天津市海洋观测服务系统设计研究*

张秋丰，牛福新，李希彬，高艳波，路亚娟，吴 迪，黄 翠

（1．天津市海洋环境监测预报中心 天津海洋环境监测中心站 天津 300457；2．国家海洋技术中心 天津 300112）

天津市海洋观测服务系统设计研究*

张秋丰1，牛福新1，李希彬1，高艳波2，路亚娟2，吴 迪2，黄 翠2

（1．天津市海洋环境监测预报中心 天津海洋环境监测中心站 天津 300457；2．国家海洋技术中心 天津 300112）

展望了国内外海洋观测服务系统的发展趋势，根据天津市海洋防灾减灾、海洋经济和海洋生态环境保护等发展需要，对天津市建立海洋观测服务系统的重要性和必要性进行了论述，提出了天津市海洋观测服务系统的组成，即近岸观测网、近海观测网、航空和卫星遥感系统、应急机动监测系统、通信传输系统以及海洋观测网管理中心等几方面，为政府部门领导决策提供建议。

海洋观测；服务系统

1 海洋观测预报服务系统发展现状及发展趋势

1.1 发达国家和地区发展情况

为适应经济社会发展的需要，各沿海发达国家和地区在已有海洋观测能力的基础上，全力推进业务化海洋观测网 （系统）的建设，其中美国业务化海洋观测网最具代表性。20世纪80年代，美国建立了全国永久性的海洋立体观测系统，其中有175个海洋监测站、80个大型资料浮标等；日本、韩国及我国台湾地区以岸基监测站和锚系浮标为主，组成了水上、水下立体海洋监测系统（日本有120个监测站、16个大型资料浮标，我国台湾有26个监测站、8个大型资料浮标）［1］。监测手段先进，监测系统朝着高效率、全覆盖、数字化、全球化和网络化的方向发展。

1.2 我国海洋观测服务系统发展现状

我国的海洋环境观测预报工作始于20世纪60年代初。在党中央和国务院的正确领导下，经过几代海洋人的不懈奋斗，我国的海洋环境观测预报事业取得了长足的发展，初步建立了由海洋站、浮标、潜标、船舶、飞机、卫星、雷达等组成的海洋观测网［2］。国家海洋局已建设了15个中心站、68个海洋站、105个岸基（岛屿）观测站点、10套高频地波雷达、28套X波段测波雷达、19套锚系浮标、6个潜标站位、2套海啸浮标、4套海上油气平台观测系统和75艘志愿观测船。

目前我国海洋观测服务系统存在的问题主要有：

（1）现有海洋观测站点布局不合理。我国现有观测项目比较齐全的岸基海洋观测站有97个，站点密度仅为186 km，且空间分布不平衡，覆盖面不充分，监测功能比较单一，主要偏重于近岸海洋水文气象要素等，与发达海洋国家差距较大。当前，美国、日本和欧洲等海洋发达国家均已建成了高密度的岸基海洋观测系统，日本沿海布设的观测站密度已达到了100 km以内。

（2）我国的海洋观测偏重于岸基观测，离岸和海底观测站位稀少、观测能力严重不足［3］。近年来，我国虽然在近岸或近海布设了以动力环境观测为主的浮标潜标系统，但站位数量及其观测设备极少，而美国的浮标观测网共布设了724个锚系浮标、大洋海啸浮标网布设了39个海啸浮标、太平洋的热带海洋－大气浮标阵布设了88个锚系浮标，并在全球大洋布放了1852个ARGO浮标。我国在离岸观测方面远落后于美国和欧洲，与防灾减灾以及环境保护等方面日益增长的需求完全不相适应。

（3）国家对海洋观测系统建设的投入仍不足。“九五”以前，我国在海洋观测系统建设上的投入非常少，处于小规模、零散投入状态。“九五”以后，随着综合国力的增强，我国先后实施了几个大的专项任务，对海洋观测的投入逐步加大［4］，主要有 “中国海洋环境监测系统－海洋站和志愿船观测系统建设”以及防灾减灾、节能减排等专项，共计投入近10亿元。虽然近几年投入力度有所增加，但总的投入还远不能满足需要［5］。另外，观测系统建设主要由中央政府投入，地方各级政府的投入非常少。

1.3 天津市海洋观测服务系统现状

天津市沿海区域现建有1个海洋环境监测站、1个由单台坐底式声学测波仪构成的波浪观测点、3个风暴潮预报预警自动监测点 （海洋公益性行业科研专项 “天津市滨海新区风暴潮监测预报预警技术与示范”项目）、1套雷达监控系统 （海洋公益性行业科研专项 “海洋污染过程监测集成与氮磷承载量评估”项目），另外1个X波段雷达站 （位于临港经济区）已于近期建成。

总体看，天津市已具有一定的海洋环境观测能力，但还没有构成有效的区域性海洋观测网，海洋观测能力相对薄弱，与天津市的社会经济发展和国际港口城市定位不相适应。

2 建立天津海洋观测服务系统的必要性和重要性

2.1 精细化海洋预报的需求

海洋预报是海洋经济发展的重要服务支撑，是人民生命财产安全的重要保障力量。随着天津市海洋经济快速发展和海洋防灾减灾形势的日趋严峻，对精细化海洋预报水平提出了更高的要求。

海洋观测是海洋预报的基础，精细化海洋观测是精细化海洋预报的前提。现有的海洋观测能力相对不足，缺乏海洋立体观测数据，海洋预报服务的针对性差，缺乏形式多样、具有针对性的预报产品，难以为滨海新区沿海重点保障目标的安全运行提供优质服务。因此，必须加强天津市海洋观测服务系统建设，发展新的观测手段，增强离岸观测和实时监控能力，保障海洋观测数据的可靠传输和高效应用，提高天津市精细化海洋预报水平。

2.2 海洋防灾减灾的需求

风暴潮、相对海平面上升、海冰等海洋灾害是天津市面临的主要海洋环境灾害。自新中国成立以来，天津市沿海区域发生了数十次风暴潮灾害，其中以1992年风暴潮最为严重，造成的直接经济损失近4亿元。近年来，天津市滨海新区相对海平面上升幅度比较大，与2009年相比，2010年天津市沿海海平面上升达23 mm；海平面上升直接导致潮位升高，风暴潮致灾程度增强，海水入侵的距离和面积加大，海岸侵蚀强度加重，河口区的咸潮入侵程度加剧。天津市沿海地区是全球结冰纬度最低的海域，每年冬季海冰冻结和海冰漂移、堆积等对海上航运、油气勘探和生产等都有一定程度的影响。

提高天津市应对风暴潮、相对海平面上升及海冰等海洋灾害的监测、预报预警能力，减少海洋灾害造成的经济损失和人员伤亡，为政府决策提供技术支撑，建设体系完善的海洋观测服务系统已成为一项刻不容缓的大事。

2.3 海洋经济快速发展的需求

天津市是中国北方最大的沿海开放城市，是环渤海地区经济中心，具有发展海洋经济的丰富资源和广阔空间。2011年天津市海洋经济总值3 536亿元，占地区生产总值的31．6%、占全国海洋生产总值的7．8%，单位岸线产出规模达到23．1亿元，在全国沿海地区居前列。海洋经济的发展对海洋观测服务能力建设提出了更高的要求。

为推动天津市海洋经济健康有序发展，迫切需要加大海洋观测力度，提升海洋基础要素的观测水平，加快海洋观测服务系统建设工作。

2.4 海洋生态环境保护的需求

长期以来，天津市近岸海域的海洋环境质量状况不容乐观。海水水质污染日趋严重，2011年天津市约87%的近海海域未达到清洁海域水质标准，92%的入海排污口存在不同程度的污染物超标排放现象。随着天津市滨海新区经济的高速发展，海洋生态环境保护形势愈发严峻。

为实现 《天津市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中提出 “海洋生态环境恶化趋势得到有效遏制，入海污染物总量得到有效控制，海洋环境监视监管能力得到明显提高”的规划目标，急需加大海洋生态环境监测力度，建立海洋观测服务系统，保障海洋生态环境的健康可持续发展。

3 天津市海洋观测服务系统设计

3.1 目标

按照天津市经济社会发展需求，完善海洋环境监测站 （点）布局，构建业务化的天津市海洋观测网，形成全面覆盖天津市沿海地区的海洋观测能力和精细化海洋预报能力，为天津市特别是滨海新区的社会经济发展提供海洋环境安全保障。

3.2 完善天津市各类海洋观监测系统

进一步加强天津海洋监测站点建设，建设由国家、企业、当地政府投资的布局合理的天津市海洋实时监测系统。

3.2.1 天津海洋环境监测站（点）

在汉沽、临港和南港建立海洋环境监测站，对塘沽海洋环境监测站进行升级改造，主要开展海洋水文 （潮汐、波浪、水温、盐度等）、气象 （风速、风向、气温、气压、相对湿度、降水量、能见度等）、海－气边界层 （通量、辐射、廓线）、海冰等要素观测。填补天津市滨海新区北部和南部近岸海洋观测空白，为天津市北部海域滨海旅游业、渔业及南部海域工业、港口物流业的发展提供精细化预报数据。

对汉沽和南港工业区风暴潮自动监测点进行升级改造，结合大沽灯塔的迁建工作，对原大沽灯塔观测点进行设备升级与改造，主要开展潮位、风速、风向、气温、气压、相对湿度、降水、能见度等要素的观测。其中，东疆港海洋监测点重点开展潮位、海流、水深等关键要素的实时监测，为滨海新区港口物流重点区域的海洋预报提供基础资料。

3.2.2 岸基雷达观测站

对海洋公益性行业科研专项 “海洋污染过程监测集成与氮磷承载量评估”项目雷达监控系统进行升级改造，在南港工业区建设1套X波段雷达。获取天津市大范围海域的海浪参数和海洋表层流等参数。

3.2.3 浮标

在天津市北部、中部和南部海域布放3套中型多参数资料浮标，作为汉沽、塘沽、大港近岸海洋观测和精细化预报的有效补充，主要开展温盐流剖面、波浪、风速、风向、气温、气压、相对湿度、能见度、p H值、浊度、叶绿素、溶解氧等水文气象和部分生态要素观测。

3.2.4 数据传输系统

建设天津市海洋观测数据传输系统，采用有线通信、移动通信、卫星通信等方式完成海洋环境监测站 （点）、岸基雷达观测站、浮标等各部分的数据传输，实现天津市海洋观测网观测数据的高速、稳定、可靠传输。

4 结束语

天津市海洋观测服务系统的建设需要充分发挥国家、地方政府和涉海港口企业的作用，可以申请由国家投资 （或大部分投资）建设海洋观测预警报设备，由地方政府、涉海企业配套一定比例的经费，并且将海洋观测业务运行经费纳入天津市政府财政预算和涉海港口企业年度经费预算。海洋观测工作使命光荣、责任重大、任务艰巨，要通过不断努力推动天津市海洋观测预报工作的开展，满足新形势下天津社会经济建设对海洋观测工作的需要。

［1］ 罗续业，周智海，曹东，等．海洋环境立体监测系统的设计方法［J］．海洋通报，2006，25（4）：69－77．

［2］ 刘岩，王昭正．海洋环境监测技术综述［J］．山东科学，2001，14（3）：30－35．

［3］ 杜立彬，张颖颖，程岩，等．山东沿海海洋环境监测及灾害预警系统设计与框架研究［J］．山东科学，2009，22（4）：15－19．

［4］ 李双建，王江涛，刘佳，等．海洋规划体系框架构建［J］．海洋科学，2012（2）：49－51．

［5］ 栾维新．海洋规划的区域类型与特征研究［J］．人文地理，2005，20（1）：19－22．

2012天津市科技兴海项目（KJXH2012－26）资助．