第一篇：海洋水色成像儀綜述-歷史與未來(lái)

海洋水色遙感器發(fā)展趨勢(shì)初探

胡楊 14213376 水文學(xué)及水資源 引言

海洋水色遙感是指利用地球軌道衛(wèi)星上搭載的遙感儀器獲得的海洋表層離水輻射亮度研究海洋現(xiàn)象或海洋過(guò)程的新興遙感技術(shù)。海洋水色遙感的原理是通過(guò)衛(wèi)星傳感器接收信號(hào)的變化, 來(lái)反演水體中引起海洋水色變化的各種成分的含量, 如葉綠素濃度、懸浮泥沙含量、可溶有機(jī)物含量等[1]。通常, 我們按照其光學(xué)性質(zhì)的不同, 把海水分為一類水體(開(kāi)闊大洋)和二類水體(近岸海域)。一類水體的水色主要由浮游植物及其伴生生物決定, 二類水體的光學(xué)成因則比較復(fù)雜, 但它也是水色探測(cè)的重點(diǎn)。因?yàn)樗c人類關(guān)系最密切, 受人類的影響也最強(qiáng)烈。遙感技術(shù)是唯一一種能夠在全局視野上監(jiān)測(cè)海洋的技術(shù)手段, 通過(guò)它監(jiān)測(cè)和研究一類水體和二類水體的水色, 并結(jié)合海面風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、洋流、海面波浪等數(shù)據(jù), 人類能夠更好地了解海洋并及時(shí)認(rèn)知到海洋的動(dòng)態(tài)變化。正因?yàn)槿绱?近幾年的海洋水色遙感技術(shù)方興未艾, 被廣泛地應(yīng)用到氣象預(yù)報(bào)、漁業(yè)規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)及領(lǐng)土劃分等領(lǐng)域[2]。

海洋水色遙感起始于1978年美國(guó)國(guó)家宇航局的海岸帶彩色掃描儀(CZCS)的成功發(fā)射。盡管CZCS作為一次實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的嘗試只有一年的工作計(jì)劃, 但直到1986年之前, 它都持續(xù)提供著有實(shí)用性的數(shù)據(jù)[3]。隨后, 到了上個(gè)世紀(jì)90年代中后期, 人類又陸續(xù)發(fā)射了模塊式光電掃描儀(MOS)、海洋水色溫度掃描儀(OCTS)、地球反射偏振和方向性探測(cè)儀(POLDER)和海視寬視野傳感器等。這些傳感器的發(fā)射與應(yīng)用使得人類對(duì)于海洋水色的探測(cè)逐漸變得成熟起來(lái)[4]。進(jìn)入21世紀(jì)后, 人類面臨著愈來(lái)愈大的環(huán)境挑戰(zhàn), 并由此帶來(lái)了認(rèn)識(shí)海洋和研究海洋的迫切需要。在此背景下, 遙感技術(shù)在海洋水色探測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 一大批先進(jìn)的海洋水色遙感器被搭載在了衛(wèi)星平臺(tái)上。比較有代表性的有美國(guó)Aqua和Terra衛(wèi)星平臺(tái)上的中分辨率光譜成像儀(MODIS)、歐洲Envisat1衛(wèi)星平臺(tái)上的中等分辨率成像頻譜儀(MERIS)、日本ADEOS2衛(wèi)星平臺(tái)上的全球成像儀(GLI)、印度遙感衛(wèi)星IRS平臺(tái)上的海洋水色監(jiān)測(cè)儀(OCM)、韓國(guó)多功能衛(wèi)星Kompsat平臺(tái)上的海洋多光譜掃描成像儀(OSMI)以及中國(guó)臺(tái)灣福衛(wèi)一號(hào)上的海洋水色照相儀(OCI)[5]。我國(guó)的海洋水色探測(cè)起步較晚, 但發(fā)展迅速。比較著名的有神舟3號(hào)上的中分辨率光譜成像儀(CMODIS)、HY1A及HY1B上的水色水溫掃描儀(COCTS)、海岸帶成像儀(CZI)等, 它們是當(dāng)前國(guó)際海洋水色遙感的主流傳感器。

隨著包括遙感技術(shù)在內(nèi)的全球科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步, 更多功能強(qiáng)大的海水水色探測(cè)器將會(huì)被搭載到遙感平臺(tái)上, 從而使得對(duì)于海洋水色的研究不斷走向深入。未來(lái)幾年新增的海洋水色傳感器主要有可見(jiàn)光紅外成像輻射儀(VIIRS)、第二代海洋水色監(jiān)視儀(OCM-2)、地球靜止海洋水色成像儀(Geo-stationary Ocean Color Imager, GOCI)、海洋和陸地顏色儀(Oceanand Land Color Instrument, OLCI)、第二代全球成像儀(SGLI)、超光譜成像儀(HSI)、以及改進(jìn)型COCTS及CZI等[6][7]。2 過(guò)去的海洋水色遙感器 2.1 CZCS

海岸帶掃描儀（The Coastal Zone Color Scanner）是第一個(gè)用來(lái)測(cè)量海洋水色的航天傳感器。盡管在它以前也有不少可以檢測(cè)海洋水色的航天傳感器，但他們的光譜波段、空間分辨率以及活動(dòng)范圍等特性都是以陸地或者氣象為最優(yōu)化對(duì)象的，應(yīng)用在海洋水色方面有不少局限。但是CZCS的各種特性都為水色遙感服務(wù)，而排斥其他類型的遙感[8]。

它有6個(gè)光譜波段，其中四個(gè)是主要用來(lái)檢測(cè)水色的，它們的帶寬都是20nm，分別以443nm，520nm，550nm，670nm為中心波段；第五波段寬100nm，以750nm為中心，更適宜陸地遙感；第六波段是熱輻射波段（在傳感器運(yùn)作一年的時(shí)候就停止運(yùn)行了）1-4波段用來(lái)檢測(cè)水域或者瞬時(shí)視場(chǎng)角內(nèi)水汽含量很高的陸地、云層。

2.2 OCI 由日本NEC公司承制的海洋水色成像儀是四鏡頭并列CCD推掃式相機(jī)。

圖1 OCI成像儀結(jié)構(gòu)

外形尺寸為(長(zhǎng)×寬×高):35cm×38cm×34.5cm, 質(zhì)量為16.8kg, 遙感的中心波長(zhǎng)分別是443、490、510、555、670、865nm, 構(gòu)成一個(gè)六波段七通道海洋水色成像儀。第七通道與第四波段是完全相同的, 即為555nm波段。OCI 的波段選擇與美國(guó)SeaSTAR衛(wèi)星的SeaWIFS八個(gè)波段中的六個(gè)完全相同, 而與日本ADEOS衛(wèi)星的OCTS十二個(gè)波段中的四個(gè)完全相同[9]。海洋水色成像儀視角為60°, 使海洋水色成像儀在600km高空時(shí)可覆蓋690km寬的地面, 地面分辨率可達(dá)800m×800m。

為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并確保系統(tǒng)的可靠性, 在海洋水色成像儀的設(shè)計(jì)中沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件, 其成像動(dòng)作完全由線型CCD敏感器件與衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)所構(gòu)成。

ROCSAT-1利用S-band通道傳回衛(wèi)星上的數(shù)據(jù), 其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1.39Mb/s。最大時(shí)海洋水色成像儀可使用其80%的傳輸速率(約1Mb/s)傳送光譜數(shù)據(jù), 多于這個(gè)傳輸限制的光譜數(shù)據(jù)必須先存放在星上的固態(tài)存儲(chǔ)器內(nèi)。這個(gè)存儲(chǔ)器容量有2Gb, 因此海洋水色儀繞行軌道一圈, 最多只能用其中3%的時(shí)間攝像。這相當(dāng)於拍攝兩張700km×700km的六波段相片[10]。

OCI是一全折射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng),每?jī)蓚€(gè)波段公用一個(gè)望遠(yuǎn)鏡(B1/B2, B3/B4,B5/B6), 第7通道采用B3/B4組合的光學(xué)系統(tǒng)。為了減小色差, 三組望遠(yuǎn)鏡分別獨(dú)立設(shè)計(jì), 系統(tǒng)的F數(shù)為7。第四組與第二組望遠(yuǎn)鏡相同, 重復(fù)選擇555nm“黃光”波段作為第7通道的原因是, 該中心波長(zhǎng)是水體色素變化的鉸鏈點(diǎn), 無(wú)論高濃度與低濃度葉綠素水體的信息提取都需要用該波段的數(shù)據(jù)與其他波段的數(shù)據(jù)相除而得到。而OCI 的主要探測(cè)目標(biāo)就是葉綠素濃度和浮懸泥沙, 該探測(cè)波段具有備份的作用, 以能滿足臺(tái)灣海區(qū)水色探測(cè)。同時(shí), 如果望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)有某種退化, 那么它也是一種比較的手段[11][12]。

敏感器件為法國(guó)湯姆遜公司的TH7811A型CCD, 其上有1728個(gè)像素, 每一個(gè)像素為13μm×13μm。使用時(shí)分為三段, 兩側(cè)段各有832個(gè)像素, 以二像素合一的方式形成各有416個(gè)擴(kuò)展像素, 中間段則有64個(gè)像素, 因此在600km高空時(shí), 兩側(cè)的地面分辨率為800m2, 而中間段則為400m×800m。開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí), 選用日本NEC公司的μpD3571型CCD, 它有3584個(gè)像素, 每像素的尺寸是7μm×7μm。采用4元4線并一元的采樣方式, 即16個(gè)像素并為1個(gè)像素的方式。

2.3 SeaWiFS Seastar衛(wèi)星上裝配的SeaWiFS儀器如圖2所示。OSE正在制造SeaWiFS衛(wèi)星,并將探測(cè)儀的結(jié)構(gòu)的子合同轉(zhuǎn)包給休斯公司桑巴巴拉研究中心(Hughes/Santa Barbara)(SBCR),將在1994年初用“飛馬”助推器送到軌道上[13]。不象雨云7號(hào)飛船帶9臺(tái)儀器,SeaStar將只帶SeaWiFS儀器。掃描器有光學(xué)、探測(cè)器、前放和掃描機(jī)構(gòu),裝在飛船架子的星下點(diǎn)那面。電子艙有指令、遙測(cè)和電源等功能。裝在飛船架子的內(nèi)表面,與掃描器直接相對(duì)。儀器的總重量大約為49kg[14][15]。

圖2 SeaWiFS掃描儀

這個(gè)儀器測(cè)量八個(gè)空間波段的地球輻射,同樣也測(cè)量飽和輻射率。因?yàn)樗墙?jīng)過(guò)優(yōu)化用來(lái)觀測(cè)相對(duì)暗的海洋的,所以一般的云層和陸地區(qū)域?qū)⑹固綔y(cè)器飽和。探測(cè)器的瞬時(shí)視場(chǎng)(IF0V)是每個(gè)象素1.6x1.6mrad,星下點(diǎn)的掃描角士58.30°。掃描平面可以相對(duì)星下點(diǎn)傾斜十20、0或一20 度,每個(gè)象素的值的數(shù)字化精度是10 bit,典型的信噪比(SNR)大約是600。探測(cè)器有四個(gè)可選擇的增益,兩個(gè)為地球目標(biāo),一個(gè)為月亮定標(biāo)和一個(gè)為太陽(yáng)的定標(biāo)。3 未來(lái)的海洋水色遙感器 3.1 VIIRS

VIIRS是MODIS在未來(lái)的替代傳感器, 將被搭載在美國(guó)國(guó)家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃預(yù)備計(jì)劃NPP及美國(guó)國(guó)家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃NPOESSC1衛(wèi)星上。首個(gè)遙感器搭載在NPP上,計(jì)劃于2011年升空。VIIRS是在MODIS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的, 用途非常廣泛, 其水色遙感功能和MODIS相仿, 輻射特征也差不多[16]。MODIS用于海洋水色遙感的有8個(gè)波段, 其空間分辨率為1000m, 而VIIRS的7個(gè)水色波段分辨率為800m[17]。

VIIRS重275kg, 功率為240W, 預(yù)計(jì)將在軌工作7年。星下點(diǎn)空間分辨率為400m, 掃描帶邊緣的空間分辨率約為800m。它將在星下點(diǎn)左右56的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描, 每4個(gè)小時(shí)經(jīng)過(guò)赤道一次, 刈幅約為3000km。共有22個(gè)波段, 可見(jiàn)光與近紅外9個(gè), 中波紅外8個(gè), 長(zhǎng)波紅外4個(gè), 還有一個(gè)用于低照度的可見(jiàn)光波段。用于海洋水色遙感共有7個(gè)波段, 全部分布在可見(jiàn)光與近紅外波段。圖3表示了VIIRS的可見(jiàn)光及近紅外波段的海洋遙感性能[18]。

圖3 VIIRS海洋水色遙感波段響應(yīng)曲線圖

對(duì)于VIIRS的海洋水色遙感, 美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)、美國(guó)國(guó)家海洋局(NOAA)以及美國(guó)海軍聯(lián)合建立了一個(gè)跨機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)驗(yàn)證系統(tǒng)[19]。該系統(tǒng)以現(xiàn)有的海洋水色遙感器(如SeaWiFS、MODIS、MERIS、AVHRR等)為基礎(chǔ)架構(gòu), 將它們的數(shù)據(jù)與VIIRS取得的數(shù)據(jù)(又叫環(huán)境數(shù)據(jù)記錄, 簡(jiǎn)稱EDR)進(jìn)行全面的對(duì)比和校準(zhǔn), 以保證它們的一致性。

3.2

OCM-2 OCM-2是在第一代海洋水色監(jiān)視儀(OCM-1)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的, 被搭載在已發(fā)射的Oceansat-2和即將發(fā)射的Oceansat-3上。OCM-2的幅寬為1420km, 每?jī)商炀涂梢愿采w印度全境一次, 局部區(qū)域覆蓋的分辨率為350m,其數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)下行到地面處理站進(jìn)行處理, 而全球區(qū)域覆蓋的分辨率為4km, 其數(shù)據(jù)則被暫時(shí)存儲(chǔ)在衛(wèi)星上[20]。OCM-2與OCM-1相似, 共設(shè)置了12個(gè)波段, 其中用于水色遙感的為8個(gè)波段。但它的波段設(shè)置在OCM-1的基礎(chǔ)上做了些許改動(dòng)。如把OCM-1上的765nm波段移到了740nm處, 目的是減少氧氣吸收;把670nm處的波段替換為了620nm, 以便更好地觀測(cè)水體中的懸浮物質(zhì)。OCM-2的數(shù)據(jù)將被用于如下方面:浮游植物及有害藻華監(jiān)視;漁業(yè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);潮流、潮汐等對(duì)近岸水體中的懸浮物質(zhì)的傳輸及疏散產(chǎn)生的影響;河口監(jiān)測(cè)等[21]。

3.3

GOCI GOCI是韓國(guó)的新一代海洋水色遙感器, 主要用來(lái)監(jiān)測(cè)朝鮮半島周圍的海洋水色。GOCI被搭載在韓國(guó)2010年發(fā)射的首顆地球靜止氣象衛(wèi)星COMS(Communication, Ocean, Meteorological Satellite)上,COMS是韓國(guó)的一顆多功能衛(wèi)星, 除了用來(lái)監(jiān)測(cè)天氣變化外, 還兼具海洋遙感及通訊功能[22]。GOCI就是用來(lái)做海洋水色遙感的, 由EADSAstrium公司研制成功。它的主要任務(wù)是觀測(cè)以朝鮮半島為中心的一定范圍內(nèi)的海洋環(huán)境的變化, 對(duì)該區(qū)域的海洋生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期的和短期的監(jiān)測(cè)并提供不斷更新的關(guān)于葉綠素、藻華等的數(shù)據(jù)。GOCI重約84kg, 功率略小于100W, 尺寸為1.39m0.89m0.85m。GOCI的精度非常高, 其輻射校正誤差小于3.8%,地面采樣距離為500m, 時(shí)間分辨率為1小時(shí)。GOCI的譜帶選擇剛好適應(yīng)其進(jìn)行水色遙感[23], 如表1所示:

表1 GOCI的基本參數(shù)

GOCI的波段設(shè)置與第二代水色遙感器如MODIS有許多相似之處, 很好地繼承了它們的優(yōu)點(diǎn)。以412nm為中心波長(zhǎng)的波段能夠很好地區(qū)分開(kāi)活的藻類和死去的腐敗物(黃色物質(zhì)), 而近紅外的兩個(gè)通道(745nm和865nm)主要用來(lái)方便大氣效應(yīng)校正。對(duì)于大洋水, 這兩個(gè)波段的離水輻射都可以視為零, 因而可以很方便地計(jì)算出其他通道的純粹氣溶膠散射構(gòu)成的路徑輻射以及分子散射和氣溶膠散射相互作用下的大氣路徑輻射。同MODIS相比, GOCI各波段的信噪比都有所提高, 這對(duì)于GOCI來(lái)說(shuō)是不容易的。因?yàn)榕c處于低軌道的MODIS、SeaWiFS等第二代水色遙感器相比, GOCI距離水面更遠(yuǎn)。而高信噪比的獲得, 歸功于CMOS技術(shù)在GOCI上的使用[24]。GOCI是世界上首個(gè)搭載在地球靜止軌道上的海洋水色遙感器, 雖然不能像其他極地軌道或是太陽(yáng)同步軌道上的遙感器那樣提供全球視場(chǎng)的海洋遙感, 但是GOCI 能對(duì)以130E、36N為中心的一定范圍的海洋區(qū)域進(jìn)行高光譜分辨率和高空間分辨率的遙感。同時(shí), GOCI 的地球靜止軌道位置也使得它能在同一天內(nèi)對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行多次遙感, 數(shù)據(jù)更新很快, 能進(jìn)行高頻率的監(jiān)測(cè),有利于處理突發(fā)事件。因而與MODIS、SeaWiFS等第二代水色遙感器相比, GOCI在軌運(yùn)行時(shí), 將體現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì):

1、能夠很好地消除云層對(duì)水色遙感的影響。每日的10: 00-17: 00, GOCI 將對(duì)視場(chǎng)內(nèi)的每一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行8次觀測(cè), 如此高頻率的觀測(cè), 使得云層對(duì)衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生較大影響的可能性大大降低。

2、更有利于對(duì)赤潮的監(jiān)測(cè)。赤潮也稱有害藻華(HAB), 是指在海水中浮游生物數(shù)量急劇增加而種類大量減少的情況, 此時(shí)某種或某幾種浮游生物占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 對(duì)其他海洋生物和海洋水質(zhì)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此及時(shí)獲知赤潮的發(fā)生并實(shí)時(shí)跟蹤其發(fā)展對(duì)于消除赤潮具有重要意義。GOCI的高時(shí)空分辨率的特征, 對(duì)于處理赤潮這種偶發(fā)性事件具有很大優(yōu)勢(shì)。

3、為建立一個(gè)海洋每日循環(huán)性能數(shù)據(jù)庫(kù)提供了可能性。海洋是時(shí)時(shí)在變化的, 其循環(huán)機(jī)制包括碳循環(huán)、洋流、海面水汽循環(huán)等一直是人類研究的熱點(diǎn)。因此利用水色衛(wèi)星的探測(cè)資料, 建立一個(gè)關(guān)于海洋每日循環(huán)性能的數(shù)據(jù)庫(kù), 對(duì)于進(jìn)一步了解海洋循環(huán)機(jī)理具有重要作用。

4、對(duì)于不同的觀測(cè)目的, 都能匹配合適的時(shí)間尺度。GOCI 對(duì)于興趣點(diǎn), 既能提供長(zhǎng)期觀測(cè)又能提供短期觀測(cè), 這大大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用范圍[25][26]。

3.4

SGLI

SGLI是針對(duì)全球成像儀(GLI)而說(shuō)的, 是日本的新一代海洋水色遙感器, 將被搭載在 全球變化觀測(cè)(GCOM)中的GCOM-C1上, 計(jì)劃于2013年發(fā)射升空。GCOM是日本一項(xiàng)旨在觀測(cè)全球變化的長(zhǎng)期衛(wèi)星計(jì)劃。GCOM包括兩個(gè)衛(wèi)星系列,GCOM-W和GCOM-C[27]。GCOM-W上搭載有先進(jìn)微波掃描輻射計(jì)AMSR-2, 主要觀測(cè)與水有關(guān)的目標(biāo), 比如降水、水蒸汽、海面風(fēng)速、海面溫度、土壤濕度以及積雪深度等。GCOM-C則主要觀測(cè)地表以及大氣中有關(guān)碳循環(huán)和地球輻射收支的現(xiàn)象, 比如云、氣溶膠、水色、植被覆蓋、冰雪等, SGLI是其主要載荷之一[28]。

SGLI的質(zhì)量為400kg, 正常工作時(shí)功率為480w, 刈幅為1600km。主要由可見(jiàn)光和近紅外輻射計(jì)(VNR)以及紅外掃描輻射計(jì)(IRS)兩個(gè)部分組成[29]。VNR的光譜范圍從380nm到868.5nm, 共13個(gè)波段, 包括11個(gè)非極化波段和2個(gè)極化波段。在11個(gè)非極化波段中, 除了一個(gè)中心波長(zhǎng)為763nm的波段因?yàn)橛糜谝活愃w的觀測(cè)而把空間分辨率定為1000m外, 其余的10個(gè)波段其空間分辨率均為250m。在這11個(gè)波段中, 有一個(gè)中心波長(zhǎng)為380nm的窄波段值得注意, 它可以用來(lái)判別海面上空吸收性氣溶膠的存在并了解其相關(guān)性質(zhì),增加了大氣校正的精度。該波段還可以用來(lái)探測(cè)海水中的黃色物質(zhì)。而另外兩個(gè)極化波段可以進(jìn)行極化測(cè)量, 其中心波長(zhǎng)分別為670nm和865nm。這兩個(gè)極化波段, 共有3個(gè)極化方向, 空間分辨率都為1000m。利用它們, 可以很好地解決水體耀光的問(wèn)題。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn), 二類水體中的初級(jí)生產(chǎn)力與其溫度存在一種線性回歸關(guān)系, 故而SGLI還設(shè)置了兩個(gè)熱紅外波段, 用來(lái)估計(jì)二類水體的初級(jí)生產(chǎn)力。SGLI 最終的海洋水色產(chǎn)品將會(huì)融合多個(gè)水色遙感器(比如可見(jiàn)光紅外成像輻射儀VIIRS)的數(shù)據(jù)。

SGLI擁有非常高的分辨率(250m), 因而它對(duì)于陸海交接處的變化非常敏感, 在監(jiān)測(cè)二類水體時(shí)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它能夠精準(zhǔn)地探測(cè)出近岸水體中葉綠素濃度及懸浮物質(zhì)、溶解有機(jī)物的相關(guān)性質(zhì)。利用這些數(shù)據(jù), 人類可以了解海水的初級(jí)生產(chǎn)力、水質(zhì)等, 進(jìn)而可以進(jìn)行漁業(yè)規(guī)劃。SGLI還可以用來(lái)監(jiān)測(cè)赤潮的發(fā)生。同時(shí), 它能夠監(jiān)測(cè)河口水的變化, 能夠幫助科學(xué)家了解人類活動(dòng)對(duì)海洋的影響[30]。

水色成像儀在海洋學(xué)上的應(yīng)用舉例 4.1

海水透明度反演

海水透明度是描述海水光學(xué)特性的傳統(tǒng)參數(shù),也是最早的水光學(xué)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查參數(shù)。海水透明度與水體中懸浮物、葉綠素、黃色物質(zhì)的含量和成分密切相關(guān), 它是研究水團(tuán)、流系, 水質(zhì)監(jiān)測(cè)及海洋初級(jí)生產(chǎn)力的重要參數(shù)。王曉梅等在黃東海光學(xué)試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立了黃東海海水透明度的統(tǒng)計(jì)遙感反演模式。何賢強(qiáng)等根據(jù)水下光輻射傳輸理論及對(duì)比度傳輸理論, 建立了海水透明度的半分析定量遙感模式;利用556組實(shí)測(cè)海水透明度資料對(duì)模式進(jìn)行了驗(yàn)證, 結(jié)果表明衛(wèi)星遙感反演的透明度與實(shí)測(cè)透明度的相關(guān)系數(shù)為0.84,平均相對(duì)誤差為22.6%。利用該海水透明度遙感反演模式和SeaWiFS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù), 制作了中國(guó)鄰近海域多年的海水透明度遙感產(chǎn)品, 并進(jìn)行了中國(guó)鄰近海域透明度時(shí)空變化規(guī)律的遙感分析[31]。

4.2

海洋初級(jí)生產(chǎn)力反演

海洋初級(jí)生產(chǎn)力即海洋浮游植物光合作用的速率, 對(duì)深刻理解和研究海洋生態(tài)系統(tǒng)、碳循環(huán)及認(rèn)識(shí)海洋在全球氣候變化中的作用等方面具有重要意義。相對(duì)于傳統(tǒng)的黑白瓶培養(yǎng)法, 遙感方法具有大面積同步、高頻度動(dòng)態(tài)觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)。寧修仁等利用CZCS的葉綠素遙感分布, 結(jié)合漁場(chǎng)及赤潮等資料, 發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口和杭州灣及其毗鄰海域存在明顯的生物生產(chǎn)力的鋒面。李國(guó)勝等根據(jù)實(shí)測(cè)的葉綠素濃度數(shù)據(jù), 修正了大洋的OC4v4算法, 建立了東海的二類水體葉綠素濃度的經(jīng)驗(yàn)反演模型, 并利用VGPM模型反演了東海的初級(jí)生產(chǎn)力。潘德?tīng)t等通過(guò)多年對(duì)東海、南黃海實(shí)測(cè)海洋初級(jí)生產(chǎn)力與環(huán)境數(shù)據(jù)的分析, 基于P-E(生產(chǎn)力與光照強(qiáng)度)曲線, 利用葉綠素濃度、海水透明度和光合作用有效輻射率等數(shù)據(jù), 建立了適合我國(guó)海區(qū)特點(diǎn)的初級(jí)生產(chǎn)力遙感模型;與國(guó)外典型的初級(jí)生產(chǎn)力遙感模型比較, 該模型獲得的海洋初級(jí)生產(chǎn)力遙感數(shù)據(jù)能更好地反映我國(guó)渤海、黃海、東海的海洋初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空分布及其變化特征, 而且與實(shí)測(cè)的海洋初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空分布一致[32]。該模型已應(yīng)用于我國(guó)海洋水色衛(wèi)星HY-1A的COCTS遙感數(shù)據(jù), 獲得了中國(guó)海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的遙感分布圖。

4.3

水質(zhì)參數(shù)反演

衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展, 同時(shí)也促進(jìn)了對(duì)水色遙感應(yīng)用領(lǐng)域拓展的進(jìn)一步需求, 非光學(xué)活性的生物地球化學(xué)參數(shù)的遙感反演是遙感信息提取技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。如氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽和顆粒有機(jī)碳、溶解有機(jī)碳濃度等生物化學(xué)參數(shù), 目前國(guó)際上已經(jīng)有了初步的遙感反演探索, 國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了相關(guān)的研究。

磷、氮是引起港灣、湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化和誘發(fā)赤潮的主要環(huán)境因子, 也是我國(guó)近海水體環(huán)境污染最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。張穗等采用在水質(zhì)評(píng)價(jià)中較常用的修正富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)TSIM法, 利用總磷、總氮與葉綠素的相關(guān)特征得出適合河口特征的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法, 并在長(zhǎng)江口的遙感影像上進(jìn)行試驗(yàn),取得了較好的結(jié)果。張宵宇等根據(jù)杭州灣和嵊泗列島海域的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)研究海域懸浮物含量與顆粒態(tài)總磷呈正相關(guān)關(guān)系, 建立了遙感懸浮物含量和顆粒態(tài)總磷含量的遙感信息提取模式[33], 并利用SeaWiFS數(shù)據(jù)得到了長(zhǎng)江口及附近海域顆粒態(tài)總磷分布的遙感產(chǎn)品。李小斌等利用珠江口海域2個(gè)航次36個(gè)站位的實(shí)測(cè)遙感反射率和總無(wú)機(jī)氮(TIN)數(shù)據(jù), 基于偏最小二乘法, 建立了珠江口海域無(wú)機(jī)氮濃度估算的遙感模型。將該模型用于1998年12月31日的SeaWiFS資料, 與當(dāng)日的實(shí)測(cè)資料對(duì)比, 遙感估算值的平均相對(duì)誤差為31.9%, 模型的穩(wěn)定性較好。

顆粒有機(jī)碳和溶解有機(jī)碳含量分別表示海水中有機(jī)顆粒物和溶解物的含碳量, 是海洋水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo), 同時(shí)也是海洋碳循環(huán)研究的關(guān)鍵參數(shù)。黃色物質(zhì)CDOM和溶解有機(jī)碳DOC的生化光學(xué)特性研究在珠江口的研究中相對(duì)較多, 如Callahan等人研究發(fā)現(xiàn)在深圳河口北部, 水體的DOC和熒光性呈現(xiàn)線性相關(guān), 隨著鹽度的升高,CDOM通過(guò)光化學(xué)轉(zhuǎn)化變?yōu)榉菬晒庑晕镔|(zhì), CDOM/DOC比值降低。陳志強(qiáng)等人在珠江口的研究認(rèn)為,不同來(lái)源的有機(jī)質(zhì)與不同的DOC和CDOM分布的控制機(jī)制, 導(dǎo)致珠江口CDOM和DOC之間沒(méi)有明顯的關(guān)系。國(guó)內(nèi)對(duì)顆粒有機(jī)碳的遙感反演研究較少[34]。白雁和潘德?tīng)t等對(duì)中國(guó)近海有機(jī)碳的遙感反演機(jī)理進(jìn)行了分析, 在固有光學(xué)量半分析算法的基礎(chǔ)上, 初步建立了黃東海海區(qū)顆粒有機(jī)碳和溶解有機(jī)碳的遙感反演技術(shù)方法[35]。

水體富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮是水質(zhì)惡化的體現(xiàn), 需要利用遙感技術(shù)進(jìn)行有效的預(yù)警和監(jiān)測(cè)。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累, 利用衛(wèi)星遙感離水輻射率與水色水溫等要素建立的離水輻射率多波段差值法、多波段差值比值法、水色水溫綜合法和歸一化植被指數(shù)法等多種赤潮信息的提取模式, 都已對(duì)赤潮的識(shí)別進(jìn)行了成功的嘗試。趙冬至等采用太陽(yáng)光激發(fā)的葉綠素?zé)晒夥甯叨? 建立了不同藻類歸一化熒光高度與葉綠素濃度的關(guān)系, 提出了表征赤潮水體葉綠素?zé)晒飧叨鹊牟ǘ蝺?yōu)化法[36]。唐軍武等研究了大氣散射對(duì)歸一化植被指數(shù)法進(jìn)行赤潮遙感監(jiān)測(cè)的影響。目前在遙感赤潮信息提取方面, 現(xiàn)有的模式仍具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性, 有關(guān)的遙感業(yè)務(wù)化速報(bào)技術(shù)將在“十一五”的“八六三”項(xiàng)目支持下, 進(jìn)一步深入研究。

結(jié)束語(yǔ)

21世紀(jì), 隨著海洋的不斷開(kāi)發(fā), 其與人類的關(guān)系越來(lái)越密切, 包括海色遙感在內(nèi)的海洋探測(cè)技術(shù)也必將取得日新月異的發(fā)展。展望未來(lái), 靈敏度高、功能強(qiáng)大、系統(tǒng)化的海洋水色遙感器是適應(yīng)潮流的必然要求。本文所介紹的這幾種水色遙感器只是未來(lái)幾年的主流, 它們也會(huì)在在更遠(yuǎn)的將來(lái)被淘汰, 被更先進(jìn)的儀器所替代。在全球數(shù)字化浪潮下, 數(shù)字化海洋也將在未來(lái)得到實(shí)現(xiàn), 屆時(shí), 網(wǎng)絡(luò)化的高精度的水色遙感器將揭開(kāi)海洋的神秘面紗, 為人類監(jiān)測(cè)全球變化、合理規(guī)劃環(huán)境及應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害提供有力幫助。

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第二篇：海洋與未來(lái)

誰(shuí)掌握了海洋誰(shuí)就掌握了未來(lái)

古羅馬哲學(xué)家西塞羅說(shuō)：“誰(shuí)控制了海洋，誰(shuí)就控制了世界?！边@種控制海洋的能力被稱為海權(quán)，此概念由美國(guó)海軍歷史學(xué)家馬漢在其代表作《海權(quán)對(duì)歷史的影響》提出。海洋面積占地球表面的71%，陸地部分分散的分布在大洋中?？v觀世界近代歷史，海權(quán)對(duì)大國(guó)興衰起著作用重要。自地理大發(fā)現(xiàn)以來(lái)，西班牙、葡萄牙、荷蘭、英國(guó)，美國(guó)世界霸主無(wú)一不是海權(quán)國(guó)家。以英國(guó)為例，英國(guó)分別與1588年與西班牙無(wú)敵艦隊(duì)1780-1784年與荷蘭進(jìn)行海戰(zhàn)并取得勝利，奪取海上霸主地位，擁有廣闊的殖民地，成為“日不落帝國(guó)”。

近代以來(lái)海海權(quán)勢(shì)力壓倒陸權(quán)的現(xiàn)象比較復(fù)雜,可能有以下幾個(gè)因素:第一,在世界現(xiàn)代化過(guò)程中,由海洋貿(mào)易引發(fā)的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和先進(jìn)社會(huì)制度最初產(chǎn)生于沿海地區(qū),如威尼斯、佛羅倫薩、熱亞那、荷蘭、英國(guó)、法國(guó)等,然后逐漸向原始農(nóng)牧生產(chǎn)技術(shù)和中世紀(jì)集權(quán)專制狀態(tài)的內(nèi)陸滲透。相對(duì)地處沿海的西歐國(guó)家而言,內(nèi)陸國(guó)家都屬于后發(fā)展國(guó)家,在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政治、文化等變革方面經(jīng)常滯后。第二,航海貿(mào)易經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)機(jī)制,激發(fā)了社會(huì)的創(chuàng)造發(fā)明欲望,成為科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的持續(xù)動(dòng)力源。第三,由于國(guó)際間的沖突和自古延續(xù)的“叢林原則”主宰世界,這種持續(xù)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步不斷地轉(zhuǎn)換為強(qiáng)大的軍事力量,而沿海國(guó)家在軍事上總是領(lǐng)先一步。第四,航海貿(mào)易的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)制度撫育出能夠保障自身并與自身相適應(yīng)的民主政治制度,民主政治社會(huì)比較具有凝聚力,內(nèi)部消耗少。民主政治體制保證了個(gè)人自由權(quán)利和創(chuàng)造力的發(fā)揮以及社會(huì)財(cái)富積累、科學(xué)技術(shù)、軍事力量的持續(xù)正常發(fā)展。相反,具有長(zhǎng)期農(nóng)耕、游牧傳統(tǒng)的內(nèi)陸國(guó)家往往采取與之相適應(yīng)的高度集權(quán)體制,形成專制社會(huì),對(duì)以市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代化有著天然抵觸傾向,從而形成漫長(zhǎng)的由專制社會(huì)向民主社會(huì)的過(guò)渡期,使得內(nèi)陸國(guó)家在邁向現(xiàn)代化時(shí)步履蹣跚,在政治制度、科學(xué)技術(shù)、財(cái)富積累、內(nèi)部凝聚力、軍事力量等方面全面落后于沿海國(guó)家。第五,海權(quán)國(guó)家的現(xiàn)代化一開(kāi)始就重視現(xiàn)代國(guó)家制度與現(xiàn)代化的同步,陸權(quán)國(guó)家的現(xiàn)代化因國(guó)家制度過(guò)多地保留了古代落后的因素,不能形成必要的同步,對(duì)現(xiàn)代化的發(fā)展形成過(guò)多的障礙。

同時(shí)海洋國(guó)家中的海軍與陸軍空軍往往能形成一種協(xié)同關(guān)系，海洋國(guó)家的海軍必須具備在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)維護(hù)國(guó)家“海上生命線”的能力,承擔(dān)向涉及國(guó)家生存的海外地區(qū)投送陸軍的任務(wù),尤其在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期要能夠戰(zhàn)勝對(duì)手的海軍,掃清海上投送路線上的障礙,還要為陸軍作戰(zhàn)提供源源不斷的后勤供應(yīng)和兵力增援。有時(shí)海軍艦船火力直接掩護(hù)登陸作戰(zhàn),支援陸軍軍事行動(dòng)。尤其在制空權(quán)決定勝負(fù)的情況下,以航空母艦為主的海軍航空兵所提供的制空權(quán)對(duì)海外陸軍作戰(zhàn)意義重大。沒(méi)有海軍的保障,再?gòu)?qiáng)大的陸軍也無(wú)法抵達(dá)涉及國(guó)家生存利益的海外地域,并取得海外作戰(zhàn)的勝利。如果陸軍作戰(zhàn)失敗,海軍還負(fù)有把陸軍安全撤回本土、防止對(duì)方對(duì)自己本土入侵等任務(wù)。此外,海洋國(guó)家的海權(quán)戰(zhàn)略雖有防御本土的職責(zé),但更重要的職能是保障海上運(yùn)輸線的安全和向本土之外的地區(qū)投送陸軍兵力。因?yàn)橥{海洋國(guó)家結(jié)構(gòu)的因素往往不在本土之內(nèi),而在本土之外。海洋國(guó)家重視海軍建設(shè),把海權(quán)作為戰(zhàn)略重點(diǎn)并非忽視陸權(quán)的重要性。保護(hù)國(guó)家海外利益的軍事行動(dòng)最終需陸軍來(lái)完成,如果投送到海外的陸軍不堪一擊,那么海軍再?gòu)?qiáng)大也是毫無(wú)意義的,所以海權(quán)國(guó)家同樣高度重視陸軍建設(shè)以及海外陸權(quán)投送的有效性。海權(quán)國(guó)家和陸權(quán)國(guó)家同樣地重視陸權(quán)控制能力,只是所關(guān)注的重點(diǎn)不是本土,而是本土之外的地區(qū)。海軍陸戰(zhàn)隊(duì)這一軍種的出現(xiàn)多少暗示了一種現(xiàn)象:海權(quán)國(guó)家的陸軍都具有海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的性質(zhì)。由于海外作戰(zhàn)所遇困難大于、多于本土作戰(zhàn),所以海洋國(guó)家的野戰(zhàn)陸軍素質(zhì)一般高于負(fù)責(zé)本土守衛(wèi)的陸軍。強(qiáng)大的海軍可以在海上殲滅入侵之?dāng)?從而大大減輕本土陸軍的負(fù)擔(dān),并且在很大程度上承擔(dān)本土陸軍的功能。海軍越是強(qiáng)大,本土就越是安全。與其說(shuō)“海權(quán)拱衛(wèi)陸權(quán)”,不如說(shuō)本土陸權(quán)的功能部分地轉(zhuǎn)移給了海權(quán)。因此,對(duì)海洋國(guó)家來(lái)說(shuō),不存在海權(quán)和陸權(quán)哪個(gè)更重要的問(wèn)題,而是在整個(gè)國(guó)防體系運(yùn)作中發(fā)揮各自不可替代的功能以及隨戰(zhàn)場(chǎng)空間變換二者如何協(xié)作的問(wèn)題。

除了海洋的戰(zhàn)略效益之外，海洋的經(jīng)濟(jì)效益也不容忽視。隨著陸地自然資源的日益枯竭和海洋勘測(cè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，海洋的經(jīng)濟(jì)效益日益凸顯。有的科學(xué)家預(yù)言21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)。

海洋中的生物資源，礦產(chǎn)資源，海洋能資源也對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)越來(lái)越大。

中國(guó)作為一個(gè)傳統(tǒng)的陸權(quán)國(guó)家在近代化的實(shí)質(zhì)由內(nèi)陸農(nóng)耕國(guó)家轉(zhuǎn)向現(xiàn)代海洋國(guó)家，正如美國(guó)歷史學(xué)家房龍寫道:“和印度一樣,中國(guó)也是一個(gè)半島,一個(gè)半圓形半島,而不是三角形。”從歷史上看,大凡半島形地區(qū)或遲或早會(huì)從陸權(quán)轉(zhuǎn)向海權(quán),只是過(guò)程較緩慢,因?yàn)樯钍軆?nèi)陸經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的制約,半島面積越大,內(nèi)陸性格就改變得越慢。變化的契機(jī)主要來(lái)自外部商業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的移植,如古代希臘半島的許多城邦國(guó)家、意大利半島上的羅馬國(guó)家、斯堪的那維亞半島上的海盜國(guó)家、中世紀(jì)伊比利亞半島的西班牙人、今天的印度和中國(guó)。中國(guó)近代的歷史充分體現(xiàn)了海權(quán)在主權(quán)國(guó)家的歷史作用，中國(guó)近代史的開(kāi)端由英國(guó)海軍轟開(kāi)，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)，甲午海戰(zhàn)中國(guó)海軍受夠了窩囊氣。中國(guó)中國(guó)近代的有識(shí)之士也逐步認(rèn)識(shí)到“興幫（邦）張海權(quán)”的道理，孫中山曾說(shuō)：“海權(quán)興，則國(guó)興。”“海權(quán)操之在我則存，操之在人則亡”。中華人民共和國(guó)海軍于1949年4月23日于江蘇泰州成立。4月23日被欽定為海軍節(jié)。但在新中國(guó)的軍隊(duì)發(fā)展歷程中，開(kāi)始海軍為空軍陸軍讓步最后軍隊(duì)建設(shè)為經(jīng)濟(jì)讓路。海軍建設(shè)缺乏資金。按照局座張召忠少將的說(shuō)法那段時(shí)間海軍一年都買不來(lái)一艘護(hù)衛(wèi)艦，從此就再也買不了。海軍司令員劉華清到死都想看到中國(guó)的航母?，F(xiàn)在中國(guó)海軍第二艘航母建成，局座在一次活動(dòng)中淚崩，說(shuō)我們海軍受了多少窩囊氣才有今天。局座的哭泣除了委屈同時(shí)包含了海軍的崛起，以前中國(guó)海軍的三大恥辱銀河號(hào)事件，南海撞機(jī)事件以及臺(tái)海事件不會(huì)再次發(fā)生。中國(guó)人民有能力守護(hù)并開(kāi)發(fā)屬于中國(guó)的領(lǐng)土，中國(guó)海軍有能力走向深藍(lán)。

第三篇：海洋與中國(guó)未來(lái)

答題紙

（20 12 —20 13 學(xué)年 第 一 學(xué)期）

課號(hào)：_課程名稱： 海洋與中國(guó)未來(lái)改卷教師：

學(xué)號(hào)：姓名：得分：

海水養(yǎng)殖環(huán)境污染及控制對(duì)策

摘要：近年來(lái)隨著人名生活水平的改善，市場(chǎng)對(duì)海產(chǎn)品的需求量逐年增大，而傳統(tǒng)的海洋捕撈已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這樣快速增長(zhǎng)的需求，人們?yōu)榱烁旄奖愕墨@得海產(chǎn)品獲得利益的最大化，海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)就應(yīng)用而生，但隨著海水養(yǎng)殖也的不斷擴(kuò)展也暴露出很多問(wèn)題。本文就綜述了近年來(lái)海水養(yǎng)殖迅速發(fā)展背景下我國(guó)海水環(huán)境污染的狀況和污染的種類，其中海水養(yǎng)殖中產(chǎn)生的海水富營(yíng)養(yǎng)化和藥物污染成為海水環(huán)境最主要的污染類型，而海水養(yǎng)殖中物種的逃逸對(duì)海水環(huán)境也造成很大的影響間接的對(duì)海水環(huán)境造成污染，本文通過(guò)對(duì)海水環(huán)境污染的介紹也提出相應(yīng)的控制對(duì)策。提出了一系列防治措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：海水養(yǎng)殖；海水環(huán)境污染；控制辦法

隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高。人們的物質(zhì)需求有了很大的提升，海鮮逐漸變?yōu)榱似匠＜彝ゲ妥郎系募页２?。伴隨著的則是海洋漁業(yè)生產(chǎn)的廣闊的發(fā)展前景，從我們的祖先開(kāi)始就在近海展開(kāi)了一系列的捕魚活動(dòng)，而且近年來(lái)對(duì)近海的過(guò)度開(kāi)發(fā)已經(jīng)很難再捕到人們所要求的海鮮產(chǎn)品，近海的漁業(yè)資源已經(jīng)基本耗盡。為了滿足市場(chǎng)對(duì)海產(chǎn)品的需求，海水養(yǎng)殖業(yè)就在這樣的環(huán)境下發(fā)展起來(lái)了。海水養(yǎng)殖作為海洋漁業(yè)的重要組成部分在人們的生活中逐漸重要起來(lái)。同時(shí)海水養(yǎng)殖也得發(fā)展緩解了過(guò)度的海水捕撈給海洋自然資源帶來(lái)的巨大壓力，近年來(lái)在海洋漁業(yè)產(chǎn)量中的比重不斷上升，地位也越來(lái)越重要。歷史上，我國(guó)漁業(yè)以捕撈為主，而自20世紀(jì)90年代初起,養(yǎng)殖產(chǎn)量開(kāi)始超過(guò)捕撈產(chǎn)量。2004 年我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量占全國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量的65%，世界總產(chǎn)量的70%以上[7]。俗話說(shuō)物極必反，同樣迅速發(fā)展的海水養(yǎng)殖業(yè)也暴露出很多問(wèn)題，如：目前養(yǎng)殖水體廣泛受到毒害物污染和大量使用農(nóng)藥的污染，它嚴(yán)重影響到水產(chǎn)品出口和食物安全。并通過(guò)食物鏈對(duì)人類健康構(gòu)成了威脅，而且對(duì)近岸海水自然環(huán)境系統(tǒng)的污染越來(lái)越嚴(yán)重。怎樣有效的控制水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)水環(huán)境的污染成為近年來(lái)科學(xué)研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

有研究認(rèn)為，海水養(yǎng)殖對(duì)海洋的污染僅占海洋污染總量的5％ ；但有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)近岸海域赤潮的發(fā)生規(guī)律與全國(guó)陸源污染的排放量不呈正相關(guān)關(guān)系，卻與沿海地區(qū)對(duì)蝦養(yǎng)殖量呈正相關(guān)關(guān)系[3]，可見(jiàn)海水養(yǎng)殖對(duì)海水環(huán)境的影響是巨大的?？珊ＫB(yǎng)殖對(duì)海水環(huán)境的影響有哪些？下面我們來(lái)介紹一下海水養(yǎng)殖對(duì)海水環(huán)境的影響及其控制的對(duì)策。

1、海水養(yǎng)殖對(duì)海水環(huán)境的污染

1.1、海水的富營(yíng)養(yǎng)化

海水養(yǎng)殖對(duì)海水環(huán)境造成的影響中最明顯也是最嚴(yán)重的就是養(yǎng)殖海域的海水富營(yíng)養(yǎng)化。由于向養(yǎng)殖水體中投入大量餌料和有機(jī)物，加上生產(chǎn)操作缺乏嚴(yán)格規(guī)范，特別是過(guò)量施用或不合理施用使養(yǎng)殖水體中殘餌、排泄物、生物尸體、漁用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等大量增加，造成氮、磷、以及其他有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)在封閉或半封閉的養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中超過(guò)了水體的自然凈化能力，改變了海水中原有的氮含量以及磷含量等化學(xué)平衡，造成了海水水質(zhì)變化。一旦撤出養(yǎng)殖系統(tǒng)隨著海水的不停流動(dòng)，這種效應(yīng)還可能會(huì)傳播和擴(kuò)大到鄰近海域，最終由于營(yíng)養(yǎng)鹽含量過(guò)高導(dǎo)致海水水體理化環(huán)境的改變，同時(shí)造成了養(yǎng)殖區(qū)域海域生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)障礙，形成惡性循環(huán)。從而導(dǎo)致對(duì)水體環(huán)境的污染，造成水質(zhì)惡化。

我們還看到有些地方的養(yǎng)殖業(yè)仍沿襲傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式，向養(yǎng)殖水體投入有機(jī)肥，甚至是未發(fā)酵的有機(jī)肥，這些有機(jī)肥在養(yǎng)殖水體中分解要消耗大量氧氣，往往又產(chǎn)生一些氨氮、亞硝酸鹽、沼氣等有害物質(zhì)，并造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，使得水體營(yíng)養(yǎng)鹽升高，下層水體缺氧。這一做法往往使水體的富營(yíng)養(yǎng)化直接惡化，而且殘餌及魚類排泄物沉入水底后，還會(huì)造成沉積環(huán)境中硫化物、有機(jī)質(zhì)和還原物質(zhì)含量升高。這些問(wèn)題不但會(huì)影響到養(yǎng)殖系統(tǒng)自身的安全，而且嚴(yán)重威脅到周邊水體環(huán)境的安危。

研究者對(duì)河北省昌黎縣水產(chǎn)養(yǎng)殖進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：高、中密度養(yǎng)殖區(qū)的無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他養(yǎng)殖區(qū)的含量，這主要是在養(yǎng)殖過(guò)程中高密度區(qū)要投入更多的餌料產(chǎn)生更多的排泄物的緣故。而且原來(lái)沉積在泥土中的無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷在一段時(shí)間會(huì)重新回到水體對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。研究也發(fā)現(xiàn)水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)不僅會(huì)導(dǎo)致海產(chǎn)品的品質(zhì)下降，還會(huì)導(dǎo)致海水中浮游植物群落的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使發(fā)生赤潮的幾率大大的增加。沉積在水底的無(wú)機(jī)鹽使底層海水底層的微生物活動(dòng)加劇是海水底層的含氧量急劇降低影響底層需氧物種的生存。所以如何控制海水養(yǎng)殖中海水不被富營(yíng)養(yǎng)化成為當(dāng)務(wù)之急。

1.2 養(yǎng)殖藥物對(duì)海水的污染

在養(yǎng)殖的過(guò)程中由于養(yǎng)殖密度高，水質(zhì)受到嚴(yán)重的影響，養(yǎng)殖的水生生物極易患各種疾病，為了防范各種疾病，在養(yǎng)殖過(guò)程中要投入大量各種化學(xué)消毒劑、抗生素、激素、疫苗等化學(xué)藥品用于防治病害、清除敵害生物、消毒和抑制污染性生物、在防治細(xì)菌性疾病的時(shí)候要大量的投入抗生素，如土霉素、呋喃唑酮(已禁用)、含氯制劑、含碘制劑等，這些藥物在起到防病治病的同時(shí)，也會(huì)對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境造成污染。尤其對(duì)水中的微生態(tài)系統(tǒng)造成損害，使水中的自然凈化能力降低。另外，不加選擇和判斷地使用大量的多種藥物會(huì)使海域細(xì)菌發(fā)生基因突變從而破壞生態(tài)平衡，而且還會(huì)加劇水生動(dòng)、植物病害，最終形成惡性循環(huán)；同時(shí)水生動(dòng)、植物耐藥性增強(qiáng)，增加了疫病防治的難度?？股卦斐沙练e物中生物群落量和質(zhì)的改變，抑制沉積物的降解速率，如減弱水體降解有機(jī)碳的能力，造成生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的不暢。更為嚴(yán)重的是藥物在水生動(dòng)、植物體內(nèi)積累，殘留量增大，直接威脅消費(fèi)者身體健康。

據(jù)報(bào)道，1987 年挪威的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)使用了4815 t 抗生素類藥物，1990 年用量比種植業(yè)所用還要多；英國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的化學(xué)藥物就有23 種；我國(guó)在養(yǎng)殖防病中,曾使用過(guò)近500 種中西藥[8]。這還不包括使用的其他藥物。而我們國(guó)家存在的問(wèn)題是藥物的過(guò)量使用和濫用。這些對(duì)海洋安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。這些問(wèn)題都是急待解決的。

1.3 生物多樣性影響

在養(yǎng)殖過(guò)程中養(yǎng)殖的海產(chǎn)品在一些特殊的情況下會(huì)發(fā)生逃逸，比如臺(tái)風(fēng)天氣或者養(yǎng)殖設(shè)備發(fā)生損壞時(shí)。有的時(shí)候逃逸的數(shù)量還很龐大。而這些逃逸的種群或者個(gè)體會(huì)或多或少會(huì)對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)周邊的自然水域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。一般情況下養(yǎng)殖的逃逸魚在野外生存的能力較差，與海域中的土著魚類進(jìn)行長(zhǎng)期的種群競(jìng)爭(zhēng)的可能性比較小。但是，即使是短暫性的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)導(dǎo)致野生種群的物種發(fā)生一定的變化，最終影響到海域野生種群的自然變化和自我調(diào)控。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)意外逃逸的養(yǎng)殖魚群和有意移植的養(yǎng)殖魚群通過(guò)掠奪食物造成原有種群的滅絕會(huì)和自然環(huán)境中的種群雜交產(chǎn)生新的物種或者與原有的物種產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)使得生物多樣性受到影響[2]。而且這些魚可能隨著洋流的方向擴(kuò)散大量繁殖，成為生物入侵者使得人們?cè)谔幚磉@一物種的過(guò)程中付出沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。更為嚴(yán)重的，很多魚類寄生蟲(chóng)病是人畜互傳的，會(huì)對(duì)人類的健康將造成威脅。

現(xiàn)代的海水養(yǎng)殖中有些魚類被人為的改造了基因，以產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。而養(yǎng)殖的這些轉(zhuǎn)基因的新物種在豐富生物多樣性的同時(shí)也給自然及的物種多樣性帶來(lái)了隱患。一旦這些養(yǎng)殖的魚類逃逸很有可能對(duì)海域生態(tài)系統(tǒng)中的基因多樣性產(chǎn)生危害。雖

然這些魚適合在養(yǎng)殖的環(huán)境下生存，在野外環(huán)境下生存能力極大地下降，但不可避免的是魚群之間的雜交問(wèn)題。比如轉(zhuǎn)基因的魚具有大體型和快增長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)與土著魚適應(yīng)環(huán)境的優(yōu)良基因雜交則有可能長(zhǎng)生出一種無(wú)敵的物種，嚴(yán)重影響到土著魚的生存。對(duì)土著魚的原有基因產(chǎn)生污染，使得物種的基因多樣性減少。更為甚者原有的土著物種有可能在競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中處于劣質(zhì)直至滅絕。

海水養(yǎng)殖使海水富營(yíng)養(yǎng)化，海水環(huán)境的惡化直接影響到海水中大量物種的生存環(huán)境，在網(wǎng)箱養(yǎng)殖的過(guò)程中集中產(chǎn)生很多的排泄物和過(guò)量的投料使得大量的有機(jī)物質(zhì)和氮、磷有機(jī)質(zhì)的沉積，這些物質(zhì)沉積到海水底部使得海水底部的微生物種群發(fā)生很大的變化，微生物作為分解者會(huì)大量的繁殖來(lái)降解這些有機(jī)質(zhì)。但微生物的大量繁殖使得洋底部海水含氧量大量減少，影響到底層生物的生長(zhǎng)。而且隨著氧含量的生長(zhǎng)微生物作用降低，有機(jī)質(zhì)繼續(xù)大量沉積。沉積到一定量的時(shí)候，使得海水中的浮游生物種群群落發(fā)生變化，發(fā)生赤潮。而赤潮的發(fā)生又會(huì)使得海水大面積的缺氧，造成更大的生態(tài)環(huán)境的危機(jī)。

海水養(yǎng)殖場(chǎng)所的建造也會(huì)對(duì)近岸的環(huán)境和地理地貌發(fā)生改變，影響到近岸生物物種的生存，我們不再一一例舉。

2、環(huán)境污染的對(duì)策

我國(guó)人口眾多,可供利用的資源有限,對(duì)水域的利用將是糧食生產(chǎn)的最大可能場(chǎng)所。水產(chǎn)養(yǎng)殖將是今后我國(guó)漁業(yè)生產(chǎn)的重要投資項(xiàng)目。然而在面對(duì)海水養(yǎng)殖對(duì)海洋環(huán)境造成的日益顯現(xiàn)的影響，我們?cè)趹n慮的同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)污染源頭的控制，我們面對(duì)海洋各種環(huán)境危機(jī)時(shí)有哪些措施可以應(yīng)對(duì)，怎樣做到海水養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，變得越來(lái)越重要。首先我們的政府要發(fā)揮政府職能，對(duì)嚴(yán)重污染環(huán)境的養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行改造，可以給養(yǎng)殖戶一定的補(bǔ)償鼓勵(lì)其對(duì)養(yǎng)殖設(shè)施進(jìn)行改造。而且可以對(duì)養(yǎng)殖戶進(jìn)行培訓(xùn)，然他們知道養(yǎng)殖過(guò)程中要如何投料，根據(jù)什么投料。怎樣去用藥，什么癥狀用什么要，也可以讓科技所上門指導(dǎo)使濫用魚藥的狀況發(fā)生改變。

我們也要建立嚴(yán)格的監(jiān)管制度，對(duì)海洋的環(huán)境達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控。建立健全法律法規(guī)體系。合理規(guī)劃養(yǎng)殖面積及品種,建立漁業(yè)用藥限制及養(yǎng)殖廢水排放等水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格控制濫用漁藥現(xiàn)象,加強(qiáng)養(yǎng)殖水處理及廢水排放的管理,為發(fā)展生態(tài)漁業(yè)提供充足的法律保障。

可以和科研單位加強(qiáng)合作，重新建立一套海水養(yǎng)殖的模式，如實(shí)現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖，不同水層養(yǎng)殖不同的種群，實(shí)現(xiàn)餌料的最大化的利用，從而徹底的改變現(xiàn)有的養(yǎng)殖模式。加

強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)與飼料學(xué)研究,優(yōu)化飼料結(jié)構(gòu)及投喂方式,減小餌料投放量,增大飼料利用率,改變單一的精養(yǎng)模式,采用有效的混養(yǎng)模式等,最大限度減小沉積量[6]。另一方面加強(qiáng)對(duì)海水養(yǎng)殖中產(chǎn)生的廢物沉積的處理技術(shù)，使得廢物沉積的量減到最小，實(shí)現(xiàn)底層沉積物的廢物重新利用。

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第四篇：我國(guó)海洋遙感技術(shù)的歷史及未來(lái)發(fā)展

海洋調(diào)查與觀測(cè)課程考核論文

題目：我國(guó)海洋遙感技術(shù)的歷史及未來(lái)發(fā)展 姓名：

學(xué)號(hào)： 分?jǐn)?shù)：

2010年4月25日

我國(guó)海洋遙感技術(shù)的歷史及未來(lái)發(fā)展

摘 要：1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射的世界第一顆人造衛(wèi)星“史撥尼克克1號(hào)”進(jìn)入太空。各類衛(wèi)星技術(shù)紛紛出現(xiàn)，其中海洋遙感技術(shù)自誕生之日起就引起眾多海洋學(xué)家、環(huán)境學(xué)家的高度重視。利用這項(xiàng)技術(shù),人們可以很輕松的取得數(shù)萬(wàn)平方公里的近乎實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，為解決方案提供數(shù)據(jù)支持。海洋遙感技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)循環(huán)漸進(jìn)的過(guò)程，從一開(kāi)始只提供簡(jiǎn)單大概的數(shù)據(jù)到現(xiàn)在提供復(fù)雜精確的數(shù)據(jù)，這期間花費(fèi)了大量的人力物力。

關(guān)鍵詞：海洋遙感技術(shù)；歷史；發(fā)展；

The history of marine remote sensing technology and future development in China

Abstract: October 4, 1957, the Soviet Union launched the world's first artificial satellite, “History of dial Nike Ke 1” into space.Various types of satellite technology have emerged, including ocean remote sensing technology since the date of birth on the cause of many oceanographers and environmental scientists are highly valued.Using this technology, people can easily tens of thousands of square kilometers of the acquisition of near real-time Shu Ju, use these data to monitor the marine environment, provide data support for the settlement program.Ocean remote sensing technology is a gradual process cycle, from the start about the data only provide simple to complex now provides accurate data, this period spent a great deal of manpower and resources.Key words: ocean remote sensing technology;history;development;

我國(guó)海洋遙感應(yīng)用研究起步于七十年代末期。目前，開(kāi)展的主要工作有：接收氣象衛(wèi)星資料進(jìn)行海洋環(huán)境預(yù)報(bào)，海洋環(huán)境污染航空遙感監(jiān)測(cè)，大面積航空測(cè)溫，海岸帶和深海資源航空遙感調(diào)查，利用遙感資料進(jìn)行懸浮泥沙、葉綠素、海冰的應(yīng)用研究。近期將建成海洋航空遙感業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)，積極開(kāi)發(fā)航天遙感技術(shù)，包括建立海洋環(huán)境衛(wèi)星遙感資料的接收和處理系統(tǒng)。海洋遙感技術(shù)是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要手段。衛(wèi)星遙感技術(shù)的突飛猛進(jìn)，為人類提供了從空間觀測(cè)大范圍海洋現(xiàn)象的可能性。目前，美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)已發(fā)射了10多顆專用海洋衛(wèi)星，為海洋遙感技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的支撐平臺(tái)。

1.海洋遙感技術(shù)的定義

海洋遙感是指利用傳感器對(duì)海洋進(jìn)行遠(yuǎn)距離非接觸觀測(cè)，以獲取海洋景觀和海洋要素的圖像或數(shù)據(jù)資料。海洋不斷向環(huán)境輻射電磁波能量，海面還會(huì)反射或散射太陽(yáng)和人造輻射源（如雷達(dá)）射來(lái)的電磁波能量，故可設(shè)計(jì)一些專門的傳感器，把它裝載在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、飛機(jī)、火箭和氣球等攜帶的工作平臺(tái)上，接收并記錄這些電磁輻射能，再經(jīng)過(guò)傳輸、加工和處理，得到海洋圖像或數(shù)據(jù)資料。

遙感方式有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種：

1、主動(dòng)式遙感。先由遙感器向海面發(fā)射電磁波，再由接收到的回波提取海洋信息或成像。這種傳感器包括側(cè)視雷達(dá)、微波散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、激光雷達(dá)和激光熒光計(jì)等。

2、被動(dòng)式遙感。傳感器只接收海面熱輻射能或散射太陽(yáng)光和天空光的能量，從中提取海洋信息或成像。這種傳感器包括各種照相機(jī)、可見(jiàn)光和紅外掃描儀、微波輻射計(jì)等。

按工作平臺(tái)劃分，海洋遙感可分為航天遙感、航空遙感和地面遙感3種方式。海洋遙感技術(shù)，主要包括以光、電等信息載體和以聲波為信息載體的兩大遙感技術(shù)。

海洋聲學(xué)遙感技術(shù)是探測(cè)海洋的一種十分有效的手段。利用聲學(xué)遙感技術(shù)，可以探測(cè)海底地形、進(jìn)行海洋動(dòng)力現(xiàn)象的觀測(cè)、進(jìn)行海底地層剖面探測(cè)，以及為潛水器提

[1]供導(dǎo)航、避碰、海底輪廓跟蹤的信息。

國(guó)際上海洋遙感技術(shù)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，第一階段是氣象衛(wèi)星／陸地衛(wèi)星的海洋應(yīng)用階段；第二階段是海洋衛(wèi)星應(yīng)用階段。后一個(gè)階段是美國(guó)于1978年發(fā)射的海洋衛(wèi)星SEASAT-A而開(kāi)創(chuàng)的。目前，中國(guó)海洋遙感技術(shù)仍處于第一階段，即氣象衛(wèi)星／陸地衛(wèi)星的海洋應(yīng)用階段，為了步入第二個(gè)階段，中國(guó)海洋遙感學(xué)者在最近3年中作了一些試驗(yàn)研究。由于中國(guó)氣象衛(wèi)星--風(fēng)云系列（FY-IA、FY-IB）衛(wèi)星上有2-4個(gè)海洋通道用于觀測(cè)海洋水色等要素，因此，國(guó)家海洋局在北京、杭州、天津等3個(gè)城市建立了

[2]氣象衛(wèi)星地面接收應(yīng)用系統(tǒng)。

2．我國(guó)海洋遙感技術(shù)的第一階段

1988年9月7日，中國(guó)啟用“長(zhǎng)征四號(hào)”火箭，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功地發(fā)射了一顆試驗(yàn)性氣象衛(wèi)星——“風(fēng)云一號(hào)”，這是中國(guó)自行研制和發(fā)射的第一顆極地軌道氣象衛(wèi)星，也是我國(guó)第一顆傳輸型極軌遙感衛(wèi)星。這一成功標(biāo)志著我國(guó)航天技術(shù)達(dá)到新水平，它提高了我國(guó)天氣預(yù)報(bào)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性以及監(jiān)測(cè)災(zāi)害性天氣的能力。

“風(fēng)云一號(hào)”上裝有兩臺(tái)甚高分辨率掃描輻射儀，共有5個(gè)探測(cè)通道，可探測(cè)白天和夜間的云圖、地表圖像、海洋水色圖像、水體邊界、海洋面溫度、冰雪覆蓋及植被生長(zhǎng)情況。衛(wèi)星的主要任務(wù)是獲取國(guó)內(nèi)外大氣、云、陸地、海洋資料，進(jìn)行有關(guān)數(shù)

[3]據(jù)收集，用于天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、自然災(zāi)害和全球環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

衛(wèi)星可以向世界各地云圖接收站發(fā)送實(shí)時(shí)的氣象云圖，還可以對(duì)海洋水色進(jìn)行探測(cè)和對(duì)海溫進(jìn)行遙感研究；衛(wèi)星上攜帶有空間粒子成分監(jiān)測(cè)器，可對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行研究。從發(fā)回的氣象信息看，專家們認(rèn)為圖像清晰，紋理清楚，層次豐富，及時(shí)準(zhǔn)確。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)之一是采用了長(zhǎng)壽命的三軸姿態(tài)控制系統(tǒng)，使衛(wèi)星上的兩臺(tái)可見(jiàn)光和紅外掃描輻射儀（掃描寬度可達(dá)3000公里）能始終對(duì)準(zhǔn)地球，對(duì)地指向精度小于1.0度，星下點(diǎn)分辨率達(dá)1.1公里。1988年10月15日14時(shí)26分，就在衛(wèi)星發(fā)射后的第39天，從接收的氣象衛(wèi)星云圖上，明顯發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星沿滾動(dòng)軸方向嚴(yán)重偏轉(zhuǎn)，[4]衛(wèi)星姿態(tài)失控，導(dǎo)致整星失效。

雖然“風(fēng)云一號(hào)”只在太空遨游了39天，但它的成功發(fā)射卻有著重大意義?！帮L(fēng)云一號(hào)”的成功發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)已進(jìn)入世界上少數(shù)幾個(gè)有能力自己研制、發(fā)射和運(yùn)行氣象衛(wèi)星國(guó)家的行列。從中國(guó)的空間技術(shù)發(fā)展和氣象科學(xué)技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，“風(fēng)云一號(hào)”的成功發(fā)射都是具有劃時(shí)代意義的?！帮L(fēng)云一號(hào)”在國(guó)內(nèi)首次采用了不少先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，而且得到了考驗(yàn)，與美國(guó)20世紀(jì)60年代的氣象衛(wèi)星相比，其起點(diǎn)要高得多。

3．我國(guó)海洋遙感技術(shù)的第二階段

2002年5月15日，中國(guó)第一顆海洋衛(wèi)星海洋一號(hào)A星發(fā)射成功。海洋一號(hào)A星的發(fā)射成功，結(jié)束了我國(guó)沒(méi)有海洋衛(wèi)星的歷史，為我國(guó)海洋觀測(cè)提供了全新的手段，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)實(shí)時(shí)獲取海洋水色遙感資料零的突破，為海洋衛(wèi)星系列化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，表明了中國(guó)海洋衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)取得了重要突破，標(biāo)志著中國(guó)海洋衛(wèi)星遙感與應(yīng)用技術(shù)邁入一個(gè)嶄新階段。

海洋一號(hào)A星質(zhì)量為369千克，運(yùn)行在高度為798千米的太陽(yáng)同步軌道上，設(shè)計(jì)壽命為2年。

海洋一號(hào)A星裝載有十波段海洋水色掃描儀和四波段CCD成像儀2個(gè)有效載荷，這2個(gè)有效載荷探測(cè)出海洋水色、水溫、污染物以及淺海水深等環(huán)境要素。通過(guò)對(duì)這些要素的分析，可掌握海洋初級(jí)生產(chǎn)力分布情況、海洋漁業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)資源與環(huán)境質(zhì)量狀況，為海洋生物資源合理開(kāi)發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)；可了解重點(diǎn)河口港灣的懸浮泥沙分布規(guī)律，為沿岸海洋工程及河口港灣治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；可監(jiān)測(cè)海面赤潮、溢油、熱污染、海冰冰情、淺海地形，為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、執(zhí)法管理提供基礎(chǔ)信息；為海洋科研提供大洋水色環(huán)境資料。該衛(wèi)星可以通過(guò)海水光學(xué)特征、葉綠素濃度、海洋表面溫度、懸浮泥沙含量、可溶有機(jī)物和海洋污染物質(zhì)，并兼顧觀測(cè)海水、淺海地形、海流特征和海面上大氣氣溶膠等要素，掌握海洋初級(jí)生產(chǎn)力分布、海洋漁業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)狀況和環(huán)境質(zhì)量，了解重點(diǎn)河口港灣的懸浮泥沙分布規(guī)律，為海洋生物資源合理開(kāi)發(fā)利用、沿岸海洋工程、河口港灣治理、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)和執(zhí)法管理提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。[5]

4．我國(guó)海洋遙感技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

依據(jù)我國(guó)海洋事業(yè)發(fā)展的需求，我國(guó)海洋衛(wèi)星及其應(yīng)用的總體發(fā)展目標(biāo)是：建立起一整套海洋衛(wèi)星及其應(yīng)用體系，包括：以可見(jiàn)光、紅外探測(cè)水色水溫為主的海洋水色衛(wèi)星（HY-1系列）、以微波探測(cè)海面風(fēng)場(chǎng)、海面高度和海溫為主的海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星（HY-2系列）和以多光譜成像儀、合成孔徑雷達(dá)、微波散射計(jì)、輻射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)等多種遙感器為主載荷的海洋環(huán)境綜合衛(wèi)星（HY-3系列），以及地面應(yīng)用系統(tǒng)和海上輻射校正與真實(shí)性檢驗(yàn)試驗(yàn)場(chǎng)，逐步形成以我國(guó)海洋衛(wèi)星為主導(dǎo)的主體海洋空間監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

HY-1系列衛(wèi)星以可見(jiàn)光、紅外探測(cè)水色水溫為主，其主要有效載荷為：水色掃描儀、CCD成像儀和中分辨率成像光譜儀，其探測(cè)要素包括：葉綠素、懸浮泥沙、海溫、污染物質(zhì)等。

HY-2系列衛(wèi)星以微波探測(cè)全天候獲取海面風(fēng)場(chǎng)、海面高度和海溫為主，其主要有效載荷為：微波散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、微波輻射計(jì)等，其探測(cè)要素包括：海面風(fēng)場(chǎng)、海面有效波高、海面高度、海面溫度等。

HY-3系列衛(wèi)星相對(duì)HY-1系列衛(wèi)星和HY-2系列衛(wèi)星是綜合衛(wèi)星，其主要有效載荷為：可見(jiàn)光、紅外、主、被動(dòng)微波遙感器，如多光譜成像儀、合成孔徑雷達(dá)、微波散射計(jì)、輻射計(jì)、高度計(jì)等。該系列衛(wèi)星可獲取時(shí)間同步的海洋水色和動(dòng)力環(huán)境的信息，在每天運(yùn)行時(shí)間上與前兩類衛(wèi)星交錯(cuò)，時(shí)間上互補(bǔ)。三種系列各有側(cè)重點(diǎn)，相互支撐[6]可充分發(fā)揮效益。

利用海洋衛(wèi)星所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得出如各種海洋生物資源圖，包含資源存量、資源再生量、資源流量、資源分布、相對(duì)豐度及資源所處環(huán)境等要素。這類工作不是遙感技術(shù)所能全包的，但是利用遙感技術(shù)可極大地提高這類工作的質(zhì)量和效率，節(jié)省人力、物力和時(shí)間。

在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，遙感技術(shù)已用于海表溫度、海浪、海流、葉綠素濃度、淺

海水深、海面油膜等的監(jiān)測(cè)。目前，關(guān)鍵問(wèn)題是使這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)化、業(yè)務(wù)化，為遙感信息市場(chǎng)培育和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變創(chuàng)造條件。例如開(kāi)展應(yīng)用于海洋災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)、海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、海上最佳航線預(yù)報(bào)、海區(qū)速報(bào)等的遙感資料產(chǎn)品的制作和生產(chǎn)。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和遙感信息源的擴(kuò)大，遙感技術(shù)應(yīng)用的深度和寬度將不斷擴(kuò)大，而其應(yīng)用領(lǐng)域需與國(guó)家制定有關(guān)的海岸帶資源開(kāi)發(fā)利用的規(guī)劃、政策、法規(guī)等宏觀調(diào)控措施相結(jié)合，與沿海經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展相結(jié)合。在這方面，地理信息系統(tǒng)是遙感技術(shù)發(fā)揮高技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一種有效手段。海洋地理信息系統(tǒng)是一種空間數(shù)據(jù)輸入、儲(chǔ)存、分析、檢索、模擬的計(jì)算機(jī)化信息系統(tǒng)，它以海洋遙感資料、船舶、臺(tái)站、浮標(biāo)等常規(guī)海洋資料為信息源，保持了信息更新的動(dòng)態(tài)性和實(shí)時(shí)性，是海洋資源開(kāi)發(fā)與管理、海洋工程選址、沿海經(jīng)濟(jì)規(guī)劃等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)決策的有效手段，美、日等海洋國(guó)家已開(kāi)始海洋地理信息系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。例如，近些年美國(guó)在完成700余種專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)資源專題圖集編制過(guò)程中，采用了集科學(xué)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為一體的海洋專家系統(tǒng)，對(duì)圖集所表達(dá)的一系列社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的和技術(shù)的不確定因索進(jìn)行了評(píng)估和決策，10年內(nèi)完成所有資源專題圖集的編制。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]劉玉光.衛(wèi)星海洋學(xué)[M].1版.北京：高等教育出版社，2009.[2]劉洋.遙感技術(shù)在海洋管理中的應(yīng)用[J].科技與社會(huì)，2007.4 [3]百度百科.風(fēng)云一號(hào)[EB].http://baike.baidu.com [4]維基百科.風(fēng)云一號(hào)氣象衛(wèi)星[EB].http://zh.wikipedia.org [5]蔣興偉，林明森.HY-1A衛(wèi)星在海洋遙感技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[R].國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心,2005 [6]國(guó)家海洋局．2003年中國(guó)海洋衛(wèi)星應(yīng)用報(bào)告[R]．國(guó)家海洋局，2004

第五篇：可持續(xù)發(fā)展與未來(lái)課程——海洋酸化

海洋酸化與可持續(xù)發(fā)展

世界上的海洋，其溫度、化學(xué)成分、洋流和生物驅(qū)動(dòng)著全人類居住的地球系統(tǒng)，我們的雨水、飲用水、氣候、海岸線、許多食物，甚至我們呼吸的空氣中的氧氣，最終都是由海洋提供和調(diào)控的。2017年6月7日在紐約聯(lián)合國(guó)總部舉行的首屆聯(lián)合國(guó)海洋大會(huì)聚焦海洋可持續(xù)發(fā)展，此次會(huì)議較受關(guān)注的問(wèn)題有兩個(gè)方面：一是如何養(yǎng)護(hù)海洋，治理海洋酸化；二是保持海洋的可持續(xù)發(fā)展。因此，對(duì)海洋酸化進(jìn)行有效治理是建設(shè)可持續(xù)發(fā)展未來(lái)的一個(gè)極其主要的方面。

一、海洋酸化含義及形成原因

海洋酸化（Ocean Acidification）指的是海洋從大氣中穩(wěn)定吸收由人類活動(dòng)所排放的CO2從而導(dǎo)致海水pH值持續(xù)下降的現(xiàn)象。根據(jù)德國(guó)全球變化問(wèn)題咨詢理事會(huì)的研究，現(xiàn)在海洋所儲(chǔ)存的CO2總量約為大氣的50倍，陸地生態(tài)系統(tǒng)和土壤的20倍。海洋不僅是一個(gè)重要的CO2庫(kù)，同時(shí)也是最重要的長(zhǎng)期CO2匯。

由于大氣與海水間的分壓差，一部分人源CO2會(huì)溶解于表層海水中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，CO2被洋流帶入海洋深處。海洋現(xiàn)在每年約吸收20億噸碳，這個(gè)數(shù)目大約相當(dāng)于IPCC報(bào)告中所估計(jì)的人類活動(dòng)所造成的碳排放量的30%。根據(jù)IPCC計(jì)算，海洋在1800年至1995年間共吸收了約1180億噸碳，這相當(dāng)于48%的化石燃料燃燒累積所排放的CO2量，或者27~34%的人類活動(dòng)引起的總CO2排放。目前，已經(jīng)能在深達(dá)1000 m的海水中探查到人源CO2，CO2在海洋中的表現(xiàn)與在大氣中的有所不同，在大氣中其化學(xué)性質(zhì)是中性的，而在海洋中其化學(xué)性質(zhì)卻是活性的，溶解的CO2使得海水的pH值下降，導(dǎo)致海水酸化。

二、海洋酸化的危害

近年來(lái)，海洋酸化和海洋污染造成的不利影響日益嚴(yán)重，受到海洋酸化負(fù)面影響最大的是位于熱帶和亞熱帶的珊瑚。海洋酸化可能毀掉珊瑚礁生境，浮游植物和浮游動(dòng)物是魚和其它海洋動(dòng)物的主要食物來(lái)源，它們同樣會(huì)受到負(fù)面影響。

科學(xué)家們已經(jīng)確定海洋上升的酸度正在對(duì)珊瑚礁內(nèi)的海藻和珊瑚蟲(chóng)造成傷害。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的Ilsa B.Kuffner參與的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，珊瑚蟲(chóng)通過(guò)鈣化作用來(lái)形成它們的骨骼，而當(dāng)海水吸收CO2時(shí)會(huì)使得海水碳酸鹽離子的飽和度降低，從而導(dǎo)致鈣化作用的下降。海洋酸化對(duì)于那些緊緊附在礁石上生長(zhǎng)的藻類也有負(fù)面影響。Kuffner的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在高溫和高酸度環(huán)境下，藻類會(huì)變軟，變得不健康，而且抵抗力也會(huì)隨之下降。

此外，從現(xiàn)在起到2030年，南半球的海洋將對(duì)蝸牛殼產(chǎn)生腐蝕作用。這些軟體動(dòng)物是太平洋中三文魚的重要食物來(lái)源，如果它們的數(shù)量減少或是在一些海域消失，那么對(duì)于捕撈三文魚的行業(yè)將造成影響。

三、海洋酸化治理的具體目標(biāo)

預(yù)計(jì)到2025年，預(yù)防和大幅減少各類海洋污染，特別是陸上活動(dòng)造成的污染，包括海洋廢棄物污染和營(yíng)養(yǎng)鹽污染；到2020年，通過(guò)加強(qiáng)抵御災(zāi)害能力等方式，可持續(xù)管理和保護(hù)海洋和沿海生態(tài)系統(tǒng)，以免產(chǎn)生重大負(fù)面影響，并采取行動(dòng)幫助它們恢復(fù)原狀，使海洋保持健康，物產(chǎn)豐富；到2020年，根據(jù)國(guó)內(nèi)和國(guó)際法，并基于現(xiàn)有的最佳科學(xué)資料，保護(hù)至少10%的沿海和海洋區(qū)域；到2030年，增加小島嶼發(fā)展中國(guó)家和最不發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)可持續(xù)利用海洋資源獲得的經(jīng)濟(jì)收益，包括可持續(xù)地管理漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)。

四、治理海洋酸化的技術(shù)措施

1、使用核技術(shù)和同位素技術(shù)來(lái)預(yù)防海洋酸化。據(jù)悉，世界上有大約十億人依靠海產(chǎn)品來(lái)獲得動(dòng)物蛋白，此種技術(shù)可以有效檢測(cè)海洋有機(jī)體對(duì)于有害二氧化碳排放帶來(lái)的海洋酸化的反應(yīng)，以此來(lái)保護(hù)我們的海洋物種、人們的生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2、通過(guò)在各層級(jí)加強(qiáng)科學(xué)合作等方式，減少和應(yīng)對(duì)海洋酸化的影響。

3、增加科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)研究能力和轉(zhuǎn)讓海洋技術(shù)，以便改善海洋的健康，增加海洋生物多樣性對(duì)發(fā)展中國(guó)家，特別是小島嶼發(fā)展中國(guó)家和最不發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的貢獻(xiàn)。

4、向小規(guī)模個(gè)體漁民提供獲取海洋資源和市場(chǎng)準(zhǔn)入機(jī)會(huì)。

5、建立國(guó)際法律框架。根據(jù)《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》的有關(guān)規(guī)定，建立保護(hù)可持續(xù)利用海洋及其資源的國(guó)際法律框架，加強(qiáng)海洋和海洋資源的保護(hù)和可持續(xù)利用。

五、中國(guó)及世界其他海洋地區(qū)的工作近來(lái)取得的成果

2017年6月7聯(lián)合國(guó)會(huì)議上中國(guó)提出將積極推動(dòng)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為海洋的全球治理作出貢獻(xiàn)。中國(guó)承諾，到2020年中國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和質(zhì)量效益進(jìn)一步提高，海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局更趨合理，海洋經(jīng)濟(jì)調(diào)控與公眾服務(wù)能力進(jìn)一步提升。具體措施包括促進(jìn)海洋漁業(yè)、海洋油氣業(yè)等海洋傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)海洋裝備制造業(yè)、海洋可再生能源業(yè)等海洋新興產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展等，預(yù)期新增涉海就業(yè)人員250萬(wàn)人。

在得到有效管理和充足資源的情況下，世界其他海洋地區(qū)的工作近來(lái)也取得了突出成果。2017年，保護(hù)區(qū)覆蓋了13.2%的國(guó)家管轄范圍以內(nèi)海洋環(huán)境，0.25%的國(guó)家管轄范圍以外海洋環(huán)境，以及5.3%的全球海洋面積。

總而言之，此次“構(gòu)建藍(lán)色伙伴關(guān)系”的重要倡議有十分重要的意義，通過(guò)建立多邊、雙邊、區(qū)域、全球等各層面、各類型合作關(guān)系共同解決海洋問(wèn)題，通過(guò)各種國(guó)際合作平臺(tái)，各國(guó)不僅能分享好的海洋實(shí)踐，還能共同研究如厄爾尼諾等與海洋有關(guān)現(xiàn)象，完善對(duì)海洋的認(rèn)知，發(fā)展藍(lán)色經(jīng)濟(jì)，從而有效治理海洋酸化，保護(hù)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。