國(guó)外業(yè)務(wù)化海洋觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)進(jìn)展及對(duì)我國(guó)的啟示

李慧青，葉穎，李燕，王強(qiáng)

（國(guó)家海洋技術(shù)中心 天津 300112）

業(yè)務(wù)化海洋觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)技術(shù)，是包含了長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)海洋，傳遞觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立海洋模型，用海洋模型處理觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，最后得到業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報(bào)的全套海洋數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)、采集與處理技術(shù)。這套技術(shù)為相關(guān)用戶(hù)提供持續(xù)、及時(shí)和有效的信息支持，在海上作業(yè)的高效與避險(xiǎn)中發(fā)揮重要作用。

隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)的不斷深入，多種獲取海洋數(shù)據(jù)的技術(shù)不斷得到發(fā)展，尤其是衛(wèi)星的多波段、多角度掃描，開(kāi)辟了業(yè)務(wù)化海洋學(xué)的新天地。觀(guān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和數(shù)據(jù)處理能力的提升推動(dòng)著海洋觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)化體系的不斷升級(jí)。21世紀(jì)后，眾所周知的業(yè)務(wù)化系統(tǒng)有美國(guó)海岸帶和海洋觀(guān)測(cè)整合系統(tǒng)（IOOS）［1］、歐洲的波羅的海業(yè)務(wù)化海洋系統(tǒng)（BOOS）［2］、全球海洋觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中的地中海海洋網(wǎng)（MONGOOS）［3］、英國(guó)國(guó)家海洋預(yù)報(bào)中心（NCOF）［4］、日本氣象廳［5］的海洋觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)，許多海洋國(guó)家已形成了固定成熟的海洋業(yè)務(wù)化觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)的管理模式。

我國(guó)的業(yè)務(wù)化海洋數(shù)值預(yù)報(bào)體系已基本成型并快速發(fā)展，但在規(guī)模、服務(wù)項(xiàng)目和分辨率等方面與國(guó)外還有一定差距［6］。因此對(duì)近年來(lái)國(guó)外業(yè)務(wù)化運(yùn)行的海洋觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)體系的升級(jí)服務(wù)、保障機(jī)制以及預(yù)業(yè)務(wù)化觀(guān)測(cè)系統(tǒng)（pre－operational coastal prediction system）進(jìn)行對(duì)比研究，對(duì)完善我國(guó)海洋預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、提高業(yè)務(wù)化服務(wù)水平、加快業(yè)務(wù)化進(jìn)程都有一定益處。

1 歐洲的一體化業(yè)務(wù)化觀(guān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)

MONGOOS作為地中海海洋業(yè)務(wù)化的協(xié)調(diào)組織，整合了歐盟第五、六、七框架計(jì)劃下支持的業(yè)務(wù)化系統(tǒng)：地中海志愿船觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，地中海Argo浮標(biāo)，科里奧利觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，地中海Gloss系統(tǒng)，希臘Poseidon觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，海表面溫度、水色以及海面高度衛(wèi)星遙感系統(tǒng)，克里特海、亞德里亞海以及利古里亞海的海上浮標(biāo)系統(tǒng)，Puertos del Estado實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，地中海表面漂流浮標(biāo)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，有13個(gè)國(guó)家的36個(gè)單位參與其中。其目標(biāo)為：①鞏固與擴(kuò)展地中海監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)，充分整合以提高歐洲的全球海洋業(yè)務(wù)化能力；②協(xié)調(diào)、改善以及統(tǒng)一觀(guān)測(cè)系統(tǒng)和信息系統(tǒng)；③高質(zhì)量完成通用化業(yè)務(wù)化產(chǎn)品、發(fā)展新客戶(hù)、拓展業(yè)務(wù)化海洋信息產(chǎn)品、發(fā)展與聯(lián)合國(guó)環(huán)境署組織的保護(hù)地中海行動(dòng)項(xiàng)目以及其他相關(guān)項(xiàng)目的區(qū)域性合作等任務(wù)；④提高和豐富海事使用者和環(huán)保人士需要的服務(wù)；⑤鼓勵(lì)地中海監(jiān)測(cè)／預(yù)報(bào)方面的科學(xué)活動(dòng)，鼓勵(lì)科研與業(yè)務(wù)化海洋服務(wù)的關(guān)聯(lián)。

只有保證了觀(guān)察網(wǎng)中數(shù)據(jù)安全順暢，才能發(fā)布有規(guī)律的、系統(tǒng)的地中海區(qū)域產(chǎn)品。因此，所有參加方均簽署了數(shù)據(jù)交換協(xié)約（data exchange agreement），成立了數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。該系統(tǒng)的決策機(jī)構(gòu)為理事會(huì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括主席、管理小組、科學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)和業(yè)務(wù)優(yōu)化咨詢(xún)小組。理事會(huì)由所有會(huì)員國(guó)選出的代表組成，職能之一就是評(píng)估各項(xiàng)決定以及過(guò)去一年中業(yè)務(wù)優(yōu)化咨詢(xún)小組、管理小組和主席所做的工作。

MONGOOS下的重要機(jī)構(gòu)——污染應(yīng)急響應(yīng)中心幫助地中海沿岸會(huì)員國(guó)審查簽署的國(guó)際海事協(xié)約，以預(yù)防船只海洋污染造成的損失。污染應(yīng)急響應(yīng)中心與會(huì)員國(guó)達(dá)成了合作協(xié)議：①在一些活動(dòng)中（如培訓(xùn)應(yīng)急反應(yīng)、制定應(yīng)急規(guī)劃），可使用會(huì)員國(guó)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)；②會(huì)員國(guó)遇到應(yīng)急事件時(shí)，一旦提出要求，中心立即提供幫助；③在防止地中海船只經(jīng)常性污染所涉及的項(xiàng)目上進(jìn)行合作；④為升級(jí)系統(tǒng)，在需要高分辨率預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的海域開(kāi)展合作；⑤在繪制地中海石油風(fēng)險(xiǎn)圖（oil risk maps）上進(jìn)行合作。

事實(shí)證明，數(shù)據(jù)交換協(xié)約下的共享系統(tǒng)和會(huì)員國(guó)組成的專(zhuān)業(yè)服務(wù)隊(duì)伍顯著提高了觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)的效率。

2 全美業(yè)務(wù)化體系及其專(zhuān)業(yè)服務(wù)

IOOS是在美國(guó)各地已建立的上百個(gè)近海觀(guān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上建成的全國(guó)主干系統(tǒng)和地區(qū)子系統(tǒng)，其目標(biāo)是進(jìn)行海洋現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、數(shù)據(jù)管理和信息服務(wù)。其協(xié)調(diào)管理的重任歷經(jīng)3次機(jī)構(gòu)變遷，2011年起，落在美國(guó)海洋與大氣管理局（NOAA）肩上。與海洋觀(guān)測(cè)有關(guān)的部委組成“跨部門(mén)海洋觀(guān)測(cè)委員會(huì)”［7］，目前參加者是：NOAA、國(guó)家基金委、國(guó)家航空航天局、環(huán)保部、海洋能源管理局、哺乳動(dòng)物委員會(huì)、國(guó)防部參謀長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)、海軍研究所、陸軍工程兵團(tuán)、海岸警衛(wèi)隊(duì)、地質(zhì)調(diào)查局和國(guó)務(wù)院。

IOOS有效地與地區(qū)、全國(guó)和國(guó)際觀(guān)測(cè)網(wǎng)及數(shù)據(jù)管理和分析網(wǎng)相連接，為更好地認(rèn)識(shí)和預(yù)報(bào)全球變化以及全球變化對(duì)美國(guó)海域、海岸、河口和五大湖的影響提供信息，為生活、工作、休閑在海岸帶的人們提供涉海信息。

NOAA 下屬單位——業(yè)務(wù)化海洋產(chǎn)品與服務(wù)司負(fù)責(zé)提供海洋公益性信息產(chǎn)品［8］。這一司的下屬部門(mén)分為：①工程部。負(fù)責(zé)規(guī)范和升級(jí)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)與技術(shù)。②觀(guān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行部。負(fù)責(zé)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)的選址、運(yùn)行維護(hù)、上崗培訓(xùn)等。③信息系統(tǒng)部。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理用計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的建立與升級(jí)，軟件開(kāi)發(fā)，制定實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布模式等。④海洋部。下分兩支，一支為計(jì)劃部，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)觀(guān)測(cè)與分析系統(tǒng)模式，保障系統(tǒng)具備環(huán)境評(píng)價(jià)意義，確定預(yù)測(cè)模型，開(kāi)發(fā)各種系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值，包括訴訟法律依據(jù)；另一支為數(shù)據(jù)監(jiān)控與服務(wù)部，負(fù)責(zé)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，報(bào)告偏差狀況，建立數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)用戶(hù)界面，發(fā)布實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。

以得克薩斯州為例［9］，在網(wǎng)上除可看到35個(gè)海岸觀(guān)測(cè)站實(shí)測(cè)的海洋信息，還可以看到7個(gè)點(diǎn)的海平面變化趨勢(shì)，36個(gè)點(diǎn)的水平面報(bào)告，35個(gè)點(diǎn)的潮汐調(diào)和系數(shù)，24個(gè)點(diǎn)的洪澇分析，以及春夏季每周兩次、秋冬季每周1次的赤潮報(bào)告。

美國(guó)海洋信息產(chǎn)品中享有盛譽(yù)的是物理海洋環(huán)境要素實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)（PORTS）［10］。由港口處的多普勒流量?jī)x（ADCP）、氣象、水位等數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)的PORTS信息產(chǎn)品不僅可有效減少船舶擱淺的風(fēng)險(xiǎn)，提高港口的吞吐量，還可以高效控制大型船舶抵離港口的時(shí)間；PORTS 還能幫助碼頭工人和船只在對(duì)接和轉(zhuǎn)移貨物時(shí)提供決策，確保操作安全，減少不必要的航道疏浚。船長(zhǎng)在船舶進(jìn)入港口之前，就可以得到PORTS所提供的信息，對(duì)未來(lái)的航程做出計(jì)劃和安排。一旦發(fā)生石油泄漏，PORTS 系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)可以預(yù)測(cè)石油在海水上的浮動(dòng)情況，提高處理這類(lèi)突發(fā)事件的效率。這套系統(tǒng)還可以為區(qū)域航運(yùn)提供公共服務(wù)，例如為小型娛樂(lè)或商用船只提供環(huán)境數(shù)據(jù)、協(xié)助海岸警衛(wèi)隊(duì)管理海上交通安全事務(wù)等。PORTS每年僅在海事保險(xiǎn)上就節(jié)省上千萬(wàn)美元的航運(yùn)事故賠償。

美國(guó)浮標(biāo)信息還可以通過(guò)自動(dòng)電話(huà)獲得［11］。1997年建立了語(yǔ)音播報(bào)浮標(biāo)信息系統(tǒng)（Dial－ABuoy），并在2007 年對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，使系統(tǒng)操作性更好。Dial－A－Buoy 面向全民。在沿海地區(qū)，根據(jù)Dial－A－Buoy的觀(guān)測(cè)報(bào)告，漁民或沖浪者對(duì)是否可以安全出航進(jìn)行判斷。有報(bào)道稱(chēng)，這些浮標(biāo)數(shù)據(jù)報(bào)告挽救了無(wú)數(shù)生命。

另外，美國(guó)墨西哥灣信息庫(kù)中有大量ADCP數(shù)據(jù)［12］，一旦出現(xiàn)溢油，可在短時(shí)間內(nèi)，對(duì)溢油流向做出預(yù)測(cè)，以便及時(shí)采用減災(zāi)措施。

3 主要國(guó)家的海洋生態(tài)業(yè)務(wù)化

歐洲在海洋生態(tài)的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)方面做了大量工作，水平達(dá)到區(qū)域性，個(gè)別生態(tài)參數(shù)有預(yù)報(bào)產(chǎn)品。但和美國(guó)、日本等國(guó)家一樣，歐洲的大部分海洋生態(tài)信息是以定期報(bào)告的形式發(fā)放。

生態(tài)信息的業(yè)務(wù)化主要?dú)w功于衛(wèi)星遙感，即通過(guò)衛(wèi)星資料反演葉綠素濃度、水色、水溫等參數(shù)。其次是近岸的生態(tài)監(jiān)測(cè)，大部分是取樣測(cè)量，只有溶解氧、葉綠素等少數(shù)參數(shù)是自動(dòng)觀(guān)測(cè)。自動(dòng)觀(guān)測(cè)平臺(tái)為岸基臺(tái)站和海上浮標(biāo)。半自動(dòng)觀(guān)測(cè)平臺(tái)是移動(dòng)的觀(guān)測(cè)船或志愿船。

3．1 赤潮監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

相對(duì)其他生態(tài)狀況預(yù)報(bào)，赤潮預(yù)報(bào)優(yōu)先得到發(fā)展。一些國(guó)家已實(shí)現(xiàn)赤潮業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)，以定期報(bào)告的形式發(fā)放赤潮信息。

美國(guó)的墨西哥灣預(yù)報(bào)產(chǎn)品網(wǎng)頁(yè)上有利用衛(wèi)星MODIS、Aqua和SeaWiFS探測(cè)的遙感水色／葉綠素?cái)?shù)據(jù)，還有原位細(xì)胞計(jì)數(shù)和定期健康報(bào)告［13］。生態(tài)健康數(shù)據(jù)提供者是佛羅里達(dá)州漁業(yè)與野生動(dòng)物研究所、Mote海洋研究所、Sarasota縣健康部門(mén)、Collier縣環(huán)保部門(mén)等多家衛(wèi)生與健康機(jī)構(gòu)，Texas A＆M 大學(xué)也提供生態(tài)健康報(bào)告。

NOAA 以咨詢(xún)通報(bào)的形式提供赤潮信息以及評(píng)價(jià)當(dāng)前赤潮的規(guī)模是否有必要進(jìn)一步取樣、監(jiān)測(cè)。經(jīng)過(guò)收集在各觀(guān)測(cè)站的數(shù)據(jù)、衛(wèi)星觀(guān)測(cè)的葉綠素濃度影像信息以及現(xiàn)場(chǎng)浮標(biāo)數(shù)據(jù)后，經(jīng)專(zhuān)家分析、整合以確定赤潮藻在現(xiàn)今和未來(lái)的位置和密度，然后以赤潮通報(bào)的形式由國(guó)家和地方的管理部門(mén)發(fā)布赤潮預(yù)報(bào)。系統(tǒng)每天收集一次信息，每周在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布兩次預(yù)報(bào)。

NOAA 預(yù)報(bào)系統(tǒng)已成功預(yù)測(cè)了墨西哥灣的米氏凱倫藻赤潮、北美五大湖區(qū)的藍(lán)藻水華、緬因?yàn)澈托掠⒏裉m海岸的亞歷山大藻赤潮、切薩皮克灣的劇毒卡爾藻赤潮以及華盛頓沿岸的擬菱形藻赤潮。

歐盟在第五框架計(jì)劃里資助了地中海赤潮觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)，第七框架計(jì)劃里資助了歐洲北海和波羅的海的赤潮監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，讓整個(gè)歐洲國(guó)家沿海的赤潮都處在觀(guān)察中。

地中海赤潮信息重點(diǎn)在地中海北部幾個(gè)旅游區(qū)海岸［14］。信息獲取需要會(huì)員密碼。會(huì)員進(jìn)入信息系統(tǒng)后，獲得來(lái)自79個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星的以及預(yù)報(bào)模型的葉綠素?cái)?shù)據(jù)，水文氣象、營(yíng)養(yǎng)鹽、溶解氧等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，赤潮藻PCR 分析的發(fā)展階段與豐度信息。波羅的海［15］和北海［16］的網(wǎng)頁(yè)可以免費(fèi)獲得葉綠素和漫射衰竭的衛(wèi)星實(shí)測(cè)值和模型推算值，還有每周1次的赤潮報(bào)告。

3．2 生態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

除衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)外，英國(guó)的自動(dòng)生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要是溶解氧、濁度、熒光（葉綠素）、有色溶解有機(jī)物、硝酸鹽。現(xiàn)產(chǎn)生的生態(tài)預(yù)報(bào)參數(shù)有葉綠素、硝酸鹽、水體透光度、鞭毛蟲(chóng)豐度等［17］。

日本氣象廳調(diào)查船定期進(jìn)行生態(tài)方面的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)參數(shù)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、葉綠素、汞等重金屬以及海水與海－氣中二氧化碳和其他溫室氣體的濃度，并以定期報(bào)告的形式發(fā)放信息［18］。

美國(guó)并沒(méi)有在所有海濱開(kāi)展常用生態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)，而在曾經(jīng)發(fā)生過(guò)海洋生態(tài)健康爭(zhēng)議的河口處常年進(jìn)行總磷、總氮等參數(shù)的定期取樣監(jiān)測(cè)，如哥倫比亞河口［19］、紐斯河口［20］。哥倫比亞河口已經(jīng)有鹽度預(yù)報(bào)產(chǎn)品，為保護(hù)當(dāng)?shù)仵q魚(yú)等生物發(fā)揮了重要作用。

4 對(duì)我國(guó)海洋業(yè)務(wù)化的啟示

4．1 業(yè)務(wù)化的高效運(yùn)行取決于相近區(qū)域一體化

從歐洲國(guó)家在海洋信息上的合作可以看出，實(shí)現(xiàn)區(qū)域數(shù)據(jù)的一體化，從而獲得大面積信息，可提高預(yù)報(bào)產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比。從海洋強(qiáng)國(guó)布放Argo浮標(biāo)的數(shù)量也可看到其區(qū)域數(shù)據(jù)一體化整合的努力。考慮到東南亞海域還有大量觀(guān)察站空白，因此在整合我國(guó)區(qū)域海洋信息的同時(shí)，如何擴(kuò)大我國(guó)的海洋業(yè)務(wù)化范圍，為東南亞國(guó)家提供海洋信息服務(wù)，也是我國(guó)對(duì)外政策應(yīng)考慮的問(wèn)題。

4．2 經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展亟須提供新型的業(yè)務(wù)化服務(wù)

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海洋強(qiáng)國(guó)的建設(shè)，海上作業(yè)、海上娛樂(lè)活動(dòng)頻繁，迫切需要社會(huì)化的海上服務(wù)新產(chǎn)業(yè)。目前我國(guó)的業(yè)務(wù)化產(chǎn)品還只是最基礎(chǔ)的，專(zhuān)業(yè)服務(wù)的水平和能力還不能滿(mǎn)足發(fā)展需求。因此，有必要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)更專(zhuān)業(yè)化的航海、海上環(huán)保和海上搜救等產(chǎn)品。

4．3 生態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)化還任重道遠(yuǎn)

生態(tài)監(jiān)測(cè)與水文氣象監(jiān)測(cè)不同，水文氣象觀(guān)測(cè)不足會(huì)導(dǎo)致海事決策失誤，但水質(zhì)監(jiān)測(cè)能力不足并不會(huì)導(dǎo)致水源污染，因?yàn)樗|(zhì)污染的根源是污染源管理不善。有了詳細(xì)的水文氣象數(shù)據(jù)，海上作業(yè)決策人可以確定正確的措施；而即使有了實(shí)時(shí)生態(tài)數(shù)據(jù)，環(huán)境保護(hù)者也不能高枕無(wú)憂(yōu)，因?yàn)橹挥凶匀粸?zāi)害是有可能預(yù)測(cè)的，而人為災(zāi)害是無(wú)法通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的。

國(guó)際上海洋生態(tài)保護(hù)較好的國(guó)家，都是建立在嚴(yán)格的環(huán)保法律之上的。我國(guó)2014年4月24日宣布經(jīng)過(guò)4年?duì)幾h的《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》（修訂案）將于2015年1月1日起實(shí)行，彼時(shí)可作為執(zhí)法依據(jù)的生態(tài)參數(shù)的快速監(jiān)測(cè)會(huì)得到發(fā)展。因此，當(dāng)務(wù)之急是多發(fā)展生態(tài)污染應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)，以保護(hù)生命與海上財(cái)產(chǎn)、懲罰肇事者。我國(guó)應(yīng)該分清輕重緩急，積極研發(fā)赤潮藻發(fā)展階段與豐度現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，整合已有的生態(tài)研究成果，提升現(xiàn)有產(chǎn)品的針對(duì)性和實(shí)用性，穩(wěn)步推進(jìn)生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)。

［1］National Ocean Service，National Oceanic and Atmospheric Administration，Department of Commerce，et al．U．S．IOOS data［EB／OL］．（2014－02－27）［2014－04－27］．http：／／www．ioos．noaa．gov／data／welcome．html．

［2］Baltic Operational Oceanographic System．The boos vision［EB／OL］．［2014－04－27］．http：／／www．boos．org／．

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