“岸-海-空-天”立體化赤潮快速監(jiān)測與處置系統(tǒng)

 

我國海洋赤潮災害頻發(fā)，對海洋漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成嚴重危害。近年來，隨著海洋經(jīng)濟發(fā)展對海洋生態(tài)預警監(jiān)測工作要求不斷提升，在船舶和衛(wèi)星等傳統(tǒng)監(jiān)測技術手段基礎上，國家海洋技術中心借鑒國內(nèi)外相關研究，通過多年探索，創(chuàng)新性地將自主研發(fā)的小型化、無人化、智能化的海洋監(jiān)測新技術手段應用于赤潮監(jiān)測和治理，形成了海洋赤潮快速監(jiān)測和處置新模式。

科學論證|海洋赤潮亟需“快速”監(jiān)測與處置手段

赤潮是海洋中某些浮游藻類、原生動物或細菌，在一定的環(huán)境條件下爆發(fā)性繁殖（增殖）或聚集而引起水體變色的一種有害的生物異常現(xiàn)象。赤潮監(jiān)測方式主要有常規(guī)監(jiān)測和應急監(jiān)測兩種，主要監(jiān)測相關海域的水文、氣象、生物、化學等海洋環(huán)境要素數(shù)據(jù)及赤潮分布范圍。常規(guī)監(jiān)測中，一般使用岸基海洋站（點）、浮標、有人船舶開展定期采樣并檢測海水、底泥和生物樣品；應急監(jiān)測中，一般使用衛(wèi)星遙感獲取水色等信息，并在赤潮發(fā)生海域利用浮標和船舶等進行水質(zhì)和生物加密采樣和分析。赤潮處置方法主要分為物理方法和化學方法，物理方法包括圍隔柵法、超聲波法、紫外線法等，化學方法包括直接滅殺法、凝聚劑沉淀法、天然礦物絮凝法等。當前赤潮大面處置手段以黏土法為主，即將改性黏土投入赤潮發(fā)生海域，通過黏土與赤潮生物共沉淀的方式消除赤潮。

隨著國家海洋經(jīng)濟發(fā)展對海洋預警監(jiān)測工作要求不斷提升，傳統(tǒng)海洋赤潮監(jiān)測和處置技術手段面臨時效性、經(jīng)濟性、智能化等多方面挑戰(zhàn)。首先，常規(guī)赤潮監(jiān)測手段周期較長（通常每半月或每月監(jiān)測一次），難以及時發(fā)現(xiàn)赤潮的發(fā)生并迅速做出響應。其次，雖然多型專用裝備已應用于赤潮預警監(jiān)測，但受站位固定和數(shù)據(jù)分析能力弱等多方面條件約束，難以在赤潮高發(fā)或敏感海域實現(xiàn)水質(zhì)突發(fā)變化快速監(jiān)測，以及赤潮發(fā)生早期的跟蹤預警。再次，現(xiàn)有赤潮應急監(jiān)測雖然能夠及時響應赤潮事件，但實施周期短，監(jiān)測覆蓋范圍有限，所需人力、物力等綜合成本較高，難以滿足全面有效監(jiān)測需求。最后，當前赤潮處置手段不夠豐富，小型化、無人化、快速智能化程度不夠，難以實現(xiàn)赤潮發(fā)生早期快速處置。因此，亟需研發(fā)赤潮“快速”監(jiān)測與處置手段，以在赤潮發(fā)生前、增殖期和發(fā)生早期實現(xiàn)快速監(jiān)測和處置。

科技攻關|突破智能化赤潮災害監(jiān)測預警關鍵技術

為解決現(xiàn)有監(jiān)測手段對赤潮災害從早期發(fā)現(xiàn)到應急處置各階段的時效性都不夠高這一關鍵技術難題，國家海洋技術中心科研團隊以“模塊化、智能化、綠色化”為設計原則，運用具備可自主避障、自動規(guī)劃路徑能力的無人船為平臺，搭載具備實時監(jiān)測能力的水質(zhì)監(jiān)測儀器、基于物理法對海洋生態(tài)環(huán)境不利影響小的赤潮處置裝置、可定時定點自動進行水體采樣的采水器、光學傳感器等多型裝備，以多裝備聯(lián)合作業(yè)方式，實現(xiàn)海洋赤潮災害的“監(jiān)視—監(jiān)測—預警—處置”一體化作業(yè)。

為攻克多技術手段有效融合難題，科研團隊引入體系化設計思路。無人船在赤潮發(fā)生前以及發(fā)生早期即進入水質(zhì)實時監(jiān)測工作狀態(tài)，結合光學傳感器和水質(zhì)檢測儀器測量數(shù)據(jù)綜合分析，在線判定赤潮發(fā)生可能性。依據(jù)分析結果和衛(wèi)星遙感識別，使用無人船和無人機智能跟蹤赤潮漂移路徑，并使用赤潮處置裝置快速開展赤潮早期處理和小規(guī)模赤潮應急處置工作。

應用示范|推動河北省海洋生態(tài)監(jiān)測預警工作高質(zhì)量發(fā)展

經(jīng)過多年技術積累和突破，國家海洋技術中心已掌握基于生態(tài)浮標、無人船和無人機的組合式赤潮快速監(jiān)測新技術，并會同河北省自然資源廳在河北省赤潮高風險區(qū)成功開展應用示范，提高了該省赤潮監(jiān)測能力。下一步，中心將繼續(xù)開展基于無人船的赤潮監(jiān)測與處置手段智能化組合應用研究，持續(xù)提高赤潮監(jiān)測與處置的有效性、及時性和經(jīng)濟性，大力推廣赤潮快速監(jiān)測技術應用，為河北省乃至全國海洋生態(tài)監(jiān)測預警能力的提升提供技術支撐。