海洋監(jiān)測(cè)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

 1 背景
大海雖然為我們提供了豐富的食物和礦產(chǎn)，但是環(huán)境污染以及風(fēng)暴潮等海洋環(huán)境的變化正在影響著海洋生物的棲息和繁衍，甚至危機(jī)著人們的生命。我國(guó)擁有18000多公里的海岸線以及300萬(wàn)平方公里的管轄海域，采用高新技術(shù)對(duì)海洋進(jìn)行全方位檢測(cè)迫在眉睫。為此，我國(guó)政府把“海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)”列入國(guó)家863計(jì)劃“九五”研究計(jì)劃中，此技術(shù)作為國(guó)家863計(jì)劃的一個(gè)主題，對(duì)推動(dòng)我國(guó)海洋檢測(cè)高技術(shù)的發(fā)展具有重大意義，“九五”期間投入1.2億元海洋檢測(cè)高技術(shù)研究經(jīng)費(fèi)，“十五”期間投入2.4億元，“十一五”期間為了加強(qiáng)海洋監(jiān)測(cè)高技術(shù)研究，更加大了投入。
2 與國(guó)外監(jiān)測(cè)技術(shù)差距
目前，在海洋儀器中，主要以國(guó)外儀表為主，比如應(yīng)用最廣泛的美國(guó)的聲學(xué)海流剖面儀（ADCP）、挪威的安德拉海流計(jì)、HYDOLAB公司的MiniSonde型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀和美國(guó)SEABIRD溫鹽深測(cè)量系統(tǒng)等，他們?cè)趪?guó)際市場(chǎng)上有很高的占有率，都是集技術(shù)、生產(chǎn)、商貿(mào)為一體的產(chǎn)品。而國(guó)內(nèi)的海洋儀器基本是研究所的產(chǎn)品，僅有山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所立足于海洋儀器行業(yè)。研究所由于生產(chǎn)能力不足、企業(yè)技術(shù)素質(zhì)和開發(fā)產(chǎn)品的能力不高，因此在現(xiàn)有體制下很難互補(bǔ)，這是海洋儀器行業(yè)存在的通病。由于海洋儀器基本屬于科學(xué)儀器范疇，技術(shù)復(fù)雜、市場(chǎng)面窄以及批量小，加上國(guó)內(nèi)元器件市場(chǎng)混亂，導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)海洋儀器缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。如果不從體制上進(jìn)行解決，很難扭轉(zhuǎn)我國(guó)目前海洋儀器儀表行業(yè)日漸衰退和產(chǎn)品沒有競(jìng)爭(zhēng)力的局面。
3 國(guó)內(nèi)外海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)
3.1 海洋監(jiān)測(cè)參數(shù) 隨著海洋環(huán)境檢測(cè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，目前監(jiān)測(cè)的物質(zhì)和參數(shù)主要有：
第一，水文氣象參數(shù)：風(fēng)速、流速、氣溫、波浪、流向、水溫等；
第二，物化指標(biāo)參數(shù)：pH值、有機(jī)物、溶劑氧、鹽度等；
第三，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和毒性參數(shù)：各種營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、核輻射等。
海洋環(huán)境污染監(jiān)測(cè)技術(shù)包括物理、化學(xué)以及生物監(jiān)測(cè)技術(shù)等。長(zhǎng)期以來在監(jiān)測(cè)各種有毒有害物質(zhì)時(shí)主要通過現(xiàn)場(chǎng)取樣分析或取樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析方法，因此缺乏實(shí)時(shí)性。面對(duì)海洋污染現(xiàn)狀的復(fù)雜性，為了研究他們之間的函數(shù)關(guān)系以準(zhǔn)確掌握海洋污染物的分布情況，探索海水的細(xì)微結(jié)構(gòu)和海洋污染程度，要求對(duì)海洋水質(zhì)污染的重要參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)綜合的自動(dòng)、長(zhǎng)期和連續(xù)的監(jiān)測(cè)。因此，此技術(shù)的研究和應(yīng)用得到了各國(guó)的重視。
3.2 海洋監(jiān)測(cè)傳感器的技術(shù)狀況 采用海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)常規(guī)指標(biāo)從目前國(guó)際來看，在線監(jiān)測(cè)海流、溶解氧傳感器以及鹽度等的技術(shù)十分成熟，可靠性和精度都已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。但是，在營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬等毒性指標(biāo)方面的化學(xué)分析技術(shù)和生物傳感器技術(shù)還不過關(guān)。國(guó)內(nèi)外的傳感器都向著智能化、模塊化以及網(wǎng)絡(luò)化、小型化、自動(dòng)化以及多功能化發(fā)展?；瘜W(xué)和生物傳感器是正在發(fā)展的載體平臺(tái)自動(dòng)取樣分析技術(shù)的關(guān)鍵。
根據(jù)國(guó)際海洋環(huán)境檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)狀，目前我們的總體目標(biāo)具體表現(xiàn)為：第一，在物理、化學(xué)傳感器研究方面向模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，向小型化和多功能化發(fā)展；提高分析和測(cè)量的精度；環(huán)境生態(tài)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究；與國(guó)際接軌共同開發(fā)新的分析原理和方法。第二，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)、連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；信息采集、傳輸、存儲(chǔ)和處理的模塊化和集成技術(shù)；自動(dòng)浮標(biāo)站的研制等。
3.3 近海環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù) 近岸海域是污染和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，適合發(fā)展各種小型輕便的傳感器集成平臺(tái)技術(shù)，適宜在海灣、河口及淺海增養(yǎng)殖區(qū)的使用，形成了多種便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器。目前，生物學(xué)研究、污染和生態(tài)環(huán)境檢測(cè)、衛(wèi)星遙感定標(biāo)以及真實(shí)性檢驗(yàn)研究等應(yīng)用的傳感器或儀器是發(fā)展的重點(diǎn)。目前，微電極和陣列電極在實(shí)驗(yàn)室已取得一定的研究成果，測(cè)量痕量物質(zhì)的微電極已有樣品，pH和溶解氧電化學(xué)傳感器的性能也得到了顯著改善，總體上，生物傳感器還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。模擬動(dòng)物味覺和嗅覺系統(tǒng)由多傳感器陣列組成的電子舌和電子鼻的研究也有所進(jìn)展。
3.4 海洋遙感技術(shù) 在海洋和近海環(huán)境的觀測(cè)和檢測(cè)中，海洋監(jiān)測(cè)結(jié)合傳統(tǒng)常規(guī)的手段取得了過去常規(guī)手段無法取代的重大成果。雖然此技術(shù)能夠利用海洋水色遙感探測(cè)與海洋水色環(huán)境有關(guān)的參數(shù)，但是需要借助衛(wèi)星等通訊設(shè)備，不僅造價(jià)高，并且建設(shè)周期很長(zhǎng)。遙感飛機(jī)作為監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境的遙感平臺(tái)，具有全球、連續(xù)、大尺度以及費(fèi)用低和實(shí)施是環(huán)境影響小等特點(diǎn)，此技術(shù)對(duì)于周期短和尺度小的海洋環(huán)境變化具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不僅在海洋環(huán)境遙感檢測(cè)方面起到了巨大的作用，更為廣大海洋遙感作者和管理決策部門提供了大量的科研數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。
3.5 痕量物質(zhì)測(cè)量和分析儀器 隨著海洋污染物的種類越來越多，為了分析和測(cè)定重金屬、有機(jī)污染物以及放射性物質(zhì)等痕量物質(zhì)，將大量的海水樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)量是常規(guī)的辦法。取樣分析方法和微電極測(cè)量方法都在國(guó)外得到了發(fā)展，美國(guó)在便攜式分析方面發(fā)展了用微電機(jī)測(cè)量Cd、Pb、Cu、Zn等重金屬的方法，采用陣列微電極技術(shù)測(cè)量多種重金屬成分。
3.6 營(yíng)養(yǎng)鹽現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)分析儀 亞硝酸鹽、磷酸鹽以及硅酸鹽等營(yíng)養(yǎng)鹽雖然是海洋生物生存的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是富營(yíng)養(yǎng)會(huì)又可能引發(fā)赤潮以及生物的病害。因此，生態(tài)環(huán)境和污染環(huán)境的必測(cè)項(xiàng)目就是營(yíng)養(yǎng)鹽。目前的方法，微機(jī)控制的全自動(dòng)測(cè)量并使其微型化的方法代替了原來的人工操作的實(shí)驗(yàn)室分析方法，即在現(xiàn)場(chǎng)建立一個(gè)全自動(dòng)的微型營(yíng)養(yǎng)鹽分析實(shí)驗(yàn)室，一般采用實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)分析流程。
3.7 多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀 海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備多講究小型化、多功能化和多參數(shù)化，小型多參數(shù)海洋環(huán)境浮標(biāo)監(jiān)測(cè)核心是水質(zhì)傳感器。該水質(zhì)傳感器選用美國(guó)YSI公司的6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，水質(zhì)傳感器的外觀如右圖所示。
4 結(jié)論
海洋監(jiān)測(cè)作為一門技術(shù)含量高且作為一個(gè)獨(dú)立的專業(yè)，剛步入社會(huì)時(shí)，總會(huì)遇到各種困難，如：技術(shù)人才不足、技術(shù)集成環(huán)境差、市場(chǎng)容量有限以及外國(guó)技術(shù)市場(chǎng)壟斷等，而民族海洋檢測(cè)技術(shù)作為一個(gè)海洋大國(guó)，必須發(fā)展自己獨(dú)立的海洋經(jīng)濟(jì)、海洋管理以及海洋服務(wù)和海洋軍事。我國(guó)的海洋監(jiān)測(cè)與國(guó)外相比，還有很多的差距，主要體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)能力、監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，想要在海洋監(jiān)測(cè)中立足，必須要有自己的新技術(shù)，目前最欠缺的技術(shù)就是重金屬污染物、有機(jī)污染物、石油類污染物和營(yíng)養(yǎng)特征污染物的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，如果在這些方面有所突破，必然會(huì)給海洋監(jiān)測(cè)帶來很大的技術(shù)變革。