全球海洋观测系统展望及对我国的启示

dmoqhholgb · 发表于每日资讯 2023-2-20 16:52:31

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1 引言

海洋健康和安全是人类可持续发展的前提，关系到全球人类福祉。海洋为30多亿人提供食物和经济来源，据统计，2010年全球海洋经济直接创造了超过3 000万个就业岗位，根据2019年新型冠状病毒肺炎（COVID-19，以下简称“新冠肺炎”）疫情暴发之前的预计，2030年全球海洋经济产值将达到3万亿美元，海洋越来越成为人类赖以生存的基础。然而，海洋面临的威胁不断加剧。例如，全球气候变化引起的海洋变暖、海洋热浪、海洋酸化、海冰冰川和冰盖融化以及海平面上升等问题日益严重；近海资源过渡开发、渔业捕捞、陆源污染排放和海上运输等人类活动也给海洋健康带来了负面作用，海洋栖息地退化和生物多样性减少、海水富营养化、海洋垃圾和污染等诸多问题频发，严重影响全球尤其是沿海地区人类的生存和发展。
气候变化和人类活动带来的全球性海洋问题已经引起各国政府的重视，而海洋观测是帮助人们认识、了解和预测海洋，解决当前乃至未来一系列海洋问题的基础。多年来，世界各国纷纷开展海洋观测活动，尤其近30年来，全球海洋观测系统（Global Ocean Observing System，GOOS）的建立和发展大大加强了人们对海洋与气候变化以及地球系统的理解，提高了海洋气候和海洋灾害的业务化预报水平，提升了沿海乃至全球应对海洋问题的能力。然而，目前全球的海洋观测能力仍不能满足人类可持续发展的需求。为响应联合国《2030可持续发展议程》《巴黎协定》“联合国海洋科学促进可持续发展十年”（“海洋十年”）等要求和倡议，加强应对全球气候变化加剧、海洋健康恶化和其他不断涌现的海洋问题，GOOS及其框架下的部分组织机构和区域观测系统制定了一系列面向未来5~10年的战略规划，提出了未来全球海洋观测的发展方向，以更好地为人类可持续发展提供服务和支撑。
我国已建成覆盖管辖海域的业务化海洋观测网，主要由自然资源部运行管理的国家基本海洋观测网和沿海省市建立的地方基本海洋观测网组成。截至2020年10月，国家基本海洋观测网建有153个海洋站（点）、75个浮标、56部海洋雷达以及若干志愿船、无人机和漂流浮标等，地方基本海洋观测网的观测设施也超过300个，为我国海洋防灾减灾、海洋生态保护修复、海洋资源开发利用以及海洋环境安全保障等提供了有力支撑。与此同时，我国深度参与国际海洋观测事务，在GOOS、全球海洋观测伙伴关系（Partnership for Observation of the Global Ocean，POGO）和“海洋十年”等国际合作框架中发挥积极作用，参加国际Argo计划和热带太平洋观测计划（Tropical Pacific Observing System 2020，TPOS 2020）等国际海洋观测计划，履行负责任大国义务。在我国海洋观测走向国际的过程中，为更好地了解和借鉴全球海洋观测的建设经验，掌握未来全球海洋观测的发展方向，积极融入全球海洋观测体系，本文研究了GOOS及其框架下部分组织机构制定的海洋观测战略规划，分析了全球海洋观测发展重点和未来方向，提出了对我国海洋观测的建议，可为我国制定海洋观测相关规划、拓展全球海洋观测能力和参与国际合作等工作提供借鉴和参考。
2 全球海洋观测战略规划

以联合国“海洋十年”倡议为契机，GOOS陆续发布《GOOS 2030战略》《GOOS 2030战略实施路线图》《OceanOPS五年战略（2021—2025年）》，提出了GOOS的“海洋十年”计划。GOOS区域联盟的成员，欧洲海洋观测系统、澳大利亚综合海洋观测系统和南大洋观测系统也参考GOOS的2030战略先后发布了相应的顶层战略和计划。此外，GOOS还发起制定了印度洋观测系统的2030路线图。

2.1　全球海洋观测系统现状

GOOS由联合国教科文组织政府间海洋学委员会、世界气象组织、联合国环境计划署和国际科学理事会共同发起成立，旨在建立一个对海洋和海洋变量进行观测、模拟和分析的永久性全球系统，以开展全球范围内针对气候变化、业务化海洋服务和海洋健康的研究和服务。GOOS的管理模式为3级架构：一是由多国专家组成的GOOS指导委员会，主要进行宏观指导和顶层协调；二是物理和气候、生物地球化学以及生物和生态系统3个科学专家组，主要开展观测需求研究并提供技术指导，其确立的31个核心海洋变量及其技术要求为各国在统一框架下开展海洋观测活动提供了依据；三是海洋和海洋气象联合技术委员会、GOOS观测协调组和GOOS区域联盟理事会等，主要负责全球海洋观测的具体组织实施工作。
自1991年成立以来，GOOS积极发起或组织国际观测计划，协调各国观测资源，积极应用新技术和新手段，使得全球海洋观测能力持续提升。目前已形成了由剖面漂流浮标、多种形式的锚系浮标和平台、海洋站、海洋高频雷达站、调查船、志愿船、水下滑翔器和动物遥测等多种观测手段组成的全球观测网络，并通过世界气象组织—政府间海洋学委员会海洋与海洋气象原位观测联合支持中心（The World Meteorological Organization-Intergovernmental Oceanographic Commission Joint Centre for Oceanography and Marine Meteorology in situ Observations Programmes Support，JCOMMOPS，后更名为OceanOPS）进行观测平台和数据的整合与监控。2年多来，在新冠肺炎疫情对全球海上活动造成严重影响的背景下，由于GOOS采用了诸多无人自主观测技术和手段，并充分协调全球观测力量，使得GOOS的全球观测网络表现出了很强的韧性，始终维持了较好的状态。2022年6月，GOOS在全球处于实时运行中的观测设备和平台总数超过9 000个，保持了对全球海域的覆盖观测（图1）。

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图1 GOOS观测设备和平台在 2022年 6月的全球实时分布情况（来源：www.ocean-ops.org）5 R$ Q! t; Y4 Y& _5 q! k

Fig. 1 Global distribution of GOOS instruments and platforms in June 2022 （ from：www.ocean-ops.org）

2.2　全球海洋观测系统的 2030战略及其实施路线图

GOOS在2019年和2020年先后公布了《GOOS 2030战略》及其实施路线图。该战略基于全球对海洋观测不断增长的需求，旨在推动建设一个高度整合的GOOS，涵盖从观测、数据管理、科学分析和预测，再到为最终用户提供信息、数据和决策服务的全过程，并通过加强全球合作伙伴关系提供支撑和保障，最终“建立一个真正综合的GOOS，为人类可持续发展、安全、幸福和繁荣提供所需的基本信息”。该战略重点围绕GOOS的气候变化、业务化服务和海洋健康三大核心领域，制定了“广泛参与和深化影响”“系统集成与实现”“缔造未来”3个宏观目标，并围绕宏观目标确定了11项优先战略目标。
其中，“广泛参与和深化影响”主要是通过深化用户在海洋观测中的参与度，推动观测的服务应用并扩大其影响，以体现海洋观测的优势和价值。包括加强伙伴关系以改进预测、服务和科学评估的流程；加强向主要用户、资助者等利益相关方的宣传，提升GOOS知名度；定期评估GOOS的影响，以确定是否满足需求；加强海洋观测服务和产品开发，促进GOOS的应用。
“系统集成与实现”主要是基于《海洋观测框架》指导GOOS进行系统设计优化，跟踪不断变化的需求并分析差距；通过GOOS和合作伙伴，共同维持、加强和扩大海洋观测系统，推动海洋观测标准和最佳实践的推广，制定系统评估指标；保障海洋观测数据质量并提高时效性，保证数据可查找、可访问、可互操作和可重复使用。
“缔造未来”主要是通过创新、能力建设和不断优化管理策略，建设面向未来的观测系统。包括支持观测技术和观测网络的创新；加强能力建设，确保更广泛的利益相关者参与；扩展系统观测能力，充分了解人类对海洋的影响；与合作伙伴和利益相关者共同主导对全球现场观测和卫星观测进行有效管理等。
《GOOS 2030战略实施路线图》则是在该战略的基础上提供了具体实施路径，引导各个国家、合作伙伴和资助方共同参与和设计GOOS。该路线图将根据发展形势和需求不断优化，以保证GOOS当前和未来的合作伙伴可以在该战略中找到合适的定位和可参与的合作领域，以支持GOOS计划实施和可持续发展。

2.3　全球海洋观测系统的“海洋十年”计划

GOOS是联合国“海洋十年”的核心，其建立的全球海洋观测体系是“海洋十年”诸多海洋观测和预测活动实施的前提。GOOS针对“海洋十年”提出的“海洋观测联合设计”（ocean observing co-design）、“沿海海洋预测”（CoastPredict）和“共同观测”（observing together）是“海洋十年”实施的基石，也将是“海洋十年”取得成功的基础，同时，“海洋十年”的实施也使GOOS的重要性进一步提升。
“海洋观测联合设计”是通过加强海洋观测、预报与观测服务对象或需求方之间的互动联系，建立一种以用户需求为中心的海洋观测联合设计模式，提升现有海洋观测系统的设计和评估流程，从而更好、更快地满足不断扩大和变化的需求，体现海洋观测的价值，使海洋观测可以获得持续的支持和投入。
“沿海海洋预测”是通过共同设计和重新规划沿海地区的海洋观测基础设施（包括观测技术、预测模型和信息系统等），形成在GOOS框架下新的全球沿海海洋观测和预测体系，加强对沿海地区的海洋观测和预测，建成一个完全开放的海洋信息公共服务系统，提高沿海地区对海平面上升、极端天气和其他沿海海洋问题的应对能力，促进沿海地区可持续发展。
“共同观测”是通过整合从海洋观测网络、数据管理和预测系统、决策分析到最终用户的整个流程，重点加强海洋观测与其所服务用户之间的联系，使更多的用户能够方便地获取、应用海洋观测数据和服务，满足使用和决策需求，提高应对有关海洋问题的能力，从而实现海洋观测价值，使海洋观测的效益最大化，获取对海洋观测的持续支持，保障海洋科学的长远发展。

2.4　 OceanOPS的五年战略

GOOS每天为用户提供超过100万次的数据服务，而OceanOPS则是提供这一服务的主要机构，它负责协调、整合GOOS框架下世界100多个观测组织机构所属观测平台和观测数据，监控整个GOOS观测网络的运行状态并提供数据服务。GOOS观测协调组制定了《OceanOPS五年战略（2021—2025年）》，旨在进一步提升OceanOPS作为国际海洋观测数据和服务中心的能力。该战略制定了5个战略目标：持续跟踪监测GOOS的运行状态，强化数据标准及全球海洋观测网络的整合，支持提升GOOS运行效率，开发新的数据管理和服务网络，建立面向未来的管理和服务框架。在未来5年，OceanOPS将围绕上述目标持续监测和报告GOOS及其观测网络的运行状态，支持和保障GOOS高效运行，确保数据质量并及时传输，以及免费和无条件地向用户提供所需的数据和服务。

2.5　欧洲海洋观测系统的 2030战略

欧洲海洋观测系统（European Global Ocean Observing System，EuroGOOS）是欧洲业务化海洋观测的领导和组织机构，成立于1994年。EuroGOOS在GOOS框架下运行，是GOOS区域联盟的成员之一。EuroGOOS 于2021年发布了《EuroGOOS 2030战略》，旨在“引领开发和实施欧洲持续、协调的业务化海洋观测”，为社会提供可靠和及时的服务。该战略制定了5个战略目标：推动海洋观测最佳实践的实施，建设协调综合的欧洲海洋观测体系和业务化海洋观测系统，加强和扩大伙伴关系，促进海洋观测和业务化海洋服务价值的实现，加强宣传使公众认识到海洋和海洋服务的重要性。在此基础上计划制定一个路线图，扩大现有业务化海洋服务的业务范围，为气候变化和海洋健康领域提供更多支撑和服务。

2.6　澳大利亚综合海洋观测系统 2030战略

澳大利亚综合海洋观测系统（Integrated Marine Observing System，IMOS）也是GOOS区域联盟的成员，于2021年公布了最新的发展战略《IMOS 2030战略》，确定了未来10年IMOS的海洋观测发展方向和研究重点。该战略提出了5个重点任务，包括： ①增强海洋数据和信息的获取和应用水平，提高决策支撑能力； ②加深气候变化和海洋极端事件对环境、经济、社会和文化影响的认识，提升应对和恢复能力； ③加强对典型海洋环境系统、物种和栖息地的认知，为管理和保护海洋生境提供支撑； ④支持海洋科学研究、培训和教育，推动海洋观测技术和方法创新，加强面向未来的海洋观测能力开发； ⑤加强地方、国家、区域和国际层面的宣传推广，扩大海洋观测的影响力。该战略以建立持续、系统和科学可靠的海洋观测系统为宗旨，跟踪了解气候变化和极端天气事件对沿海社区、典型海洋环境和海洋活动的影响，为海洋及相关产业的可持续利用和管理提供支撑，与合作伙伴共同应对澳大利亚周边海洋面临的问题和挑战。

2.7　南大洋观测系统五年计划

南大洋连通了地球上的主要大洋，是深海、表层海洋和大气之间物质、能量输运的重要纽带，在地球系统运行中起着至关重要的作用。南大洋观测系统（Southern Ocean Observing System，SOOS）于2011年8月成立，旨在通过国际合作和协调，开展持续、综合和多学科的海洋观测，深刻认识南大洋的变化，推动有关海洋问题的解决。SOOS也是GOOS区域联盟的成员之一，于2021年发布了《南大洋观测系统科学与实施计划（2021—2025）》，围绕了解和认识南大洋低温圈、大洋环流、碳循环和其他生物地球化学循环、生态系统和生物多样性、空气—海冰通量等的状态和变化情况，阐述了需要建设的基础能力和未来5~10年的优先事项。制定了一系列落实和推动该计划实施的具体措施，包括： ①优化观测系统设计，增加核心观测变量，提升模拟预测能力； ②支持新技术方法的创新、应用和试验，推广最佳实践； ③加强数据的管理、共享、服务和应用； ④加强国际合作和组织协调，聚焦共同需要，提升统筹管理能力，服务“海洋十年”等。

2.8　印度洋观测系统 2030路线图

印度洋观测系统（Indian Ocean Observing System，IndOOS）是印度洋区域的业务化海洋观测系统。为满足印度洋周边国家和国际对印度洋海洋观测的迫切需求，并与《GOOS 2030战略》相呼应，在GOOS的支持和组织下，IndOOS于2019年发布了《印度洋持续海洋观测路线图（2020—2030年）》，制定了2020—2030年印度洋地区的海洋观测布局规划和实施计划，确定了未来IndOOS建设的优先事项，包括加强整个印度洋地区生物地球化学要素的观测，加强对边界流、印尼贯穿流和深海的观测，提高卫星海洋观测能力，加强数据的质控、管理和共享分发，加强印度洋周边国家之间的合作和伙伴关系等。

3 全球海洋观测发展方向及重点

联合国政府间气候变化专门委员会全球第六次评估报告第一部分《气候变化2021：自然科学基础》、世界气象组织《2021年全球气候状况》等一系列报告的发布以及《联合国气候变化框架公约》第26次缔约方会议的召开，使人们更加清晰地认识到气候变化及其对海洋的影响，给人类生存和可持续发展带来的严峻挑战。在全球统一框架下加强对大气和海洋的观测，提高对气候变化及其影响的理解和认识，提升人们适应和应对气候变化及其影响的能力，已成为全球共识。对GOOS和世界各国海洋观测组织而言，气候变化将依然是全球海洋观测的核心服务领域，业务化海洋服务则是适应和应对气候变化及其影响的关键手段，同时，海洋健康将逐渐成为未来海洋观测和服务的新核心。GOOS及其框架下的各组织和区域海洋观测系统即围绕这一背景制定了上述的海洋观测战略与规划，明确了未来发展方向和重点。

3.1　全球海洋观测发展方向

（1）全面提升全球海洋观测能力，加深对气候变化的系统认识，大力提升业务化海洋服务能力。基于GOOS的全球海洋观测加深了人类对海洋和全球气候变化的认识，在此基础上开展的海洋和气候预测及业务化服务，为人们应对海洋和气候灾害、更好地开发利用海洋提供了重要支持。然而，全球海洋观测仍然存在很多不足，如海洋观测的持续性不够，极地、深海和部分地区海洋观测的稀缺或空白，对海洋变化过程认识的不全面等，使得对海洋与气候的认识仍然不够深入，对海洋和气候的预测及信息服务与人们不断增长的需求还有较大差距。需要在GOOS框架下继续加强全球海洋观测及服务能力建设。
（2）加强对海洋健康的观测和服务，提升对气候变化及有关海洋问题的适应和应对能力。随着新的海洋问题不断出现，海洋健康恶化对人类的不良影响逐渐凸显，人们越来越认识到，海洋的健康关系到全人类的健康和福祉，是实现可持续发展的前提。一方面，海洋健康问题，如海洋生态系统破坏、海洋生物多样性减少、海洋污染、有害藻华以及低氧等，对海洋沿岸地区安全、渔业养殖和捕捞、滨海旅游业、海上开发利用活动等造成了严重影响，给人类生存和发展带来了严峻挑战。加强对海洋健康问题的观测和认识，有助于提高人类应对相关问题的能力；另一方面，海洋是地球上最大的碳汇，加强对海洋健康的观测和认识，有助于提升人们保护海洋生物和生态，尤其是如红树林、海草床、盐沼和光滩等海洋生态系统的能力，从而保持甚至增强海洋的碳汇能力，延缓全球气候变化趋势，缓解海洋健康恶化。

3.2　未来海洋观测发展重点

根据GOOS及有关组织制定的海洋观测战略和规划，在未来5~10年，全球海洋观测的发展重点主要围绕以下方面开展：
（1）保证现有海洋观测的持续性，加强对极地、深海和边缘海等地区的海洋观测能力，提高对全球海洋和气候的模拟预测水平，尤其是加强对全球近海的预测和服务。
（2）在全球范围内加强对海洋生态系统、海洋生物多样性、海洋酸化、海洋垃圾和海洋污染、富营养化和有害藻化、脱氧等海洋健康相关问题的观测和预测。
（3）大力支持和加强新观测技术手段的研发应用，尤其是无人、智能、长续航、低成本技术和平台，加快生物地球化学要素和其他海洋生物生态要素观测技术的突破和业务应用。
（4）扩大和强化全球海洋观测合作伙伴关系，通过合作、协调和共享，提升全球海洋观测能力，协助加强小岛屿和最不发达国家或地区的海洋观测与服务。
（5）充分发掘、体现和宣传海洋观测服务及其价值，扩大海洋观测的影响，提升公众海洋素养，获取更广泛的认可和支持。
（6）建立一个更加协调、综合的GOOS，通过协调共同需求、联合设计、统一标准、推广最佳实践、加强数据共享和服务等，将全球、地区和国家层面的海洋观测能力整合起来，为人类的可持续发展提供全面服务和支撑。

4 对我国海洋观测未来发展的启示

在我国海洋观测融入GOOS的过程中，我们需要充分借鉴全球性或区域性海洋观测系统的成熟经验，拓展我国的全球海洋业务化观测能力，以为我国维护国家权益、参与全球海洋治理提供有力支撑。
（1）加强我国海洋观测战略规划和顶层设计，保证海洋观测的持续性、先进性和前瞻性。立足我国当前和未来对海洋观测的宏观需求，紧密跟踪当前国际关注的海洋健康等热点和重点方向，制定我国的海洋观测发展战略规划和实施计划，适应不断增长的新需求和技术发展新形势，在覆盖我国管辖海域的基础上，以自主建设或国际合作的形式，积极在大洋、边缘海或他国专属经济区开展持续的海洋观测；借鉴全球海洋观测体系设计经验，基于“主题需求—目标效益需求—应用需求—观测场景需求—观测要素需求”，不断更新和完善需求论证，围绕“应用场景—观测要素—观测装备—观测子系统和观测计划”，持续优化观测系统顶层设计，完善装备体系，提升观测能力；提高国家和地方政府对海洋观测事业的重视程度，确保稳定的财政资金支持，通过加强观测站点管理和保护、增强人才队伍建设、建立海洋观测事业发展考核机制等，开展长期、持续的业务化海洋观测，为海洋防灾减灾、海洋生态保护修复、海洋开发利用和我国碳达峰碳中和战略等提供支撑。
（2）加强海洋观测数据的管理、应用和服务，最大化实现海洋观测的价值。我国实施海洋观测的组织机构众多，所属部门和行业不同，可充分借鉴OceanOPS运行经验，建立国家统一的数据管理与观测设备运行状态监控平台，加强数据质量控制，统一数据标准，完善数据管理机制，并实现对观测设备和平台运行状态的实时监测。数据的应用和服务是海洋观测价值实现的核心，而我国大量的海洋观测数据被束之高阁或仅做有限使用，缺乏对数据的进一步挖掘和应用，同时众多的海洋科研、管理和开发利用活动对海洋观测数据有强烈的需求。因此，迫切需要加强海洋观测数据的共享、数据产品的开发和数据服务的完善，建立可查找、可访问、可互操作、可重用的数据管理、应用和服务体系。
（3）加强海洋观测新技术装备的研发和应用，推动实现高水平自立自强。国际上先进和成熟的海洋观测系统，如美国综合海洋观测系统和澳大利亚IMOS等，均有完善的支持推动新技术研发、入网试验测试和业务应用的技术体系，缩短了新技术的研发和应用周期，提升了观测系统效能，同时满足了不断增长的新需求。我国也需要大力支持无人、智能、长续航、低成本技术装备与平台的投入和研发，完善技术装备的测试和准入环节，推动新技术装备的快速业务应用。尤其是近年来逐渐成为未来研究重点的生物地球化学和生物生态观测技术，同传统海洋观测技术相比，我国在这些技术上与国外差距相对较小，加大对其创新研发、产业化和业务应用的支持，有助于降低我国海洋观测技术装备对国外进口的依赖。
（4）加强海洋宣传、提升海洋素养。通过加强面向公众尤其是沿海社区的宣传、教育和引导，提高公众对海洋、海洋服务和海洋观测价值的认识，提升国民整体海洋素养，从而获取更广泛的支持，推动社会力量更积极的投入到海洋观测事业中来。我国近海海洋观测一直存在着观测设施易丢失或被人为破坏的问题，通过加强沿海社区在海洋知识和海洋观测价值方面认知的普及，一方面可以减少沿海海上活动尤其是渔民养殖捕捞对海洋观测设施的破坏，增强保护意识；另一方面也有助于引导和鼓励社会和公众力量通过投资、志愿观测等方式直接参与海洋观测。
（5）加强国际合作，提升我国对国际海洋观测的贡献和影响。总体而言，我国开展全球海洋观测的力量仍相对薄弱且组织机构较为分散，参与国际海洋观测事务的力度仍然不足，在国际海洋观测领域的影响力有限。例如，近年来具有重大国际影响力的“海洋十年”倡议，在2021年共批准了全球114项计划和项目，其中，我国牵头组织了3项，而美国有26项。亟需以“海洋十年”中国委员会的成立为契机，统筹国家海洋观测能力，更积极有效地发起和实施与我国利益相关的国际合作计划，积极参与全球海洋观测合作框架和观测计划，通过开展有组织的海洋科学观测和业务化海洋观测，提升我国在全球海洋观测和海洋环境预报领域的影响力。
信息来源：《地球科学进展》2022, Vol. 37 作者：韩林生 , 王祎

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