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文檔簡介
1、赤潮監(jiān)測預(yù)警體系的建設(shè)葉麗娜目前我國的海洋污染監(jiān)測主要依靠船只定期調(diào)查和岸濱人工定期觀測。由于條件限制,難以發(fā)現(xiàn)短周期的尤其是像赤潮災(zāi)害等突發(fā)性的變化。近年來,國內(nèi)外監(jiān)測赤潮的主要手段是船只和飛機(jī)或衛(wèi)星。常規(guī)船只監(jiān)測赤潮需要采樣進(jìn)行生物、化學(xué)分析,既耗材又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。飛機(jī)和衛(wèi)星監(jiān)測費(fèi)用高,且受天氣等限制。赤潮形成機(jī)理復(fù)雜,其爆發(fā)又頗具偶然性,靠傳統(tǒng)的監(jiān)測手段必然無法解決赤潮監(jiān)測與預(yù)警的問題,因此必須通過建設(shè)先進(jìn)的赤潮監(jiān)測預(yù)警體系,準(zhǔn)確預(yù)警海洋赤潮災(zāi)害,才能減少赤潮造成的損失。建立赤潮預(yù)警預(yù)報(bào)體系的緊迫性赤潮(又稱紅潮,國際上通稱為“有害藻華”),是海洋中某一種或幾種浮游生物在一定環(huán)境條件下爆發(fā)性
2、繁殖或高度聚集,引起海水變色,影響和危害其它海洋生物正常生存的災(zāi)害性海洋生態(tài)異?,F(xiàn)象。赤潮爆發(fā)時(shí),因赤潮生物種類和數(shù)量的不同,海水可呈現(xiàn)紅、黃、綠等不同顏色。國內(nèi)外大量研究表明,赤潮的危害性極大。赤潮不僅給水體生態(tài)環(huán)境造成危害,也給漁業(yè)資源和生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟(jì)損失,而且還給旅游業(yè)和人類帶來了危害,已成為全球性的海洋災(zāi)害之一,因而被喻為“紅色幽靈”。20多年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,沿海地區(qū)工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水排海量不斷增加,近岸水體富營養(yǎng)化加劇,為赤潮爆發(fā)提供了必要的物質(zhì)條件。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,我國赤潮已呈現(xiàn)出發(fā)生頻率增加、爆發(fā)規(guī)模擴(kuò)大、原因種類增多、危害程度加重的發(fā)展趨
3、勢,赤潮災(zāi)害已居世界前列,經(jīng)濟(jì)損失也不斷增加。從全國來看,僅據(jù)國家海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)資料顯示,20世紀(jì)80年代我國近海記錄到赤潮75次,90年代則高達(dá)234次,進(jìn)入21世紀(jì),沿岸赤潮繼續(xù)呈頻發(fā)態(tài)勢,僅2003年就發(fā)生119次;一次赤潮的面積從幾平方公里擴(kuò)大到幾千甚至上萬平方公里,2004年5月浙江沿海發(fā)生的赤潮面積就超過1萬平方公里;發(fā)生區(qū)域從近岸局部海域發(fā)展到整個(gè)近海海域;災(zāi)害損失從90年代初期的近億元增至90年代末期的近10億元,進(jìn)入21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)損失有增無減。1998年在珠江口海域發(fā)生的大面積赤潮持續(xù)了30多天,一次造成約4億元的漁業(yè)損失。在廈門海域,20012005年共發(fā)生赤潮25次,累計(jì)
4、赤潮發(fā)生面積900平方公里左右;其中2005年就記錄赤潮7次,累計(jì)赤潮面積258平方公里。為了防范赤潮的危害,長期以來世界上諸多濱海國家都投入了相當(dāng)多的力量開展赤潮的研究。由于能形成赤潮的浮游生物種類繁多,它們爆發(fā)性生長所需的條件各異,因此赤潮形成的原因非常復(fù)雜。研究表明,赤潮的主要成因來自于生物、物理和化學(xué)三方面因素。但從根本上分析,赤潮生物的存在和水體污染(海洋水體富營養(yǎng)化,即海洋中營養(yǎng)物質(zhì)如氮、磷等過剩)是影響赤潮發(fā)生的最主要原因。追根溯源,這些氮、磷正是來源于人類的生產(chǎn)生活活動制造的廢水、污水和廢物。工業(yè)廢水中的有機(jī)物、重金屬、無機(jī)鹽,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用化肥、灌溉、沖刷出來的廢水中的氮和磷,
5、養(yǎng)殖廢水中的營養(yǎng)鹽、有機(jī)物和油,以及生活廢水中大量的有機(jī)物、營養(yǎng)鹽和磷,都源源不斷地隨污水流入江河,最終匯入大海,使海洋真正成了一個(gè)大型垃圾場。此外,海區(qū)的地理位置、地形特征、水文、氣象、海流、海況等都是形成赤潮的自然因子。在海水交換較差的內(nèi)灣或較封閉海灣的交匯面、峰面及排污口附近沿岸,海水有上升流的海域,也都具有赤潮形成的條件。目前,由于引發(fā)赤潮的生物種類繁多,爆發(fā)機(jī)制各異,人們對于很多赤潮的生成機(jī)理的研究尚未從根本上突破,所以難以從發(fā)生機(jī)理上來控制赤潮的發(fā)生。對大范圍赤潮的防治技術(shù)也還很不成熟,難以投入使用。而為了有效減輕赤潮災(zāi)害造成的損失,赤潮預(yù)警又非常緊迫,因此許多國家把研究的重心都放
6、在赤潮預(yù)警預(yù)報(bào)這個(gè)世界性的難題之上。20世紀(jì)90年代以來,國外海洋水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展迅速,逐漸從試驗(yàn)、試用階段進(jìn)入準(zhǔn)業(yè)務(wù)運(yùn)行階段。這些水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)多數(shù)以水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)的形式出現(xiàn),少數(shù)以岸基水質(zhì)監(jiān)測站的形式出現(xiàn)。在水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)中,一部分是在原有的海洋氣象、水文浮標(biāo)上增加相應(yīng)的化學(xué)生物傳感器或儀器設(shè)備組成,如挪威海洋公司OCEANOR)的SEAWATCH系統(tǒng)、德國造船和核能研究中心(GKSS)和海洋環(huán)境遙控測量和綜合監(jiān)測系統(tǒng)、法國海洋開發(fā)研究院(IFREMER)的沿海環(huán)境自動監(jiān)測網(wǎng)等;另一部分是以原有的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀為基礎(chǔ)加上通訊設(shè)備、電源和浮標(biāo)體組成,如美國金泉儀器公司(YSI)的環(huán)境監(jiān)測
7、系統(tǒng)、澳大利亞Greenspan技術(shù)有限公司的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)和美國Hydrolab公司的水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)等。海洋水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)為赤潮監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)奠定了較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我國在20世紀(jì)末把海洋監(jiān)測技術(shù)列入863計(jì)劃,在“十五”期間也把赤潮災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)研究列入國家科技攻關(guān)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目,并根據(jù)我國目前的國情和國力,采取了以赤潮災(zāi)害監(jiān)測為基礎(chǔ),以減災(zāi)防災(zāi)為突破口等切實(shí)可行的做法。按照預(yù)防為主、防控治相結(jié)合的原則,通過建立、健全全國赤潮監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和赤潮災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)體系等措施,來減輕赤潮災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失,保護(hù)人民身體健康。赤潮監(jiān)測預(yù)警體系的構(gòu)建構(gòu)建赤潮監(jiān)測預(yù)警體系極大減少了赤潮預(yù)報(bào)工作的日常海上現(xiàn)場取樣的工
8、作量,為廣大漁業(yè)工作者及海水養(yǎng)殖業(yè)者提供更及時(shí)的服務(wù)。而要建立赤潮預(yù)警體系,就必須在所關(guān)心的近岸海域布設(shè)日常監(jiān)測點(diǎn),開展高頻率、高密度、定期的監(jiān)視監(jiān)測工作,通過對與赤潮相關(guān)的因素進(jìn)行長期實(shí)時(shí)監(jiān)測,建立起赤潮自動監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)視與信息網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過多年努力,國家海洋局現(xiàn)已建立起由衛(wèi)星、飛機(jī)、船舶、浮標(biāo)和岸站組成的國家海洋環(huán)境監(jiān)視監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),成立了國家和地方相結(jié)合、專業(yè)和群眾相結(jié)合的全國赤潮立體監(jiān)視監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。“九五”期間對赤潮災(zāi)害衛(wèi)星遙感、航空光譜測量、船舶現(xiàn)場調(diào)查采樣、實(shí)驗(yàn)室貝毒檢測等赤潮監(jiān)測技術(shù)和災(zāi)害分析評估技術(shù)進(jìn)行了研究。然而,現(xiàn)有的監(jiān)測手段在監(jiān)測布點(diǎn)、頻次、項(xiàng)目以及資料傳輸?shù)囊笊吓c海上赤潮監(jiān)測高
9、密度、高頻率、應(yīng)急性的技術(shù)要求還存在較大差距。為此,許多沿海城市的環(huán)保部門或海洋部門都在積極探索赤潮監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的可行方法,開展了赤潮發(fā)生條件分析與預(yù)報(bào)研究。由于赤潮起因復(fù)雜,要對可能導(dǎo)致赤潮的因子都進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,不僅要消耗巨大的人力、物力和財(cái)力,而且對許多監(jiān)測因子而言是不可能或沒必要。因此,國內(nèi)一些沿海城市(如深圳)就在重點(diǎn)海水養(yǎng)殖區(qū)和海水浴場布設(shè)多個(gè)監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測水文氣象、海水水質(zhì)、赤潮生物、貝類毒素等項(xiàng)目。廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站在總結(jié)、分析海洋水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)與本地赤潮研究成果的基礎(chǔ)上,認(rèn)為海洋污染/生態(tài)環(huán)境監(jiān)測浮標(biāo)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)海洋污染及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測自動化和網(wǎng)絡(luò)化及在線原位連續(xù)監(jiān)測的最有效技術(shù)
10、手段,集傳感器技術(shù)、現(xiàn)場自動采樣分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信和定位技術(shù)及浮標(biāo)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等高新技術(shù)為一體,可望成為赤潮監(jiān)測預(yù)警體系的技術(shù)支撐。為此,003年5月引進(jìn)了美國Endeco/YSI公司生產(chǎn)的EMM700型海洋水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)(圖1),投放于廈門灣西部海域?qū)氈閹Z附近水域進(jìn)行水質(zhì)生態(tài)實(shí)時(shí)長期監(jiān)測(圖2),通過對獲取的大量水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,篩選優(yōu)化了監(jiān)測因子,并嘗試建立起赤潮監(jiān)測預(yù)警預(yù)報(bào)體系。EMM700型海洋水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)由浮標(biāo)體、多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀和氮磷監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、雙錨定回收系統(tǒng)、警示燈標(biāo)與雷達(dá)反射器和GPS全球定位系統(tǒng)組成,不僅
11、具備水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測功能,而且具有數(shù)據(jù)存儲處理和無線傳輸及自供電與異常狀況報(bào)警等功能。其中YSI6600EDS多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀和NPAPlus氮磷監(jiān)測儀可同時(shí)監(jiān)測硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽、溶解氧、葉綠素、藍(lán)綠藻、濁度、pH、氧化還原電位、電導(dǎo)、鹽度、水溫,其測量方法均符合相應(yīng)的國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。由YSI6600EDS多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀和NPAPlus氮磷監(jiān)測儀實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù),通過CR10X數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),再經(jīng)由GPRS數(shù)字式無線傳輸方式發(fā)送到廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站的自動控制室,這些信息經(jīng)過判讀就可以生成赤潮預(yù)警報(bào)告。赤潮預(yù)警因子的優(yōu)選與預(yù)報(bào)為了優(yōu)選赤潮預(yù)警因子,廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站在美國E
12、ndeco/YSI公司中國金泉儀器公司的密切配合下,分析了廈門海域發(fā)生赤潮的歷史資料及其相關(guān)的氣象、海況和海水的理化和生物指標(biāo),查閱了國內(nèi)外有關(guān)的赤潮研究報(bào)告。在比較了赤潮發(fā)生前后和有無發(fā)生赤潮海區(qū)上述相關(guān)指標(biāo)的指標(biāo)值的變化情況的基礎(chǔ)上,優(yōu)化了赤潮預(yù)警因子,并開展了必要的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過對大量實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn):赤潮發(fā)生大面積爆發(fā)之前13天,溶解氧、pH和葉綠素三個(gè)因子的在線記錄數(shù)據(jù)都有異常波動,而且是同步漲落。為此,溶解氧、pH值和葉綠素可以作為赤潮監(jiān)測的預(yù)警因子。圖3中的曲線分別是由YSI6600EDS多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀和葉綠素測量儀的探頭自動采集,并通過赤潮監(jiān)測預(yù)警體系獲得的赤潮爆發(fā)前后
13、的溶解氧、pH值和葉綠素測量數(shù)據(jù)圖。02:3021:4817:0612:2407:4203:0002:3021:4817:0612:2407:4203:00?mLU)uucoOQ圖3赤潮爆發(fā)前后溶解氧、pH值、葉綠素的測量數(shù)據(jù)圖由圖3可見,在赤潮生成前期上述各種在線監(jiān)測因子的記錄所反映的數(shù)據(jù)曲線是平直的圖形。在赤潮爆發(fā)的初期,隨著藻類的逐漸增多,水中的溶解氧也相應(yīng)地增多,溶解氧一般會由5mg/L左右增加到12mg/L左右,而隨著藻類生物對氧氣的大量消耗,到了赤潮的后期,水中的溶解氧將迅速下降。由于溶解在水中的二氧化碳事實(shí)上是平衡海水酸堿性的碳酸,反映著介質(zhì)pH值的變化。雖然不同海區(qū)的pH值會有
14、所差異,一般都是78之間,說明正常的海水是呈現(xiàn)微堿性。但是,在赤潮爆發(fā)伊始,水中增多的游離氧和溶解氧與氫離子結(jié)合成水分子,碳酸氫根作為碳源和其他營養(yǎng)鹽一起被藻類生物所消耗,成為快速繁殖藻類的含碳化合物及其他化合物,水中的酸度就會下降,因而pH值就上升到&3左右。隨著赤潮后期藻類生物的死亡,pH值才向正常海水的酸堿度回歸。而在赤潮爆發(fā)前藻類開始聚集成團(tuán)塊,與傳感器作用后所表現(xiàn)的信號便使葉綠素?cái)?shù)據(jù)曲線漲落幅度開始加大,而一旦形成大團(tuán)塊也就是赤潮大爆發(fā),所記錄的曲線就有劇烈的波動。通過對探索建立的赤潮監(jiān)測預(yù)警體系在線測量數(shù)據(jù)的變化分析及其在實(shí)踐中探索的經(jīng)驗(yàn),找到了與海洋赤潮發(fā)生有顯著關(guān)聯(lián)的pH值、溶
15、解氧、葉綠素3個(gè)指標(biāo)因子,并探索了一套赤潮預(yù)警預(yù)報(bào)和全程跟蹤的方法。該赤潮監(jiān)測預(yù)警體系簡捷、投資經(jīng)濟(jì)、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、信息可供社會共享。因此,廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站在原有工作的基礎(chǔ)上,與廈門市海洋與漁業(yè)局合作在廈門海域開展了系統(tǒng)、長期的赤潮監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報(bào)工作。在廈門比較容易發(fā)生赤潮的同安灣及西海域等海區(qū)布設(shè)了3個(gè)監(jiān)測點(diǎn),安放赤潮監(jiān)測預(yù)警裝置,對與赤潮相關(guān)的一些關(guān)鍵參數(shù)(象pH值、溶解氧、葉綠素)進(jìn)行了常年高頻度的在線監(jiān)測,形成了較為完善的赤潮監(jiān)測預(yù)警體系,為政府管理部門及時(shí)了解赤潮災(zāi)情、有效防治海洋赤潮災(zāi)害和組織防災(zāi)、減災(zāi),及時(shí)提供了科學(xué)的依據(jù)和寶貴的信息,提高了赤潮災(zāi)害防治能力,促進(jìn)了海洋經(jīng)濟(jì)建設(shè)和
16、社會的健康發(fā)展。結(jié)語面對我國日益嚴(yán)峻的環(huán)境形勢,第六次全國環(huán)境保護(hù)大會研究部署了“十一五”期間的環(huán)保工作。溫家寶總理要求:“建立先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測預(yù)警體系,全面反映環(huán)境質(zhì)量狀況和趨勢,準(zhǔn)確預(yù)警各類環(huán)境突發(fā)事件。”赤潮是全球性的海洋災(zāi)害之一,和其他環(huán)境問題一樣是一個(gè)系統(tǒng)的問題,具有變化性、復(fù)雜性、不確定性、長期性和沖突性的特點(diǎn)。因而對赤潮成因和機(jī)理探索一直是海洋環(huán)境研究的熱點(diǎn)。雖然赤潮形成機(jī)理至今沒有統(tǒng)一的定論,但是卻是管理部門最關(guān)心的重點(diǎn)。對于赤潮的預(yù)防和控制,目前最有效的辦法就是開展赤潮預(yù)報(bào),而赤潮預(yù)報(bào)的關(guān)鍵是建立赤潮監(jiān)測預(yù)警體系。如果赤潮監(jiān)測預(yù)警跟不上,赤潮災(zāi)害的防控工作將陷于被動、事后、補(bǔ)救、消極的狀況,管理部門往往會出現(xiàn)面對赤潮爆發(fā)而措手不及、應(yīng)對無方、貽誤戰(zhàn)機(jī),給人民群眾生活、生命健康安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、以及社會安定和環(huán)境安全帶來嚴(yán)重的威脅和損害,甚至造成重大國際影響。國家海洋局于2002年1月22日印發(fā)了關(guān)于實(shí)施海洋赤潮信息管理暫行規(guī)定,強(qiáng)調(diào)了赤潮預(yù)測的重要性,旨在爭取早日建立起日常赤潮預(yù)報(bào)網(wǎng)絡(luò),以把赤潮災(zāi)害帶來的損失減小到最小。但是,全國赤潮立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)尺寸之大,要與高密度的空間布點(diǎn)和高頻度的時(shí)間采集結(jié)
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