應(yīng)用全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)海洋資源與環(huán)境的

1、應(yīng)用全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)海洋資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展    摘要: 分析 了當(dāng)前我國海洋資源及環(huán)境的現(xiàn)狀,并提出相應(yīng)的對策。舉例說明了全球定位系統(tǒng)( GPS) 、地理信息系統(tǒng)( GIS) 和遙感(RS) (合稱為3S) 在海洋資源調(diào)查、環(huán)境保護(hù)等可持續(xù) 發(fā)展 核心 問題 中的 應(yīng)用 ,提出一些海洋領(lǐng)域近期亟待應(yīng)用3S 技術(shù)的重大課題。指出“, 數(shù)字海底”和“海岸帶” 研究 是當(dāng)前海洋研究的切入點(diǎn),是海洋 經(jīng)濟(jì) 、海洋 政治 、海洋 科學(xué) 問題的重中之重,與人類生存和發(fā)展密切相關(guān)。  關(guān)鍵詞: 全球定位系統(tǒng); 地理信息系統(tǒng); 遙

2、感; 海洋資源; 海洋環(huán)境; 可持續(xù)發(fā)展 資源和環(huán)境問題已成為當(dāng)今世界各國共同關(guān)注的焦點(diǎn)。陸地資源過度開采日益枯竭,整個(gè)人類的生存與發(fā)展迫切需要尋找新資源。 中國 21 世紀(jì)議程指出:海洋是全球生命支持系統(tǒng)的1 個(gè)基本組成部分,是1 種有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的寶貴財(cái)富1 。它擁有廣闊的空間資源、豐富的生物資源、礦產(chǎn)資源、化學(xué)資源和動(dòng)力資源。加快海洋資源的開發(fā),充分發(fā)揮海洋優(yōu)勢,進(jìn)而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已成為世界大國發(fā)展的主流。我國人口眾多,人均資源匱乏, 社會 發(fā)展和經(jīng)濟(jì)騰飛面臨嚴(yán)峻的形勢。同時(shí)我國是海洋大國, 海岸線長18 000km ,海域面積3. 0 ×106km2 ,約占全國

3、陸地面積的1/ 32 ,海洋資源豐富。但海洋資源遠(yuǎn)未開發(fā),機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存,而且我國南海及黃、東海都與相鄰國家之間存在疆界劃分和200 海里專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的權(quán)益之爭問題。因而,應(yīng)用高新技術(shù),準(zhǔn)確快速查明我國海域情況,主動(dòng)保護(hù)海洋環(huán)境安全3 ,既是維護(hù)我國海域合法權(quán)益、保護(hù)海域環(huán)境的需要,也是科學(xué)開發(fā)利用海域資源、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)我國整體經(jīng)濟(jì)騰飛的需要。走海洋興國與可持續(xù)發(fā)展之路是解決我國人均資源匱乏并實(shí)現(xiàn)21 世紀(jì)宏偉藍(lán)圖的重要出路4 。作為建立數(shù)字海洋的三大支撐技術(shù)GPS , GIS 和RS ,在海洋空間數(shù)據(jù)處理中各具特點(diǎn),又密切相關(guān)5 。GPS 可在瞬間產(chǎn)生目標(biāo)定位坐標(biāo), GIS 具有較好的查

4、詢檢索、空間分析 計(jì)算 和綜合處理能力,RS 可快速獲取區(qū)域面狀信息628 。3S 集成技術(shù)充分發(fā)揮各自的長處,形成了多功能綜合技術(shù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了海量信息獲取與信息處理的高速、實(shí)時(shí)和信息應(yīng)用的高精度和定量化,即GPS 和RS 向GIS 提供或更新區(qū)域信息以及空間定位,GIS 進(jìn)行相應(yīng)的空間分析。3S 技術(shù)為海洋資源的規(guī)劃管理與評價(jià)、海洋環(huán)境保護(hù)、海岸帶防災(zāi)、地下水防污及國防建設(shè)等方面提供了有利的觀測手段、描述和思維工具。當(dāng)前,3S 技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土地、林業(yè)、水利、農(nóng)業(yè)、城市管理、生態(tài)建設(shè)等方面9210 ,但在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用總體水平還較低,主要應(yīng)用于海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)、海洋資源調(diào)查方

5、面,近幾年擴(kuò)展到海岸線測量11 、海域勘界12 、厄爾尼諾現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制和各種尺度的海氣相互作用過程等科學(xué)研究領(lǐng)域13 。1 我國海洋資源與環(huán)境的現(xiàn)狀及應(yīng)對策略1. 1 海洋資源開發(fā)現(xiàn)狀改革以來,我國的海洋開發(fā)飛速發(fā)展。1980 年全國海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值為80 億元,1990 年達(dá)482 億元,1994年猛增到1 400 億元,2000 年全國海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已達(dá)4 133億元,2004 年近1. 3 萬億元14 。但 目前 我國海洋產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小,仍以港口、漁業(yè)等近海單項(xiàng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)為主。海洋 科技 整體水平落后,資源利用率低,浪費(fèi)嚴(yán)重,缺少全局的、長遠(yuǎn)的兼顧,特別是缺少對海洋整體利益的考慮。我國對近

6、海礦產(chǎn)資源的研究程度亦相對較低,對遠(yuǎn)海及整體資源尚未進(jìn)行綜合開發(fā)利用,尤其是以高新技術(shù)、資金密集、見效快、創(chuàng)匯多為特點(diǎn)的新型海洋產(chǎn)業(yè)(如海洋油氣業(yè)、濱海砂礦業(yè)及海洋服務(wù)業(yè)等產(chǎn)業(yè)) 發(fā)展緩慢。海洋娛樂區(qū)、傾廢區(qū)等功能區(qū)規(guī)劃不盡合理,管理滯后。海洋資源開發(fā)管理機(jī)制和 法律 體系不健全,不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的要求,尚未形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體開發(fā)戰(zhàn)略15 。1. 2 海洋環(huán)境及生態(tài)現(xiàn)狀1. 2. 1 我國海洋環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重許多海區(qū)、港灣的污染均超過國際限制標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境質(zhì)量日益惡劣,近海污染范圍不斷擴(kuò)大,N , P 等營養(yǎng)鹽類污染明顯。2004 年我國海域未達(dá)到清潔海域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積約1. 69 ×1

7、05km2 ,較上年增加約2. 7 ×104km2 ,近岸海域污染嚴(yán)重,污染海域主要分布在渤海灣、江蘇近岸、長江口、杭州灣、珠江口等局部海域。同時(shí),陸源污染物排海嚴(yán)重是海洋環(huán)境污染的主要原因。一項(xiàng)對沿海 工業(yè) 污水直排口等四大類43 個(gè)排污口進(jìn)行的重點(diǎn)監(jiān)測顯示,受陸源排污 影響 ,約八成入海排污口鄰近海域環(huán)境污染嚴(yán)重, 約20km2 的監(jiān)測海域?yàn)闊o底棲生物區(qū)14 。1. 2. 2 海洋的 自然 和生態(tài)破壞范圍廣、程度深大量不合理的人為活動(dòng)(如圍海筑壩、河流建閘、大面積挖沙采石、亂挖珊瑚礁等) 已嚴(yán)重影響并破壞了我國海洋自然景觀和生態(tài)環(huán)境,造成了大范圍的海岸侵蝕或淤積,濕地及紅樹林面積

8、減少16 ,破壞了典型的海洋生態(tài)系統(tǒng), 海珍品瀕于絕跡, 漁業(yè)產(chǎn)量大幅度下降。2004 年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)顯示,由于陸源污染物排海、圍填海侵占海洋生態(tài)環(huán)境及生物資源過度開發(fā),萊州灣、黃河口、長江口、杭州灣及珠江口生態(tài)系統(tǒng)均處于不健康狀態(tài);沿海開發(fā)程度的增高和海水養(yǎng)殖業(yè)的擴(kuò)大,也帶來了海洋生態(tài)環(huán)境和養(yǎng)殖業(yè)自身污染問題14 。1. 2. 3 海域污損事件頻發(fā)、環(huán)境災(zāi)害群現(xiàn)近年來,我國海域赤潮、溢油、違章傾倒等污損事件發(fā)生頻率越來越大。2001 年全國海域共發(fā)生赤潮77 起,累計(jì)面積達(dá)1. 5 ×104km2 17 ,對海洋環(huán)境、生物資源和漁業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p害。海運(yùn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)致外來有害赤

9、潮種類的引入,全球氣候變化也導(dǎo)致了赤潮的頻繁發(fā)生。2004年中國近岸局部海域沉積物污染嚴(yán)重,近岸海域部分貝類受到污染,大面積赤潮和有毒赤潮多發(fā),全年共發(fā)生赤潮96 次,赤潮累計(jì)發(fā)生面積較2003 年增加約八成多,海洋環(huán)境污染已成為海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重障礙14 。1. 3 應(yīng)對策略根據(jù)我國海洋資源利用與海洋環(huán)境污染的現(xiàn)狀,結(jié)合我國國情與21 世紀(jì)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要,應(yīng)強(qiáng)化以下措施:要加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo),建立和完善相應(yīng)的管理體系和機(jī)構(gòu),制定海洋資源開發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)的綜合性目標(biāo)、政策和法規(guī);要提高全民熱愛海洋、保護(hù)海洋資源與環(huán)境的意識;要建立我國海洋傾廢區(qū),規(guī)劃近海海域環(huán)境容量,嚴(yán)格實(shí)行污染物

10、總量控制;要按照合理、系統(tǒng)和科學(xué)的原則開發(fā)利用海洋資源,充分發(fā)揮海洋功能區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益;要加強(qiáng)對各種海洋資源儲量、分布的勘測勘探,調(diào)查了解各種資源量及海洋環(huán)境的現(xiàn)狀和未來發(fā)展的趨勢;而重中之重是要倡導(dǎo)科技創(chuàng)新、依靠科技振興海洋:利用新技術(shù)、新手段原位實(shí)時(shí)地監(jiān)測海洋環(huán)境,通過強(qiáng)大的地理信息分析與處理系統(tǒng)的支持,對獲得的信息進(jìn)行分析、模擬,及時(shí)有效地保護(hù)海洋環(huán)境、資源,預(yù)報(bào)災(zāi)情與突發(fā)事件。2 3S 在海洋資源與環(huán)境中的應(yīng)用多年來,國內(nèi)外海洋工作者在海洋地理、海洋化學(xué)、海洋水文、海洋氣象、海洋生物、海洋礦產(chǎn)、海洋測繪等基礎(chǔ)性學(xué)科上進(jìn)行著不懈的研究,制定了一批大型的、多學(xué)科的國際海洋科學(xué)

11、研究計(jì)劃,如全球海洋觀測系統(tǒng)( GOOS) 、Topex/ PosEidon 海洋地形試驗(yàn)、世界海洋環(huán)流試驗(yàn)(WOCE) 、熱帶海洋全球大氣計(jì)劃( TOGA) 等。通過系統(tǒng)地研究海洋,不斷發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在 規(guī)律 ,幫助人們充分利用海洋空間,合理開發(fā)海洋資源。目前,越來越多的地理信息已在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)諸多領(lǐng)域中顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。在信息量激增的21世紀(jì),要實(shí)現(xiàn)海洋資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,關(guān)鍵是要及時(shí)準(zhǔn)確地獲取、分析海量的信息。而20 世紀(jì)下半葉發(fā)展起來的GIS 技術(shù)功能強(qiáng)大,用于對空間環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢、分析,并且利用GIS 的統(tǒng)計(jì)制圖功能形象地展示出各種環(huán)境專題 內(nèi)容 、環(huán)境數(shù)據(jù)空間分布與數(shù)量統(tǒng)

12、計(jì)規(guī)律,以滿足環(huán)境保護(hù)實(shí)際需要。3S、專家系統(tǒng)及決策支持系統(tǒng)是當(dāng)今信息 時(shí)代 的尖端技術(shù),它們相互結(jié)合、取長補(bǔ)短、相輔相成,為資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)提供比較完善的技術(shù)支持,有助于海洋資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。借助3S ,應(yīng)用計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò) 與通訊和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),建立 現(xiàn)代 化海洋實(shí)時(shí)立體監(jiān)測管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息更新、信息共享,并通過圖形方式對管理與決策前景進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,為海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境和氣候的監(jiān)測、海洋防災(zāi)減災(zāi)以及維護(hù)國家海洋權(quán)益服務(wù)。2. 1 3S 與海洋資源的開發(fā)利用目前陸地上70 %的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料,80 %以上的工業(yè)原料、95 %以上的能源來自礦產(chǎn)資源。由于我國仍處于礦產(chǎn)消耗強(qiáng)度趨快的時(shí)

13、期,要滿足近期礦產(chǎn)資源的需求,并為今后一定時(shí)期內(nèi)可持續(xù)發(fā)展保持后勁,尋找和開發(fā)礦產(chǎn)資源仍是地學(xué)工作的重要任務(wù)。海洋中蘊(yùn)藏有豐富的石油、天然氣、天然氣水合物、多金屬結(jié)核、海底熱液多金屬硫化物等礦產(chǎn)資源,它們的分布、規(guī)模、儲量評價(jià)、開發(fā)利用的環(huán)境條件及可行性等,無疑依賴于快速、高效、準(zhǔn)確的探查技術(shù)。根據(jù)海洋資源數(shù)據(jù)庫中的物探、化探資料及GPS和RS 提供的信息,應(yīng)用GIS 空間分析功能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來探索海洋成礦特點(diǎn)和規(guī)律,為海洋管理、海岸帶和海島資源開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。成本低、速度快,有利于克服自然界惡劣環(huán)境的限制,減少投資的盲目性。3S 技術(shù)可以對區(qū)域自然資源的分布及其量值的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行快速、準(zhǔn)

14、確的調(diào)查和評價(jià),例如,確定資源量及其變化幅度、時(shí)空分布特征,分析、預(yù)測各類資源利用的現(xiàn)狀與前景,探索解決自然資源供需矛盾的可能途徑,評價(jià)資源管理的政策和方案等。2. 2 3S 與海洋環(huán)境保護(hù)利用3S 建立海洋環(huán)境和災(zāi)害信息庫、海洋環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和災(zāi)害預(yù)報(bào)系統(tǒng),能夠?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測、管理、規(guī)劃及評價(jià)提供重要的技術(shù)支持,為保護(hù)海洋環(huán)境及海上航行、生產(chǎn)安全服務(wù)。2. 2. 1 環(huán)境監(jiān)測遙感技術(shù)在海洋調(diào)查中顯示出大范圍、多時(shí)像、高分辨率的特點(diǎn),RS 在河口泥沙規(guī)律研究、海水海溫監(jiān)測、漁場監(jiān)測、海洋污染監(jiān)測等方面發(fā)揮了重要作用,對厄爾尼諾效應(yīng)、赤潮等的監(jiān)測也收到較好的效果18 。2. 2. 2 環(huán)境管理GIS 等技術(shù)能對各種海洋環(huán)境、資源,如海洋生物資源、大氣質(zhì)量、海洋水資源、污染物排放范圍等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、更新,并能有效地進(jìn)行環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析,進(jìn)而進(jìn)行環(huán)境總體規(guī)劃;可動(dòng)態(tài)展示污染源位置、類型、負(fù)荷及對區(qū)域環(huán)境造成的影響。2. 2. 3 環(huán)保應(yīng)急反應(yīng)對于重大環(huán)境事件,環(huán)境保護(hù)部門要具有應(yīng)急反應(yīng)能力,并能針對事件的特性做出迅速反應(yīng)和決策,如水質(zhì)污染、油船泄露等。2. 2. 4 環(huán)境規(guī)劃污水排海工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)由于涉及潮汛等原因,如何建立有效的模型進(jìn)行近海水域模擬分析,是目前的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。而GIS 的空間分析能力可較好地解決該類問題