海洋環境監測數據統計研究

曾容，許艷，楊翼，王秋璐，黃海燕，李瀟

(國家海洋信息中心 天津 300171)

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海洋環境監測數據統計研究

曾容，許艷，楊翼，王秋璐，黃海燕，李瀟

(國家海洋信息中心 天津 300171)

文章根據海洋環境監測數據的特點，分別基于監測指標、監測要素、監測任務設計海洋環境監測數據統計指標和統計方法，統計結果能夠簡潔明了地反映出海洋環境監測數據量的大小并涵蓋相關監測信息，對于提高海洋環境監測數據統計結果質量、開展海洋環境監測任務完成情況評估、促進監測數據交換與信息共享、服務海洋環境管理決策制定等具有重要意義。

海洋環境；海洋監測；監測數據；統計指標

1 引言

海洋環境監測作為科學、全面掌握海洋環境狀況及變化趨勢的基礎性、支撐性、公益性業務工作，其在海洋環境保護工作中的基礎性地位和重要作用日益凸顯[1]。近年來，我國海洋環境監測能力切實加強，業務體系不斷創新發展[2]，海洋環境監測服務效能不斷提升，為開發利用海洋資源、保護海洋生態環境、促進海洋經濟可持續發展提供重要支撐。經過多年海洋環境監測業務工作的開展，從最初的單一特征性參數調查發展至今，已形成監測任務、監測區域、監測站位、監測參數等方面業務化和延續性的監測調查[3]，工作領域與工作內容日益豐富[4]；同時隨著監測數據的不斷獲取與更新，已形成海量數據積累[5]，目前各類海洋環境監測數據年增長量約為200萬個。

但與此同時，在目前公開發布的資料中對海洋環境監測數據的統計口徑和方法各異[6-7]，通常采用的統計指標有文件個數、文件大小、月次、航次、站次、監測區域數、監測站位數、數據記錄數、數據個數等，統計過程中重復、交叉和遺漏等現象并存，給海洋環境數據資料管理、海洋環境監測數據共享與信息交互、海洋環境監測任務考核評估等工作帶來很大不便。

本研究以海洋環境監測數據為對象，提出海洋環境監測數據的統計指標和統計方法，適用于開展海洋環境監測數據量的統計，其結果可輔助各級管理機構開展海洋環境監測任務評估。

2 海洋環境監測數據統計原則

2.1 體現海洋環境監測方案相關要求

海洋環境監測數據的采集均嚴格按照各級海洋環境監測方案執行，監測方案中對海洋環境監測的時間、空間布局、頻次等進行明確規定，因此在統計指標設計時需考慮涵蓋監測方案相關要求，與監測方案相銜接，方便管理部門依據監測方案對海洋環境監測工作進行監督、管理與考核。

2.2 可比性與延續性

統計指標的設計基于現有監測數據的類型，同時考慮歷史監測數據的分類方法，統計的口徑應同時適用于現有監測數據和歷史監測數據，考慮到今后監測工作各項監測任務存在變更和調整的可能性，因此統計指標的設計應為今后變更留有接口，使統計結果具有歷史可比性和延續性。

2.3 全面性與重點性

統計指標的設計不僅要全面，即反映監測工作在時間維度、空間維度等方面的開展情況，綜合統計監測數據量及數據信息；同時要考慮海洋環境監測數據的分類與特征，指標設計要科學合理、簡明扼要，避免重復和繁瑣，立足全面，突出重點。

2.4 可操作性與簡潔性

海洋環境監測數據統計結果所提供的相關信息應具備的基本特征之一，就是讓使用者便于理解，有關復雜事項的相關信息應盡可能以簡潔、易于理解的方式進行直觀顯示。

3 海洋環境監測數據統計指標及方法

3.1 統計指標

海洋監測指在設計好的時間和空間內，使用統一的、可比的采樣和監測手段，獲取海洋環境質量要素和陸源性入海物質資料[8]。在對監測數據的監管及應用過程中，對其時間、空間精度均有要求，因此海洋環境監測數據的統計指標設計也應從時、空2個維度開展，統計指標為監測區域數、監測站位數、監測頻次、監測站次、數據個數5項(圖1)。

圖1 海洋環境監測數據統計指標

從時間維度上看，能夠反映海洋環境監測數據和監測工作完整性的指標有監測日期(采樣時間)，可以從時間角度反映海洋環境監測工作的開展情況和布局，但監測日期無法用統一口徑進行核算，脫離了空間信息單獨考量沒有實際意義，僅有與空間維度的指標組合考量，才能反映監測工作的開展情況。監測日期與監測站位綜合考量即為監測站次和監測頻次，二者可作為表征海洋環境監測數據空間布局廣度和時間布局的指標。

從空間維度的廣度上看，能夠反映海洋環境監測數據和監測工作完整性的指標有監測區域數、監測站位數等，從不同范圍尺度反映海洋環境監測工作的空間布局；從空間維度的深度上看，能夠反映海洋環境監測數據和監測工作完整性的指標有采樣層次，可以從立體尺度反映海洋環境監測工作的布局，但該指標脫離了監測站位沒有實際意義，僅有與監測站位組合考量，才能代表監測工作的立體布局。將監測站位數、采樣層次與監測日期綜合考量，一個監測站位在不同時間和不同層次開展監測工作，即為數據個數，作為綜合表征監測工作空間布局廣度、深度以及時間布局的指標。

3.2 統計方法

海洋環境監測工作按照海洋環境監測方案的規定依監測任務、監測要素分別開展，結合海洋環境監測數據的特點，以監測指標、監測要素和監測任務為統計對象，分別基于監測指標、監測要素、監測任務設計統計指標和統計方法，既可以實現對具體監測指標項和監測要素項的數據量統計，也可以實現對某項監測任務、某個監測區域或某個組織機構開展監測的數據量統計，滿足各級管理機構不同層面的數據量統計需求和監管需求。海洋環境監測數據統計應首先確定數據統計的時空范圍，開展數據整理、分類、標準化處理和質量控制，形成一定時空范圍的海洋環境監測數據集[9]，然后對數據集進行統計。

3.2.1 基于監測指標的統計

監測指標是海洋環境監測工作中最具體的測定項目，也是反映海洋環境監測數據最小的分類單元，因此對海洋環境監測數據的統計首先是基于監測指標的統計，其統計結果可以反映最底層監測工作開展及數據獲取的信息。在海洋數據應用記錄格式中，航次、站位、經緯度、采樣時間、采樣工具等信息屬于海洋環境監測數據的表頭記錄[10]，僅有通過一定監測手段獲取的pH值、溶解氧、生物量等測定信息，才屬于海洋環境監測數據的數據記錄。其中：

(1)水文氣象監測要素的監測指標包括氣溫、風速、風向、氣壓、濕度、相對濕度、天氣現象、光照、海況、降水電導率、降水量、降水pH值、水溫、水深、鹽度、流速、流向、透明度、濁度、水色、漂浮物、日照、浪高、浪向、涌高、總云量、低云量、能見度、海發光、紫外線指數、令人厭惡生物、色臭味；

(2)海水水質監測要素的監測指標包括pH值、溶解氧、化學需氧量、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氨、葉綠素a、活性磷酸鹽、總氮、總磷、總堿度、溶解無機碳、硅酸鹽、懸浮物、糞大腸桿菌、有機碳、硫化物、氯化物、氰化物、馬拉硫磷、甲基對硫磷、銅、鋅、總鉻、汞、鎘、鉛、砷、六價鉻、油類、多氯聯苯、陰離子表面活性劑、揮發酚、硝基苯、六六六、滴滴涕、多環芳烴、弧菌總數、細菌總數、余氯、二乙酯、二丁酯、二乙基己基酯；

(3)海水遙感監測要素的監測指標包括溫度、透明度、懸浮物、葉綠素a；

(4)水動力監測要素的監測指標包括流速、流向、波高、波向、溫度、鹽度、風速、風向；

(5)沉積物質量監測要素的監測指標包括pH值、Eh、有機碳、油類、總汞、銅、鉛、鎘、鋅、鉻、砷、滴滴涕、多氯聯苯、硫化物、酞酸酯類(二乙酯、二丁酯、二乙基己基酯)、酚類化合物(壬基酚、辛基酚、雙酚A)、有機磷農藥(馬拉硫磷、對硫磷、甲基對硫磷)、多環芳烴、六六六；

(6)沉積物粒度監測要素的監測指標包括粒組含量礫、粒組含量砂、粒組含量粉砂、粒組含量黏土、粒組系數Md、粒組系數QD、粒組系數SK、平均粒徑、中值粒徑、偏態值、峰態值、分選系數；

(7)生物質量監測要素的監測指標包括石油烴、總汞、砷、銅、鉛、鋅、鎘、鉻、六六六、滴滴涕、多氯聯苯、弧菌數量、糞大腸桿菌、異養菌數量、腹瀉性貝毒、麻痹性貝毒、二丁基鈦酸酯、二異丁基鈦酸酯、二乙基己基鈦酸酯、萘、菲、蒽、熒蒽、芘、屈、氯霉素、磺胺類；

(8)二氧化碳分壓監測要素的監測指標包括大氣CO2分壓、水體CO2分壓、平衡器水溫、氣溫、風速、風向、相對濕度、氣壓、采水口水溫、鹽度、溶解氧、葉綠素a、濁度；

(9)氣溶膠監測要素的監測指標包括AOT440、AOT500、AOT675、AOT870、AOT1020、臭氧du、水汽；

(10)海洋大氣(干、濕沉降)監測要素的監測指標包括降水量、降水pH值、降水電導率、溫度、總懸浮顆粒物、汞、銅、鉛、鎘、鋅、砷、鉻、鐵、硝酸鹽、氣態硝酸、亞硝酸鹽、銨鹽、磷酸鹽、多環芳烴、硫酸鹽、EC、鈣、鈉、鉀、鎂、甲基磺酸鹽、氨；

(11)海水放射性監測要素的監測指標包括總U、226Ra、總β、137Cs、134Cs、110Ag、58Co、60Co、90Sr、3H、54Mn、65Zn；

(12)沉積物放射性監測要素的監測指標包括總U、226Ra、232Th、40K、總β、134Cs、137Cs、110Ag、58Co、60Co、90Sr、54Mn、65Zn；

(13)生物放射性監測要素的監測指標包括總U、226Ra、40K、總β、137Cs、110Ag、58Co、60Co、90Sr、54Mn、65Zn；

(14)大氣放射性監測要素的監測指標包括環境γ輻射劑量率；

(15)赤潮貝毒監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、貝毒種類、貝毒含量；

(16)赤潮生物監測要素的監測指標包括總密度、優勢種拉丁名、優勢種中文名稱、優勢種密度；

(17)海水入侵監測要素的監測指標包括水位、氯度、礦化度；

(18)土壤鹽漬化監測要素的監測指標包括pH值、氯離子、硫酸根離子、全鹽含量；

(19)海岸侵蝕監測要素的監測指標包括海岸侵蝕長度、最大侵蝕寬度、平均侵蝕寬度、侵蝕總面積；

(20)陸源入海水質監測要素的監測指標包括pH值、徑流量、鹽度、溶解氧、化學需氧量、生化需氧量、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、活性磷酸鹽、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、汞、砷、總鉻、總氮、總磷、有機碳、硫化物、硅酸鹽、懸浮物、六價鉻、六六六、滴滴涕、氯化物、高錳酸鹽指數、葉綠素a、鈉氏氨、多氯聯苯、揮發酚、硝基苯、苯胺、動植物油、陰離子表面活性劑；

(21)海洋垃圾監測要素的監測指標包括類型、密度、數量；

(22)浮游植物監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、數量、密度；

(23)浮游動物監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、數量、密度、重量、生物量；

(24)底棲生物監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、數量、密度、重量、生物量；

(25)潮間帶生物監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、數量、密度、重量、生物量；

(26)紅樹林棲息地監測要素的監測指標包括林地總面積、未成林面積、天然更新林面積、覆蓋度、病蟲害類型、主要侵害紅樹林種類、病蟲害發生面積、外來生物種類、外來生物分布面積；

(27)珊瑚礁群落監測要素的監測指標包括珊瑚礁總面積、活珊瑚蓋度(硬珊瑚、軟珊瑚)、種類數量(硬珊瑚、軟珊瑚)、底質類型(巖石、鵝卵石、沙、軟泥)、死亡狀況(死亡珊瑚數量、6個月內死亡率、1～2年內死亡率、2年以上死亡率、總死亡率)、硬珊瑚補充量、病害種類及發生率(B、BB、WB、RW、YB、RB、其他)、病害發生面積、敵害生物入侵種名、敵害生物入侵面積、敵害入侵生物種中文學名、敵害入侵生物種拉丁名；

(28)魚卵仔魚監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、數量、密度；

(29)紅樹林群落監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、數量、密度、平均胸徑、最大株高、最小株高、平均株高、最長年齡、最短年齡、紅樹林分布面積、紅樹林植物名稱、高度、生長時間、紅樹林病蟲害；

(30)珊瑚礁魚類監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、密度；

(31)海草床群落監測要素的監測指標包括柱狀樣面積、蓋度、高度、總密度、總生物量、物種拉丁文、物種中文名、葉片、鞘(莖)、根、密度；

(32)鳥類群落監測要素的監測指標包括種類、密度、主要種群數量、海鳥遷徙時間、繁殖期；

(33)珍稀生物監測要素的監測指標包括數量、分布、生物量、年齡結構；

(34)游泳動物監測要素的監測指標包括物種中文名、物種拉丁名、種類、數量、優勢種、分布；

(35)保護對象監測要素的監測指標包括種群數量、棲息密度、棲息面積；

(36)外來物種監測要素的監測指標包括種類、數量、分布范圍。

需要注意的是，上述監測要素及監測指標名稱可依監測方案進行新增及調整。

基于監測指標的統計結果是后續開展監測要素及監測任務統計的基礎。統計項包括對某項監測指標實施監測的監測區域數(A1)、監測站位數(B1)、監測頻次(C1)、監測站次(D1)、數據個數(E1)5項，監測數據集中所有監測指標均應參與統計，未檢出項也參與統計。

計算方法如下：

A1為計算對該項監測指標實施監測的監測區域總數量，單位為個；

B1為計算對該項監測指標實施監測的監測站位總數量，單位為個；

C1為計算各監測站位對該項監測指標實施監測的監測頻次最大值，單位為次/單位時間，公式為

(1)

其中c1i(i=1,2,…B1)為第i個監測站位對該項監測指標實施的監測頻次，單位為次/單位時間；

D1為計算各監測站位對該項監測指標實施監測的監測頻次之和，單位為次/單位時間，公式為

(2)

E1為計算對該項監測指標實施監測的數據個數，單位為個。

3.2.2 基于監測要素的統計

監測要素是指海水水質、海洋沉積物、浮游植物、浮游動物等反映海域監視監測對象的基本要素。監測要素是由各監測指標構成的，在海洋環境監測工作開展過程中，數據報表也是以監測要素為單位進行報送，其統計結果可以反映每種監測要素監測工作的開展及數據獲取的情況。基于監測要素的統計應當確定數據集中該監測要素涉及的監測指標個數(M)，并在監測指標統計結果的基礎上開展。

統計項包括對某項監測要素實施監測的監測區域數(A2)、監測站位數(B2)、監測頻次(C2)、監測站次(D2)、數據個數(E2)5項。

計算方法如下：

A2為計算該監測要素中各項監測指標A1j(j=1,2,…M)的最大值，單位為個；

B2為計算該監測要素中各項監測指標B1j(j=1,2,…M)的最大值，單位為個；

C2為計算該監測要素中各項監測指標C1j(j=1,2,…M)的最大值，單位為次/單位時間；

D2為計算該監測要素中各項監測指標D1j(j=1,2,…M)的最大值，單位為次/單位時間；

E2為計算該監測要素中各項監測指標E1j(j=1,2,…M)之和，單位為個。

3.2.3 基于監測任務的統計

監測任務是在海洋環境監測方案中確定的、根據不同的海洋環境監視監測與評價目的而劃分的海洋環境監視監測類型，是構成海洋環境監測方案的核心內容，也是各地海洋環境管理機構開展海洋監測工作考核評估的重點。一項監測任務中一般包含多項監測要素的監測工作，基于監測任務的統計應確定數據集中該監測任務涉及的監測要素個數(N)，在監測要素統計結果的基礎上開展。基于組織單位、監測機構、監測區域等的統計可參照本方法開展。

統計項包括某項監測任務的監測區域數(A3)、監測站位數(B3)、監測頻次(C3)、監測站次(D3)、數據個數(E3)5項。

計算方法如下：

A3為計算該監測任務中各項監測要素A2k(k=1,2,…N)的最大值，單位為個；

B3為計算該監測任務中各項監測要素B2k(k=1,2,…N)的最大值，單位為個；

C3為計算該監測任務中各項監測要素C2k(k=1,2,…N)的最大值，單位為次/單位時間；

D3為計算該監測任務中各項監測要素D2k(k=1,2,…N)之和，單位為次/單位時間；

E3為計算該監測任務中各項監測要素E2k(k=1,2,…N)之和，單位為個。

3.3 統計結果

以2014年海洋生態文明示范區監測任務中海水水質、海洋沉積物的部分合并監測數據集為樣例，對3種統計方法的統計結果進行說明。

基于監測指標的統計結果如表1所示。

表1 基于監測指標的統計結果

基于監測要素的統計結果如表2所示。

表2 基于監測要素的統計結果

基于監測任務的統計結果如表3所示。

表3 基于監測任務的統計結果

通過對以上3種統計模式的計算，不僅給出每個監測指標、每個監測要素監測情況的統計結果，同時也可以方便地計算出“生態文明示范區”這項監測任務共有4項監測指標、2項監測要素開展監測，從多個維度清晰反映監測工作的開展情況。

4 結語

目前我國海洋環境監測數據信息量呈幾何增長趨勢，但尚未有規范的統計指標項與統計方法，不僅不利于對監測數據的摸底清查，也給數據信息共享、交互、服務等帶來一定障礙。本研究根據海洋環境監測數據的獲取方式及特點，以時間和空間為基點，對統計指標進行多維組合，由小尺度至大尺度，層層遞進設計統計指標，滿足管理者不同維度的統計需求。統計結果能夠簡潔明了地反映出海洋環境監測數據量的大小并涵蓋相關監測信息，對于提高海洋環境監測數據統計結果質量、開展海洋環境監測任務完成情況評估、促進監測數據交換與信息共享、服務海洋環境管理決策制定等具有重要意義。同時，海洋環境監測數據統計指標的確定也有利于針對統計指標制定統計程序，為實現海洋環境監測數據統計工作智能化、信息化奠定基礎。

[1] 熊小飛，上官茂森，陳潔，等.我國海洋環境監測工作的發展對策[J].海洋開發與管理，2014，31(8)：76-79.

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[3] 路文海，向先全，楊翼，等.海洋環境監測數據處理技術流程與方法研究[J].海洋開發與管理，2015，32(2)：58-62.

[4] 陳軍.關于加強海洋環境監測工作的思考[J].海洋開發與管理，2010，27(12)：60-63.

[5] 石綏祥，雷波.中國數字海洋：理論與實踐[M].北京：海洋出版社，2011.

[6] 國家海洋局.2015年中國海洋環境質量公報[Z].2016.

[7] 國家海洋局.2014年中國海洋統計年鑒[M].北京：海洋出版社，2015.

[8] 國家質量技術監督局.海洋監測規范 第1部分：總則：GB 17378.1-2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

[9] 向先全，路文海，楊翼，等.海洋環境監測數據集質量控制方法研究[J].海洋開發與管理，2015，32(1)：88-91.

[10] 國家質量技術監督局.海洋數據應用記錄格式：GB/T 12460[S].北京：中國標準出版社，2006.

The Monitoring Data Statistics for Marine Environment

ZENG Rong，XU Yan，YANG Yi,WANG Qiulu，HUANG Haiyan，LI Xiao

(National Marine Data and Information Service，Tianjin 300171，China)

According to the characteristics of the marine environmental monitoring data，statistical indicators and methods of marine environment monitoring data were designed，based on the monitoring indicators，elements and task.The statistics reflected the monitoring data size and covered the relevant monitoring information.Statistical indicators and statistical methods has important significance for improving the quality of marine environment monitoring data statistics，assessing marine environmental monitoring task，promoting monitoring data and information sharing，and environmental management decision making.

Marine environment，Marine monitoring，Monitoring data，Statistics

2016-09-07；

2017-02-21

海洋公益性行業科研專項經費項目“我國海洋環境監測評價體系優化與綜合服務平臺開發”(201005014).

曾容，助理研究員，碩士，研究方向為海洋環境管理，電子信箱：mimizr@126.com

P7

A

1005-9857(2017)04-0032-06