海洋觀測是研究海洋、開發(fā)海洋、利用海洋的基礎(chǔ)，作為海洋科學(xué)和技術(shù)的重要組成部分，在維護(hù)海洋權(quán)益、開發(fā)海洋資源、預(yù)警海洋災(zāi)害、保護(hù)海洋環(huán)境、加強(qiáng)國防建設(shè)、謀求新的發(fā)展空間等方面起著十分重要的作用，也是展示一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。早在上世紀(jì)80年代中期，海洋發(fā)達(dá)國家就相繼出臺海洋科技與開發(fā)戰(zhàn)略，進(jìn)入21世紀(jì)后，國際政治、經(jīng)濟(jì)、軍事圍繞著海洋活動發(fā)生了深刻的變化，在新的海洋戰(zhàn)略及其軍事需求牽引下，各國相繼調(diào)整戰(zhàn)略，進(jìn)一步加大了對海洋觀測領(lǐng)域的投入。
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海洋技術(shù)的發(fā)展最早起源于船舶技術(shù)發(fā)展的需求，由于羅盤技術(shù)廣泛地應(yīng)用于航海，加上前人積累的牽星術(shù)、地文、潮流、季風(fēng)等航海知識，以及造船技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了海洋技術(shù)的發(fā)展。正如海洋測繪技術(shù)起步于船舶安全航行需求，故被稱之為海道測量。
1872年12月7日至1876年5月26日，英國2300噸排水量的“挑戰(zhàn)者”號海洋科考船三年半時間的海上考察活動，開啟了近代海洋科學(xué)研究歷史。這一次行程由英國愛丁堡大學(xué)的C.W.湯姆遜領(lǐng)導(dǎo)，船上配備了當(dāng)時世界上更先進(jìn)的海洋科學(xué)儀器和技術(shù)設(shè)備，對除北冰洋以外的世界各大洋開展了水文調(diào)查、深度測量、深水拖網(wǎng)、溫度測定等等技術(shù)工作，得到了海洋深層水溫分布數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了4400多種海洋生物，繪制了等深線圖，首次采集到錳結(jié)核，并發(fā)現(xiàn)了深海軟泥和紅土，等等。
在那個年代，回聲原理已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，像溫度和壓力傳感器也逐漸被應(yīng)用于水下作業(yè)，拖網(wǎng)、海水采樣器、沉積物采樣設(shè)備等這些機(jī)械式儀器設(shè)備，也被大量發(fā)明并得到應(yīng)用。這些海洋技術(shù)裝備與海洋科學(xué)考察成果，為現(xiàn)代海洋地質(zhì)、海洋化學(xué)、海洋生物等研究，奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
上世紀(jì)40年代馮諾曼發(fā)明了計算機(jī)技術(shù)，把海洋技術(shù)帶入了自動化時代，極大地推動了海洋科學(xué)研究與海洋事業(yè)發(fā)展，其中水聲技術(shù)的發(fā)展和潛水器的出現(xiàn)，是自動化海洋技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。1917年法國科學(xué)家朗之萬基于壓電效應(yīng)原理發(fā)明了晶體和鋼組成的聲學(xué)換能器，從而產(chǎn)生了世界上之一臺回聲測深儀。
鑒于聲音在水中的優(yōu)良傳播特性，使得水下聲學(xué)技術(shù)，成為海洋技術(shù)的重要理論與工作基礎(chǔ)。人們利用聲波的特征，可以進(jìn)行水下測深的應(yīng)用，甚至開展深海海底地形地貌的測量，進(jìn)行海洋探測、水下通訊和水下定位導(dǎo)航等工作。除了回聲測深儀之外，還有側(cè)掃聲吶（海底地貌儀）、多普勒聲吶、ADCP流速測量儀、魚探儀、水聲通訊系統(tǒng)等等。海洋聲學(xué)技術(shù)與裝備，成為當(dāng)今海洋技術(shù)中不可或缺的重要組成部分。
潛水器，顧名思義就是具有水下作業(yè)能力的潛水裝置或搭載平臺，有無人和載人之分，主要用來執(zhí)行水下任務(wù)，如水下觀測、海底勘探、水下采樣、水下作業(yè)等工作。上世紀(jì)30年代，在瑞士出現(xiàn)了世界上之一臺名為“費(fèi)恩斯-1”號潛水器，由皮卡爾教授發(fā)明，開創(chuàng)了潛水器技術(shù)的歷史。可以說，潛水器的出現(xiàn)，成了海洋技術(shù)最重要的研究方向，也可稱之為海洋技術(shù)的“皇冠”。
同時，隨著海洋事業(yè)的不斷推進(jìn)，在海洋資源開發(fā)、海洋能源利用、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋軍事和海洋科學(xué)研究與調(diào)查的各個方面，都對海洋技術(shù)提出了更高的要求。海洋技術(shù)的智能化，歷史上應(yīng)該是從自主式潛水器（AUV）的發(fā)明開始的。真正意義上的自主式潛水器的研制始于19世紀(jì)50年代，民用上早前主要用于海上石油與天然氣的開發(fā)等，軍用方面主要用于打撈實(shí)驗丟失的海底武器（如魚雷）。除了AUV之外，水下滑翔機(jī)也是海洋技術(shù)智能化的重要產(chǎn)物，在最近幾年中出盡了風(fēng)頭，儼然成為海洋科學(xué)研究、海洋軍事應(yīng)用等領(lǐng)域中不可或缺的重要角色。
形形 *** 的海洋觀測計劃的實(shí)施，譬如美國的IOOS計劃等，扮演重要角色的 *** 化移動觀測平臺、海底觀測 *** 技術(shù)、特別是移動與固定結(jié)合的海底觀測 *** 技術(shù)等等，則是智能化海洋技術(shù)的另一個重要舞臺。進(jìn)入21世紀(jì)之后，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、超大規(guī)模計算等技術(shù)的發(fā)展，為海洋技術(shù)的智能化發(fā)展注入了新的活力。“智慧海洋”是海洋技術(shù)領(lǐng)域的一個新的熱詞，也是海洋技術(shù)智能化“登峰造極”的發(fā)展方向。
海洋觀測儀器可以按照結(jié)構(gòu)原理分為聲學(xué)式儀器、光學(xué)式儀器、電子式儀器、機(jī)械式儀器，以及遙測遙感儀器等。還可以根據(jù)運(yùn)載工具不同，劃分成天基、海基和水下三個方向，包括船載儀器、潛水器儀器、浮標(biāo)儀器、岸站儀器和飛機(jī)、衛(wèi)星儀器等。
其中船載海洋觀測儀器品種最多，按其操作方式又可分為投棄式、自返式、懸掛式、拖曳式等。投棄式儀器使用時將其傳感器部分投入海中，觀測的數(shù)據(jù)通過導(dǎo)線或無線電波傳遞到船上，傳感器用后不再回收。自返式儀器觀測時沉入海中，完成測量或采樣任務(wù)后卸掉壓載物，借自身浮力返回海面。懸掛式儀器利用船上的絞車吊桿從船舷旁送入海中，在船只錨碇或漂流的情況下進(jìn)行觀測。拖曳式儀器工作時從船尾放入海中，拖曳在船后進(jìn)行走航觀測。
海洋觀測儀器對使用者來說，通常按所測的要素進(jìn)行分類。例如測溫儀器、測鹽儀器、測波儀器、測流儀器、營養(yǎng)鹽儀器、重力和磁力儀器、底質(zhì)探測儀器、浮游生物與底棲生物儀器等等，大致歸納起來可以劃分成4大類。
用于觀測海洋中的聲、光、溫度、密度、動力等現(xiàn)象。因為海水密度不便直接測定，通常用溫度、鹽度和壓力值計算得到，所以鹽度測量成為一個必測參數(shù)。
溫鹽測量：觀測海水溫度、鹽度和壓力的儀器，20世紀(jì)60年代以前只能用顛倒溫度表、采水器、滴定管和機(jī)械式深溫計( *** )，現(xiàn)在則用電子式鹽溫深測量儀(STD或CTD)等；船只走航測溫常用投棄式深溫計(X *** )，空中遙感觀測海水溫度則用紅外輻射溫度計。
潮汐觀測：岸邊潮汐觀測使用浮子式驗潮儀,外海測潮采用壓力式自容儀,大洋潮波的觀測依靠衛(wèi)星上的雷達(dá)測高儀。
海浪觀測：海浪觀測儀器的品種比較繁雜，有各種形式的測波桿、壓力式測波儀、光學(xué)原理的測波儀、超聲波式測波儀，近年用得較多的是加速度計式測波儀。
海流觀測：海流觀測相當(dāng)困難，或用儀器定點(diǎn)測量，或用漂流物跟蹤觀測。定點(diǎn)測流是海洋觀測中常用的辦法，所用儀器有轉(zhuǎn)子式海流計、電磁式海流計、聲學(xué)海流計等，其中更流行的是轉(zhuǎn)子式儀器。
水聲測量：海洋聲參數(shù)儀器主要有聲速儀，用以觀測聲波在海水里的傳播速度。
光學(xué)測量：海洋光參數(shù)儀器有透明度計和照度計，用以觀測海水對光線的吸收和海洋自然光場的強(qiáng)度。
海洋觀測中所用的化學(xué)儀器，主要用來測定海水中各種溶解物的含量。60年代以前，除少數(shù)幾項可在船上用滴定管和目力比色裝置完成外，大部分項目要保存樣品帶回陸上實(shí)驗室分析。60年代以后，調(diào)查船上逐漸采用船用鹽度計、船用pH計、溶解氧測定儀，以及船用分光光度計和船用熒光計。
近年來船用單項化學(xué)分析儀器與自動控制裝置相結(jié)合，形成船用多要素的自動測定儀器，這種綜合儀器還可配備電子計算機(jī)，提高其自動化程度。
船用化學(xué)分析儀器的工作原理大致分兩類：一類用傳感器(主要為電極)直接測定化學(xué)參數(shù)；一類通過樣品顯色進(jìn)行光電比色測定。目前，海水中的各種營養(yǎng)鹽靠比色儀器測定，pH值、溶解氧、氧化-還原電位等利用電極式儀器測定。
海洋生物種類繁多，從微生物、浮游生物、底棲生物到游泳生物，相應(yīng)有不同的觀測儀器。海水中的微生物需采樣后進(jìn)行研究，采樣工具有復(fù)背式采水器和無菌采水袋。
浮游生物采樣器主要有浮游生物網(wǎng)和浮游生物連續(xù)采集器。底棲生物采樣使用海底拖網(wǎng)、采泥器和取樣管。游泳生物采樣依靠魚網(wǎng)，觀察魚群使用魚探儀。
海洋初級生產(chǎn)力的觀測，除利用化學(xué)儀器測營養(yǎng)鹽，利用光學(xué)儀器測定光場強(qiáng)度之外，還用熒光計測定海水中的葉綠素含量。
為了觀察海洋生物在海中的自然狀態(tài)，需要利用水中攝象，有時還得使用潛水技術(shù)。水下實(shí)驗室或深潛器可使人們在海底停留較長時間，是觀察海洋生物活動情況的良好設(shè)備。
底質(zhì)取樣設(shè)備是最早發(fā)展的海洋地質(zhì)儀器，分表層取樣設(shè)備與柱狀取樣設(shè)備兩類。表層取樣設(shè)備又稱采泥器，有重力式采泥器、彈簧式采泥器和箱式采泥器，其中箱式采泥器能保持沉積物原樣。
底質(zhì)柱狀采樣工具有重力取樣管、振動活塞取樣管、重力活塞取樣管和水下淺鉆，有一種靠玻璃浮子裝置使柱狀樣品上浮的重力取樣管稱為自返式取樣管。結(jié)合底質(zhì)取樣，還可進(jìn)行海底照相。
回聲測深儀是觀測水深、地貌和地層結(jié)構(gòu)最常用的儀器。側(cè)掃聲吶又稱地貌儀，安裝在船殼上或拖曳體上，可以觀測海底地貌。地層剖面儀利用聲波在海底沉積物中的傳播和反射測出地層結(jié)構(gòu)。
海洋地球物理儀器有重力儀、磁力儀和地?zé)嵊嫷取５責(zé)嵊嫿Y(jié)構(gòu)比較簡單，將熱敏電阻安放在鋼質(zhì)探針的頂端，靠重力作用插入海底，便能測出海底沉積物的溫度。
全球海洋觀測系統(tǒng)包含海洋業(yè)務(wù)應(yīng)用和海洋生物生態(tài)環(huán)境，從海洋本身到有部分世界人口居住的沿海環(huán)境，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)有了較高的參與度。例如，Argo全球剖面浮標(biāo)陣列和測量海洋表面溫度、海洋顏色、海洋表面地形和海洋表面矢量流的虛擬衛(wèi)星星座群，在過去十年中，它在地區(qū)和全球海洋評估、漁業(yè)管理、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和實(shí)時服務(wù)中已成為全球海洋觀測系統(tǒng)的驅(qū)動力。同時，為了滿足海洋氣候、應(yīng)用服務(wù)和海洋生態(tài)系統(tǒng)健康擴(kuò)展的需求，顯然需要新的觀測結(jié)果和數(shù)據(jù)，尤其對生物海洋基本變量的測量，因此需將全球海洋觀測系統(tǒng)從遠(yuǎn)海擴(kuò)展到大陸架和沿海。目前，全球海洋觀測系統(tǒng)正在運(yùn)行高頻雷達(dá) *** ，如海洋滑翔機(jī)，動物標(biāo)簽計劃和海洋酸化 *** 等，下面就來具體探討一下。
全球高頻雷達(dá) *** （GHFRN）可在海岸線200公里以內(nèi)每小時生成一次海洋表面流動圖，正在成為區(qū)域海洋觀測系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)組成部分，目前大約有400個臺站正在運(yùn)行并實(shí)時收集地表當(dāng)前信息。全球高頻雷達(dá) *** 旨在使整個地區(qū)的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化，制定質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和高頻雷達(dá)測量的新興應(yīng)用，并加速將表面流動測量吸收到海洋和生態(tài)系統(tǒng)模型中。目前僅使用該技術(shù)測量了全世界2％的海岸線，截止到2018年，約有281個站點(diǎn)報告，亞太地區(qū)約有140個安裝處于活動狀態(tài)，并且隨著菲律賓和越南的新安裝，預(yù)計這一數(shù)字還會增加。
水下滑翔機(jī)和其他自主水面載具是獨(dú)特而通用的觀測平臺，可以在關(guān)鍵數(shù)據(jù)稀疏地區(qū)進(jìn)行持續(xù)自主的表面及以下海洋數(shù)據(jù)收集，這對其他觀測平臺來說是具有挑戰(zhàn)性的。他們隨著機(jī)構(gòu)和國家級水下滑翔機(jī)操作的發(fā)展和成熟，人們已經(jīng)意識到區(qū)域和國際合作的好處和機(jī)會。從區(qū)域上講，滑翔機(jī)運(yùn)營商聚集在一起，形成了每個人的滑翔機(jī)觀測站（EGO）和水下滑翔機(jī)用戶組（UG2）等用戶群，以共享更好的實(shí)際操作，提高操作可靠性和數(shù)據(jù)管理，并共同努力改善滑翔機(jī)監(jiān)控，海洋觀測及滑翔機(jī)平臺的開發(fā)。鑒于水下滑翔機(jī)具有收集各種規(guī)模的物理和生物地理化學(xué)測量值的能力，最終將成為全球海洋觀測系統(tǒng)內(nèi)的觀測元素。
全球海洋觀測系統(tǒng)目前已定義九種新的生物海洋基本變量，其中包括“魚類豐度和分布”以及“海龜，鳥類，哺乳動物豐度和分布”。動物跟蹤技術(shù)（聲學(xué)和衛(wèi)星技術(shù)）在全球范圍內(nèi)廣泛使用，可以持續(xù)觀測物種的分布和豐度。目前全球海洋觀測系統(tǒng)生物學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)部署了2000多個聲學(xué)跟蹤站（接收器），并跟蹤了130多種具有商業(yè)化，生態(tài)化和文化價值的水生物種。自2004年以來，通過在海洋哺乳動物（如南部象海豹）上貼標(biāo)簽，在世界海洋中已收集了超過500000個溫度和鹽度垂直剖面。這些數(shù)據(jù)是Argo收集的數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，并且已經(jīng)證明在其他觀測數(shù)據(jù)稀疏缺失的海豹采樣區(qū)域?qū)囟绕拭嫖盏饺蚝Ｑ箢A(yù)報模型中對區(qū)域溫度和鹽度的預(yù)測具有積極影響。包括美國綜合海洋觀測系統(tǒng)，歐洲全球海洋觀測系統(tǒng)和海洋綜合觀測系統(tǒng)在內(nèi)的多個全球海洋觀測系統(tǒng)區(qū)域聯(lián)盟都在進(jìn)行動物跟蹤項目，并致力于支持國際動物跟蹤數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。
全球海洋酸性觀測 *** 用于記錄遠(yuǎn)海、沿海和河口環(huán)境中海洋酸性的狀況和進(jìn)展，了解海洋酸性對海洋生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動力和影響，并提供必要的時空分解生物地理化學(xué)數(shù)據(jù)以優(yōu)化海洋酸性的建模。他們通過全球海洋酸性觀測 *** 和全球海洋酸性觀測 *** 數(shù)據(jù)瀏覽器關(guān)注海洋酸性活動，數(shù)據(jù)瀏覽器提供對海洋酸化數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)合成產(chǎn)品的訪問和可視化，這些酸化數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)合成產(chǎn)品是從全球范圍內(nèi)各種來源收集的，包括系泊設(shè)備，科研巡游船和固定時間序列站。目前，全球海洋酸性觀測 *** 遵守全球海洋觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)原則，其全球數(shù)據(jù)門戶網(wǎng)站是在美國綜合海洋觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)門戶網(wǎng)站的基礎(chǔ)上建立的。
地球觀測小組的海洋生物多樣性觀測 *** （MBON）優(yōu)先考慮海洋生命的觀測以滿足特定用戶的需求，同時也為綜合持續(xù)生物觀測提高了效率和機(jī)遇，并開發(fā)將生物學(xué)觀測與物理和生物地理化學(xué)觀測相疊加的產(chǎn)品，以描述生態(tài)系統(tǒng)的影響改變生活社區(qū)。在沿海海洋監(jiān)測中還開發(fā)了其他一些具有成本效益的儀器，例如“擺渡箱”系統(tǒng)和淺水Argo剖面浮標(biāo)（含氧氣和葉綠素a測量值）。為了進(jìn)行環(huán)境評估，在沿海水域進(jìn)行了大量的離線進(jìn)行的化學(xué)和生物觀測。“浮游生態(tài)系統(tǒng)全球一致化定量觀測”系統(tǒng)可通過離散水樣、網(wǎng)狀拖曳、連續(xù)浮游生物記錄儀（CPR）和衛(wèi)星海洋顏色等多種方式，以獲取更大價值的機(jī)會，尤其是在與生物地理化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)建模 *** 配合采用時。
全球海洋觀測系統(tǒng)的擴(kuò)展涵蓋了生物基本海洋變量、大陸架和沿海海洋系統(tǒng)，而海洋生物地理信息系統(tǒng)旨在為科學(xué)、保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供有關(guān)海洋生物多樣性的全球開放數(shù)據(jù)和信息交換所。高頻雷達(dá)、海洋滑翔機(jī)、動物標(biāo)記和跟蹤，“擺渡箱”和Argo淺水剖面浮標(biāo)，未來將作為全球海洋觀測系統(tǒng)中的觀測要素研究。在未來，物理-生物地理化學(xué)觀測系統(tǒng)、海洋酸性觀測 *** 和海洋生物多樣性觀測 *** 的建立，對于實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、團(tuán)體和技術(shù)的新合作所提供的機(jī)會至關(guān)重要。
