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1、 西欧国家的海洋观测及其对我国的启示 前言 西欧国家的社会经济发展与海洋紧密相关，而西欧国家的海洋技术又得益于他们自身的工业基础。就海洋观测技术和观测系统而言，他们的技术和管理都有明显的优势与显著的特点。目前，由西欧科学基金会主持正在建设中的欧洲海洋观测与数据网络（European Marine Observation and Data Network，EMODNET），将增强西欧地区应对全球气候变化和环境污染等方面所面临的挑战，提高区域海洋管理、资源利用、环境保护能力。由于海洋的连通性，在这个由几十个国家组成的濒海经济圈中，他们有许多共同的海洋利益和海洋问题，建设资源共享的海洋观测系统，共享
2、海洋信息和信息产品资源，对加速区域社会经济发展有重要意义。本文重点探讨西欧国家的海洋观测系统，为我国的海洋观测系统建设提供参考。一、西欧国家目前海洋经济状况与未来发展 沿着两大洋（大西洋和北冰洋）和四个海北海、地中海、黑海和波罗的海，西欧国家共有约70，000公里海岸线，其海洋经济总值约占西欧国家 GDP 的40%，提供了约40%的就业岗位。海洋经济主要有：1）海洋运输业：海洋运输占外贸运输总量的90%，占国内贸易运输 的40%。合计1200多个港口，每年有35亿吨货物流量，3.5亿个旅客流量。2）造船业：年营业额达900亿欧元，提供了80万个直接的和间接的技术职业岗位。西欧国家的渔船和舰艇建
3、造水平世界领先。3）渔业：提供了约50万个工作岗位，产值占西欧 GDP 的0.3%，其中水产业占整个渔业的19%。其它还有海洋能源产业和海上旅游与娱乐文化产业等。目前，对今后西欧海洋经济有重大影响的事件有关于减少二氧化碳排放的京都议定书和2009年12月通过的哥本哈根协议及北冰洋航道的开通。西欧国家在开发海洋可再生能源和节能环保船舶方面，已取得了令世人嘱目的成就；北冰洋冰的融化和航道的开通，将使亚、欧和美洲之间的航线缩短6000-8000公里，而北冰洋海底又蕴藏丰富的资源。同时，海平面上升和全球气候变化可能使威尼斯这样的低海拔国家或岛国面临灭顶之灾，近年来威尼斯平均每年水淹次数达60多次。西欧
4、国家是靠海上扩张发展起来的，今后也将依靠海洋来维持发展。二、西欧国家的海洋观测系统 西欧国家在海洋观测技术和海洋观测系统建设方面有多年的技术和经验积累，并直接为海洋经济服务。近年来，为解决面临的共同海洋环境问题，欧盟国家开始在现有观测系统的基础上进行集成和发展，建设区域性的海洋观测系统，特别是海底观测系统。这些系统的 建设是高技术和高投入，仅靠少数国家的努力是难以实现的，何况他们都有共同的利益和需求。2.1 英国的CEFAS海洋观测系统 英国的全国海洋观测系统是由英国环境、渔业及水生物研究中心合作建设的 CEFAS，最初目的是为海洋渔业服务。在 CEFAS 网站上，可以看到关于各种鱼群、鱼疾病
5、以及鱼捕食的信息，可以看到英国海岸区域海浪、潮位以及生物化学信息。该系统具有以下特点：1）高时间空间分频率取样；2）物理、化学和生物多参数测量；3）智能化保真取样；4）现场校正；5）卫星通讯；6）可根据客户需要制定监测项目。图 1.cefas 波浪观测站位 波浪观测系统是与国家气象局合作建立的，参数有：有效波高、波高最大值、波峰周期、平均波周期、波扩展、温度、平均水位、平均波高、风向、风速等。图 2.cefas 温盐观测站位 图 3 Cefas 的生态监测浮标 Smartbuoy 站位及浊度数据 2.2 希腊的爱琴海监测和预报系统 在 1997 年，由希腊国家立项，西欧自由贸易联盟（Europ
6、ean Free Trade Association EFTA）资助了其中 85%的经费，希腊国家经济部资助了剩下的 15%经费，建立起第一期爱琴海监测和预报系统海神Poseidon，项目由希腊 Hellenic 海洋研究中心的海洋研究所和 Hellenic计算系统研究所承担。第二期将把监测预报系统从爱琴海扩展到地中海的大部分，其中 75%的经费由 EFTA 资助。爱琴海的监测和预报系统最初工作目标集中于物理过程（大气状态、波浪、海流）的监测，生物化学量的监测有限。后经补充，逐渐增强了监测能力。图 4 希腊爱琴海观测系统 图 4 中的绿点标志是海神项目中的浮标位置，红星标志是多参数 M3A 浮
7、标系统的位置。蓝色实线是 VOS 航线。蓝色虚线是 Pireaus 到 Crete 之间的航运观察船的大致位置。绿色方块代表嵌套在海神和地中海预报系统中的海岸模型高分辨率区域。2.3 爱尔兰海监测系统 英国环保局、环境渔业水产科学中心、气象局、Wales 乡村协会、当地政府、应急服务部、健康与安全执行委员会，于2002年联手建立了爱尔兰海监测系统（Irish Sea monitoring system），目的是通过有效且连续的监测和模拟，去理解沿岸海域对自然行为和人为行为所产生的反应，并检验海洋环境管理的有效性。该系统把近实时或实时监测数据和模型相结合，并进入预业务化海岸预测系统。观测的重点是
8、暴雨、河流排放的变化、季节性变化及利物浦海域的富营养化。只要在它的网页上注册，就可以得到该系统的相关数据。图5.爱尔兰海监测系统覆盖的范围 图6.爱尔兰海监测系统数据密集采集区（图中文字注释：CTD 检测阵/CTD 监测阵；潮汐计量/潮汐测量；海洋雷达覆盖/高频雷达覆盖/？2.4 大西洋观测网 西欧研究框架第五期（2002-2005）投资建立了欧洲多学科锚系时序大西洋观测网（ANIMATE（Atlantic Network of Interdisciplinary Moorings and Time-series for Europe），在四个点建立的锚系观察站如下图所示：CV、CIS、PAP
9、、ESTOC。现在这套系统归属 08 年第七期开展的 EuroSITES 项目。图 7 深海锚系观测站为研究二氧化碳在气候变化中的特殊作用提供重要的信息。2.5 地中海业务化海洋观测网 西欧研究框架规划第五期开始支持区域整合项目：地中海业务化海洋网（MOONMediterranean Operational Oceanography Network）。这一项目整合了以下系统：地中海志愿船观测系统，地中海 Argo 浮标，科里奥利观测系统，地中海 Gloss 系统，希腊的 Poseidon 系统，海表面温度、水色以及海面高度卫星遥感系统，Cretean Sea、Adriatic Sea 以及 L
10、igurian Sea 的海上浮标系统，Puertos del Estado 实时观测系统，地中海表面漂流观测系统。目前 MOON 系统的预报产品有十七个。图 8 西欧地中海业务化海洋观测网 三、西欧国家海洋观测系统的管理理念与模式 3.1 以海洋观测系统支持海洋经济发展 渔业和海运是西欧重要的经济支柱，而英国的渔业和希腊的海运最能代表西欧传统产业。大不列颠群岛周围的海洋都是水深不到200米的大陆架，不仅适于鱼类繁衍生长，而且便于捕捞作业；不列颠群岛曲折的海岸线，使其有很多港湾可以作为渔船的抛锚地，为渔业发展提供了良好的条件。因此，英国为欧盟中最大的渔业国之一，其主要品种捕捞量占欧盟的四分之一
11、。这就不难理解建立英国全国海洋观测系统的主要承担者是英国农业部门。希腊是世界上最早进行造船和海上航行的国家之一。希腊航运业的鼎盛时期始于18世纪初期，当时处于奥斯曼帝国统治下的爱琴海贸易以至整个东地中海的贸易，几乎完全掌握在希腊人的手中。今天，按船舶载重吨位计算，希腊仍是世界第一航运大国（日本、挪威、中国分列二、三、四位），占世界总吨位的19%、西欧总吨位的55%。按拥有船舶数量计算，希腊排名世界第二（日本第一）。希腊船东占世界油轮市场份额达25%。鉴于此，就不难理解 EFTA 作为项目投资的主体，由希腊承担爱琴海观测网项目。3.2 重视海洋观测系统运行的业务化管理 目前世界上著名的海洋仪器设
12、备公司有很大一部分属于西欧国家。其产品涉及浮标、潜标、滑翔器等观测平台和传感器、仪器，良 好的工业基础和严谨的生产管理，保证了其产品的高质量。例如，挪威的 Fugo OCEANCE 公司生产的 Seawatch 浮标监测系统可以用于多种参数的测量，如波浪方向、水流速度和方向，气象参数、盐度、溶解氧、叶绿素碳氢化合物等等，系统的完整、可靠，已经在西班牙、希腊、泰国、印度尼西亚、马来西亚、印度、科威特、秘鲁等国家得到应用。高质量的仪器设备支撑了观测系统的有效和可靠运行。在业务化海洋观测系统的管理方面，以专业技术工作组的形式负责观测系统的运行管理、应用及维护。专业技术业务工作组可划分为五类，如表1所
13、示。表1 业务化观测系统的管理 类别 工作组 海洋观测和数据提供 支援观察船 多参数传感器阵列 近实时卫星数据 次表层剖面测量漂流器 滑翔器 业务化海洋预报 观测系统模拟试验？盆地和区域尺度的多元评估工具？盆地尺度的预报 区域尺度的预报和大陆架尺度的模型 科学研究 大气冲击和海-气相互作用研究 从盆地到大陆架尺度的鸟巢生态系统模型 用于生物化学观测的数据同化 向中间使用者扩散观测数据 产品开发 观测系统的管理 数据管理 项目管理 观测系统的管理还包括新的传感器性能检验，改进已有监测、通讯功能，修正海洋模型、升级系统等。3.3 多方协作提高海洋观测系统效益 在海洋观测系统的建设和运行方面，欧盟多
14、年来一直重视多方协作，以提高效率。欧盟从1984年就开始实施科技框架计划，以整合西欧当时相对分散的科技资源，从整体上提升欧盟的科技竞争力，现已发展到第七框架计划。纵观其发展变化，可以看出：欧盟对该计划的资金投入近年来显著增加，由最初的32.7亿欧元上升到现在的175亿欧元，翻了近6倍；该计划的影响力也与日俱增，最初只局限在少数欧盟成员国内部开展，如今已吸引了来自世界上约60个国家近百万个？高水平科研机构、大学和企业的广泛参与。在海洋研究方面，协作与整合模式更体现了欧盟科技框架计划的整合精神，西欧海洋观测体系几乎都是多方合作而形成的。Cefas 的波浪观测系统是与国家气象局合作建立的。爱尔兰海监
15、测系统设计和数据使用者含有研究机构、大学、环保部门和公司等 13 个单位。MOON 系统是多国系统组成的，其执行机构包括主席、议会、管 理小组、科学指导委员会和业务优化咨询小组。议会是由所有成员国中选出的代表组成。议会评估各项决定，评估过去的一年中业务优化咨询小组、管理小组和主席所做的工作。大西洋观测网项目的任务之一，就是充分利用现有的框架、仪器、硬件，让来自于西欧不同研究小组的专家共享现有系统元素，开发新的系统元素。3.4 观测数据满足海事和海洋科学需要 CEFAS 中心作为农业部执行机构，利用海洋观测系统，为政府部门、国际机构、商业公司及援助组织，提供渔业管理、环境保护和水产业等方面的科研
16、、咨询、顾问、监管和培训服务。该中心为英国政府和欧盟决策者提供了大量咨询和建议，并正逐步将其客户群扩展到全球。2007 年，爱琴海观测系统运行获得希腊劳埃德船级社技术发明奖。除海运业受益于这一观测系统之外，其他海事活动和海洋研究也在充分利用这一系统。MFS 预报系统开发了一系列预报产品，包括鱼群观察系统、溢油漂移预测、漂浮物踪迹预测、特别区域的高分辨率预报、Catalan 海岸保守型和非保守型化学与生物污染物对环境影响的评估、Thermaikos 海湾颗粒污染物传输模型，等。污染物传输模型考虑到粘性沉积物的所有过程（絮凝、沉淀、再悬浮），用于污染突发事件处置的程序化决策。爱尔兰监测系统是为海岸
17、管理服务的。研究者开发了大量预报模 型，其中包括预报难度很大的生物参数，如浮游植物的增长、营养物质浓度。爱尔兰海域管理各方都把可靠、实用的海洋模型放在很重要的位置上。从西欧海洋观测系统得到的各层次产品与受益方可归结如下表 2。表 2 各层次产品与受益方 受益领域 产品 中间产品使用者 最终使用者 气候研究 以现代模型分析过的综合性观测数据库 气象研究中心 海洋和气候研究者、评估人、应对气候变化的决策者 海 洋 环 境保护 状态和影响数据。或者相关的指示剂数据 EEA 西欧环境 agency,OSPAR 保护 东 北 大 西 洋 海 洋 环 境 组织,HRLCOM,Barcelo,国家环保局 D
18、G，ENV，政策制定者、公众。季 节 天 气预 报 或 者更 大 范 围的预报 海洋初始条件；再分析 ECMWF 西欧中尺度天气预报中心，国家气象服务，农业、保险、能源、运输、公共安全保障、研究等部门 渔业、生态系统 物理状态、过去状态的再分析 国家海洋和渔业研究所 ICES、DG FISH，国家渔业部门、相关研究部分 航 运 和 离岸工业 为操作而提供的高分辨率的冰/海或海流预报；设计再分析 提高附加值的服务公司 操作员、航运路线决策者，工业设施结构标准制定、风险估计、EMSA 等部门。溢油管理 温度、风、浪或海流数据 与之相关的国家海洋机构和西欧海洋安全机构 受影响的海岸公益当局和商家 市
19、政安全 温度、风、浪或海流数据 海关、海岸警卫 DG TREN，移民和毒品控制、警察 海洋环境、生态系统 边界和初始条件、数据产品 国家海岸监控和预报系统 国家环境和海洋部门、国家 WFD 报告、海岸管理 四、对发展我国海洋观测系统的启示 1)提高离岸海洋观测和数据获取能力-2)发展业务化海洋学，提升服务能力 西欧的海洋观测系统为产业所提供的服务让我们看到了海洋信息服务的未来。目前我国已经具备了一定的以海洋物理参数为主要内容的近海观测系统，已经开发了一些风暴潮预报产品、海浪预报产品、风预报产品、海温实况和预报、海洋气象预报产品。我国还可以开发对任意时刻、任意时段的潮汐、潮流预报产品，潮高和水深
20、的迭加产品，满足近海控制航向和海洋作业人员提高效率、节能减排、保证安全的需要；可以开发海洋溢油处理信息产品，包括溢油区环境污损状况、海区溢油漂移、扩散趋势分析，溢油造成的经济损失评估及环境影响，溢油污损处理措施方案。目前的观测系统作进一步的调整、充实，以开发对养殖渔业需要的生态环境预报产品和远洋捕捞业的渔业资源信息。可以开发包括海面风场、浪场、流场，温盐场等信息产品，为海洋工程设计提供服务。3)加强整合，提高效益 西欧的整合政策已经实施了很多年，并不断显示这一政策的前瞻性。而我国的海洋信息来源也是丰富的，国家海洋局是海洋信息的主要来源，另外沿海地方部门、国家海洋科学研究部门等也收集海洋信息。由
21、于信息分别属于不同部门、不同地域，部门和地区之间沟通与资源共享性存在很大问题；系统分散、资源分散、经费分散，导致了财力、人力、物力的浪费，降低了我国海洋信息利用与产品开发能力。若利用我国的现有体制，集中海洋技术的高水平力量，集中构建综合海洋观测系统的前瞻性思想，集中各行业对海洋信息的需求，分期分批建设大型国家级海洋观测系统，其后，利用丰富、完整的标准化信息，集中开发各行业信息产品。这将在这种属性为基本建设性质的项目上形成集约化的效益，对我国长远的海洋经济发展打下坚实的基础。4)提高国产海洋观测仪器设备的产业化水平-综合海洋观测系统所需要的技术范围很广，而我国海洋技术的研究单位总体规模已经较十年前扩大了很多倍。但技术水平参差不齐，基础研究力量不足，应用研究不够完整。借鉴西欧海洋观测系统的技术队伍管理模式，可将海洋技术分为几个专业，如遥感 信息应用、海基观测平台、岸基观测平台、志愿船用自动化观测仪器、水下潜器、通信与网络技术等等，对高水平的、有创新能力的专业队伍集中资金投入。增加大型计算机投入，建立综合性信息平台，提供各类数据产品，为提高我国的海洋预报能力、提高海洋科学的认知能力、提高海岸管理能力，积极鼓励数据研究人员开展各类海洋模型的研究与开发。