知识窗｜海洋资源调查监测的分类与实施方法
溪流之海洋人生 2023-03-07
01
海洋空间资源的特征与分类
海洋资源作为重要的自然资源和国土空间，是沿海经济社会发展的核心基础，同时也是国家海洋权益保障和海上丝绸之路建设的重要支撑。为此，自然资源部调查司根据自然资源调查监测工作实际需求，将自然资源分为5个基本大类，即气候资源、水资源、土地资源、生物资源、矿产资源，单列海洋资源和空间资源，构成“5+2”的自然资源基本分类。
海洋空间的分布，由陆向海依次为潮上带、潮间带、潮下带和浅海、边缘海、深海海床或底土及其上覆海水体。以空间为载体的海洋资源，涵盖了海面、海水、海床、底土以及海岛所蕴藏的各类自然资源。同时，沿海岸线还分布着各类岸滩（砂砾滩、粉砂淤泥滩和岩滩）、海湾、河口与三角洲、典型生态系统（红树林、珊瑚礁、海草床和碱蓬-芦苇-柽柳）。按照海洋资源可测量、可调查、可量化原则，对海洋资源的空间、物质、能量和生态资源进行逐层划分，划分出不同的下位类，每一个类目连同它的下位类共同构成一个子系统，层层深入的子系统最终构成海洋资源分类体系。
海洋空间资源依据海洋空间分布特征，分为海岸线、岸滩、河口、海湾、海岛、海域；海洋物质资源依据自然属性，分为生物资源、海水与化学资源、海底矿产资源；海洋能源资源根据开发利用属性，分为潮汐能、波浪能、海流能、温差能和其他能源等；为体现海洋资源的陆海统筹属性、海洋蓝碳作用，将滨海湿地和典型生态系统作为海洋特殊生态资源纳入分类。下图为海洋资源分类体系示意图。 
海洋资源分类体系示意图，图源来自《地理信息世界》
02
海洋资源调查监测的主要内容
海洋资源调查监测是指在选定的调查区域内布设和使用适当的仪器设备，获取海洋资源要素（包括海洋空间资源、海洋物质资源、海洋能资源和特殊生态系统资源等各种资源要素）资料，揭示并阐明时空分布特征和组成规律，是对海洋资源要素进行观测测量、采样分析和数据初步处理的全过程。
海洋资源类型多样且复杂，涉及空间、物质、能量以及特殊生态系统等资源类型以及海洋地质、地形地貌、物理海洋与海洋气象、海洋化学、海洋生物生态等学科，调查监测要素多，调查监测技术手段多样。随着现代化高新技术的发展，海洋资源调查监测技术已从船基平台，转变为依托空基、天基、岸基、海床基、潜基等平台的立体智能观测平台。今后海洋调查监测装备将逐步发展成为以远程监控、实时传输为主的智能化网络化装备。
中国海洋大学吴立新院士提出的“透明海洋”，则是指要构建具备全球范围、全水深、多时空分辨率的海洋信息实时获取能力。“透明海洋”立体观测网分为4个层次的网络，包括：天基观测网、全球海气界面观测网、深远海水体观测网和深远海海底观测网，见下图。从而提升全球海洋尤其是“两洋一海”(西太平洋-南海-印度洋)和极区海洋环境信息获取能力，在此基础上形成我国核心战略海域的环境安全保障能力，可为国家实施“一带一路”倡议保驾护航，同时也造福海上丝路沿线国家的减灾防灾和海洋生态保护等。 
“透明海洋”立体监测概念图，图源来自《科学通报》
其中的“海底透视”计划包括五大重点任务，分别为高精度多尺度多要素地球物理探测系统、海底地质灾害监测预警系统、海底边界层综合探测系统、深海钻探系统和海底矿产资源勘探与评价系统。为环境和目标的立体监测体系提供海底基平台和技术系统，从而提升我国海底长时间、全海深、高分辨、多物理场覆盖的海底综合信息探测系统技术能力。
03
海洋资源调查监测的实施方法
依据各类资源侧重点和所赋存的部位差异，海洋资源多采用实地调查和遥感调查相结合的方式来开展资源调查监测，调查监测方式多以定点、走航和实时调查监测的手段组合开展。
实地调查方面，充分利用岸基调查设备、海洋综合考察船舶、无人船、潜水器、水下滑翔器、电视抓斗等先进设备，搭载定位测量工具、地球物理调查仪器设备、物理海洋调查设备、海洋生物生态调查设备、化学调查设备、岸滩调查仪器设备、样品采集设备、检验检测仪器、照（摄）相机等设备，利用实地调查、样点监测、定点观测、走航观测等调查模式，进行实地调查和现场监测。
遥感方面，航天遥感是充分利用卫星遥感搭载的可见光、红外、高光谱、微波、雷达等探测器，获取广域的定期影像覆盖和数据，支持周期性的海洋资源调查监测。航空遥感方面，利用飞机、浮空器等航空飞行平台，搭载各类专业探测器，实现快捷机动的区域高精度调查监测。另外，利用“互联网+”等手段，有效集成各类调查监测设备和资料，提升调查监测工作效率。
⑴海岸线、岸滩、浅海大陆架等海洋空间资源监测：采用实地调查和遥感调查一体化调查方式，利用航天遥感获取海岸线大面变化数据，对海岸线开展高精遥感（航空、无人机）和地面实地调查（GNSS RTK、激光扫描等）验证，对重要岸线资源可采用实时观测方式进行连续监测。 
图源来自浙江省测绘科学院
⑵海岛资源调查：调查范围涉及陆域，潮间带和海岛周边海域，调查方法上可采用空天地海调查监测的所有手段，依据海岛资源的细分进行调查监测手段的具体划分。河口、海湾资源调查范围涉及岸滩、岸线和浅海水域。岸滩、岸线资源调查上述已涉及，浅海水域主要采用船载定点、走航式和海床基观测的组合调查监测手段。浅海大陆架资源主要采用船载定点、走航式和海床基观测的组合调查监测手段。
⑶海洋生物资源调查：调查监测项目包括叶绿素、初级生产力和新生产力，微生物，微微型、微型、小型浮游生物，大、中型浮游生物，鱼类浮游生物，大型底栖生物，小型底栖生物，潮间带生物，污损生物和游泳动物。海洋生物调查监测方式包括大面观测，断面观测和连续观测。采样方法包括脱网采样、底质采样，挂板和水面或水中设施上采样等。调查监测和分析的主要仪器设备有采水器、网口流量计、各种网具及附件底质采样器、漩涡分选装置、照相与摄影设备、探鱼仪，生物分类鉴定、计数、测定和称量的器械，离心、干燥、冷藏和烘干的设备，分光光度计、荧光剂、液闪计数仪、质谱仪和高效液相色谱仪等仪器。 
图源来自深圳中检联检测
⑷海洋矿产资源调查：包括滨海沙矿、石油与天然气、多金属软泥，多金属结核、富钴结壳、热液硫化物以及天然气水合物等。海洋矿产资源调查监测要素包括矿区丰度、覆盖率、品位、区域地质背景、矿床特征、成矿条件、成矿环境、成因机制、富集规律、储量及经济评价、调查技术开采方法、选冶技术、开发环境及对环境的影响等。调查方法包括钻探取样、磁力和重力勘探、电法测量、地震法、放射性剖面测量、磁法和重力测量等。供海上钻生产井和开采油气的工程措施主要有人工岛、固定式采油气平台、浮式采油气平台与海底采油装置。调查监测仪器包括采矿机、观测声纳、地震仪，地磁仪，重力探测仪、导航仪GPS、回声测深仪，采泥器、钻探仪等。
⑸海洋化学资源调查监测：调查监测要素一般包括pH值、溶解氧、饱和度、总碱度、活性硅酸盐、活性磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐。对较大规模的海水化学要素调查监测应进行风险分析，指出可能遇到的困难和拟采用的应对措施。在调查监测之前应进行技术方案设计，收集分析调查海区已有的水文、气象、地质、地貌生物和海水化学资料，采样站位的布设应考虑调查监测目的、调查海区、地理位置、地形水动力条件、物质来源、人力物力资源和采样的可能条件等，调查监测时间和频次应根据水环境条件和特定目的确定，调查监测和分析的仪器包括烧杯、广口瓶、锥形瓶、容量瓶、反应瓶、采水器、电磁搅拌器、PH 计、分光光度计等。 
图源来自中科院海洋研究所
⑹潮汐能的调查监测：调查监测要素为潮位（含潮高及对应的潮时）、海湾地形。需要先通过收集区域地形资料、查阅有关文献，在初步了解海湾概况的基础上确定调查区域。调查仪器主要有声学式水位计、压力式水位计、浮子式水位计和地形测量仪器等。
⑺波浪能调查监测：全球波浪能分布是不均匀的，具有区域性和季节性特征。调查波浪能的要素包括：波浪、风、海流和水深。选取的调查站能代表该海域的波浪特征，还应避开影响波浪的障碍物，布放地点便于维护。调查采用的仪器为重力测波仪或声学测波仪，调查监测内容主要包括：流速和流向、水深、水温、波浪和风速等。可选取船只定点调查、锚碇浮标调查、走航调查和岸边高频地波雷达调查等方法。 
图源来自《海洋技术学报》
⑻深海资源调查监测：深海观测监测装备技术包括：深海运载器装备技术(移动观测平台)、深海拖曳探测装备技术(半移动调查平台)、深海原位监测技术(固定观测平台)、深海精细采样系统和深海原位监测传感器技术等。新型传感器技术包括：原位生物化学传感器、原位芯片海洋观测技术以及传感器主动防污技术等。
⑼上升流调查监测：在上升过程中会将底层二氧化碳和营养物质带到海洋表层，给浮游植物提供了良好的生活环境。以往上升流的研究主要采用实测数据进行观测，近年来，遥感数据精度不断提高，上升流的分析测试方法逐渐变为卫星遥感与船舶观测相结合。目前，人工上升流可以模拟出自然上升流的作用效果，对于人工上升流的观测现在最多采用的是浮标观测网络，主要用于监测温度。还有利用相关传感器进行定点布放观测。针对小尺度小范围环境下的人工上升流监测可采用沿海声层析技术。
【参考文献】海洋资源分类及调查监测关键技术(地理信息世界2022年第5期，海洋一所陈广泉等）、“透明海洋”立体观测网构建（科学通报2020年第25期，吴立新等） -----------------------------------------------------------------------《海洋生态大讲堂》微信公众号友情赞助商：（北京）蓝智海洋生态技术研究中心合作微媒平台：浙江省重点智库宁波大学东海战略
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