海洋地球物理與海底構(gòu)造學(xué)-(17)

（一）海洋科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1．發(fā)展現(xiàn)狀：1）國際大型海洋科學(xué)研究計劃的實施，推動了海洋科學(xué)的迅速發(fā)展。世界海洋環(huán)流實驗（WOCE）熱帶海洋和全球大氣（TOGA）全球海洋通量聯(lián)合研究（JGOFS）海岸帶海陸相互作用研究（LOICZ）上層海洋與低層大氣（SOLAS）全球海洋生態(tài)系動力學(xué)研究（GLOBEC）北極在全球變化中的作用（ACSYS）推動著海洋中的物理過程與生物地球化學(xué)過程以及海-氣、海-陸相互作用研究的深入發(fā)展。第一頁第二頁，共16頁。促進(jìn)了海洋古環(huán)境研究和古海洋學(xué)的誕生，并催生了國際海洋全球變化研究（IMAGES）計劃的：大洋鉆探計劃(ODP)為海洋科學(xué)開拓了許多嶄新研究領(lǐng)域的：大洋中脊計劃(InterRidge)海洋科學(xué)與生物資源（OSLR）赤潮的生態(tài)學(xué)與海洋學(xué)（GEOHAB）為海洋科學(xué)研究提供豐富寶貴資料的：全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）圍繞深?？茖W(xué)鉆探、大洋中脊計劃的實施，在大洋底、熱液噴泉周圍和沉積物巖芯中發(fā)現(xiàn)了無數(shù)的新的物種。這些極端環(huán)境下的生命現(xiàn)象和生命過程的研究，正在成為生物海洋學(xué)新的研究熱點和難點。這些科學(xué)探索，代表了世界海洋科學(xué)技術(shù)的前沿和發(fā)展方向，給海洋科學(xué)帶來了空前發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。第二頁第三頁，共16頁。2）海洋開發(fā)和海洋權(quán)益之爭，也推動了沿海國家“區(qū)域海洋學(xué)”的調(diào)查研究。1994年11月《聯(lián)合國海洋法公約》生效后，所有沿海國家都在主張擴(kuò)大本國的管轄海域，爭奪新的海洋資源，調(diào)整或重新制定海洋發(fā)展戰(zhàn)略和政策，以利用新的國際海洋法律制度來滿足自己的利益需求。美國在1990年發(fā)表的《90年代海洋科技發(fā)展報告》中提出要“保持和增強(qiáng)在海洋科技領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位”。2004年又出臺了《21世紀(jì)海洋藍(lán)圖》，公布了《美國海洋行動計劃》。加拿大在2002年制定了《加拿大海洋戰(zhàn)略》。日本在1997年制定的《日本海洋開發(fā)推進(jìn)計劃》和《海洋科技發(fā)展計劃》基礎(chǔ)上，2002年8月又制定了《新世紀(jì)日本海洋政策基本框架》，目的在于21世紀(jì)實現(xiàn)“海洋科技大國”的目標(biāo)。2004年又發(fā)布了第一部海洋白皮書，提出對海洋實施全面管理。2001年7月，俄羅斯總統(tǒng)普京批準(zhǔn)了《俄羅斯聯(lián)邦至2020年期間的海洋政策》，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)海洋科技活動和海洋軍事科學(xué)研究，以實現(xiàn)并保護(hù)俄羅斯聯(lián)邦的海洋利益，鞏固其世界海洋大國地位。2007年7月俄羅斯的載人潛水器潛入北冰洋底，并在北極海底插上了特制的俄羅斯國旗。韓國也制定了《21世紀(jì)海洋戰(zhàn)略》，提出通過“藍(lán)色革命”實現(xiàn)海洋超級強(qiáng)國的夢想。各沿海國家競相提出發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的計劃，開發(fā)利用海洋資源、發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè)成為世界高技術(shù)競爭的焦點。第三頁第四頁，共16頁。（一）海洋科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢2．發(fā)展趨勢：當(dāng)前國際海洋科學(xué)技術(shù)圍繞全球重大環(huán)境問題、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國家安全的重大戰(zhàn)略需求，其發(fā)展呈現(xiàn)出以下的趨勢：（1）研究重點趨向資源、環(huán)境、氣候等與人類生存與發(fā)展密切相關(guān)的重大問題。例如，陸-?；ハ嘧饔茫↙OICZ）中的陸地-海洋-大氣間的物質(zhì)通量研究；海岸帶物質(zhì)傳輸和蓄積能力研究；外界環(huán)境變化對海岸帶的影響研究；海岸綜合管理和合理利用問題研究等等。一些重大綜合性海洋科學(xué)研究計劃的實施，催生了一些新的海洋科學(xué)研究領(lǐng)域，帶動了海洋高技術(shù)的重大突破。（2）研究內(nèi)容和方法趨向多學(xué)科交叉、滲透和綜合。例如，環(huán)境海洋學(xué)幾乎囊括了海洋科學(xué)的各個分支學(xué)科，尤其是海洋生態(tài)環(huán)境、海洋環(huán)境化學(xué)、海洋地球化學(xué)、海洋環(huán)境物理學(xué)等等。與社會科學(xué)的交叉研究也將成為新的特色，海洋人文學(xué)科正在嶄露頭角。第四頁第五頁，共16頁。（3）研究方式趨向全球化和國際化。由于海洋的廣袤無邊和相互連通，以及海洋現(xiàn)象的錯綜復(fù)雜，一些戰(zhàn)略性、前沿性的海洋科學(xué)問題，必須從全球化的觀點和高度，采用國際合作的方式去組織研究和開展綜合調(diào)查。（4）研究手段不斷采用高新技術(shù)，并向全覆蓋、立體化、自動化和信息化方向發(fā)展。海洋表面、海水中、海底、海岸和海洋上空設(shè)置的各類高新技術(shù)觀測儀器和觀測手段組成的觀測網(wǎng)，對海洋實施全天候觀測已成為各國通行做法。（5）海洋科學(xué)研究已形成宏觀方向和微觀方向同時發(fā)展的局面。宏觀上著重圍繞全球和區(qū)域尺度的科學(xué)問題展開，進(jìn)行系統(tǒng)性調(diào)查和建模，并借助大型計算機(jī)進(jìn)行模擬和預(yù)測；微觀上借助新型觀測和實驗手段，進(jìn)行機(jī)制方面的研究，揭示一些新的自然現(xiàn)象。（6）深海調(diào)查觀測技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，形成深海大洋和近海研究齊頭并進(jìn)的局面。深海觀測和研究將繼續(xù)受到重視，海底科學(xué)將成為熱點學(xué)科之一。2．發(fā)展趨勢：第五頁第六頁，共16頁。（二）海洋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1．發(fā)展現(xiàn)狀：海洋技術(shù)包括：海洋環(huán)境立體監(jiān)測與環(huán)境預(yù)測預(yù)報技術(shù)、海洋工程技術(shù)、海洋資源勘查與開發(fā)利用技術(shù)、海洋信息技術(shù)。（1）海洋環(huán)境立體監(jiān)（觀）測技術(shù)——包括衛(wèi)星和飛機(jī)遙感監(jiān)測、水面和水下的定點或移動平臺觀測、岸基臺站觀測、多平臺集成觀測等技術(shù)。海洋觀測高技術(shù)的發(fā)展使海洋觀測獲取全天候、長時間序列資料成為可能。1）衛(wèi)星遙感海洋監(jiān)測技術(shù)：美國、前蘇聯(lián)、日本、歐洲空間局等相繼發(fā)射了一系列海洋衛(wèi)星。目前，以海洋觀測為主的在軌衛(wèi)星已有30多個。衛(wèi)星遙感海洋監(jiān)測與現(xiàn)場海洋監(jiān)測手段相結(jié)合，已能全覆蓋地監(jiān)測太陽輻射、海面風(fēng)應(yīng)力和風(fēng)向、降雨量、海表面溫度、海洋水色、海流、海面高度、表層熱通量及其他衍生量。2）水下移動觀測技術(shù)：水下觀測AUV、水下滑翔器（AUG）、自持式剖面探測漂流浮標(biāo)，被認(rèn)為是現(xiàn)代海洋環(huán)境觀測的標(biāo)志性技術(shù)裝備，它們與衛(wèi)星觀測、錨系浮標(biāo)和潛標(biāo)定點觀測相結(jié)合，構(gòu)成了海洋環(huán)境立體監(jiān)測能力。第六頁第七頁，共16頁。3）深海觀測技術(shù)：深海定點長期觀測是現(xiàn)代海洋觀測技術(shù)發(fā)展的重要特點。日本為觀測和研究地震，由日本東京大學(xué)為主建立了ARENA海底地震觀測網(wǎng)，沿日本海溝跨越板塊邊界的光/電纜連接地震觀測網(wǎng)。目前正向地震、海洋學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科觀測和研究方向發(fā)展，連接的儀器和傳感器包括地震儀和海嘯傳感器及其它物理、化學(xué)傳感器。東北太平洋海底觀測系統(tǒng)（海王星計劃），設(shè)在水下約3000m海床上，可以長期觀測海洋內(nèi)部和海底各種物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)過程，可進(jìn)行幾十年的海洋學(xué)和板塊地殼構(gòu)造過程研究。1998年開始策劃，計劃2007年運行。2007年4月，美國加州蒙特雷灣海洋科學(xué)觀測站完成了電力和通訊兩用光纜的鋪設(shè)。設(shè)置有多種物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)觀測儀器、攝像機(jī)以及觀測型AUV，實現(xiàn)了對海洋過程、海洋生物、海底地質(zhì)的長期、實時、連續(xù)自動觀測。系統(tǒng)設(shè)計壽命期為25年。4）多平臺集成觀測技術(shù)：國際海洋組織在全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）框架下，又推出了全球海洋觀測系統(tǒng)的沿海部分（C-GOOS）、全球海洋碳觀測系統(tǒng)(GOCOS)、熱帶印度洋觀測系統(tǒng)（IndOOS），并將這些系統(tǒng)納入集成的全球觀測戰(zhàn)略（IGOS）,與GOOS與GCOS（全球氣候觀測系統(tǒng)）一起，又納入全球?qū)Φ赜^測系統(tǒng)（GEOSS）。5）海洋環(huán)境預(yù)測預(yù)報和警報技術(shù)：美國的海洋環(huán)境預(yù)測預(yù)報能力代表了世界先進(jìn)水平。除了NOAA開發(fā)的環(huán)境預(yù)報產(chǎn)品外，美國海軍開發(fā)了“模塊化海洋數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)”（MODAS）、“分層海洋模型”(NLOM)、“海洋－大氣耦合中尺度預(yù)測系統(tǒng)”（COAMPS）。第七頁第八頁，共16頁。（2）深海油氣資源開發(fā)平臺技術(shù)——海洋油氣平臺技術(shù)是海洋工程的核心技術(shù)之一，與鉆井、測井技術(shù)裝備一起，構(gòu)成海洋油氣資源勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)裝備。世界海洋油氣資源開發(fā)的重點在300～1500m水深的深海和1500m以上的超深水海域。深海油氣探明儲量已占海洋油氣探明儲量的65％以上，約500億桶油當(dāng)量，未發(fā)現(xiàn)的潛在資源量約1000億桶油當(dāng)量。1）深海油氣平臺技術(shù)：深水油氣勘探開發(fā)主要海域是墨西哥灣、巴西坎波斯盆地、西非安哥拉、英國北海。鉆探井平臺是深海油氣資源開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)裝備，目前鉆井平臺已形成張力腿平臺(TLP)、深吃水立柱式平臺(SPAR)、半潛式平臺(SEMl)和順應(yīng)塔平臺(CTP)等多種深水平臺系列。截至到2005年12月，各種平臺的最大應(yīng)用水深記錄分別為：深吃水立柱式平臺，1710m；張力腿平臺，1425m；順應(yīng)塔式平臺，535m；半潛式平臺，2438m。2）平臺定位技術(shù)：是平臺工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國外海上工程深水作業(yè)能力為：工作水深達(dá)3000m，最大起重能力14000t，水下焊接深度400m，水下維修深度2000m。深水勘探鉆井船最大工作水深已達(dá)6000m。第八頁第九頁，共16頁。（3）深潛器技術(shù)

——可分為載人深潛器（humanoccupiedvehicle–HOV）、遙控深潛器（remotelyoperatedvehicle，ROV）、自治式深潛器（autonomousunderwatervehicle-AUV）、以及混合型深潛器。1）載人深潛器（HOV）技術(shù)：目前全世界的HOV總數(shù)約200多艘，但可潛入6000m以深的只有5艘，正在研建的有3艘，包括中國正在研建的“海極1號”。日本的“深海6500”號最大潛深6500m，可到達(dá)全球99%的洋底。俄羅斯的“和平號Ⅰ/Ⅱ”（MirI/II）最大下潛深度紀(jì)錄是6172m，是世界上唯一一對可以相互配合作業(yè)的載人潛水器。2）遙控深潛器（ROV）技術(shù)：目前全世界無人遙控潛水器已超過1000艘，有一半以上是直接用于海上油氣工程。潛深大于5000m的ROV不超過10套，真正能夠制造深海ROV的國家只有美國、日本、法國、加拿大和俄羅斯。日本的“海溝號”最大潛深11000m。3）自治式深潛器（AUV）技術(shù)：研制AUV的國家有美國、法國、挪威、德國、加拿大、日本、中國、韓國。國際上現(xiàn)有設(shè)計工作深度6000m的AUV共5艘，即美國的AUSS號、俄羅斯的MT-88、法國的PLA2和中國的CR0-1、CR-02。美國WHOI新建造的“崗哨號”（Sentry）將于2008年初移交使用，并取代“自治式海底探測者號”（ABE）。4）軍用AUV技術(shù)：美國海軍研制的AUV，其主要用途包括水雷探查、目標(biāo)監(jiān)測、情報搜集、軍事海洋學(xué)應(yīng)用四個方面。第九頁第十頁，共16頁。（4）海底礦產(chǎn)資源勘查與開發(fā)技術(shù)1）深海油氣資源勘查技術(shù)：關(guān)鍵是數(shù)字地震技術(shù)和鉆井、測井技術(shù)。數(shù)字地震包括三維地震、多波多分量地震、高分辨率地震以及相應(yīng)的處理解釋系統(tǒng)。當(dāng)前重點發(fā)展由海底地震拖纜（OBC）排列組成的多波多分量地震勘探系統(tǒng)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和解釋方法。美國和巴西是世界上深海油氣資源勘探開發(fā)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，近年來計劃發(fā)展3000米深海油氣開發(fā)技術(shù)。2）天然氣水合物資源勘探技術(shù)：目前美、日、加、俄、英、挪威、印度等國家處于領(lǐng)先地位。日本完成了周邊海域的可燃冰的調(diào)查和勘探，期望2010年投入商業(yè)開采。美國希望2015年在海床或永久凍土帶投入可燃冰商業(yè)開采。組合地震勘探技術(shù)和水合物巖芯保真取樣技術(shù)，是目前天然氣水合物勘查的主要方法。3）深海底金屬礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)技術(shù)：當(dāng)前重點是金屬熱液硫化物的勘查、采樣與評估技術(shù)。大范圍的資源調(diào)查仍然主要依靠船基探測設(shè)備，包括深海拖體系統(tǒng)（重力、地磁、多波束測深、淺地層剖面、電視攝像、海底照相等）、電視抓斗設(shè)備、淺地層柱狀取樣設(shè)備等。4）深海礦產(chǎn)資源開采技術(shù)：歐、美、日、印等的多金屬結(jié)核采礦設(shè)備已分別進(jìn)行了水深1000m、2000m和5500m的深海底采礦試驗，印度海底采礦車計劃于2008年進(jìn)行6000m海試。在多金屬硫化礦的開采技術(shù)方面，澳大利亞已圈定了一個塊狀富含金、銅、鋅的硫化礦礦床，并期望2010年前能夠進(jìn)入試驗性采礦階段。第十頁第十一頁，共16頁。（二）海洋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1．發(fā)展現(xiàn)狀：（5）海洋生物資源開發(fā)技術(shù)1）海洋水產(chǎn)品育種技術(shù)：世界上主要發(fā)達(dá)國家，都紛紛將經(jīng)濟(jì)海洋生物的遺傳育種研究列為重點發(fā)展方向，水產(chǎn)育種技術(shù)已成為支撐海洋農(nóng)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，并啟動了一批重大研究計劃。2）海水養(yǎng)殖技術(shù)：設(shè)施漁業(yè)和工程化養(yǎng)殖是海水養(yǎng)殖關(guān)鍵措施之一。歐美和日本等國家的工程化養(yǎng)殖基礎(chǔ)理論與技術(shù)已日趨成熟。日本東京海洋大學(xué)開發(fā)出一種全新的魚類“封閉環(huán)境養(yǎng)殖”方式，為將來在空間站養(yǎng)魚、改善航天員的飲食結(jié)構(gòu)開辟了一條有效途徑。3）海水養(yǎng)殖病害防控技術(shù)：為實現(xiàn)海洋健康養(yǎng)殖和產(chǎn)品的食用安全，美國首先提出了“生物安?！?biosecurity)概念，免疫防治技術(shù)的應(yīng)用為防治養(yǎng)殖生物病害提供了有效的途徑。（6）海洋天然產(chǎn)物和藥物開發(fā)技術(shù)——利用海洋天然產(chǎn)物和采用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)海洋藥物，是海洋生物資源開發(fā)利用的重要發(fā)展方向。獲取活性化合物是海洋藥物研發(fā)的關(guān)鍵。目前采用的新技術(shù)包括：海洋藥物先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)技術(shù)；海洋藥物先導(dǎo)化合物的合成及結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)；以糖為基礎(chǔ)的海洋藥物研發(fā)技術(shù)。第十一頁第十二頁，共16頁。（二）海洋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1．發(fā)展現(xiàn)狀：（7）海水資源綜合利用技術(shù)——截至2005年底，全世界已有155個國家采用海水淡化技術(shù)，共有12300座淡化工廠，總裝機(jī)容量為4700萬m3/d，解決了1億多人的生活用水問題。全球直接利用海水作為工業(yè)冷卻水總量每年約7000億立方米。全世界每年從海洋中提鹽6000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溴50萬噸。1）海水淡化技術(shù)：近年來隨著技術(shù)的進(jìn)步，反滲透、低溫多效海水淡化技術(shù)所占比例逐漸增大。目前，多級閃蒸單機(jī)最大規(guī)模為7萬噸/日，低溫多效單機(jī)最大規(guī)模為3.6萬噸/日，反滲透單機(jī)最大規(guī)模為2.1萬噸/日。2）海水冷卻技術(shù)：包括海水直流冷卻技術(shù)和海水循環(huán)冷卻技術(shù)，海水循環(huán)冷卻技術(shù)是一項節(jié)水、環(huán)保型新技術(shù)，近年來發(fā)展迅速。3）海水化學(xué)資源綜合利用技術(shù)：總體上向海洋精細(xì)化工方向發(fā)展。以色列從死海中提取多種化學(xué)元素并進(jìn)行深加工，主要產(chǎn)品包括鉀肥、溴素及其系列產(chǎn)品、磷化工產(chǎn)品等，實現(xiàn)年產(chǎn)值10多億美元。美國僅溴系列產(chǎn)品就達(dá)100多種。目前，全世界每年從海洋中提取海鹽6000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溴素60萬噸。第十二頁第十三頁，共16頁。（二）海洋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1．發(fā)展現(xiàn)狀：（8）海洋可再生能源開發(fā)利用技術(shù)1）潮汐能、波浪能、潮流能開發(fā)利用技術(shù)：目前潮汐能開發(fā)利用技術(shù)已成熟，綜合發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游、環(huán)保等多重功能，是潮汐電站建設(shè)的總體發(fā)展趨勢。2）溫差能開發(fā)利用技術(shù)：是海洋再生能源開發(fā)利用研究領(lǐng)域的熱點，關(guān)鍵技術(shù)是熱能轉(zhuǎn)換。利用海洋溫差發(fā)電技術(shù)制氫，是利用虛擬的無限熱能庫制氫的最佳方式。3）海洋生物質(zhì)能開發(fā)利用技術(shù)：相關(guān)國家先后開展