海洋环境观测报告范例(3篇)

海洋环境观测报告范文篇1

关键词：海洋浮标海洋生态系统健康动态监测海洋管理

中图分类号：TP27

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）007-096-02

随着环境监测技术和管理需求的不断发展，海洋环境监测已经逐步从费时费力的现场观测往自动在线连续监测的方向发展，我国海洋环境的在线自动监测系统也不断得到管理部门的重视和认可。与此同时，由于海洋环境水质评价自身的缺陷以及污染物的不断增加，海洋和环境管理对于环境评价也由原来的水质评价往生态系统健康等环境综合评价方向发展。因此海洋自动监测系统如何在海洋生态系统健康监测中发挥作用，对海洋环境保护和管理有着重要的现实意义。

1我国海洋多参数在线连续监测浮标现状

海洋多参数自动在线监测系统是一个以在线海水分析仪器为核心，运用自动控制技术、计算机技术、无线传输技术以及相关的专业分析软件所组成的监测体系，该系统具有投资经济、功能强大、数据量大、响应及时、公正客观、稳定可靠、操作简单、维护量小等特点。为了实现对调查船难以做到的海洋环境长期、定点、连续、多参数的现场实时自动观测，国内外上世纪80年代开始将资料浮标作为海洋环境监测的一种常规手段。尤其是在上世纪90年代，随着现代海洋环境自动监测技术的迅猛发展，在直接毗邻经济告诉发展都市的近海港湾，针对海洋污染或生态环境的水质自动监测网络纷纷成立，据统计1992年9月一个月内,全世界通过ARGOS定位和数据传输的在用的锚碇浮标就达352个。

多参数浮标主要由仪器设备载体、能量供应系统、海水水质分析仪器、数据采集与传输系统、岸站监控中心、安全防护系统、固定锚链系统等六大部分组成。从上世纪90年代开始，我国开始引入YSI等国外多参数浮标，我国部分海域开始布设多参数自动监测浮标。“九五”和“十五”期间，依托863等科技攻关项目的支持，我国开始自行研制海洋自动监测技术取得了较大进步，如“无人自动监测站与生态浮标系统”等，涌现了一批海洋自动监测科技成果。近年来随着监测数据技术集成技术的发展，多个自动监测浮标/探头集成性越来越高，自动监测浮标所囊括的监测项目得到不断补充，项目包括气象、水文、水质以及生态等方面。多参数浮标已经发展成为集成了传感器、数据处理、数据通讯等多项高新技术的测量项目齐全的海洋自动观测系统。

单个多参数浮标只能监控一个较小区域的海洋环境变化。近岸海域环境复杂多变，因此单靠一个或少数几个浮标难以监控较大或整个海区的海洋环境变化，需要建立多个浮标组成的自动监测网络系统。2004年起，厦门市海洋与渔业环境监测站在厦门湾陆续投放了5台海洋水质连续在线自动监测浮标，被成功应用于厦门同安湾赤潮短期预报，并取得了较好的效果，为自动监测系统在海洋生态灾害防治应用积累了经验。2008年起，广西北海海洋环境监测中心站陆续在广西近岸海域投放了16台海洋生态多参数在线自动监测浮标，形成了当时国内规模最大的海洋自动监测网络系统，为较为准确的监控广西近岸海域生态环境变化提供了良好平台。

自动监测系统应用中最关键的是传感器。以目前国内常用的海洋生态监测浮标系统为例，其可以监测海水的几个方面：(1)温度、盐度、pH、溶解氧、溶解氧饱和度、浊度、电导率、氧化还原电位和光合有效辐射等基本物理参数；(2)氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅酸盐等营养盐化学参数；(3)叶绿素和蓝绿藻含量等生物参数；(4)风速、风向、气压、气温、湿度、雨量、光照度等气象参数；(5)流速、流向、非方向波等水文动力学参数。此外国内外还在生态浮标上积极探索和应用COD、BOD、硫化物、浮游生物类群以及生物传感器等，拓展生态浮标的监测项目，为多参数自动监测系统的应用拓展提供了基础。

2海湾生态系统健康动态监测发展概况

由于海洋水质评价方法的局限性以及海洋生态环境的被重视程度提高，海洋生态系统健康评价近年来不断受到科学家以及政府部门的重视，成为了海洋生态学和海洋管理的热点问题和发展趋势之一。然而由于海洋生态系统以及海洋环境本身的复杂性，海洋生态系统健康的概念一直处在争议当中，未能达成共识。祁帆等（2007）在综述了前人观点后提出了健康海洋生态系统的概念，指在特定的自然边界范围内，可维系其正常的结构和功能的海洋生态系统。

目前，海洋生态系统评估方法主要包括指示生物法和指标体系法两大类。相对而言，指示生物法比较简便，但容易遗漏重要信息，难以反映复杂的海洋生态系统；指标体系法可以更综合地反映海洋生态系统的健康状况。其中海洋生态系统健康评价尤其侧重在：(1)评估海湾富营养化状况；(2)评估入海污染物；(3)赤潮等生态系统病症等方面。

许多国家以及我国相应启动了海洋生态系统健康评价项目。随着海洋生态系统健康评价在海洋研究与管理领域中被越来越多的应用，海洋生态系统健康中关键指标的动态监测将会被逐渐重视和应用。如澳大利亚开展了“生态系统健康监测计划”，对河口生态系统健康进行评估和监测。可以遇见，在当前以及未来的一段时间里，我国将逐渐重视海洋生态系统健康评估，并对其进行动态监测。由于海洋生态系统健康评估体系囊括很广，采用船只航次调查将会较大的费时费力和费财，从经济角度上来看操作性较难。因此，从指标体系中选择部分重要指标，采用生态浮标系统进行连续动态监测，进而指示生态系统健康的变化情况，将为海洋生态系统健康动态监测提供了一个可行方向，有较大的应用前景。

3多参数浮标在海湾生态系统健康动态监测中的应用

海洋环境观测报告范文

2007年世界气象日

极地气象:认识全球影响

WMO秘书长M.雅罗先生

每年的3月23日，世界气象组织(WMO)及其187个成员国和全球气象界一道庆祝世界气象日。设立世界气象日旨在纪念WMO公约在1950年同一天生效从而使世界气象组织诞生。随后在1951年,WMO被确认成为联合国体系的专门机构。

早在2005年WMO的第57次执委会上，就确定了2007年世界气象日的主题是“极地气象:认识全球影响”，国际气象界以这种方式体现了对WMO和国际科联(ICSU)共同发起的2007－2008年国际极地年(IPY)的重视并融入其中。为了确保研究人员在夏季和冬季能够在两极地区工作，极地年实际上将从2007年3月持续到2009年3月。IPY的基本概念，就是一大批国际协调的，多学科和着眼于地球极区及其深远的全球影响的研究和观测活动。

近年来,历史上很多前辈重视的极地气候和环境又引起人们的兴趣，因为这些区域传统上承载着WMO，以及其前身国际气象组织(IMO)很多重要的活动。1879年，国际极地年的概念在第二次世界气象大会上得到确认，并于1882-1883年实施。第二次国际极地年，也是由IMO发起，于1932-1933年执行。第一和第二次IPY的成功带来了更为广泛的国际地球物理年的酝酿，活动范围也扩展到较低纬度而不仅仅是另一个国际极地年。国际地球物理年(IGY)因此诞生,从1957年7月1日持续进行到1958年12月31日，有67个国家的80000名科学家加入其中，开展了广泛的科学研究。

通过各国气象和水文机构(NMHS)和成员国的其他机构,WMO将在新的IPY期间，为极地气象、海洋学、冰川和水文学等领域的科学研究和观测作出实质性的贡献。IPY的另外一个重要内容与WMO的空间项目相关。最终,IPY的科学和业务结果，通过建立全面的数据库和权威的科学认知，从而确保环境监测和包括激烈天气预报的预报系统的进一步改进，使若干个WMO项目受益，全国公务员共同的天地。而且，极地年还将对评估气候变化及其影响提供有价值的信息，尤其是如果在IPY期间建立或改进的观测网能够维持若干年时更是如此。

考虑到实地气象观测，极地是地球上最稀疏的区域。因此，极地气象更多地依靠极轨卫星。这些区域的早期气象卫星资料大多是可见和红外图像，但近年来主动和被动微波仪器可以得到品种更加多样化的产品，特别是即使在多云的大气环境下也能够获得温度和湿度廓线，以及风、海冰的范围和密度和其他参数。另外，实地观测的相对欠缺已经通过投放自动气象站，固定或悬浮于海冰上的浮标观测站得到了补偿。

虽然极区一般远离大部分人口稠密区，但这些地区也需要可靠的天气预报。在北极周边，保护本地生态群落和支持海上作业以及石油和天然气开发和生产都需要预报。在南极，复杂的空中和海上后勤补给以及科研考察项目和不断扩大的旅游业需要可以信赖的天气预报。两极地区的天气预报与非极区相比，有一些独特的挑战。但近年来随着观测系统和数值天气预报的改进，包括极区的天气预报技巧都获得了显著的提高。

过去几十年，极地环境发生了重要变化，例如永久海冰在减少，一些冰川和冻土在融化以及河流湖泊冰在减少等。这些变化，在北极比南极更加明显，已经成为大量研究的选题。2001年由WMO合作主办的气候变化政府间委员会(IPCC)发表的第三份评估报告指出，地球平均表面温度在20世纪大约升高了0.6°C。报告进一步估计在1990－2100年全球平均地表温度还要升高1.4到5.8oC。总之，IPCC估计在2100年以前，海平面将升高9到88cm，这将给小岛屿发展中国家以及更多的全球低地地区带来严重问题。目前，IPCC正在准备第四份评估报告，该报告将在2007年发表。

海冰收缩可能导致严重的海洋生态变化，因此影响海洋哺乳动物，大量减少为无数海鸟、海豹和鲸鱼提供食物的磷虾。永久冻土也对大气长期变暖敏感，因此在北极可能会出现冰冻陆地不断融化，同时沼泽湿地不断扩大，可能对建筑物和其他设施造成严重的破坏。这种融化会通过释放永久冻土捕获的主要温室气体之一的甲烷对碳循环产生作用。

臭氧是一种重要的平流层气体，它吸收太阳紫外辐射从而保护了生物圈层。在1957－1958年IGY期间，首次在南极利用地基仪器对大气臭氧进行了观测。自1970年代中期以来，在南半球冬末探测到臭氧异常的情况，每年连续探测到不断走低的臭氧值一直持续到春季平流层回暖。因此，南极臭氧洞的发现是IGY的重要结果。后来确定了“洞”在南极大部分地区存在，是一些广泛使用的工业气体导致的结果。但是，在采取了应对措施之后，目前臭氧层保持稳定。如果1987年关于消耗臭氧层物质蒙特利尔协议得以贯彻，估计在本世纪中期以前中纬度臭氧层将恢复到正常值，南极臭氧层复原则需要再加上15年的时间。

但是重要的极地气象研究可能更多是在局地意义上的，不能过分强调极区对全球气候系统总体上和根本上的影响。高纬度的变化能够，也确实对所有生态系统和人类社会的方方面面产生了重要影响而无论地理纬度如何。因此，极地气象的影响必须在最为宽广的背景下加以考虑。

有许多极地问题全球化的例子。比如，极冰构成了有效的热帽，在持续的全球海洋环流中起重要作用。而且极区是决定全球气候系统的原始因素，接收的太阳能量驱动主要在较低的纬度。总体上，赤道全年接收的能量是极区的5倍左右，巨大的温度梯度让大气和海洋向极地传输能量。因此，两极地区与地球气候系统的其他部分基于大气和海洋环流，以相当复杂的方式联系在一起。

厄尔尼诺–南方涛动(ENSO)是发生在热带太平洋的巨大波动，它与东太平洋海洋表面温度的周期性变化联系在一起。实际上ENSO是一个大的气候循环，可以对远离太平洋的地区产生影响。统计证据表明，例如在非洲的某些地方，ENSO能造成年际降水变化甚至干旱，正像1991－1992年厄尔尼诺事件，毁灭性的干旱造成的饥荒威胁了1800万人。“遥相关”定义为相隔遥远的区域之间大气相互作用，研究人员目前正在探究极地天气和其他天气气候事件之间的这种相互关系。

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关键词：皮尔逊Ⅲ型频率分布气象灾害风险评估

中图分类号：O212文献标识码：A

1前言

气象灾害防御，重在预防。近几年来，气象部门积极开展气候监测、分析和评价，对重大建设项目进行气候可行性论证和气象灾害风险评估，以防止这些项目不能抵御灾害甚至加重气象灾害的危害，为各地防灾、减灾和可持续发展提供决策依据。在开展气象灾害风险评估过程中，往往需要计算项目所在地区的风速极值。因为气象记录中的极大风速值是观测时期内的极大值，只有相对的意义，工程可能遇到的极端风速不能简单地用气象记录中的极值，而需要利用最大风速的频率分布来推算出较为少见的最大风速。

由于设计要求的重现期往往超过气象资料的长度，仅根据实测极值的经验频率曲线作主观外延存在很大的任意性，为了尽量客观化，需对已有的记录拟合出极大值的频率分布，按照拟合频率曲线来客观外延频率曲线，以求取小频率p对应的极大值Xp。拟合极值频率分布的方法有很多种，气象上常用如皮尔逊-III型分布、第I型极值分布、维泊尔（Weibull）分布等，以往的研究表明它们与气象要素极值分布拟合都较好，在气象、水文上获得广泛的应用。因此，本文主要对皮尔逊-III型分布进行介绍和应用，计算项目所在地区不同重现期的风速极值。

2频率曲线

2.1理论频率曲线

为了综合反映水文变量的地区规律性，克服经验频率曲线外延的主观性，水文频率计算引入了能用数学方程式表示的频率曲线来配合经验频率曲线点距，称为理论频率曲线。迄今为止，国内外采用的理论线型有10多种。根据我国多年使用经验，认为皮尔逊Ⅲ型曲线(Pearson-Ⅲ曲线)比较符合我国多数地区水文和气象的实际情况。

2.1.1皮尔逊Ⅲ型曲线的概率密度函数

皮尔逊Ⅲ型曲线是一条一端有限一端无限的不对称单峰、正偏曲线，数学上常称伽玛分布，其概率密度函数为:

（2-1）

式中：Γ（α）α的伽玛函数；

α、β、a0分别为皮尔逊Ⅲ型分布的形状尺度和位置未知参数，α0，β0。

2.1.2皮尔逊Ⅲ型频率曲线及其绘制

计算过程中，一般需要求出指定频率P所相应的随机变量取值xp，也就是通过对密度曲线进行积分，即:

（2-2）

求出等于及大于xp的累积频率P值。直接由式（2-2）计算P值非常麻烦，实际做法是通过变量转换，变换成下面的积分形式:

（2-3）

式（2-3）中被积函数只含有一个待定参数CS，其它两个参数、Cv都包含在Φ中，x是标准化变量，称为离均系数。Φ的均值为0，标准差为1。因此，只需要假定一个CS值，便可从式（2-3）通过积分求出P与Φ之间的关系。对于若干个给定的CS值，Φ和P的对应数值表，已先后由美国福斯特和前苏联雷布京制作出来，即“皮尔逊Ⅲ型频率曲线的离均系数Φ值表”。由Φ就可以求出相应频率P的x值：

（2-4）

在频率计算时，由已知的CS值，查Φ值表得出不同的P的Φ值，然后利用已知的、CV，通过式（2-4）即可求出与各种P相应的xp值，从而可绘制出皮尔逊Ⅲ型频率曲线。

2.2频率与重现期的关系

频率曲线绘制后，就可在频率曲线上求出指定频率P的设计值xp，常用“重现期”来代替“频率”。所谓重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。即：

（2-5）

式中：T为重现期，单位：年；P为频率。

3应用实例-极大风速重现期计算

3.1资料选取

2009年，南通市气象局受江苏洋口港建设发展有限公司委托，对南通港洋口港区陆岛通道管线桥工程建设项目进行了气象灾害评估。该项目位于如东县长沙镇三民村东侧南黄海海域。由于洋口港管线桥建设项目的地理位置距离如东境内最近的国家一般气象观测站为如东站（掘港镇），风速计算资料主要选取如东气象观测站1973～2008年共36年实测最大10分钟平均风速资料。另外，针对该项目特殊需求，报告还分别选取了距离项目较近的洋口港自动气象站和海洋浮标站作为陆岛通道管线桥桥北段和桥南段风速代表站，资料为2007年1月1日～2008年12月31日逐日最大10分钟平均风速。另外，为保证计算资料所需的时间序列，评估还采用了南通市气象观测站1952～2008年共57年实测最大10分钟平均风速资料作为补充。

3.2风速的计算

采用洋口港自动气象站和海洋浮标站的资料作大风分析，分别代表管线桥近岸和近岛区域的大风特征。通过对洋口港自动气象站2007年1月1日～2008年12月31日逐日最大10分钟平均风速资料和如东同步日最大10分钟平均风速资料的统计分析（图1左），表明洋口港自动气象站和如东站日最大10分钟平均风速有较好的相关性，两者的线性相关系数为0.77，关系式如下：

Y=1.2383X+0.3226（3.1）

式中Y为洋口港自动气象站日最大10分钟平均风速，X为如东站日最大10分钟平均风速。

同样，通过对海洋浮标站2007年1月1日～2008年12月31日逐日最大10分钟平均风速资料与如东同步日最大10分钟平均风速资料的统计分析（图1右），表明海洋浮标站和如东站日最大10分钟平均风速也有较好的相关性，两者的线性相关系数为0.73，关系式如下：

Y=1.7356X+0.8486（3.2）

式中Y为海洋浮标站日最大10分钟平均风速，X为如东站日最大10分钟平均风速。

图1日最大风速相关点聚图

（左：洋口港自动站与如东站对比右：海洋浮标观测站与如东气象站对比）

由于如东站日最大10分钟平均风速资料仅有1973～2008年共36年，因此统计分析如东站与南通站同步日最大10分钟平均风速之间的关系，并根据该关系将如东站的历史最大风速时间序列订正延长，得到1952～2008年如东站年最大风速序列。

根据（3.1）和（3.2）式，将洋口港自动站和海洋浮标站的最大风速时间序列订正延长，再利用皮尔逊-III型计算，并作“适线”处理，得到年最大风速的频率分布曲线，从而可以通过计算或查阅图表得出管线桥近岸和近岛区域（见表1和图2）不同重现期T所对应的风速极值。

表1管线桥近岸区域和近岛区域不同重现期的最大风速

重现期10年30年50年100年

近岸区域最大风速(m/s)27.833.636.340.0

近岛区域最大风速(m/s)38.646.750.455.5

图2最大风速频率分布曲线

（左：管线桥近岸区域右：管线桥近岛区域）

从表1中的数据分析可以得出，管线桥近岸区域和近岛区域在各不同重现期中的最大风速均有较大差别，近岸区域和近岛区域100年一遇的最大风速分别为：40.0m/s和55.5m/s，近岛区域的风速要明显大于近岸区域，这个结论也与项目所在地地理环境相符合，即近海海面的风力往往要比近岸的风力大的多。因此，在评估报告中也明确指出：项目设计时应根据报告中对大风的统计分析，充分考虑建筑物的抗风能力。考虑到南通港洋口港区陆岛通道管线桥处于沿海地区，经常遭受寒潮大风、台风、雷雨大风等灾害性天气的袭击，为了充分保证安全，建议建（构）筑物抗风能力应该按照报告给出不同重现期的最大风速参考值设计。

4结论

1本文简单介绍了皮尔逊Ⅲ型曲线(Pearson-Ⅲ曲线)基本理论知识及绘制方法。根据我国多年使用经验，认为皮尔逊Ⅲ型曲线(Pearson-Ⅲ曲线)比较符合我国多数地区水文和气象的实际情况。

2以南通港洋口港区陆岛通道管线桥工程项目为例，介绍了如何应用皮尔逊Ⅲ型频率曲线计算最大风速重现期基本方法和步骤，并得出了与项目所在地实际地理环境相符的计算结果。

3根据具体的结论数据，在项目的气象灾害风险评估报告中提出针对性地建议是十分必要，即：考虑到南通港洋口港区陆岛通道管线桥处于沿海地区，经常遭受寒潮大风、台风、雷雨大风等灾害性天气的袭击，为了充分保证安全，建（构）筑物抗风能力应该按照报告给出不同重现期的最大风速参考值设计。

参考文献

1、刘焕彬.气象参数极值理论频率曲线的Excel实现.气象与环境科学,2006,(2):70-72.

2、李世才,彭月英,魏文展.皮尔逊Ⅲ型曲线新的数值算法及其应用研究.广西水利水电,2001,(1):18-23.