海洋强市⑩｜我国海洋观测体系的“前世今生”与未来蓝图

国家海洋立体观测网概述

国家海洋立体观测网包括：天基观测网（卫星）、海气界面观测网（表层漂流浮标）、水体观测网（剖面漂流浮/潜标、志愿船队、海洋调查船队）、海底观测网、岸基观测网（国家海洋站、海洋雷达站）和中枢大脑（海洋机动监测系统及服务和保障系统）。

我国海洋观测体系的历史沿革

我国海洋观测体系先后经历了以人工观测为主的初期发展阶段和利用多种仪器联测的快速发展阶段，如今，随着高新技术的广泛应用，该体系正迈向一个智能化与精细化的新阶段。

这一时期的观测范围主要集中在近岸海域，以人工观测为主，观测内容相对简单，主要包括海温、盐度、潮位等基本参数。

海洋观测主要依靠简单的仪器设备。例如，海岸线上的潮位站、气象站等，通过人工记录潮汐、气温、风速等基本参数，使用的仪器主要为颠倒温度表、采水器、滴定管和机械式深温计(BT)等初级设备。

1959年，中国科学院海洋研究所成立，开始我国系统的海洋科学研究。1964年，国家海洋局成立，进一步推动了海洋观测网络的建设。到1980年代初，我国已在重要海域建立了一批固定的海洋观测站，初步形成了一个覆盖近海的观测网络。

这一时期，我国技术引进与自主研发并举，初步建立起现代化监测体系。

20世纪80年代，我国开始引入国外先进的海洋观测技术和设备。1986年，为迎接全球新技术革命和高技术竞争的挑战，加快我国高技术及其产业发展，国家启动了高技术研究发展计划（863计划）。该计划的实施推动了海洋技术发展，期间，我国自行研发了压力式浪潮仪、温盐深测量仪(CTD)、声学悬浮泥沙浓度剖面仪、风速计、多普勒海流剖面仪(ADCP)、高频地波雷达、波浪浮标等观测仪器。同时也成功研发了一批实验样机，如与声相关的海流剖面仪(ACCP)、生化传感器及合成孔径声呐等。

这一时期，大量高新技术如卫星遥感、高精度观测设备、无人潜水器等广泛运用，推动观测体系向智能化、精细化方向发展。

2002年起，我国开始发射海洋卫星，已成功发射“海洋一号”“海洋二号”“海洋三号”系列卫星，这些卫星提供高分辨率的海洋遥感数据，包括海面温度、海冰覆盖、叶绿素浓度等，对海洋环境监测和灾害预警具有重要意义。

浮标与潜标：我国自主研发的浮标系统，4000米深海Argo浮标，6000米级“深海玄武”浮标，突破了国外技术封锁，标志着我国具备对全球海洋4000米以上水深的持续观测能力。

无人潜航器（AUV）：无人潜航器能在深海环境中自主导航和作业，收集高分辨率的海底地形、水文数据。中国科学院自主研发的“海翼号”AUV，最大下潜深度可达10000米，为深海探测提供了有力支持。

近年来，在“互联网＋”等政策驱动下，我国建成了业务化运行的海洋站（点）网，合成孔径雷达、水下机器人、漂流浮标、潜标、海床基、激光雷达等一批关键技术取得突破，无人机、无人艇、波浪滑翔器等新型装备逐步投入到组网观测中。

未来发展趋势研判

高技术水平的海洋监测仪器推动着海洋监测逐步向实时、立体、密集、连续、长期、系统等方向发展。未来，技术装备的智能化和自主化将成为海洋观测体系升级的关键，更高精度和分辨率的国产化设备将大量应用，组网监测与智能感知将是提升监测效能的重要途径。

◈ 无人潜航器和水下滑翔机将具备更强的自主导航和作业能力，能在复杂环境中长时间、高精度地完成观测任务。

◈ 随着微纳加工技术的进步，新型传感器将更微型化和集成化，芯片级传感器，自供能传感器、多功能集成传感器将进一步被规模化采用。

◈ 观测系统将结合人工智能，根据周边环境变量数据，自主控制监测频率和主要监测要素，提前放大致灾隐患因子。

◈ 生物兼容性传感器可在环境中长期稳定工作，不会引起环境中生物体的不良反应，将大量用于典型生态系统预警监测，实现长期观测。

◈ 边缘计算将用于传感器节点或附近设备上进行初步数据处理，减轻云端的负担。

◈ 云计算将提供强大的数据存储和分析能力，实现数据的高效处理和存储。

◈ 海洋观测数据关乎国家安全，为确保数据安全性，打破国外技术垄断，一批具有自主知识产权的高精度、高性能海洋观测设备将陆续投入应用。2024年，广东省在海洋灾害综合防治体系建设项目中已大量使用国产化设备，以提升系统的自主可控能力和整体性能。

◈ 未来，将更注重新型传感器的研发，拓展纳米材料传感器和量子点传感器在提高监测灵敏度和精度方面的应用前景。

◈ 发展更高分辨率的海洋卫星，提供更为精细的海面温度、海冰覆盖等数据。

◈ 增加合成孔径雷达（SAR）应用，实现全天候条件下高分辨率的海洋表面图像获取。

◈ 拓展激光雷达（LiDAR）的应用场景，实现高分辨率的三维成像，用于海洋地形测绘、水下目标识别等领域。

◈ 数据收集手段主要包括水质站、潮位站、地波雷达、视频监控站、通信基站等岸基设施；浮标、海床基平台、海底综合观测网等海基设施；卫星、无人机、探空气球等天基（空基）设施。岸基-海基-天基不同监测方法的空间精度、空间范围、天气条件、成本、适用情景等各有特点，通过组网监测，可以充分发挥各自优势，弥补不足，实现高精度、全天候、多场景、全覆盖监测。

◈ 利用人工智能实现对环境的智能感知和决策，提高监测的准确性和及时性。

◈ 5G技术的普及将实现更多设备的连接，提高数据传输的效率和可靠性。

◈ 6G技术将进一步提升数据传输的速度和容量，实现更广泛的物联网应用。

◈ 观测网有效覆盖范围从海岸带、大陆架扩大到大洋的深远海区域，监测站密度将进一步加大。

◈ 观测网所搭载的装备由单一传感器升级为多传感器，融合多模态传感器，通过集成多种传感技术，实现对不同物理量的同步监测，以提供更全面、更准确的监测数据。

◈ 数据加密与安全传输将进一步受到重视。物联网与智能感知的技术规范和质量认证将进一步标准化，不同厂商和设备之间的互操作性、兼容性和可扩展性将进一步增强。

启示与建议

◈ 制定中长远发展规划：多部门应协同制定中长远的海洋观测发展规划，明确发展目标、细化重点任务，并规划实施路径。

◈ 优化资源配置：鉴于海洋观测资源的复杂协同性和高成本特点，建议统筹安排国家和地方的海洋观测资源，成立区域性海洋观测联盟，优化各部门观测站点布局，共享数据，避免重复建设，提高资源利用效率。

◈ 支持关键技术研发：建议科技部门和产业基金加大对智能设备、高精度传感器、无人潜航器等关键技术的研发投入，推动技术的自主创新和国产化。设立专项基金，支持企业和科研机构开展海洋观测技术的创新研究。

◈ 推动技术转化和应用：建议科技部门建立科技成果转移转化平台，有效链接高校院所和新型研发机构等技术资源，联合突破一批海洋观测核心技术并实现快速应用转化，对颠覆性的技术创新成果配以专业服务团队、基金和产业空间载体等要素，形成“成果高效就地产业化”的若干模式。

◈ 加强数据质量管理：为确保海洋观测数据的准确性、一致性和可靠性，建议建设国家级海洋观测数据质量控制系统，健全数据校验和校正机制。

◈ 推进数据共享和开放：进一步扩大国家海洋数据共享平台的数据来源，鼓励科研机构和企业利用开放数据开展创新研究和应用。

结  语

国家及沿海省份如广东、山东等地已编制了海洋观测网规划。聚焦新时期我国海洋观测体系发展面临的新形势、新需求，我院将持续加大技术创新和研发投入，深化海洋观测技术的研究与应用，致力于构建更加完善、高效的海洋立体监测网，同时，持续优化海洋数据处理与分析能力，提升海洋信息服务水平，为建设海洋强国贡献力量。