赤潮監(jiān)測預警體系的建設

1、赤潮監(jiān)測預警體系的建設葉麗娜目前我國的海洋污染監(jiān)測主要依靠船只定期調查和岸濱人工定期觀測。由于條件限制，難以發(fā)現短周期的尤其是像赤潮災害等突發(fā)性的變化。近年來，國內外監(jiān)測赤潮的主要手段是船只和飛機或衛(wèi)星。常規(guī)船只監(jiān)測赤潮需要采樣進行生物、化學分析，既耗材又費時費力。飛機和衛(wèi)星監(jiān)測費用高，且受天氣等限制。赤潮形成機理復雜，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)測與預警的問題，因此必須通過建設先進的赤潮監(jiān)測預警體系，準確預警海洋赤潮災害，才能減少赤潮造成的損失。建立赤潮預警預報體系的緊迫性赤潮（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害性海洋生態(tài)異?，F象。赤潮爆發(fā)時，因赤潮生物種類和數量的不同，海水可呈現紅、黃、綠等不同顏色。國內外大量研究表明，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)資源和生產造成重大經濟損失，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害之一，因而被喻為“紅色幽靈”。20多年來，隨著我國經濟的迅猛發(fā)展和城市化進程的加快，沿海地區(qū)工農業(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)提供了必要的物質條件。進入20世紀90年代，我國赤潮已呈現出發(fā)生頻率增加、爆發(fā)規(guī)模擴大、原因種類增多、危害程度加重的發(fā)展趨

3、勢，赤潮災害已居世界前列，經濟損失也不斷增加。從全國來看，僅據國家海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)資料顯示，20世紀80年代我國近海記錄到赤潮75次，90年代則高達234次，進入21世紀，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)展到整個近海海域；災害損失從90年代初期的近億元增至90年代末期的近10億元，進入21世紀經濟損失有增無減。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

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雜。研究表明，赤潮的主要成因來自于生物、物理和化學三方面因素。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生活活動制造的廢水、污水和廢物。工業(yè)廢水中的有機物、重金屬、無機鹽，農業(yè)生產施用化肥、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、有機物和油，以及生活廢水中大量的有機物、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)機制各異，人們對于很多赤潮的生成機理的研究尚未從根本上突破，所以難以從發(fā)生機理上來控制赤潮的發(fā)生。對大范圍赤潮的防治技術也還很不成熟，難以投入使用。而為了有效減輕赤潮災害造成的損失，赤潮預警又非常緊迫，因此許多國家把研究的重心都放

6、在赤潮預警預報這個世界性的難題之上。20世紀90年代以來，國外海洋水質自動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展迅速，逐漸從試驗、試用階段進入準業(yè)務運行階段。這些水質自動監(jiān)測系統(tǒng)多數以水質監(jiān)測浮標的形式出現，少數以岸基水質監(jiān)測站的形式出現。在水質監(jiān)測浮標中，一部分是在原有的海洋氣象、水文浮標上增加相應的化學生物傳感器或儀器設備組成，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)測網等；另一部分是以原有的多參數水質監(jiān)測儀為基礎加上通訊設備、電源和浮標體組成，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技術有限公司的水質監(jiān)測系統(tǒng)和美國Hydrolab公司的水質監(jiān)測浮標等。海洋水質自動監(jiān)測系統(tǒng)為赤潮監(jiān)測預警系統(tǒng)的建設奠定了較為堅實的基礎。我國在20世紀末把海洋監(jiān)測技術列入863計劃，在“十五”期間也把赤潮災害預報技術研究列入國家科技攻關計劃重點項目，并根據我國目前的國情和國力，采取了以赤潮災害監(jiān)測為基礎，以減災防災為突破口等切實可行的做法。按照預防為主、防控治相結合的原則，通過建立、健全全國赤潮監(jiān)測預警系統(tǒng)和赤潮災害應急響應體系等措施，來減輕赤潮災害經濟損失，保護人民身體健康。赤潮監(jiān)測預警體系的構建構建赤潮監(jiān)測預警體系極大減少了赤潮預報工作的日常海上現場取樣的工

8、作量，為廣大漁業(yè)工作者及海水養(yǎng)殖業(yè)者提供更及時的服務。而要建立赤潮預警體系，就必須在所關心的近岸海域布設日常監(jiān)測點，開展高頻率、高密度、定期的監(jiān)視監(jiān)測工作，通過對與赤潮相關的因素進行長期實時監(jiān)測，建立起赤潮自動監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)視與信息網絡。經過多年努力，國家海洋局現已建立起由衛(wèi)星、飛機、船舶、浮標和岸站組成的國家海洋環(huán)境監(jiān)視監(jiān)測網絡，成立了國家和地方相結合、專業(yè)和群眾相結合的全國赤潮立體監(jiān)視監(jiān)測網絡?！熬盼濉逼陂g對赤潮災害衛(wèi)星遙感、航空光譜測量、船舶現場調查采樣、實驗室貝毒檢測等赤潮監(jiān)測技術和災害分析評估技術進行了研究。然而，現有的監(jiān)測手段在監(jiān)測布點、頻次、項目以及資料傳輸的要求上與海上赤潮監(jiān)測高

9、密度、高頻率、應急性的技術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)測預警系統(tǒng)的可行方法，開展了赤潮發(fā)生條件分析與預報研究。由于赤潮起因復雜，要對可能導致赤潮的因子都進行實時監(jiān)測，不僅要消耗巨大的人力、物力和財力，而且對許多監(jiān)測因子而言是不可能或沒必要。因此，國內一些沿海城市（如深圳）就在重點海水養(yǎng)殖區(qū)和海水浴場布設多個監(jiān)測點，監(jiān)測水文氣象、海水水質、赤潮生物、貝類毒素等項目。廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站在總結、分析海洋水質自動監(jiān)測系統(tǒng)與本地赤潮研究成果的基礎上，認為海洋污染/生態(tài)環(huán)境監(jiān)測浮標技術是實現海洋污染及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測自動化和網絡化及在線原位連續(xù)監(jiān)測的最有效技術

10、手段，集傳感器技術、現場自動采樣分析技術、計算機數據采集處理技術、數據通信和定位技術及浮標設計與制造技術等高新技術為一體，可望成為赤潮監(jiān)測預警體系的技術支撐。為此,003年5月引進了美國Endeco/YSI公司生產的EMM700型海洋水質監(jiān)測浮標（圖1），投放于廈門灣西部海域寶珠嶼附近水域進行水質生態(tài)實時長期監(jiān)測（圖2），通過對獲取的大量水質監(jiān)測數據進行分析，篩選優(yōu)化了監(jiān)測因子，并嘗試建立起赤潮監(jiān)測預警預報體系。EMM700型海洋水質監(jiān)測浮標由浮標體、多參數水質監(jiān)測儀和氮磷監(jiān)測儀、數據采集控制系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、雙錨定回收系統(tǒng)、警示燈標與雷達反射器和GPS全球定位系統(tǒng)組成，不僅

11、具備水質多參數監(jiān)測功能，而且具有數據存儲處理和無線傳輸及自供電與異常狀況報警等功能。其中YSI6600EDS多參數水質監(jiān)測儀和NPAPlus氮磷監(jiān)測儀可同時監(jiān)測硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽、溶解氧、葉綠素、藍綠藻、濁度、pH、氧化還原電位、電導、鹽度、水溫,其測量方法均符合相應的國家或國際標準。由YSI6600EDS多參數水質監(jiān)測儀和NPAPlus氮磷監(jiān)測儀實時監(jiān)測的數據，通過CR10X數據采集控制系統(tǒng)，再經由GPRS數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，這些信息經過判讀就可以生成赤潮預警報告。赤潮預警因子的優(yōu)選與預報為了優(yōu)選赤潮預警因子，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的氣象、海況和海水的理化和生物指標，查閱了國內外有關的赤潮研究報告。在比較了赤潮發(fā)生前后和有無發(fā)生赤潮海區(qū)上述相關指標的指標值的變化情況的基礎上，優(yōu)化了赤潮預警因子，并開展了必要的驗證實驗。經過對大量實時監(jiān)測的數據分析發(fā)現：赤潮發(fā)生大面積爆發(fā)之前13天，溶解氧、pH和葉綠素三個因子的在線記錄數據都有異常波動，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)測的預警因子。圖3中的曲線分別是由YSI6600EDS多參數水質監(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值和葉綠素測量數據圖。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、葉綠素的測量數據圖由圖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據曲線是平直的圖形。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上是平衡海水酸堿性的碳酸，反映著介質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塊,與傳感器作用后所表現的信號便使葉綠素數據曲線漲落幅度開始加大，而一旦形成大團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)測預警體系在線測量數據的變化分析及其在實踐中探索的經驗，找到了與海洋赤潮發(fā)生有顯著關聯的pH值、溶

15、解氧、葉綠素3個指標因子，并探索了一套赤潮預警預報和全程跟蹤的方法。該赤潮監(jiān)測預警體系簡捷、投資經濟、預報準確、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)測和預警預報工作。在廈門比較容易發(fā)生赤潮的同安灣及西海域等海區(qū)布設了3個監(jiān)測點，安放赤潮監(jiān)測預警裝置，對與赤潮相關的一些關鍵參數（象pH值、溶解氧、葉綠素）進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)測預警體系，為政府管理部門及時了解赤潮災情、有效防治海洋赤潮災害和組織防災、減災，及時提供了科學的依據和寶貴的信息，提高了赤潮災害防治能力，促進了海洋經濟建設和

16、社會的健康發(fā)展。結語面對我國日益嚴峻的環(huán)境形勢，第六次全國環(huán)境保護大會研究部署了“十一五”期間的環(huán)保工作。溫家寶總理要求：“建立先進的環(huán)境監(jiān)測預警體系，全面反映環(huán)境質量狀況和趨勢，準確預警各類環(huán)境突發(fā)事件。”赤潮是全球性的海洋災害之一，和其他環(huán)境問題一樣是一個系統(tǒng)的問題，具有變化性、復雜性、不確定性、長期性和沖突性的特點。因而對赤潮成因和機理探索一直是海洋環(huán)境研究的熱點。雖然赤潮形成機理至今沒有統(tǒng)一的定論，但是卻是管理部門最關心的重點。對于赤潮的預防和控制，目前最有效的辦法就是開展赤潮預報，而赤潮預報的關鍵是建立赤潮監(jiān)測預警體系。如果赤潮監(jiān)測預警跟不上，赤潮災害的防控工作將陷于被動、事后、補救、消極的狀況，管理部門往往會出現面對赤潮爆發(fā)而措手不及、應對無方、貽誤戰(zhàn)機，給人民群眾生活、生命健康安全、經濟運行、以及社會安定和環(huán)境安全帶來嚴重的威脅和損害，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)了關于實施海洋赤潮信息管理暫行規(guī)定，強調了赤潮預測的重要性，旨在爭取早日建立起日常赤潮預報網絡，以把赤潮災害帶來的損失減小到最小。但是，全國赤潮立體監(jiān)測網絡的設計尺寸之大，要與高密度的空間布點和高頻度的時間采集結