渤海海域溢油应急预测预警系统研究Ⅱ.系统可视化及业务化应用

牟林，武双全，宋军，李欢，刘首华，李琰，高佳

（国家海洋信息中心，天津 300171）

渤海海域溢油应急预测预警系统研究Ⅱ.系统可视化及业务化应用

牟林，武双全，宋军，李欢，刘首华，李琰，高佳

（国家海洋信息中心，天津 300171）

本系统基于.NET平台，采用C#作为开发语言，对ArcEngine 9.3进行二次开发，融.NET平台的可移植性与ArcEngine 9.3的可视化和空间显示分析功能于一体，实现了溢油行为与归宿预测模块与GIS平台的统一。把溢油漂移的计算结果与地理信息系统等平台相结合，建立了渤海海域应急预测预警系统。也集成了环境敏感资源信息数据库、应急设备、队伍信息数据库和溢油漂移模型，为溢油应急提供溢油敏感资源及应急资源的日常管理，实现溢油漂移预测结果与敏感资源图的叠加耦合，达到对环境敏感资源的快速预警，形成了溢油敏感资源及应急资源管理系统。作为该系统研制中的第二部分，主要介绍了系统的可视化、系统的预报流程、系统案例验证以及业务化应用的研究工作。

预测预警系统；业务化应用；溢油行为

1 引 言

通过第一部分的描述，可以看出，溢油预报需要高分辨率高精度的海面风、表层流的数值预报和完善的溢油漂移扩散数值预报模式[1]，并将预报结果与GIS平台相结合，建立可视化的溢油预报预警系统。为此，国家海洋信息中心基于FVCOM、WRF等高分辨率数值预报结果实现了对溢油污染物快速准确的模拟预报及溯源回推，并通过与.NET平台和GIS平台相结合，实现了溢油行为、归宿预测模块与GIS平台的统一。本文就溢油预报预警系统中的可视化工作、以及业务化工作等研究工作进行了介绍、分析[2-6]。

2 系统的可视化与预报流程

2.1 系统的可视化

本系统基于.NET平台，采用C#作为开发语言，对ArcEngine 9.3进行二次开发，融.NET平台的可移植性与ArcEngine 9.3的可视化和空间显示分析功能于一体。因此，本系统具有流畅、友好的交互式操作界面，具有强大的数据管理、分析功能，实现了溢油行为与归宿预测模块与GIS平台的整合。

2.2 预报流程

该系统将海流模块、海浪模块以及大气模块集成为预报系统，并在计算服务器上进行无人值守自动业务化运行，每天0时开始可自动从下载美国GFS背景场数据、GTS观测数据等，并处理这些数据约需25 min；运行WRF模式，需要2～3 h左右；将计算出来的预报风场数据输送给FVCOM和SWAN进行未来48 h的流场与浪场的预报，大约需2～3 h，完成时间为早上7点之前。也就是说工作人员每天上班后可以看到未来2天海上的气象、流场和浪场情况，一旦有溢油发生，可以马上投入预报预警。同时该系统建立了6个月的模拟结果数据库，可实现对溢油的溯源回推。（预报流程如图1所示）。

图 1 业务化预报流程Fig.1 Operational forecasting proces

3 系统案例验证及业务化应用

本系统在研发完成后多次对海上溢油事故进行应用，在紧急情况下，利用最短的时间便得到了较为可信的预测结果，为事故的处理提供了重要的参考价值。

3.1 “4.19”事故中业务化系统的应用

2010年，根据卫星图片显示，在辽东半岛和北隍城岛之间存在一条清晰的异常带，经过辨识认为很可能是溢油污染物。图2是根据卫星图片得到的卫星相关监视信息。

图 2 4月20日06:56 Radarsat卫星影像异常区域分布图Fig.2 Regional distribution of Radarsat satellite at 06:56 of 20th April

根据卫片上得到的信息，利用“渤海海域溢油应急预测预警系统”对污染物的来源进行回推。从2010年4月20日07时溯源9小时至2010年4月19日 22时后，结果显示污染物可能在从老铁山水道北偏西方向而来。如图3所示。

图 3 系统溯源回推结果Fig.3 Results of traced back to the push system

根据山东海事局接到的事故报告，2010年4月19日21时35分，“盛洲5”与“NEW VENTURE”轮碰撞后沉没，船载2吨轻质柴油溢出。溢油溯源得到的结果与碰撞位置相差约1海里左右。

溯源结果虽有一定的偏差，但总体来说合理准确。分析认为产生偏差的来源原因可能有：（1）船舶沉没的具体位置并不清楚（回推起始点以碰撞位置为准）；（2）船舶溢油的确切时间并不清楚（回推起始时间建议在碰撞后30 min）；（3）风场、流场与实际情况存在偏差。

3.2 “4.16”胶州湾口溢油事故中回推溯源的业务化应用

2010年4月16日14时，胶州湾口发现海上溢油，通过本系统对溢油污染源预测溯源，结果显示溢油点为黄岛油码头（图4）。经事后调查确定为黄岛油码头的油轮偷排油舱洗油水。此次回推应用的成功再一次验证了本系统的可靠性。

图 4 2010年4月16胶州湾口溢油回推图Fig.4 Oil spill traced back over Kiaochow Bay on 16th April,2010

3.3 “BTRIGHT CENTURY”轮与“SEA SUCCESS”轮碰撞溢油预测

2010年5月1日，在威海成山头海域两船发生碰撞，其中装载15万吨铁矿砂的好望角型散货船“Bright Century” 号碰撞后沉没；另一艘载货3万吨卷刚的灵便型杂货船碰撞后船头受损严重。碰撞发生后，溢油出现，为了更好的配合溢油清理工作，此系统对溢油的漂移路径进行了预测。该事故溢油点位于37°38′30″N / 123°09′00″E，溢油量为100吨，油种为燃料油，预测时段为5月2日7时至5月3日19时。预测所用的风场来源于WRF实时预报风场（分辨率为10 km），流场来源于FVCOM业务化预报的潮流和风海流（最高分辨率小于50 m）。

(5)打开活塞,将装置D中含Br2的少量溶液加入装置E中,发生反应Br2+2KI==2KBr+I2,碘单质溶于苯呈紫红色,振荡后静置,观察到的现象是装置E中溶液分为两层,上层(苯层)为紫红色。

系统预测结果显示如图5，在溢油发生36 h后，污染物漂移至（38°02′57″N；123°23′20″E）附近（撞船点北偏东方向26海里处）。其漂移轨迹为图中实线所示：首先溢油向东北方向漂移，到一定程度转向后主要向东漂，而后又转向西北，最后在相当长的距离内都保持漂向东北，从初始位置来看，36 h后溢油漂移到的位置位于溢油发生位置的东北方向26海里处。

3.4 大连“7.16”溢油事件中的业务化应用

2010年7月16日18时左右，位于辽宁省大连新港附近的大连中石油国际储运有限公司原油罐区输油管道发生爆炸，引起火灾，并导致部分原油泄漏入海。初步估计此次爆炸导致1 500吨原油流入海洋，到19日13时30分中国海监船监视结果显示，受污染海域多达430 km2，重创了当地渔业、养殖业和旅游业，经济损失十分严重，仅清污费就超过十亿，可以说此次爆炸案为中国海上溢油事故之最。经过调查，交通部表示，30万吨原油船“宇宙宝石”号在大连新港中石油原油储备库卸油过程中，在原油储备罐陆地管线加催化剂作业时发生爆炸。

图 5 36小时后溢油污染物漂移的位置Fig.5 Location of oil spill pollutants drift about thirty six hours later.

大连“7.16”重大溢油事故发生时，“渤海海域溢油应急预测预警系统”已投入到业务化运行达半年，交通部海事局利用该系统模拟出了7月19日18时（约72 h后）大窑湾和大连湾溢油分布的情况（图6），模拟结果与卫星图像吻合较好（图7），为该重大溢油事故的应急响应提供了有力的预测预警技术支撑。

图 6 系统模拟出的大连“7.16”重大溢油事故72 h后的大窑湾和大连湾溢油分布Fig.6 Simulated oil distributions over Dayao Bay and Dalian Bay of Dalian “7.16” major oil spill accident about seventy two hours later

图 7 大连“7.16”重大溢油事故72 h后相应的卫星图像Fig.7 Satellite images of Dalian “7.16” major oil spill accident about seventy two hours later

4 溢油敏感资源及应急资源管理系统

4.1 溢油对环境敏感资源的影响

溢油环境敏感资源是指所有可能受到溢油影响的资源，包括：生态资源、水产资源、旅游资源、滨海工矿企业等。环境敏感资源的具体内容和范围在不同的要求下有一定的标准。

溢油对环境敏感资源的危害主要有物理作用和化学作用2种形式，物理作用是指溢油的物理性质导致了溢油在与环境敏感资源接触后，使环境敏感资源的外部形态、景观或构成发生了变化，从而破坏了环境敏感资源的正常功能，降低了环境敏感资源的原有价值；化学作用是指溢油的化学成分导致其在与环境敏感资源接触后对其中的生物体产生毒害作用，进而导致生物的死亡，使原有资源遭受破坏。对不同类型和功能的环境敏感资源，其危害方式也不相同。溢油对环境敏感资源的危害性直接决定了资源的敏感性，一般而言，危害性越大，该类资源的溢油敏感性越高。

4.2 溢油敏感资源及应急资源管理系统研究

溢油敏感资源及应急资源管理系统（Oil Spill Emergency Response System 2.0， OSERS2.0）为应急反应人员提供基础地理信息、环境敏感资源的空间分布和环境敏感资源的敏感性分级和建议的优先保护次序，提供应急设施、设备、各类应急反应队伍的分布情况，为日常应急培训、演习演练提供基础环境；系统集成了泄漏油品水上漂移模型，为事故发生时，应急反应人员准确把握溢油动向，并基于环境敏感资源和应急队伍、设备情况，制定应急处置方案提供技术支持。

图 8 OSERS2.0全貌Fig.8 OSERS2.0 overal profile

系统功能：统利用先进的NAVIGIS 平台，实现了S57海图、常规海图、常规陆域电子地图、卫星遥感影像的同步分图层显示；基于NAVIGIS，建立了溢油环境敏感资源多媒体信息管理系统，包括环境敏感资源原始技术和影像资料数据、环境敏感资源敏感性和优先保护次序技术指标等；系统建立了溢油应急资源信息管理系统，包括应急设备库分布、应急队伍分布等；集成了溢油漂移模型。

图 9 OSERS2.0系统组成图Fig.9 OSERS2.0 system components

该系统所解决的关键技术问题

（1）研究建立黄渤海海域溢油敏感资源管理系统：①研究确定敏感资源分类方法、标准和数据库结构；②资料调研与岸线信息、数据现场采集；③建立基于GIS系统的溢油敏感资源数据库。包括岸线资源、人类活动相关资源等基础信息和NOAA ESI岸线指数，有限保护次序等技术参数。

（2）建立基于GIS系统的溢油应急资源管理系统，包括应急资源的类型、分布和管理。

（3）溢油漂移预测结果与敏感资源图的叠加耦合技术开发，达到对环境敏感资源的快速预警。

5 结 语

在上述几个案例中，本系统都在短时间内高效地预测或回推得到了比较合理、准确的结果，是一个可信度比较高的环境预测系统，能够为海上溢油的防治和应急处理提供有价值的参考信息，以节省人力物力，尽量减小溢油污染对海洋和人类社会的损害。

目前该系统仍在不断完善，其最终将构建针对重点油港和主要航道的中国近海溢油污染预测预警系统，打造中国近海溢油污染预警决策信息服务平台，为最大化降低溢油危害和保持海洋经济可持续发展提供信息服务。

[1]刘钦政, 张存智.渤海溢油数值预报研究 [J].海洋预报, 2005, 22(增刊): 70-76.

[2]赵冬至, 张存智, 徐恒振.海洋溢油灾害应急响应技术研究 [M].北京: 海洋出版社, 2006.

[3]王耀华.海上溢油的归宿和形态研究 [D].大连: 大连海事大学, 2010.

[4]牟林, 邹和平, 武双全, 等.海上溢油数值模型研究进展 [J].海洋通报, 2011, 30(4): 473-480.

[5]朱建荣.海洋数值计算方法和数值模式 [M].北京: 海洋出版社, 2003.

[6]Mellor G L, Yamada T.Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problem [J].Reviews of Geophysics, 1982, 24(4): 851-875.

Numerical model research on Emergency Warning and Predicting of ocean oil spill in Bohai Sea: Ⅱ.The visualization and the research on application

MU Lin, WU Shuang-quan, SONG Jun, LI Huan, LIU Shou-hua, LI Yan, GAO Jia

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

Based on the .NET platform, our system secondarily develops the ArcEngine 9.3 adopting with C# language.The transplantability of .NET platform and the visualization & spatial analysis function of the ArcEngine 9.3 are combined together, which unifies the oil spilling events, the final-location predicting module and the GIS platform.The Bohai Sea Emergency Prediction and Alarm System is established on the computed results of oil excursion and several platforms like GIS, and also integrates the environmental sensitive resource database, the contingency equipments, the work group database and the oil excursion model for the ordinary emergency management of the oil spilling sensitive resources and the contingency resources.The coupling of the oil excursion predicted results and the sensitive resource figures leads to a fast pre-alarm for environmental sensitive resources, which forms our Oil Spilling Sensitive Resource and Emergency Resource Management System.As the second part of our system research, this paper briefly introduces the visualization, the prediction flow, the case verification of this system, and the research on application is also involved.

Emergency Prediction and Alarm System; research on application; oil spilling events

P731.2

A

1001-6932(2011)06-0713-05

2011-06-15；

2011-09-08

国家发展与改革委员会高技术产业发展项目( 2008-311-000-035 )；海洋公益性行业科研专项（200905001）。

牟林 ( 1977－ )，男，博士，副研究员。电子邮箱：moulin1977@hotmail.com。