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“岸-海-空-天”立體化赤潮快速監測與處置系統

 

我國海洋赤潮災害頻發，對海洋漁業、水產養殖業造成嚴重危害。近年來，隨著海洋經濟發展對海洋生態預警監測工作要求不斷提升，在船舶和衛星等傳統監測技術手段基礎上，國家海洋技術中心借鑒國內外相關研究，通過多年探索，創新性地將自主研發的小型化、無人化、智能化的海洋監測新技術手段應用于赤潮監測和治理，形成了海洋赤潮快速監測和處置新模式。

科學論證|海洋赤潮亟需“快速”監測與處置手段

赤潮是海洋中某些浮游藻類、原生動物或細菌，在一定的環境條件下爆發性繁殖（增殖）或聚集而引起水體變色的一種有害的生物異常現象。赤潮監測方式主要有常規監測和應急監測兩種，主要監測相關海域的水文、氣象、生物、化學等海洋環境要素數據及赤潮分布范圍。常規監測中，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；應急監測中，一般使用衛星遙感獲取水色等信息，并在赤潮發生海域利用浮標和船舶等進行水質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。

隨著國家海洋經濟發展對海洋預警監測工作要求不斷提升，傳統海洋赤潮監測和處置技術手段面臨時效性、經濟性、智能化等多方面挑戰。首先，常規赤潮監測手段周期較長（通常每半月或每月監測一次），難以及時發現赤潮的發生并迅速做出響應。其次，雖然多型專用裝備已應用于赤潮預警監測，但受站位固定和數據分析能力弱等多方面條件約束，難以在赤潮高發或敏感海域實現水質突發變化快速監測，以及赤潮發生早期的跟蹤預警。再次，現有赤潮應急監測雖然能夠及時響應赤潮事件，但實施周期短，監測覆蓋范圍有限，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，難以實現赤潮發生早期快速處置。因此，亟需研發赤潮“快速”監測與處置手段，以在赤潮發生前、增殖期和發生早期實現快速監測和處置。

科技攻關|突破智能化赤潮災害監測預警關鍵技術

為解決現有監測手段對赤潮災害從早期發現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、自動規劃路徑能力的無人船為平臺，搭載具備實時監測能力的水質監測儀器、基于物理法對海洋生態環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，以多裝備聯合作業方式，實現海洋赤潮災害的“監視—監測—預警—處置”一體化作業。

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。無人船在赤潮發生前以及發生早期即進入水質實時監測工作狀態，結合光學傳感器和水質檢測儀器測量數據綜合分析，在線判定赤潮發生可能性。依據分析結果和衛星遙感識別，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模赤潮應急處置工作。

應用示范|推動河北省海洋生態監測預警工作高質量發展

經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浮標、無人船和無人機的組合式赤潮快速監測新技術，并會同河北省自然資源廳在河北省赤潮高風險區成功開展應用示范，提高了該省赤潮監測能力。下一步，中心將繼續開展基于無人船的赤潮監測與處置手段智能化組合應用研究，持續提高赤潮監測與處置的有效性、及時性和經濟性，大力推廣赤潮快速監測技術應用，為河北省乃至全國海洋生態監測預警能力的提升提供技術支撐。