第一篇：海洋与未来
谁掌握了海洋谁就掌握了未来
古罗马哲学家西塞罗说：“谁控制了海洋，谁就控制了世界。”这种控制海洋的能力被称为海权，此概念由美国海军历史学家马汉在其代表作《海权对历史的影响》提出。海洋面积占地球表面的71%，陆地部分分散的分布在大洋中。纵观世界近代历史，海权对大国兴衰起着作用重要。自地理大发现以来，西班牙、葡萄牙、荷兰、英国，美国世界霸主无一不是海权国家。以英国为例，英国分别与1588年与西班牙无敌舰队1780-1784年与荷兰进行海战并取得胜利，夺取海上霸主地位，拥有广阔的殖民地，成为“日不落帝国”。
近代以来海海权势力压倒陆权的现象比较复杂,可能有以下几个因素:第一,在世界现代化过程中,由海洋贸易引发的先进生产技术和先进社会制度最初产生于沿海地区,如威尼斯、佛罗伦萨、热亚那、荷兰、英国、法国等,然后逐渐向原始农牧生产技术和中世纪集权专制状态的内陆渗透。相对地处沿海的西欧国家而言,内陆国家都属于后发展国家,在经济、技术、政治、文化等变革方面经常滞后。第二,航海贸易经济产生竞争的社会机制,激发了社会的创造发明欲望,成为科学技术进步的持续动力源。第三,由于国际间的冲突和自古延续的“丛林原则”主宰世界,这种持续的科学技术进步不断地转换为强大的军事力量,而沿海国家在军事上总是领先一步。第四,航海贸易的市场经济制度抚育出能够保障自身并与自身相适应的民主政治制度,民主政治社会比较具有凝聚力,内部消耗少。民主政治体制保证了个人自由权利和创造力的发挥以及社会财富积累、科学技术、军事力量的持续正常发展。相反,具有长期农耕、游牧传统的内陆国家往往采取与之相适应的高度集权体制,形成专制社会,对以市场经济为基础的现代化有着天然抵触倾向,从而形成漫长的由专制社会向民主社会的过渡期,使得内陆国家在迈向现代化时步履蹒跚,在政治制度、科学技术、财富积累、内部凝聚力、军事力量等方面全面落后于沿海国家。第五,海权国家的现代化一开始就重视现代国家制度与现代化的同步,陆权国家的现代化因国家制度过多地保留了古代落后的因素,不能形成必要的同步,对现代化的发展形成过多的障碍。
同时海洋国家中的海军与陆军空军往往能形成一种协同关系，海洋国家的海军必须具备在平时和战时维护国家“海上生命线”的能力,承担向涉及国家生存的海外地区投送陆军的任务,尤其在战争时期要能够战胜对手的海军,扫清海上投送路线上的障碍,还要为陆军作战提供源源不断的后勤供应和兵力增援。有时海军舰船火力直接掩护登陆作战,支援陆军军事行动。尤其在制空权决定胜负的情况下,以航空母舰为主的海军航空兵所提供的制空权对海外陆军作战意义重大。没有海军的保障,再强大的陆军也无法抵达涉及国家生存利益的海外地域,并取得海外作战的胜利。如果陆军作战失败,海军还负有把陆军安全撤回本土、防止对方对自己本土入侵等任务。此外,海洋国家的海权战略虽有防御本土的职责,但更重要的职能是保障海上运输线的安全和向本土之外的地区投送陆军兵力。因为威胁海洋国家结构的因素往往不在本土之内,而在本土之外。海洋国家重视海军建设,把海权作为战略重点并非忽视陆权的重要性。保护国家海外利益的军事行动最终需陆军来完成,如果投送到海外的陆军不堪一击,那么海军再强大也是毫无意义的,所以海权国家同样高度重视陆军建设以及海外陆权投送的有效性。海权国家和陆权国家同样地重视陆权控制能力,只是所关注的重点不是本土,而是本土之外的地区。海军陆战队这一军种的出现多少暗示了一种现象:海权国家的陆军都具有海军陆战队的性质。由于海外作战所遇困难大于、多于本土作战,所以海洋国家的野战陆军素质一般高于负责本土守卫的陆军。强大的海军可以在海上歼灭入侵之敌,从而大大减轻本土陆军的负担,并且在很大程度上承担本土陆军的功能。海军越是强大,本土就越是安全。与其说“海权拱卫陆权”,不如说本土陆权的功能部分地转移给了海权。因此,对海洋国家来说,不存在海权和陆权哪个更重要的问题,而是在整个国防体系运作中发挥各自不可替代的功能以及随战场空间变换二者如何协作的问题。
除了海洋的战略效益之外，海洋的经济效益也不容忽视。随着陆地自然资源的日益枯竭和海洋勘测技术的迅猛发展，海洋的经济效益日益凸显。有的科学家预言21世纪是海洋的世纪。
海洋中的生物资源，矿产资源，海洋能资源也对国家经济的发展贡献越来越大。
中国作为一个传统的陆权国家在近代化的实质由内陆农耕国家转向现代海洋国家，正如美国历史学家房龙写道:“和印度一样,中国也是一个半岛,一个半圆形半岛,而不是三角形。”从历史上看,大凡半岛形地区或迟或早会从陆权转向海权,只是过程较缓慢,因为深受内陆经济结构的制约,半岛面积越大,内陆性格就改变得越慢。变化的契机主要来自外部商业经济结构的移植,如古代希腊半岛的许多城邦国家、意大利半岛上的罗马国家、斯堪的那维亚半岛上的海盗国家、中世纪伊比利亚半岛的西班牙人、今天的印度和中国。中国近代的历史充分体现了海权在主权国家的历史作用，中国近代史的开端由英国海军轰开，鸦片战争，甲午海战中国海军受够了窝囊气。中国中国近代的有识之士也逐步认识到“兴帮（邦）张海权”的道理，孙中山曾说：“海权兴，则国兴。”“海权操之在我则存，操之在人则亡”。中华人民共和国海军于1949年4月23日于江苏泰州成立。4月23日被钦定为海军节。但在新中国的军队发展历程中，开始海军为空军陆军让步最后军队建设为经济让路。海军建设缺乏资金。按照局座张召忠少将的说法那段时间海军一年都买不来一艘护卫舰，从此就再也买不了。海军司令员刘华清到死都想看到中国的航母。现在中国海军第二艘航母建成，局座在一次活动中泪崩，说我们海军受了多少窝囊气才有今天。局座的哭泣除了委屈同时包含了海军的崛起，以前中国海军的三大耻辱银河号事件，南海撞机事件以及台海事件不会再次发生。中国人民有能力守护并开发属于中国的领土，中国海军有能力走向深蓝。
第二篇：海洋与中国未来
答题纸
（20 12 —20 13 学年 第 一 学期）
课号：_课程名称： 海洋与中国未来改卷教师：
学号：姓名：得分：
海水养殖环境污染及控制对策
摘要：近年来随着人名生活水平的改善，市场对海产品的需求量逐年增大，而传统的海洋捕捞已经远远不能满足这样快速增长的需求，人们为了更快更方便的获得海产品获得利益的最大化，海水养殖产业就应用而生，但随着海水养殖也的不断扩展也暴露出很多问题。本文就综述了近年来海水养殖迅速发展背景下我国海水环境污染的状况和污染的种类，其中海水养殖中产生的海水富营养化和药物污染成为海水环境最主要的污染类型，而海水养殖中物种的逃逸对海水环境也造成很大的影响间接的对海水环境造成污染，本文通过对海水环境污染的介绍也提出相应的控制对策。提出了一系列防治措施，以供参考。
关键词：海水养殖；海水环境污染；控制办法
随着近几年经济的发展，人们生活水平的提高。人们的物质需求有了很大的提升，海鲜逐渐变为了平常家庭餐桌上的家常菜。伴随着的则是海洋渔业生产的广阔的发展前景，从我们的祖先开始就在近海展开了一系列的捕鱼活动，而且近年来对近海的过度开发已经很难再捕到人们所要求的海鲜产品，近海的渔业资源已经基本耗尽。为了满足市场对海产品的需求，海水养殖业就在这样的环境下发展起来了。海水养殖作为海洋渔业的重要组成部分在人们的生活中逐渐重要起来。同时海水养殖也得发展缓解了过度的海水捕捞给海洋自然资源带来的巨大压力，近年来在海洋渔业产量中的比重不断上升，地位也越来越重要。历史上，我国渔业以捕捞为主，而自20世纪90年代初起,养殖产量开始超过捕捞产量。2004 年我国水产养殖总产量占全国水产品总产量的65%，世界总产量的70%以上[7]。俗话说物极必反，同样迅速发展的海水养殖业也暴露出很多问题，如：目前养殖水体广泛受到毒害物污染和大量使用农药的污染，它严重影响到水产品出口和食物安全。并通过食物链对人类健康构成了威胁，而且对近岸海水自然环境系统的污染越来越严重。怎样有效的控制水产养殖对水环境的污染成为近年来科学研究难点和热点。
有研究认为，海水养殖对海洋的污染仅占海洋污染总量的5％ ；但有统计数据表明，我国近岸海域赤潮的发生规律与全国陆源污染的排放量不呈正相关关系，却与沿海地区对虾养殖量呈正相关关系[3]，可见海水养殖对海水环境的影响是巨大的。可海水养殖对海水环境的影响有哪些？下面我们来介绍一下海水养殖对海水环境的影响及其控制的对策。
1、海水养殖对海水环境的污染
1.1、海水的富营养化
海水养殖对海水环境造成的影响中最明显也是最严重的就是养殖海域的海水富营养化。由于向养殖水体中投入大量饵料和有机物，加上生产操作缺乏严格规范，特别是过量施用或不合理施用使养殖水体中残饵、排泄物、生物尸体、渔用营养物质等大量增加，造成氮、磷、以及其他有机或无机物质在封闭或半封闭的养殖生态系统中超过了水体的自然净化能力，改变了海水中原有的氮含量以及磷含量等化学平衡，造成了海水水质变化。一旦撤出养殖系统随着海水的不停流动，这种效应还可能会传播和扩大到邻近海域，最终由于营养盐含量过高导致海水水体理化环境的改变，同时造成了养殖区域海域生态系统的能量流动障碍，形成恶性循环。从而导致对水体环境的污染，造成水质恶化。
我们还看到有些地方的养殖业仍沿袭传统的养殖方式，向养殖水体投入有机肥，甚至是未发酵的有机肥，这些有机肥在养殖水体中分解要消耗大量氧气，往往又产生一些氨氮、亚硝酸盐、沼气等有害物质，并造成水体富营养化，使得水体营养盐升高，下层水体缺氧。这一做法往往使水体的富营养化直接恶化，而且残饵及鱼类排泄物沉入水底后，还会造成沉积环境中硫化物、有机质和还原物质含量升高。这些问题不但会影响到养殖系统自身的安全，而且严重威胁到周边水体环境的安危。
研究者对河北省昌黎县水产养殖进行研究发现：高、中密度养殖区的无机氮和无机磷含量远远大于其他养殖区的含量，这主要是在养殖过程中高密度区要投入更多的饵料产生更多的排泄物的缘故。而且原来沉积在泥土中的无机氮和无机磷在一段时间会重新回到水体对环境产生影响。研究也发现水体富营养化会不仅会导致海产品的品质下降，还会导致海水中浮游植物群落的结构发生改变，使发生赤潮的几率大大的增加。沉积在水底的无机盐使底层海水底层的微生物活动加剧是海水底层的含氧量急剧降低影响底层需氧物种的生存。所以如何控制海水养殖中海水不被富营养化成为当务之急。
1.2 养殖药物对海水的污染
在养殖的过程中由于养殖密度高，水质受到严重的影响，养殖的水生生物极易患各种疾病，为了防范各种疾病，在养殖过程中要投入大量各种化学消毒剂、抗生素、激素、疫苗等化学药品用于防治病害、清除敌害生物、消毒和抑制污染性生物、在防治细菌性疾病的时候要大量的投入抗生素，如土霉素、呋喃唑酮(已禁用)、含氯制剂、含碘制剂等，这些药物在起到防病治病的同时，也会对养殖环境造成污染。尤其对水中的微生态系统造成损害，使水中的自然净化能力降低。另外，不加选择和判断地使用大量的多种药物会使海域细菌发生基因突变从而破坏生态平衡，而且还会加剧水生动、植物病害，最终形成恶性循环；同时水生动、植物耐药性增强，增加了疫病防治的难度。抗生素造成沉积物中生物群落量和质的改变，抑制沉积物的降解速率，如减弱水体降解有机碳的能力，造成生态系统中物质循环和能量流动的不畅。更为严重的是药物在水生动、植物体内积累，残留量增大，直接威胁消费者身体健康。
据报道，1987 年挪威的水产养殖业使用了4815 t 抗生素类药物，1990 年用量比种植业所用还要多；英国水产养殖中常用的化学药物就有23 种；我国在养殖防病中,曾使用过近500 种中西药[8]。这还不包括使用的其他药物。而我们国家存在的问题是药物的过量使用和滥用。这些对海洋安全构成了严重的威胁。这些问题都是急待解决的。
1.3 生物多样性影响
在养殖过程中养殖的海产品在一些特殊的情况下会发生逃逸，比如台风天气或者养殖设备发生损坏时。有的时候逃逸的数量还很庞大。而这些逃逸的种群或者个体会或多或少会对养殖场周边的自然水域的生态环境产生影响。一般情况下养殖的逃逸鱼在野外生存的能力较差，与海域中的土著鱼类进行长期的种群竞争的可能性比较小。但是，即使是短暂性的竞争也会导致野生种群的物种发生一定的变化，最终影响到海域野生种群的自然变化和自我调控。有关研究发现意外逃逸的养殖鱼群和有意移植的养殖鱼群通过掠夺食物造成原有种群的灭绝会和自然环境中的种群杂交产生新的物种或者与原有的物种产生竞争使得生物多样性受到影响[2]。而且这些鱼可能随着洋流的方向扩散大量繁殖，成为生物入侵者使得人们在处理这一物种的过程中付出沉重的经济负担。更为严重的，很多鱼类寄生虫病是人畜互传的，会对人类的健康将造成威胁。
现代的海水养殖中有些鱼类被人为的改造了基因，以产生更好的经济效益。而养殖的这些转基因的新物种在丰富生物多样性的同时也给自然及的物种多样性带来了隐患。一旦这些养殖的鱼类逃逸很有可能对海域生态系统中的基因多样性产生危害。虽
然这些鱼适合在养殖的环境下生存，在野外环境下生存能力极大地下降，但不可避免的是鱼群之间的杂交问题。比如转基因的鱼具有大体型和快增长的优势与土著鱼适应环境的优良基因杂交则有可能长生出一种无敌的物种，严重影响到土著鱼的生存。对土著鱼的原有基因产生污染，使得物种的基因多样性减少。更为甚者原有的土著物种有可能在竞争的环境中处于劣质直至灭绝。
海水养殖使海水富营养化，海水环境的恶化直接影响到海水中大量物种的生存环境，在网箱养殖的过程中集中产生很多的排泄物和过量的投料使得大量的有机物质和氮、磷有机质的沉积，这些物质沉积到海水底部使得海水底部的微生物种群发生很大的变化，微生物作为分解者会大量的繁殖来降解这些有机质。但微生物的大量繁殖使得洋底部海水含氧量大量减少，影响到底层生物的生长。而且随着氧含量的生长微生物作用降低，有机质继续大量沉积。沉积到一定量的时候，使得海水中的浮游生物种群群落发生变化，发生赤潮。而赤潮的发生又会使得海水大面积的缺氧，造成更大的生态环境的危机。
海水养殖场所的建造也会对近岸的环境和地理地貌发生改变，影响到近岸生物物种的生存，我们不再一一例举。
2、环境污染的对策
我国人口众多,可供利用的资源有限,对水域的利用将是粮食生产的最大可能场所。水产养殖将是今后我国渔业生产的重要投资项目。然而在面对海水养殖对海洋环境造成的日益显现的影响，我们在忧虑的同时也要加强对污染源头的控制，我们面对海洋各种环境危机时有哪些措施可以应对，怎样做到海水养殖的可持续发展，变得越来越重要。首先我们的政府要发挥政府职能，对严重污染环境的养殖场进行改造，可以给养殖户一定的补偿鼓励其对养殖设施进行改造。而且可以对养殖户进行培训，然他们知道养殖过程中要如何投料，根据什么投料。怎样去用药，什么症状用什么要，也可以让科技所上门指导使滥用鱼药的状况发生改变。
我们也要建立严格的监管制度，对海洋的环境达到实时监控。建立健全法律法规体系。合理规划养殖面积及品种,建立渔业用药限制及养殖废水排放等水质标准,严格控制滥用渔药现象,加强养殖水处理及废水排放的管理,为发展生态渔业提供充足的法律保障。
可以和科研单位加强合作，重新建立一套海水养殖的模式，如实现生态养殖，不同水层养殖不同的种群，实现饵料的最大化的利用，从而彻底的改变现有的养殖模式。加
强营养与饲料学研究,优化饲料结构及投喂方式,减小饵料投放量,增大饲料利用率,改变单一的精养模式,采用有效的混养模式等,最大限度减小沉积量[6]。另一方面加强对海水养殖中产生的废物沉积的处理技术，使得废物沉积的量减到最小，实现底层沉积物的废物重新利用。
参考文献：
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第三篇：可持续发展与未来课程——海洋酸化
海洋酸化与可持续发展
世界上的海洋，其温度、化学成分、洋流和生物驱动着全人类居住的地球系统，我们的雨水、饮用水、气候、海岸线、许多食物，甚至我们呼吸的空气中的氧气，最终都是由海洋提供和调控的。2017年6月7日在纽约联合国总部举行的首届联合国海洋大会聚焦海洋可持续发展，此次会议较受关注的问题有两个方面：一是如何养护海洋，治理海洋酸化；二是保持海洋的可持续发展。因此，对海洋酸化进行有效治理是建设可持续发展未来的一个极其主要的方面。
一、海洋酸化含义及形成原因
海洋酸化（Ocean Acidification）指的是海洋从大气中稳定吸收由人类活动所排放的CO2从而导致海水pH值持续下降的现象。根据德国全球变化问题咨询理事会的研究，现在海洋所储存的CO2总量约为大气的50倍，陆地生态系统和土壤的20倍。海洋不仅是一个重要的CO2库，同时也是最重要的长期CO2汇。
由于大气与海水间的分压差，一部分人源CO2会溶解于表层海水中，经过一段时间后，CO2被洋流带入海洋深处。海洋现在每年约吸收20亿吨碳，这个数目大约相当于IPCC报告中所估计的人类活动所造成的碳排放量的30%。根据IPCC计算，海洋在1800年至1995年间共吸收了约1180亿吨碳，这相当于48%的化石燃料燃烧累积所排放的CO2量，或者27~34%的人类活动引起的总CO2排放。目前，已经能在深达1000 m的海水中探查到人源CO2，CO2在海洋中的表现与在大气中的有所不同，在大气中其化学性质是中性的，而在海洋中其化学性质却是活性的，溶解的CO2使得海水的pH值下降，导致海水酸化。
二、海洋酸化的危害
近年来，海洋酸化和海洋污染造成的不利影响日益严重，受到海洋酸化负面影响最大的是位于热带和亚热带的珊瑚。海洋酸化可能毁掉珊瑚礁生境，浮游植物和浮游动物是鱼和其它海洋动物的主要食物来源，它们同样会受到负面影响。
科学家们已经确定海洋上升的酸度正在对珊瑚礁内的海藻和珊瑚虫造成伤害。美国地质调查局（USGS）的Ilsa B.Kuffner参与的一项实验证明，珊瑚虫通过钙化作用来形成它们的骨骼，而当海水吸收CO2时会使得海水碳酸盐离子的饱和度降低，从而导致钙化作用的下降。海洋酸化对于那些紧紧附在礁石上生长的藻类也有负面影响。Kuffner的实验结果显示，在高温和高酸度环境下，藻类会变软，变得不健康，而且抵抗力也会随之下降。
此外，从现在起到2030年，南半球的海洋将对蜗牛壳产生腐蚀作用。这些软体动物是太平洋中三文鱼的重要食物来源，如果它们的数量减少或是在一些海域消失，那么对于捕捞三文鱼的行业将造成影响。
三、海洋酸化治理的具体目标
预计到2025年，预防和大幅减少各类海洋污染，特别是陆上活动造成的污染，包括海洋废弃物污染和营养盐污染；到2020年，通过加强抵御灾害能力等方式，可持续管理和保护海洋和沿海生态系统，以免产生重大负面影响，并采取行动帮助它们恢复原状，使海洋保持健康，物产丰富；到2020年，根据国内和国际法，并基于现有的最佳科学资料，保护至少10%的沿海和海洋区域；到2030年，增加小岛屿发展中国家和最不发达国家通过可持续利用海洋资源获得的经济收益，包括可持续地管理渔业、水产养殖业和旅游业。
四、治理海洋酸化的技术措施
1、使用核技术和同位素技术来预防海洋酸化。据悉，世界上有大约十亿人依靠海产品来获得动物蛋白，此种技术可以有效检测海洋有机体对于有害二氧化碳排放带来的海洋酸化的反应，以此来保护我们的海洋物种、人们的生活和经济发展。
2、通过在各层级加强科学合作等方式，减少和应对海洋酸化的影响。
3、增加科学知识，培养研究能力和转让海洋技术，以便改善海洋的健康，增加海洋生物多样性对发展中国家，特别是小岛屿发展中国家和最不发达国家发展的贡献。
4、向小规模个体渔民提供获取海洋资源和市场准入机会。
5、建立国际法律框架。根据《联合国海洋法公约》的有关规定，建立保护可持续利用海洋及其资源的国际法律框架，加强海洋和海洋资源的保护和可持续利用。
五、中国及世界其他海洋地区的工作近来取得的成果
2017年6月7联合国会议上中国提出将积极推动蓝色经济发展，为海洋的全球治理作出贡献。中国承诺，到2020年中国海洋经济综合实力和质量效益进一步提高，海洋产业结构和布局更趋合理，海洋经济调控与公众服务能力进一步提升。具体措施包括促进海洋渔业、海洋油气业等海洋传统产业转型升级，促进海洋装备制造业、海洋可再生能源业等海洋新兴产业加快发展等，预期新增涉海就业人员250万人。
在得到有效管理和充足资源的情况下，世界其他海洋地区的工作近来也取得了突出成果。2017年，保护区覆盖了13.2%的国家管辖范围以内海洋环境，0.25%的国家管辖范围以外海洋环境，以及5.3%的全球海洋面积。
总而言之，此次“构建蓝色伙伴关系”的重要倡议有十分重要的意义，通过建立多边、双边、区域、全球等各层面、各类型合作关系共同解决海洋问题，通过各种国际合作平台，各国不仅能分享好的海洋实践，还能共同研究如厄尔尼诺等与海洋有关现象，完善对海洋的认知，发展蓝色经济，从而有效治理海洋酸化，保护环境可持续发展。
第四篇：海洋与中国未来论文分析
海洋环境与保护
刘丹宁
136331676
13材料
摘要：现代经济发展已逐渐由内陆向海洋发展，海洋得到进一步开发，但同时伴随着海洋环境的破坏，海洋环境污染一直较为严重，海洋生物受到直接伤害。污染甚至导致毒素在生物体内累积，从而影响到人类。所以海洋环境保护刻不容缓。海洋环境常用保护技术很多，常规理化监测包括检测理化因素如温度、盐度；金属化合物，非金属化合物等方面。而随着科学技术的发展，生物监测是环境生物技术中的重要组成部分，通过对生活在污染环境中的动物、植物和微生物的理化因素、生命特征、健康状况等因子的观察测定来监测污染物对海洋环境产生的影响。生物监测综合性高、反应迅速、成本低，实践中与理化检测结合使用。
关键词：海洋污染 环境保护 生物监测
近几年的海洋沉积物质量监测结果表明，我国近海和远海海域的海洋沉积物总体上保持良好，沉积物污染的潜在风险较低，但部分近岸海域沉积物受到比较严重的污染，尤其是一些河口、海湾的沉积物污染较重。海洋生物是海水环境和沉积环境污染的直接受害者，并且污染物对海洋生物的影响具有累积作用，其体内的污染物含量反映了其生存环境的质量，可食用生物质量的好坏对人体健康更是有着直接的影响。
而海洋环境破坏的源头还是人类。
首先，从文化角度来说，大部分中国人对海洋环境的保护意识是很少的。用生活垃圾填海、农业用药的不合理处置等使许多鱼类、贝类产卵场、栖息地被破坏。由于中国公众的海洋环保意识淡薄，使海洋遭到严重损害。资料表明，受陆源排污影响，约80％的入海排污口邻近海域环境污染严重。所以要根治海洋问题，首先是提高所有公民的海洋环保意识。
第二，从政治角度来说，最根本的是决策者的眼光并未放长远，导致立法不全和执法不严。比如，海洋监察手段落后和执行力不足。国家海洋局每年承担常规海洋环境监测，以及两次污染基线调查、陆源污染及重点排污调查、几个海湾的海洋环境容量与总量控制调查，以对近岸海域污染物排放总量进行控制。目前，海洋环境容量的大小和污染源的对应关系仍不清楚，还不能有针对性地控制污染物质的排放，从而最大限度地减少污染。还有，涉海行政部门协调不够。根据现行法规，海洋环境保护的管理工作由国家海洋局、国家环保总局、交通部、农业部、海事等部门以及沿海地方人民政府组织实施。各部门根据分工对不同类型的污染源实施监督治理。尽管法律明确规定了涉海各部门的职权范围，但各部门职能交叉、机构重复设置的问题依然存在。而且海洋部门不上岸，环保部门不下海，机构间和部门间缺少协作。环保、海洋、海事、渔政、军队环保部门共同参与海洋污染治理，互相扯皮的现象随之产生，影响了海洋环境污染的治理效果。所以，在政治方面上应该多借鉴外国经验，多听取大众意见，争取做出最优的决策，还应该精简机构，明确各个部门责任，以及奖惩措施。
第三、从经济的角度来看，首先是人口和资源对海洋的压力。人类社会的发展，人民生活水平的大幅度提高，人口的急剧增加，使资源的供求量相应增加。陆地资源的稀缺性，使人类不得不到海洋去获取资源。解决人口、环境和资源三大问题，主要依靠海洋。其次是社会经济发展的影响。随着我国市场经济建设的不断推进，海洋经济得到了发展，但对海洋环境的污染也随着沿海经济的增长而上升，对海洋环境产生了极大的负面影响。主要表现在企业对海洋环境造成的污染、近岸养殖业对海洋环境的污染、船舶对海洋环境的污染、来自海洋石油勘探的污染、海洋开发活动决策失误所造成的污染、港口建设对海洋自然生态环境的污染等方面。所以，在经济发展方面，不应仅仅追求GDP量的多少，而更应该加强环境的监管，对于污染较大的坚决取缔，对于排放严加控制。
最后，是现代科技在军事之中的应用引起的破坏。海洋污染除了由于大量工业三废、生活垃圾、农药、石油等所导致外，还有海洋放射性污染。海洋放射性污染通过生物体富集或食物链富集辐射整个海洋环境，危害人类或其他生物。现代高技术的发展和应用已经深入到现代海战武器(如激光炮、电磁炮、微波武器等)之中。此外，目前一些国家建立了海底核基地，其海底核实验活动直接或间接对我国海洋环境产生的危害也是相当严重的。所以应该尽量把实验范围局限在一定范围内，对于在这些过程中产生的废物要及时处理[1]。
海洋环境保护从海洋环境监测开始。我将主要从生物监测方面来探讨海洋环境保护。污染物是进入海洋后使环境的正常组成发生直接或间接有害于生物生长、发育和繁殖的变化的物质[2]。所以一种物质进入环境中后达到一定的浓度数量，并且能持续一定的时间才能称作污染物。污染物在环境中也会随着环境的变化而产生一定的变化，如人体吸收盐酸盐会转变成亚硝酸盐。
所谓生物监测，利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。利用生物对环境中污染的物质的敏感性反应来判断环境污染的一种手段。用来补充物理、化学分析方法的不足。如利用敏感植物监测大气污染；应用指示生物群落结构、生物测试及残毒测定等方法，反映水体受污染的情况。简单来说，生物监测是“以生物个体、种群或群落为研究对象、材料或手段而进行的反映环境质量的监测”[3]。
生物监测方法的建立是以环境生物学理论为基础的。根据监测生物系统的结构水平、监测指示及分析技术等，可以将生物监测的基本方法大致分为四大类，即生态学方法、生理学方法、毒理学方法及生物化学成分分析法[4]。
生物监测具有理化监测无可比拟的综合性、真实性和灵敏性，可及时反映污染物的综合毒性效应及可能对环境产生的潜在危害，为优先控制污染源的研究、进一步的理化分析及污染物优先控制提供可靠的技术资料[5]。随着现代科学的发展，对于环境的理化监测方法已经十分成熟了，不管在技术上还是设备上都有了很先进的手段，一些仪器甚至能快速准确的分析出污染物的种类和数量，然而这些测定均需要进行实时采样，也就是说这些理化监测的方法所得到的结果均为瞬时结果，虽然可以通过长期多组的方法来减小误差，但仍然具有一定的缺陷，因为环境是时时刻刻在发生变化的，各种化合物之间也在不断的发生各种反应，所以这种实时的监测方式会慢于环境的真实状况。而生物监测则能在一定程度上有很大的进步。
首先生物群落生活在大环境中，生物群落的性质、动态和健康状况直接反映了环境的变化，不仅包括了理化参数的测定，也包括了那些未测定的因子以及未知因子间相互作用的结果，还包括了污染物和环境因子的连续性和累积作用的反映[6]。
其次生物监测所利用的生物群落始终生活在环境中，汇集了整个生长时期中环境因素改变的情况，能更真实的反映污染物在环境中迁移、转化和富集规律，一般物理、化学监测手段相对只能反映取样前后环境情况的，而生物监测能更为全面地了解污染物对环境造成的长期效应。这些对于研究污染物对人体的危害则更有意义。
再者有些设备仪器尚且不能测出某些微量元素的浓度，而某些生物则对这些元素很敏感，一点浓度的变化可能会让生物的生理生化指标发生一些改变，这样通过测定这些生物的生命指标就能知道环境污染物的变化。同时，监测生物对微量污染物有生物放大作用，通过在生物体内不断累积从而浓度增加，利于监测。这是理化方法所不能实现的。
最后生物监测的成本较低，不需要复杂的仪器设备和大量的实验室分析工作，相对来说简单易行，成本低。这也便于实现监测点、站结合，构成经济便利、有效实用的监测网络。
虽然生物监测有种种优点，但也不乏缺点。如生物监测不能测定污染物的种类和实际浓度。因为生物监测是根据生物个体或者种群群落的行为健康状况来反映环境的变化，所以不能具体反映出污染物的种类和实际浓度。生物监测在灵敏性和专一性方面不如理化监测。生物对环境污染有一定的自我调节能力，所以在一定程度范围内甚至可能不产生影响。生物监测一般需时较长，且具有延后效应，即污染物的危害可能会经过一段时间后才能通过生物反映出来，且一旦有所反映，就已经产生了较大危害，错过了最佳的防治时问。所以生物监测与理化监测必须结合进行，相互取长补短。
现代生物监测的方法包括通过测定生物体内污染物的含量判定环境质量；通过观察生物在环境中受伤害现象判定环境质量；通过测定生在环境中的生理生化反应判定环境质量；通过测定环境中生物群落结构和种类变化判断环境质量[7]。总的来说，环境污染生物监测的方法是利用生物典型受害症状来测定，如海洋植物叶片伤害症状、动物器官畸形、微生物种类单一等。利用生物体内污染物及其代谢产物含量分析来监测，如动植物和微生物在污染环境中不同程度的吸收积累的污染物成分测定。利用生物的生理、生化指标监测，生物受污染时的生理生化指标的变化比可见症状反应灵敏、迅速，适宜用作环境监测。虽然生物监测的方法很多，但是在选择指示生物的时候也要注意到某些生物之间的作用，或者是在一定环境条件下，生物间的相互作用，这些作用可能会改变生物的个体或者群落特征，而这些不是环境污染物的作用引起的改变可能会影响生物监测的准确性。
现代生物监测还有一些新技术也逐渐应用到该领域，如生物传感器、核酸探针、聚合酶链式反应、生物芯片等。环境污染的生物监测是环境治理不可或缺的一环，在未来的环境保护和治理中，生物将得到更多的开发与应用，生物监测也将结合理化测试得到更大程度的应用[8]。
我们在开发海洋，但不能破坏海洋。所以海洋环境的保护是现代面对的一个大的问题。从国家到各地沿海城市也颁布过相应的法律法规来规定海洋环境的保护，但这些都是治标不治本。海洋保护人人有责。每个人都能自觉加入到海洋保护的行列中去。从个人到企业到国家。生物监测是目前环境保护中重要的一环，海洋生物多样性更是让这种方法的实施有很大的前景和可能，以生物监测为基础，多种理化监测的方法共同结合的海洋环境监测方法是现在的主流保护方法。也让海洋环境保护更加准确有效。参考文献：
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第五篇：海洋水色成像仪综述-历史与未来
海洋水色遥感器发展趋势初探
胡杨 14213376 水文学及水资源 引言
海洋水色遥感是指利用地球轨道卫星上搭载的遥感仪器获得的海洋表层离水辐射亮度研究海洋现象或海洋过程的新兴遥感技术。海洋水色遥感的原理是通过卫星传感器接收信号的变化, 来反演水体中引起海洋水色变化的各种成分的含量, 如叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶有机物含量等[1]。通常, 我们按照其光学性质的不同, 把海水分为一类水体(开阔大洋)和二类水体(近岸海域)。一类水体的水色主要由浮游植物及其伴生生物决定, 二类水体的光学成因则比较复杂, 但它也是水色探测的重点。因为它与人类关系最密切, 受人类的影响也最强烈。遥感技术是唯一一种能够在全局视野上监测海洋的技术手段, 通过它监测和研究一类水体和二类水体的水色, 并结合海面风场、温度场、洋流、海面波浪等数据, 人类能够更好地了解海洋并及时认知到海洋的动态变化。正因为如此,近几年的海洋水色遥感技术方兴未艾, 被广泛地应用到气象预报、渔业规划、环境监测及领土划分等领域[2]。
海洋水色遥感起始于1978年美国国家宇航局的海岸带彩色扫描仪(CZCS)的成功发射。尽管CZCS作为一次实验性质的尝试只有一年的工作计划, 但直到1986年之前, 它都持续提供着有实用性的数据[3]。随后, 到了上个世纪90年代中后期, 人类又陆续发射了模块式光电扫描仪(MOS)、海洋水色温度扫描仪(OCTS)、地球反射偏振和方向性探测仪(POLDER)和海视宽视野传感器等。这些传感器的发射与应用使得人类对于海洋水色的探测逐渐变得成熟起来[4]。进入21世纪后, 人类面临着愈来愈大的环境挑战, 并由此带来了认识海洋和研究海洋的迫切需要。在此背景下, 遥感技术在海洋水色探测方面的应用越来越广泛, 一大批先进的海洋水色遥感器被搭载在了卫星平台上。比较有代表性的有美国Aqua和Terra卫星平台上的中分辨率光谱成像仪(MODIS)、欧洲Envisat1卫星平台上的中等分辨率成像频谱仪(MERIS)、日本ADEOS2卫星平台上的全球成像仪(GLI)、印度遥感卫星IRS平台上的海洋水色监测仪(OCM)、韩国多功能卫星Kompsat平台上的海洋多光谱扫描成像仪(OSMI)以及中国台湾福卫一号上的海洋水色照相仪(OCI)[5]。我国的海洋水色探测起步较晚, 但发展迅速。比较著名的有神舟3号上的中分辨率光谱成像仪(CMODIS)、HY1A及HY1B上的水色水温扫描仪(COCTS)、海岸带成像仪(CZI)等, 它们是当前国际海洋水色遥感的主流传感器。
随着包括遥感技术在内的全球科学技术的不断进步, 更多功能强大的海水水色探测器将会被搭载到遥感平台上, 从而使得对于海洋水色的研究不断走向深入。未来几年新增的海洋水色传感器主要有可见光红外成像辐射仪(VIIRS)、第二代海洋水色监视仪(OCM-2)、地球静止海洋水色成像仪(Geo-stationary Ocean Color Imager, GOCI)、海洋和陆地颜色仪(Oceanand Land Color Instrument, OLCI)、第二代全球成像仪(SGLI)、超光谱成像仪(HSI)、以及改进型COCTS及CZI等[6][7]。2 过去的海洋水色遥感器 2.1 CZCS
海岸带扫描仪（The Coastal Zone Color Scanner）是第一个用来测量海洋水色的航天传感器。尽管在它以前也有不少可以检测海洋水色的航天传感器，但他们的光谱波段、空间分辨率以及活动范围等特性都是以陆地或者气象为最优化对象的，应用在海洋水色方面有不少局限。但是CZCS的各种特性都为水色遥感服务，而排斥其他类型的遥感[8]。
它有6个光谱波段，其中四个是主要用来检测水色的，它们的带宽都是20nm，分别以443nm，520nm，550nm，670nm为中心波段；第五波段宽100nm，以750nm为中心，更适宜陆地遥感；第六波段是热辐射波段（在传感器运作一年的时候就停止运行了）1-4波段用来检测水域或者瞬时视场角内水汽含量很高的陆地、云层。
2.2 OCI 由日本NEC公司承制的海洋水色成像仪是四镜头并列CCD推扫式相机。
图1 OCI成像仪结构
外形尺寸为(长×宽×高):35cm×38cm×34.5cm, 质量为16.8kg, 遥感的中心波长分别是443、490、510、555、670、865nm, 构成一个六波段七通道海洋水色成像仪。第七通道与第四波段是完全相同的, 即为555nm波段。OCI 的波段选择与美国SeaSTAR卫星的SeaWIFS八个波段中的六个完全相同, 而与日本ADEOS卫星的OCTS十二个波段中的四个完全相同[9]。海洋水色成像仪视角为60°, 使海洋水色成像仪在600km高空时可覆盖690km宽的地面, 地面分辨率可达800m×800m。
为了简化设计并确保系统的可靠性, 在海洋水色成像仪的设计中没有机械运动部件, 其成像动作完全由线型CCD敏感器件与卫星轨道运动所构成。
ROCSAT-1利用S-band通道传回卫星上的数据, 其数据传输速率可达1.39Mb/s。最大时海洋水色成像仪可使用其80%的传输速率(约1Mb/s)传送光谱数据, 多于这个传输限制的光谱数据必须先存放在星上的固态存储器内。这个存储器容量有2Gb, 因此海洋水色仪绕行轨道一圈, 最多只能用其中3%的时间摄像。这相当於拍摄两张700km×700km的六波段相片[10]。
OCI是一全折射式望远镜系统,每两个波段公用一个望远镜(B1/B2, B3/B4,B5/B6), 第7通道采用B3/B4组合的光学系统。为了减小色差, 三组望远镜分别独立设计, 系统的F数为7。第四组与第二组望远镜相同, 重复选择555nm“黄光”波段作为第7通道的原因是, 该中心波长是水体色素变化的铰链点, 无论高浓度与低浓度叶绿素水体的信息提取都需要用该波段的数据与其他波段的数据相除而得到。而OCI 的主要探测目标就是叶绿素浓度和浮悬泥沙, 该探测波段具有备份的作用, 以能满足台湾海区水色探测。同时, 如果望远镜光学系统有某种退化, 那么它也是一种比较的手段[11][12]。
敏感器件为法国汤姆逊公司的TH7811A型CCD, 其上有1728个像素, 每一个像素为13μm×13μm。使用时分为三段, 两侧段各有832个像素, 以二像素合一的方式形成各有416个扩展像素, 中间段则有64个像素, 因此在600km高空时, 两侧的地面分辨率为800m2, 而中间段则为400m×800m。开始设计时, 选用日本NEC公司的μpD3571型CCD, 它有3584个像素, 每像素的尺寸是7μm×7μm。采用4元4线并一元的采样方式, 即16个像素并为1个像素的方式。
2.3 SeaWiFS Seastar卫星上装配的SeaWiFS仪器如图2所示。OSE正在制造SeaWiFS卫星,并将探测仪的结构的子合同转包给休斯公司桑巴巴拉研究中心(Hughes/Santa Barbara)(SBCR),将在1994年初用“飞马”助推器送到轨道上[13]。不象雨云7号飞船带9台仪器,SeaStar将只带SeaWiFS仪器。扫描器有光学、探测器、前放和扫描机构,装在飞船架子的星下点那面。电子舱有指令、遥测和电源等功能。装在飞船架子的内表面,与扫描器直接相对。仪器的总重量大约为49kg[14][15]。
图2 SeaWiFS扫描仪
这个仪器测量八个空间波段的地球辐射,同样也测量饱和辐射率。因为它是经过优化用来观测相对暗的海洋的,所以一般的云层和陆地区域将使探测器饱和。探测器的瞬时视场(IF0V)是每个象素1.6x1.6mrad,星下点的扫描角士58.30°。扫描平面可以相对星下点倾斜十20、0或一20 度,每个象素的值的数字化精度是10 bit,典型的信噪比(SNR)大约是600。探测器有四个可选择的增益,两个为地球目标,一个为月亮定标和一个为太阳的定标。3 未来的海洋水色遥感器 3.1 VIIRS
VIIRS是MODIS在未来的替代传感器, 将被搭载在美国国家极轨业务环境卫星系统计划预备计划NPP及美国国家极轨业务环境卫星系统计划NPOESSC1卫星上。首个遥感器搭载在NPP上,计划于2011年升空。VIIRS是在MODIS的基础上发展起来的, 用途非常广泛, 其水色遥感功能和MODIS相仿, 辐射特征也差不多[16]。MODIS用于海洋水色遥感的有8个波段, 其空间分辨率为1000m, 而VIIRS的7个水色波段分辨率为800m[17]。
VIIRS重275kg, 功率为240W, 预计将在轨工作7年。星下点空间分辨率为400m, 扫描带边缘的空间分辨率约为800m。它将在星下点左右56的范围内进行扫描, 每4个小时经过赤道一次, 刈幅约为3000km。共有22个波段, 可见光与近红外9个, 中波红外8个, 长波红外4个, 还有一个用于低照度的可见光波段。用于海洋水色遥感共有7个波段, 全部分布在可见光与近红外波段。图3表示了VIIRS的可见光及近红外波段的海洋遥感性能[18]。
图3 VIIRS海洋水色遥感波段响应曲线图
对于VIIRS的海洋水色遥感, 美国国家航空航天局(NASA)、美国国家海洋局(NOAA)以及美国海军联合建立了一个跨机构的数据校准验证系统[19]。该系统以现有的海洋水色遥感器(如SeaWiFS、MODIS、MERIS、AVHRR等)为基础架构, 将它们的数据与VIIRS取得的数据(又叫环境数据记录, 简称EDR)进行全面的对比和校准, 以保证它们的一致性。
3.2
OCM-2 OCM-2是在第一代海洋水色监视仪(OCM-1)的基础上发展起来的, 被搭载在已发射的Oceansat-2和即将发射的Oceansat-3上。OCM-2的幅宽为1420km, 每两天就可以覆盖印度全境一次, 局部区域覆盖的分辨率为350m,其数据被实时下行到地面处理站进行处理, 而全球区域覆盖的分辨率为4km, 其数据则被暂时存储在卫星上[20]。OCM-2与OCM-1相似, 共设置了12个波段, 其中用于水色遥感的为8个波段。但它的波段设置在OCM-1的基础上做了些许改动。如把OCM-1上的765nm波段移到了740nm处, 目的是减少氧气吸收;把670nm处的波段替换为了620nm, 以便更好地观测水体中的悬浮物质。OCM-2的数据将被用于如下方面:浮游植物及有害藻华监视;渔业动态监测;潮流、潮汐等对近岸水体中的悬浮物质的传输及疏散产生的影响;河口监测等[21]。
3.3
GOCI GOCI是韩国的新一代海洋水色遥感器, 主要用来监测朝鲜半岛周围的海洋水色。GOCI被搭载在韩国2010年发射的首颗地球静止气象卫星COMS(Communication, Ocean, Meteorological Satellite)上,COMS是韩国的一颗多功能卫星, 除了用来监测天气变化外, 还兼具海洋遥感及通讯功能[22]。GOCI就是用来做海洋水色遥感的, 由EADSAstrium公司研制成功。它的主要任务是观测以朝鲜半岛为中心的一定范围内的海洋环境的变化, 对该区域的海洋生态系统进行长期的和短期的监测并提供不断更新的关于叶绿素、藻华等的数据。GOCI重约84kg, 功率略小于100W, 尺寸为1.39m0.89m0.85m。GOCI的精度非常高, 其辐射校正误差小于3.8%,地面采样距离为500m, 时间分辨率为1小时。GOCI的谱带选择刚好适应其进行水色遥感[23], 如表1所示:
表1 GOCI的基本参数
GOCI的波段设置与第二代水色遥感器如MODIS有许多相似之处, 很好地继承了它们的优点。以412nm为中心波长的波段能够很好地区分开活的藻类和死去的腐败物(黄色物质), 而近红外的两个通道(745nm和865nm)主要用来方便大气效应校正。对于大洋水, 这两个波段的离水辐射都可以视为零, 因而可以很方便地计算出其他通道的纯粹气溶胶散射构成的路径辐射以及分子散射和气溶胶散射相互作用下的大气路径辐射。同MODIS相比, GOCI各波段的信噪比都有所提高, 这对于GOCI来说是不容易的。因为与处于低轨道的MODIS、SeaWiFS等第二代水色遥感器相比, GOCI距离水面更远。而高信噪比的获得, 归功于CMOS技术在GOCI上的使用[24]。GOCI是世界上首个搭载在地球静止轨道上的海洋水色遥感器, 虽然不能像其他极地轨道或是太阳同步轨道上的遥感器那样提供全球视场的海洋遥感, 但是GOCI 能对以130E、36N为中心的一定范围的海洋区域进行高光谱分辨率和高空间分辨率的遥感。同时, GOCI 的地球静止轨道位置也使得它能在同一天内对同一区域进行多次遥感, 数据更新很快, 能进行高频率的监测,有利于处理突发事件。因而与MODIS、SeaWiFS等第二代水色遥感器相比, GOCI在轨运行时, 将体现出以下优势:
1、能够很好地消除云层对水色遥感的影响。每日的10: 00-17: 00, GOCI 将对视场内的每一个目标进行8次观测, 如此高频率的观测, 使得云层对卫星信号产生较大影响的可能性大大降低。
2、更有利于对赤潮的监测。赤潮也称有害藻华(HAB), 是指在海水中浮游生物数量急剧增加而种类大量减少的情况, 此时某种或某几种浮游生物占据了绝对优势, 对其他海洋生物和海洋水质构成了严重威胁。因此及时获知赤潮的发生并实时跟踪其发展对于消除赤潮具有重要意义。GOCI的高时空分辨率的特征, 对于处理赤潮这种偶发性事件具有很大优势。
3、为建立一个海洋每日循环性能数据库提供了可能性。海洋是时时在变化的, 其循环机制包括碳循环、洋流、海面水汽循环等一直是人类研究的热点。因此利用水色卫星的探测资料, 建立一个关于海洋每日循环性能的数据库, 对于进一步了解海洋循环机理具有重要作用。
4、对于不同的观测目的, 都能匹配合适的时间尺度。GOCI 对于兴趣点, 既能提供长期观测又能提供短期观测, 这大大地扩展了它的应用范围[25][26]。
3.4
SGLI
SGLI是针对全球成像仪(GLI)而说的, 是日本的新一代海洋水色遥感器, 将被搭载在 全球变化观测(GCOM)中的GCOM-C1上, 计划于2013年发射升空。GCOM是日本一项旨在观测全球变化的长期卫星计划。GCOM包括两个卫星系列,GCOM-W和GCOM-C[27]。GCOM-W上搭载有先进微波扫描辐射计AMSR-2, 主要观测与水有关的目标, 比如降水、水蒸汽、海面风速、海面温度、土壤湿度以及积雪深度等。GCOM-C则主要观测地表以及大气中有关碳循环和地球辐射收支的现象, 比如云、气溶胶、水色、植被覆盖、冰雪等, SGLI是其主要载荷之一[28]。
SGLI的质量为400kg, 正常工作时功率为480w, 刈幅为1600km。主要由可见光和近红外辐射计(VNR)以及红外扫描辐射计(IRS)两个部分组成[29]。VNR的光谱范围从380nm到868.5nm, 共13个波段, 包括11个非极化波段和2个极化波段。在11个非极化波段中, 除了一个中心波长为763nm的波段因为用于一类水体的观测而把空间分辨率定为1000m外, 其余的10个波段其空间分辨率均为250m。在这11个波段中, 有一个中心波长为380nm的窄波段值得注意, 它可以用来判别海面上空吸收性气溶胶的存在并了解其相关性质,增加了大气校正的精度。该波段还可以用来探测海水中的黄色物质。而另外两个极化波段可以进行极化测量, 其中心波长分别为670nm和865nm。这两个极化波段, 共有3个极化方向, 空间分辨率都为1000m。利用它们, 可以很好地解决水体耀光的问题。近年来研究发现, 二类水体中的初级生产力与其温度存在一种线性回归关系, 故而SGLI还设置了两个热红外波段, 用来估计二类水体的初级生产力。SGLI 最终的海洋水色产品将会融合多个水色遥感器(比如可见光红外成像辐射仪VIIRS)的数据。
SGLI拥有非常高的分辨率(250m), 因而它对于陆海交接处的变化非常敏感, 在监测二类水体时有着独特的优势。它能够精准地探测出近岸水体中叶绿素浓度及悬浮物质、溶解有机物的相关性质。利用这些数据, 人类可以了解海水的初级生产力、水质等, 进而可以进行渔业规划。SGLI还可以用来监测赤潮的发生。同时, 它能够监测河口水的变化, 能够帮助科学家了解人类活动对海洋的影响[30]。
水色成像仪在海洋学上的应用举例 4.1
海水透明度反演
海水透明度是描述海水光学特性的传统参数,也是最早的水光学现场调查参数。海水透明度与水体中悬浮物、叶绿素、黄色物质的含量和成分密切相关, 它是研究水团、流系, 水质监测及海洋初级生产力的重要参数。王晓梅等在黄东海光学试验的实测数据基础上建立了黄东海海水透明度的统计遥感反演模式。何贤强等根据水下光辐射传输理论及对比度传输理论, 建立了海水透明度的半分析定量遥感模式;利用556组实测海水透明度资料对模式进行了验证, 结果表明卫星遥感反演的透明度与实测透明度的相关系数为0.84,平均相对误差为22.6%。利用该海水透明度遥感反演模式和SeaWiFS卫星遥感数据, 制作了中国邻近海域多年的海水透明度遥感产品, 并进行了中国邻近海域透明度时空变化规律的遥感分析[31]。
4.2
海洋初级生产力反演
海洋初级生产力即海洋浮游植物光合作用的速率, 对深刻理解和研究海洋生态系统、碳循环及认识海洋在全球气候变化中的作用等方面具有重要意义。相对于传统的黑白瓶培养法, 遥感方法具有大面积同步、高频度动态观测的优势。宁修仁等利用CZCS的叶绿素遥感分布, 结合渔场及赤潮等资料, 发现长江口和杭州湾及其毗邻海域存在明显的生物生产力的锋面。李国胜等根据实测的叶绿素浓度数据, 修正了大洋的OC4v4算法, 建立了东海的二类水体叶绿素浓度的经验反演模型, 并利用VGPM模型反演了东海的初级生产力。潘德炉等通过多年对东海、南黄海实测海洋初级生产力与环境数据的分析, 基于P-E(生产力与光照强度)曲线, 利用叶绿素浓度、海水透明度和光合作用有效辐射率等数据, 建立了适合我国海区特点的初级生产力遥感模型;与国外典型的初级生产力遥感模型比较, 该模型获得的海洋初级生产力遥感数据能更好地反映我国渤海、黄海、东海的海洋初级生产力时空分布及其变化特征, 而且与实测的海洋初级生产力时空分布一致[32]。该模型已应用于我国海洋水色卫星HY-1A的COCTS遥感数据, 获得了中国海区初级生产力的遥感分布图。
4.3
水质参数反演
卫星遥感监测技术的发展, 同时也促进了对水色遥感应用领域拓展的进一步需求, 非光学活性的生物地球化学参数的遥感反演是遥感信息提取技术的一个发展趋势。如氮、磷营养盐和颗粒有机碳、溶解有机碳浓度等生物化学参数, 目前国际上已经有了初步的遥感反演探索, 国内也开展了相关的研究。
磷、氮是引起港湾、湖泊水体富营养化和诱发赤潮的主要环境因子, 也是我国近海水体环境污染最重要的评价指标之一。张穗等采用在水质评价中较常用的修正富营养化指数TSIM法, 利用总磷、总氮与叶绿素的相关特征得出适合河口特征的富营养化评价方法, 并在长江口的遥感影像上进行试验,取得了较好的结果。张宵宇等根据杭州湾和嵊泗列岛海域的实测数据, 发现研究海域悬浮物含量与颗粒态总磷呈正相关关系, 建立了遥感悬浮物含量和颗粒态总磷含量的遥感信息提取模式[33], 并利用SeaWiFS数据得到了长江口及附近海域颗粒态总磷分布的遥感产品。李小斌等利用珠江口海域2个航次36个站位的实测遥感反射率和总无机氮(TIN)数据, 基于偏最小二乘法, 建立了珠江口海域无机氮浓度估算的遥感模型。将该模型用于1998年12月31日的SeaWiFS资料, 与当日的实测资料对比, 遥感估算值的平均相对误差为31.9%, 模型的稳定性较好。
颗粒有机碳和溶解有机碳含量分别表示海水中有机颗粒物和溶解物的含碳量, 是海洋水质和生态环境的重要指标, 同时也是海洋碳循环研究的关键参数。黄色物质CDOM和溶解有机碳DOC的生化光学特性研究在珠江口的研究中相对较多, 如Callahan等人研究发现在深圳河口北部, 水体的DOC和荧光性呈现线性相关, 随着盐度的升高,CDOM通过光化学转化变为非荧光性物质, CDOM/DOC比值降低。陈志强等人在珠江口的研究认为,不同来源的有机质与不同的DOC和CDOM分布的控制机制, 导致珠江口CDOM和DOC之间没有明显的关系。国内对颗粒有机碳的遥感反演研究较少[34]。白雁和潘德炉等对中国近海有机碳的遥感反演机理进行了分析, 在固有光学量半分析算法的基础上, 初步建立了黄东海海区颗粒有机碳和溶解有机碳的遥感反演技术方法[35]。
水体富营养化和赤潮是水质恶化的体现, 需要利用遥感技术进行有效的预警和监测。经过多年的技术积累, 利用卫星遥感离水辐射率与水色水温等要素建立的离水辐射率多波段差值法、多波段差值比值法、水色水温综合法和归一化植被指数法等多种赤潮信息的提取模式, 都已对赤潮的识别进行了成功的尝试。赵冬至等采用太阳光激发的叶绿素荧光峰高度, 建立了不同藻类归一化荧光高度与叶绿素浓度的关系, 提出了表征赤潮水体叶绿素荧光高度的波段优化法[36]。唐军武等研究了大气散射对归一化植被指数法进行赤潮遥感监测的影响。目前在遥感赤潮信息提取方面, 现有的模式仍具有很强的经验性, 有关的遥感业务化速报技术将在“十一五”的“八六三”项目支持下, 进一步深入研究。
结束语
21世纪, 随着海洋的不断开发, 其与人类的关系越来越密切, 包括海色遥感在内的海洋探测技术也必将取得日新月异的发展。展望未来, 灵敏度高、功能强大、系统化的海洋水色遥感器是适应潮流的必然要求。本文所介绍的这几种水色遥感器只是未来几年的主流, 它们也会在在更远的将来被淘汰, 被更先进的仪器所替代。在全球数字化浪潮下, 数字化海洋也将在未来得到实现, 届时, 网络化的高精度的水色遥感器将揭开海洋的神秘面纱, 为人类监测全球变化、合理规划环境及应对自然灾害提供有力帮助。
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