海洋监测技术 15 发展需求.ppt
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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)
16、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
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