卫星遥感综合应用技术 51 2 海洋遥感信息提取通用技术平台研究目标 研究和开发组件式海洋遥感数据处理与信息提取的通用软件平台 并能在国内外推广应用 研究内容 组件式遥感数据处理与分析软件技术研究 多种格式的遥感信息输入 转换与校正 海洋遥感信息多维动态显示及与其他软件的接口 特别是与gis的连接 可视化用户通用建模工具 海洋卫星遥感综合应用技术 52 3 模块化海洋遥感信息提取技术研究目标 建立卫星遥感信息应用于海洋环境监测的方法与模型 解决适合于中国海域遥感应用技术 研究和开发模块化的海洋遥感信息提取模型及应用软件 研究内容 二类水体的离水辐射率 浮游植物光合作用的有效辐射和吸收辐射的算法研究 二类水体模块化叶绿素 黄色物质 泥沙等参数的遥感信息反演与提取技术 水汽含量 海面气温 热通量和降雨的遥感信息反演与提取 海洋卫星遥感综合应用技术 53 4 模块化多源海洋遥感信息融合与同化技术研究目标 解决多源海洋遥感信息融合和数值同化关键技术 建立多源卫星遥感信息融合方法和数值同化模式 研究内容 模块化海洋环境多源遥感信息融合分析技术 模块化海洋环境多源遥感信息同化技术 海洋卫星遥感综合应用技术 54 5 模块化海洋赤潮遥感监测技术研究目标 针对我国二类水体状况 建立模块化的海洋卫星遥感赤潮信息提取与反演模型 研究内容 多源卫星遥感赤潮定量反演模型 模块化的卫星遥感信息赤潮提取应用软件 海洋卫星遥感综合应用技术 55 6 模块化灾害性海况遥感监测技术研究目标 针对中国近海动力环境特征 发展能 准 实时 全天候监测巨浪 风暴潮漫滩 海雾等灾害性海况遥感监测技术与方法 研制开发出相应的软件系统 研究内容 模块化全天候 灾害性海雾遥感监测技术 模块化动态风暴潮漫滩遥感监测技术 模块化巨浪遥感信息提取与复合分析技术 海洋卫星遥感综合应用技术 56 7 模块化水下目标与岛礁环境遥感监测技术研究目标 针对中国近海环境特征 研究和发展水下沙洲与岛礁遥感监测技术 以及水下目标的识别技术 研制开发出相应的软件系统 研究内容 水下沙洲与岛礁地形遥感监测关键技术 水面和水下目标遥感识别技术 海洋卫星遥感综合应用技术 57 四 海洋航空遥感遥测技术 重点发展全天候的航空遥感监测能力 并开发直升飞机的接触性观测能力 使之满足对我国近海主要监测目标的监测需要 形成近海 高分辨率航空遥感监测能力 58 1 航空遥感多传感器集成与应用技术系统研究目标 集成成像光谱仪 微波辐射计和散射计等先进仪器 建立适合海洋环境与灾害快速监测的航空遥感系统 研究机载激光雷达在海洋环境监测中的技术与方法 研究内容 海洋航空遥感多传感器的集成技术研究 开发赤潮 溢油 海冰等海洋环境参量监测的技术和模块化应用软件 直升机探测与取样装备 海洋激光雷达遥感信息反演海洋环境参量的技术 海洋航空遥感遥测技术 59 2 无人机海洋遥感监测技术研究目标 利用小型无人飞机 建立专用多光谱监测系统 对赤潮等重大事件进行反复 快速监测 研究内容 建立专业化多光谱监测系统 无人机海洋遥感数据实时传输系统 无人飞机遥感数据处理与应用 海洋航空遥感遥测技术 60 飞行器外形三维模拟图及任务载荷布局 61 1 相控阵声学海流剖面仪研究目标 研究38khz船用宽带相控阵声学海流剖面测量技术 完成工程样机 其性能达到90年代末期的国际先进水平 研究内容 研制满足船用的宽带相控阵声学海流剖面仪 paadcp 研究paadcp数据处理方法 开发专用软件 五 船基海洋环境监测技术 62 2 拖曳式多参数剖面测量系统研究目标 研究船载拖曳式电缆传输水下多参数自动测量技术 配备多种传感器 构成水下海洋环境剖面监测系统 其主要性能达到国际21世纪初的先进技术水平 研究内容 研制拖曳体及拖曳体剖面运动姿态控制系统 在船速9节时 最大剖面测量深度不小于200米 开发专用绞车和数据传输技术 集成温度 盐度 压力 氨氮 硝氮 磷 溶解氧 ph等传感器 浊度计和荧光计 并预留其它仪器搭载空间和接口 船基海洋环境监测技术 63 3 专用温盐深剖面测量技术研究目标 发展几种ctd剖面测量应用技术 开发6000米船用电缆传输式渔业深流 ctdc 船体固定式ctd和水下投射式温深仪 sxbt 研究内容 开发抗污染和生物附着的船体固定式ctd技术 开发6000米电缆传输式ctdc 不含电缆及绞车 开发水下走航射投式温深仪 sxbt 船基海洋环境监测技术 64 4 投放式声学多普勒海流剖面仪水下运动校准技术研究目标 研究船用投放式adcp在投放过程中测量误差的消除技术 提高ladcp的测量准确性 研究内容 研究ladcp位置变化对测量结果的影响及校正技术 船基海洋环境监测技术 65 六 海洋监测技术成果标准化工程 为促进技术成果产业化 建立技术实用化 产品标准化 软件商品化的规范化进程 从技术定型 技术检验 标准试验等方面严格操作 创造我国海洋监测技术软硬件产品产业化条件 66 1 海洋监测技术系列成果标准化研究目标 将近年来在海洋监测技术方面取得的技术成果 向技术实用化 产品标准化 软件商品化的方向推进 促进技术成果产业化 研究内容 对取得的技术成果按技术功能分类 参阅相应行业技术标准 在技术监督局授权的前提下 对技术成果进行严格检