海洋環境態勢感知與預報

I目錄

■CONTENTS

第一部分海洋環境要素監測與數據整合........................................2

第二部分海洋環流與生態過程模擬............................................5

第三部分海洋災害預報與早期預警............................................8

第四部分赤潮與海洋生物安全預報...........................................12

第五部分水質污染與生態恢復預測...........................................15

第六部分氣候變化對海洋環境影響評估.......................................18

第七部分海洋環境杰勢感知系統發展.........................................21

第八部分海洋環境預報能力提升方向.........................................25

第一部分海洋環境要素監測與數據整合

關鍵詞關鍵要點

【海洋環境要素監測與數據

整合】：1.多來源數據的融合：利用衛星遙感、浮標觀測、船舶測

量等多種數據源，構建海洋環境監測網絡，獲取全天候、高

覆蓋度的海洋環境數據。

2.數據質量控制：實施嚴格的數據鹿量控制措施,包括數

據格式統一、異常值檢測、插值補缺等，確保數據的準確性

和可靠性。

3.數據集成與共享：建立統一的數據管理平臺，實現不同

數據源的數據集成和共享，支持各級用戶對海洋環境數據

的便捷訪問和利用。

【海洋生態要素監測與數據整合】：

海洋環境要素監測與數據整合

引言

海洋環境監測是獲取海洋環境現狀及其變化趨勢的第一手資料的有

效手段。通過對海洋環境要素的監測，可以及時發現和掌握海洋環境

的變化，為海洋環境保護與管理提供科學依據。

海洋環境要素監測

海洋環境要素監測涉及多個學科領域，涵蓋物理、化學、生物和地質

等方面。常用的監測要素包括：

*物理要素：溫度、鹽度、流速、流向、濁度、波高和風速等。

*化學要素：溶解氧、營養鹽、重金屬、有機污染物、海洋酸度等。

*生物要素：浮游生物、底棲生物、魚類、鳥類和哺乳動物等。

*地質要素：海底地形、沉積物類型、海岸線變化等。

對這些要素的監測方式包括：

*遙感監測：利用衛星、飛機和無人機等平臺，獲取海表面溫度、海

面高度、海色等信息。

*現場監測：通過船舶、浮標、傳感器等設備，采集水溫、鹽度、溶

解氧等數據。

*實驗室分析：對采集的水樣和沉積物樣品進行分析，測定營養鹽、

重金屬、有機污染物等指標。

數據整合

海洋環境要素監測所得數據量巨大，需要進行有效的整合，才能實現

數據共享、交換和分析。數據整合的主要步驟包括：

*數據格式標準化：將不同的監測數據統一到標準的格式，便于不同

數據源的整合。

*數據質量控制：對監測數據進行質量檢查，剔除誤差較大的數據,

確保數據的可靠性。

*數據空間關聯：將監測數據與地理信息相關聯，建立海域空間數據

庫。

*數據融合：將來自不同監測手段和不同學科領域的數據進行融合,

提高數據價值。

數據共享

數據整合的目的是實現數據共享，以便不同部門和研究機構能夠獲取

和使用海洋環境數據。數據共享的方式包括：

*數據交換平臺：建立在線數據交換平臺，實現不同數據源之間的自

動傳輸。

*數據開放獲取：通過政府網站、科研機構網站等渠道，免費向公眾

提供海洋環境數據c

*數據合作：不同部門和機構之間建立合作機制，共同開展數據共享

和研究。

數據分析與預報

整合后的海洋環境數據可以進行分析和預報，為海洋環境保護和管理

提供決策依據。數據分析方法包括：

*時序分析：分析監測數據的時序變化，識別趨勢和異常。

*空間分析：分析監測數據的空間分布，識別污染源、生態敏感區等。

*統計分析：對監測數據進行統計分析，提取特征參數和建立統計模

型。

基于數據分析，可以進行以下預報：

*海洋環境變化預報：預測海洋溫度、鹽度、流場等要素的變化趨勢。

*海洋生態變化預報：預測浮游生物、魚類等生物的種群數量和分布

變化。

?自然災害預報：預測風暴潮、赤潮等自然災害的發生和發展趨勢。

結語

海洋環境要素監測與數據整合是海洋環境態勢感知與預報的基礎。通

過對海洋環境要素的監測，獲取海量數據，并進行整合、共享和分析，

可以及時發現海洋環境的變化，開展海洋生態預報，為海洋環境保護

和管理提供科學依據。

第二部分海洋環流與生態過程模擬

關鍵詞關鍵要點

海洋環流與浮游植物分布模

擬1.開發海洋環流模型，準確刻畫浮游植物生長所需的物理

環境，包括溫度、鹽度、流速和渦旋等。

2.耦合浮游植物生態模型，考慮浮游植物的生長、死亡、

光合作用和營兼利用等生理過程C

3.將環流模型和生態模型集成，模擬浮游植物在不同海洋

環流條件下的時空分布，預測浮游植物的季節性變化和極

端事件。

海洋環流與魚類棲息地模擬

1.利用海洋環流模型，膜擬魚類的海洋物理環境，包括洋

流、水溫和食物豐度。

2.根據魚類的行為和生理特征，開發魚類生態模型，預測

魚類的遷徙、產卵和索食行為。

3.將環流模型和生態模型耦合，模擬魚類棲息地的時空分

布變化，評估海洋保護區的設計和漁業管理措施。

海洋環流與海洋碳循環模擬

1.開發海洋生物地球化學模型，考慮海洋中碳的吸收、釋

放和轉化過程。

2.耦合海洋環流模型，填擬碳在不同海洋環流條件下的時

空分布，考慮碳流和碳匯。

3.通過模擬不同氣候變化情景，預測海洋碳循環的未來變

化，為碳管理和減緩氣候變化提供決策支持。

海洋環流與極端氣候事件預

測1.利用海洋環流模型，模擬極端氣候事件，如臺風、風暴

潮和海平面上升。

2.考慮海洋?大氣相互作用，預測極端氣候事件對海洋生態

系統的影響，如浮游植物的異常分布和魚類的遷徙。

3.為沿海地區提供預警，提高災害應對能力，減少極端氣

候事件造成的損失。

海洋環流與海洋環境預測

1.利用海洋環流模型，預測海洋溫度、鹽度、海流和水質

等海洋環境參數的變化。

2.考慮海洋-陸地相互作用，模擬沿海地區的海洋環境變

化，如赤潮、富營養化和海洋酸化。

3.為政府和相關部門提供決策支持，制定合理的海洋管理

和保護措施，維護海洋生態系統的健康和可持續發展。

海洋環流與氣候變化適應

1.模擬氣候變化情景下海洋環流的改變，預測對浮游植物

分布、魚類棲息地和海洋碳循環的影響。

2.評估不同適應措施，如海洋保護區建立、漁業管理和碳

減排，對海洋生態系統穩定性和氣候變化適應性的影響。

3.為決策者提供科學依據，制定基于生態系統的方法，應

對氣候變化對海洋環境的挑戰。

海洋環流與生態過程模擬

海洋環流是海洋水團在大尺度時空上運動形成的巨型水體環流系統,

是地球系統的重要組成部分，對地球氣候、生態環境和人類活動產生

著重大影響。海洋環流與生態過程相互作用，共同塑造著海洋生態系

統。

海洋環流模擬

海洋環流模擬是運用數值模型對海洋環流過程進行求解和預測，是海

洋環境態勢感知與預報的關鍵技術之一。海洋環流模型根據動力學方

程的不同分為三大類：

*原始方程模型：求解無粘性流體的動力學方程，適用于研究大尺度

的海洋環流。

*垂向積分模型：在垂直方向上對原始方程進行積分，適用于研究中

尺度的海洋環流。

*淺水方程模型：忽略垂直方向上的運動，適用于研究淺海地區的海

洋環流。

海洋環流模型通過邊界條件與大氣、陸地和海底邊界交互，以獲取海

洋環流的時空變化信息。模型的輸入數據包括大氣強迫（如風場、熱

通量）、地表徑流、潮汐和海冰等。模型輸出結果包括海平面高度、

水溫、鹽度、流速和流向等海洋環流要素。

海洋環流對生態過程的影響

海洋環流對海洋生態過程的影響主要體現在以下幾個方面：

*營養鹽輸送：環流將深層富含營養鹽的水體輸送到表層，為浮游植

物的光合作用提供必要的營養物質。

*浮游生物分布：環流影響浮游生物的時空分布，進而影響海洋食物

網結構。

*魚類產卵場：環流提供適宜的溫度、鹽度和流速條件，形成魚類產

卵場，影響魚類種群分布。

*生態系統穩定性：環流的穩定性和波動性影響海洋生態系統的穩定

性，如環流異常可能導致赤潮、海洋酸化等生態災難。

生態過程模擬

生態過程模擬是利用數值模型對海洋生態系統中生物、化學和物理過

程進行求解和預測，是海洋環境態勢感知與預報的另一項關鍵技術。

生態過程模型根據模擬對象的不同分為三大類：

*浮游植物模型：模擬浮游植物的生長、繁殖和死亡過程，用于評估

海洋初級生產力。

*魚類模型：模擬魚類的生長、繁殖、死亡和遷徙過程，用于預測魚

類種群動態。

*生態系統模型：整合浮游植物、魚類和環境因子的模型，用于研究

海洋生態系統的整體結構和功能。

生態過程模型通過邊界條件與海洋環流模型、大氣模型和人類活動等

交互，以獲取海洋芻態過程的時空變化信息。模型的輸入數據包括環

流要素、大氣強迫、漁業捕撈數據等。模型輸出結果包括浮游植物生

物量、魚類種群數量、海洋酸化水平等生態過程要素。

環流與生態過程模擬的耦合

環流與生態過程相互作用，共同塑造海洋生態系統。因此，環流模擬

和生態過程模擬需要耦合在一起才能全面反映海洋環境態勢。環流模

型提供生態過程模型的海洋環流背景，生態過程模型反饋環流模型的

生物地球化學過程，形成環流-生態耦合系統。

環流-生態耦合模型可以模擬海洋生態系統在氣候變化、人類活動等

因素影響下的響應，為海洋環境管理和保護提供科學支撐。

應用

海洋環流與生態過程模擬技術已廣泛應用于以下領域：

*海洋氣候預報

*海洋生物資源評估

*海洋生態系統管理

*海洋環境災害預警

通過對海洋環流與生態過程的持續監測和預報，可以提高海洋環境態

勢感知能力，為海洋經濟發展和生態環境保護提供科學支撐。

第三部分海洋災害預報與早期預警

海洋災害預報與早期預警

1.海洋災害類型與預測預警技術

海洋災害包括潮汐災害、風暴潮、海嘯、赤潮、滸苔爆發、海洋石油

泄漏事故等。不同的災害類型具有不同的成因和影響范圍，需要采用

專門的預測預警技術：

1.1潮汐災害

潮汐災害預警主要基于潮位預測模型和淹沒模型。通過建立潮位站、

開展長期潮位觀測，獲取歷史潮汐數據，運用潮汐調和分析方法，建

立潮位預測模型，預測未來潮位變化。同時，結合高精度數字地形模

型，構建淹沒模型，分析低洼地帶受潮汐影響的淹沒范圍和深度，為

潮汐災害預警提供決策依據。

1.2風暴潮

風暴潮預警主要基于數值預報模式和風暴潮模擬技術。數值預報模式

可以預報風暴的路徑、強度和降水量等信息。風暴潮模擬技術以數值

預報模式為驅動數據，模擬風暴潮演變過程，輸出風暴潮潮位和流場

信息，為風暴潮災害預警提供實時預報。

1.3海嘯

海嘯預警主要采用地震儀和海底觀測浮標等手段。地震儀可以檢測地

震波，通過地震波的震級、位置和機制等信息，評估海嘯發生概率。

海底觀測浮標可以監測海嘯波，實時獲取海嘯波浪高、方向和傳播速

度等信息，為海嘯災害預警提供早期預警。

1.4赤潮

赤潮預警主要基于水質監測和遙感技術。通過建立水質監測站，開展

定期水質監測，分析水體中的浮游植物細胞密度、藻類種類和毒素含

量等信息，評估赤潮發生風險。遙感技術可以監測海表面浮游植物濃

度，為赤潮預警提供海域范圍和趨勢信息。

1.5滸苔爆發

滸苔爆發預警主要基于滸苔生長環境監測和數值模擬技術。通過建立

滸苔監測站，監測滸苔生長環境中的營養鹽濃度、水溫、鹽度等參數，

評估滸苔爆發風險。數值模擬技術可以模擬滸苔生長過程，預測滸苔

生物量和分布范圍，為滸苔爆發預警提供定量預報。

1.6海洋石油泄漏事故

海洋石油泄漏事故預警主要采用遙感技術和應急監測技術。遙感技術

可以監測海表面油Spill漂移過程，為石油泄漏事故預警提供海域

范圍和發展趨勢信息。應急監測技術可以監測泄漏點附近的油Spill

濃度和擴散范圍，為事故應急處置提供決策依據。

2.海洋災害預報與早期預警體系

海洋災害預報與早期預警體系是一個綜合監測、預報、預警和應急響

應的系統工程。其主要組成部分包括：

2.1監測系統

監測系統包括海洋觀測網、水質監測網、浮標陣列等，實時采集海平

面、水溫、鹽度、流場、浮游植物等海洋環境要素數據，為海洋災害

預測預報提供基礎數據。

2.2預報系統

預報系統包括潮汐預報、風暴潮預報、海嘯預報、赤潮預報等專業預

報模塊，基于數值預報模式、遙感技術、監測數據和專家知識，輸出

海洋災害預報信息C

2.3預警系統

預警系統基于預報信息，結合災害風險評估和應急預案，發布海洋災

害預警信息，提示可能受影響人員提前采取預防措施。

2.4應急響應系統

應急響應系統包括應急指揮機構、應急隊伍、應急物資儲備等，在海

洋災害發生時，迅速啟動應急響應機制，開展人員疏散、安全避險、

災害處置等應急工作，最大程度減少人員傷亡和財產損失。

3.海洋災害預報與早期預警的應用

海洋災害預報與早期預警體系在防災減災和安全生產中發揮著重要

作用，具體應用包括：

3.1潮汐災害預警

潮汐災害預警能夠提前預測高潮位時間和潮位高程，為沿海居民、旅

游業和臨海設施提供預警信息，減少潮汐災害造成的損失。

3.2風暴潮預警

風暴潮預警能夠提前預測風暴潮發生時間、潮位高度和淹沒范圍，為

沿海城市和港口提供預警信息.，為人員疏散和財產轉移贏得寶貴時間。

3.3海嘯預警

海嘯預警能夠提前預測海嘯發生時間和波高，為沿海居民提供逃生時

間，有效減少海嘯災害造成的人員傷亡和財產損失。

3.4赤潮預警

赤潮預警能夠提前預測赤潮發生時間、規模和分布范圍，為海洋生物

圈和漁業生產提供預警信息，減少赤潮災害對海洋生態系統和經濟發

展的危害。

3.5滸苔爆發預警

滸苔爆發預警能夠提前預測滸苔爆發時間和分布范圍，為沿海養殖業

提供預警信息，減少滸苔爆發造成的經濟損失和生態環境破壞。

3.6海洋石油泄漏事故預警

海洋石油泄漏事故預警能夠提前預測泄漏點、擴散范圍和持續時間，

為應急反應隊伍提供決策依據，有效控制事故危害，保護海洋環境。

4.展望

隨著海洋觀測技術、數值預報技術和人工智能技術的快速發展，海洋

災害預報與早期預警體系將進一步提升預報精度、擴大預警范圍和縮

短預警時間。未來，海洋災害預報與早期預警體系將與應急管理體系

深度融合，形成更加完善和有效的海洋防災減災體系，為海洋安全生

產和可持續發展提供有力保障。

第四部分赤潮與海洋生物安全預報

關鍵詞關鍵要點

【赤潮監測預警】

1.赤潮爆發特征及影響：赤潮是一種由大量特定種或群的

浮游生物異常增殖導致水體變色的現象，可造成水體缺氧、

魚類死亡、貝類中毒等勺態災害和經濟損失。

2.赤潮監測技術：通過衛星遙感、浮標觀測、現場實瞼等

手段，實時獲取赤潮時空分布、種類組成、毒性等信息。

3.赤潮預警發布：建立預警模型和發布機制，基于監測數

據，及時預測赤潮發生風險和影響區域，為政府和公今提

供預警和防范信息。

【海洋生物安全監測】

赤潮與海洋生物安全預報

概述

赤潮是指海水中某些浮游藻類大量繁殖，引起水體變色或赤褐色現象。

赤潮暴發可能對海洋生物、人類健康和沿海經濟活動造成嚴重影響。

赤潮監測與預報

赤潮監測和預報是海洋生物安全預警中的關鍵環節。常見的監測方法

包括：

*水樣采集和顯微鏡觀察

*衛星遙感數據分析

*浮游生物自動采樣器

*原位傳感器（如葉綠素傳感器）

預報模型結合了監測數據、環境因子（如溫度、鹽度、營養鹽）和浮

游生物生長模型，預測赤潮暴發的可能性和范圍。

赤潮對海洋生物安全的影響

赤潮暴發對海洋生物安全主要有以下影響：

*毒性：一些赤潮藻類會產生神經毒素、肝毒素或麻痹性毒素，對魚

類、貝類和海鳥等海洋生物造成中毒和死亡。

*物理傷害：大量赤潮藻類堵塞魚鰥和貝類濾食器，導致海洋生物窒

息或濾食困難。

*缺氧：赤潮藻類大量死亡后分解，消耗大量溶解氧，導致水體缺氧，

進而造成魚類和無脊椎動物死亡。

人類健康風險

赤潮藻類毒素通過貝類或魚類等海產品進入食物鏈，可能對人類健康

造成威脅，引起中毒癥狀，如麻痹性貝類毒素中毒(PSP)、神經性貝

類毒素中毒(NSP)或腹瀉性貝類毒素中毒(DSP)o

沿海經濟活動影響

赤潮暴發對沿海經濟活動，如漁業、旅游業和水產養殖業，具有負面

影響：

*漁業：赤潮導致魚類中毒、死亡或魚類避開赤潮海域，影響漁業產

量和質量。

*旅游業：赤潮引屆水體變色和惡臭，影響海灘美觀和游客體驗。

*水產養殖業：赤潮藻類毒素可能導致養殖魚蝦死亡或生長受阻，造

成經濟損失。

赤潮預警與應對措施

赤潮預警和應對措施至關重要，包括：

*監測和預報：建立有效的赤潮監測和預報系統，及時發現和預警赤

潮暴發。

*風險評估：根據赤潮毒性、嚴重程度和影響范圍評估風險。

*管理措施：實施禁漁禁采、限制貝類養殖、加強海產品安全監測等

管理措施，降低赤潮風險。

*研究與開發：加強赤潮相關研究，開發新的監測、預報和控制技術。

案例研究：2008年中國青島赤潮事件

2008年8月，中國青島海域爆發大規模赤潮，由甲藻門裸甲藻目的

一種浮游藻類引起c赤潮覆蓋面積超過1Q,000平方公里，造成大量

魚蝦死亡，沿海漁業經濟損失慘重。此次赤潮事件凸顯了赤潮預警和

管理的重要性。

結論

赤潮與海洋生物安全預報是維護海洋生態系統健康和保障人類健康

安全的關鍵。通過加強監測、預報、風險評估和管理措施，我們可以

有效預防和應對赤潮暴發，保護海洋生物安全和沿海經濟活動。

第五部分水質污染與生態恢復預測

關鍵詞關鍵要點

水質污染源識別與定位

1.利用傳感器網絡、遙感技術和數據挖掘技術，監測水體

污染物濃度、污染源分布和排放特征。

2.運用流體力學和污染物擴散模型，模擬和預測污染源擴

散路徑和濃度分布，識別潛在污染源和影響范圍。

3.結合地理信息系統和蹺計學方法，分析污染源的空間分

布和影響因素，為污染源管控和治理提供決策支持。

水質污染生態風險評估

1.評估水質污染物對水生生物、生態系統和人類健康的潛

在風險，確定關鍵污染物和敏感生態環境。

2.利用毒性試驗、生態膜擬和生物標志物監測技術，定量

評估污染物對水生生物的毒性效應和生物累積風險。

3.結合生態風險建模和不確定性分析，預測水質污染對生

態系統結構、功能和穩定性的影響，為污染控制和生態修復

提供科學依據。

水質污染與生態恢復預測

引言

水質污染是海洋環境面臨的主要威脅之一，其對海洋生態系統和人類

健康構成嚴重風險c準確預測水質污染對海洋生態系統的影響對于采

取有效的管理措施至關重要。

水質污染對海洋生態系統的影響

水質污染物，如營養物、有害物質和病原體，會對海洋生物產生各種

負面影響：

*營養物富營養化：過量的營養物(如氮和磷)會導致藻類爆發，消

耗氧氣并釋放有毒物質，形成“死亡區”，對魚類和其他海洋生物構

成威脅。

*有害物質：重金屬、持久性有機污染物(POPs)和其他有害物質會

通過食物鏈積累，對海洋生物造成急性或曼性毒性。

*病原體：污水和農業徑流中的病原體可以污染海洋水域，導致魚類

和貝類的疾病爆發。

水質污染預測

水質污染預測的目標是確定污染物的濃度、分布和影響，以支持決策

制定和采取緩解措施。常用的預測方法包括：

*數值模型：使用數學方程模擬污染物在海洋環境中的傳輸、擴散和

轉化。

*統計模型：基于歷史數據建立統計關系，預測未來污染物濃度和影

響。

*遙感：使用衛星或無人機等平臺收集污染物濃度和分布的空間數據。

生態恢復預測

水質污染緩解后，預測生態系統的恢復對于評估管理措施的有效性和

規劃長期恢復過程至關重要。生態恢復預測涉及：

*恢復動力學模擬：使用數值模型模擬受污染生態系統中生物種群、

食物網和生態過程的恢復過程。

*生物指示劑：監測敏感物種或生態系統指標，跟蹤恢復進展并確定

需要進一步干預的區域。

*生態風險評估：評估殘留污染物或恢復措施對恢復過程的潛在風險。

數據需求

準確的水質污染和生態恢復預測需要以下數據：

*實時水質監測數據（污染物濃度、溫度、鹽度）

*歷史環境數據（水文數據、生態系統信息）

*排放源數據（污染物排放清單）

*物理海洋學數據（洋流、混合）

*生物學數據（物種豐度、分布）

案例研究

*波羅的海營養物富營養化：受河流營養物輸入的影響，波羅的海經

歷了嚴重的營養物富營養化。使用數值模型預測了未來營養物濃度和

藻類爆發風險，為管理措施的制定提供了依據。

*墨西哥灣漏油事件：2010年墨西哥灣漏油事件導致大量原油泄漏

入海。使用數值模型模擬了原油的擴散和分解，幫助預測了對海洋生

物和生態系統的潛在影響。

*美國切薩皮克灣牡蠣恢復：切薩皮克灣的牡蠣種群因過度捕撈和水

質污染而大幅下降C基于生物指示劑監測和恢復動力學模擬，預測了

牡蠣種群的恢復時間表，指導了恢復計劃。

結論

水質污染與生態恢復預測是海洋環境態勢感知的關鍵要素。通過準確

預測污染物濃度、影響和生態系統恢復過程，決策者可以制定有效的

措施，緩解污染、促進恢復并保護海洋生杰系統的長期健康。持續監

測、數據收集和建模技術的改進對于增強預測能力和支持基于科學的

管理決策至關重要C

第六部分氣候變化對海洋環境影響評估

關鍵詞關鍵要點

海平面上升

1.氣候變化導致全球范圍內冰川和冰蓋融化，導致海平面

持續上升。

2.海平面上升加劇沿海地區侵蝕、洪水和鹽水入侵，威脅

沿海基礎設施和生態系統。

3.預計到2100年，海平面將上升0.5至1.1米，對沿海人

口稠密地區構成重大風險。

海洋酸化

1.大氣中二氧化碳濃度升高導致海水吸收更多二氧化碳，

導致海洋酸化。

2.海洋酸化降低海洋水的pH值，損害海洋生物的貝殼和

骨骼形成能力。

3.海洋酸化對海洋食物網和碳循環產生重大影響，影響海

洋生態系統的穩定性。

海洋高溫

1.全球變暖導致海洋溫度升高，造成海洋熱浪事件的頻率

和強度增加。

2.海洋高溫對珊瑚白化、魚類生存和海洋生物多樣性構成

威脅。

3.海洋熱浪還可能觸發海洋生態系統中的連鎖反應，導致

生物群落發生變化。

海洋脫氧

1.海洋高溫和海洋酸化共同導致海洋含氧量下降，稱為海

洋脫氧。

2.海洋脫氧使海洋生物難以呼吸，影響它們的生長、繁殖

和行為。

3.海洋脫氧的區域性擴張可能導致海洋生態系統崩潰和漁

業損失。

極端天氣事件

1.氣候變化導致極端天氣事件頻率和強度的增加，如熱帶

氣旋、風暴潮和海嘯。

2.極端天氣事件對沿海社區造成重大破壞，包括洪水、基

礎設施損壞和人員損失。

3.了解和預測極端天氣事件的發生對于減輕其影響和保障

沿海安全至關重要。

生態系統變化

1.氣候變化對海洋生態系統產生廣泛影響，包括生物分布

變化、食物網結構改變和物種多樣性下降。

2.海洋生態系統變化對人類依賴的生態系統服務，例如漁

業和旅游業，產生直接和間接影響。

3.監測和管理海洋生態系統變化對于維持海洋生物多樣性

和確保人類福祉至關重要。

氣候變化對海洋環境影響評估

氣候變化通過包括海洋物理、化學和生物過程在內的多種途徑影響著

海洋環境。這些影響包括：

1.海洋溫度升高

海洋吸收了地球大氣層約93%的熱量，這導致了海洋溫度的升高。海

洋溫度升高會影響海洋環流、物種分布和生態系統結構。

*影響海洋環流：海洋溫度升高會改變海洋密度，從而影響海洋環流

模式。例如，北大西洋環流的減弱已與海洋溫度升高聯系起來，這可

能會對全球氣候產生深遠的影響。

*影響物種分布：海洋溫度升高會改變適宜物種生存的棲息地范圍。

熱帶和亞熱帶物種向兩極遷移，而高緯度物種則后退。

*影響生態系統結構：海洋溫度升高會影響海洋食物網的結構和功能。

浮游植物和珊瑚礁等對溫度敏感的物種受到不成比例的影響，這會對

整個生態系統產生連鎖反應。

2.海平面上升

氣候變化導致冰川和冰蓋融化，導致海平面上升。海平面上升會威脅

沿海基礎設施、生態系統和人類社區。

*淹沒沿海地區：海平面上升會導致沿海地區淹沒，特別是在低洼地

區。這會造成土地流失、基礎設施損壞和人口流離失所。

*侵蝕海岸線：海平面上升會加劇海岸線的侵蝕，導致海灘喪失和財

產破壞。

*鹽漬化淡水資源：海平面上升會導致鹽水入侵沿海淡水資源，使之

無法飲用或灌溉。

3.海洋酸化

當二氧化碳從大氣中溶解到海洋中時，就會發生海洋酸化。海洋酸化

會降低海洋pH值，使海洋變得更加酸性。

*影響海洋生物：海洋酸化會對海洋生物造成多種不利影響。它會干

擾貝類、軟體動物和珊瑚礁等生物的鈣化能力，從而損害它們的骨骼

和外殼。

*影響海洋食物網：海洋酸化會影響海洋食物網的基礎，因為浮游植

物和藻類等對PH敏感的生物受到不成比例的影響。

4.極端天氣事件

氣候變化導致極端天氣事件發生的頻率和強度增加，包括颶風、風暴

潮和海浪。

*加劇沿海侵蝕：極端天氣事件會加劇沿海地區的侵蝕，導致海灘喪

失和財產破壞。

*損害海洋生態系統：極端天氣事件會損害海洋生態系統，摧毀棲息

地并殺死生物。

*威脅沿海社區：極端天氣事件會威脅沿海社區，造成人員傷亡、基

礎設施破壞和經濟損失。

評估對海洋環境的影響

評估氣候變化對海洋環境的影響至關重要，以便制定適應和緩解策略。

評估包括：

*使用氣候模型：氣候模型用于預測氣候變化對海洋溫度、海平面上

升、海洋酸化和極端天氣事件的潛在影響。

*監測海洋觀測：監測海洋觀測對于追蹤海洋環境的變化和驗證氣候

模型的預測至關重要。

*評估生態系統影響：評估氣候變化對海洋生態系統的潛在影響對于

制定管理和保護策略至關重要。

了解氣候變化對海洋環境的影響對于制定適應和緩解策略至關重要，

以保護海洋生態系統和沿海社區。

第七部分海洋環境態勢感知系統發展

關鍵詞關鍵要點

海洋環境實時觀測與數據共

享1.布設多源傳感器網絡，包括海洋浮標、潛標、衛星遙感

等，實時監測海洋溫鹽環流、生物化學、光學和聲學等參

數。

2.建立海岸海洋觀測站，重點關注沿海生態系統健康、污

染物監測和海岸線變化。

3.推動海洋觀測數據共享與開放，實現不同觀測平臺和機

構之間的數據交換。

海洋環境數值模擬與物理海

洋預測1.發展海洋數值模式，包括環流模式、波浪模式、風暴潮

模式等，模擬海洋動力過程和預測海洋態勢變化。

2.提升海洋預測能力，重點關注臺風、海嘯、赤潮等海洋

災害的預警和預報。

3.加強多模式融合與集合預報，提高海洋預測準確性和可

靠性。

海洋環境化學監測與生慫預

蓍1.定期開展海洋化學采洋分析，監測海洋環境污染物、營

養鹽和重金屬等指標。

2.建立海洋生態系統健康評估體系，評價海洋生物多樣性、

食物網結構和生態系統服務功能。

3.開發海洋污染源識別凌術，追蹤污染物來源，為污染防

治提供科學依據。

海洋環境遙感監測與衛星應

用1.利用衛星遙感技術監測海洋表面溫度、海面高度、葉綠

素濃度等參數，獲取全海域覆蓋的海洋態勢信息。

2.發展海洋遙感算法與產品，反演海洋環境關鍵指標，如

海洋表面風場、洋流、初級生產力。

3.構建基于衛星遙感的大尺度海洋環境監測網絡，實現海

洋態勢實時感知與遙感預報。

海洋環境態勢綜合評估與預

報1.融合多源海洋觀測數據、數值模擬結果和遙感信息，建

立海洋環境態勢綜合評估體系。

2.構建海洋環境態勢預強模型，綜合考慮海洋動力、物理、

化學和生態過程，預測未來海洋態勢變化。

3.開發海洋環境預報產品，為海洋產業、海洋管理和海洋

防災減災提供決策支持。

海洋環境態勢感知與預報技

術前沿1.探索人工智能、物聯網和云計算等技術在海洋環境監測

與預報中的應用。

2.推動海洋環境三維觀測技術和數據同化技術的研發，提

升海洋態勢感知精度。

3.加強海洋環境跨學科交叉研究，實現海洋、氣象、水文

等多學科領域協同發展。

海洋環境態勢感知系統發展

海洋環境態勢感知系統(METS)的演進經歷了三個主要階段：

第一階段(1960-1980)：基礎建設時期

*建立了海洋觀測網絡，包括浮標、潮位計和海岸觀測站。

*開發了基本的海洋預報模型，如海浪、潮汐和洋流。

*開展了海洋遙感和數據同化研究。

第二階段(1980-2000)：快速發展時期

*海洋觀測技術得到了快速發展，如衛星遙感、主動聲吶和無人駕駛

系統。

*海洋預報模型變得更加復雜，納入了海洋環流、海洋生態系統和海

冰動力學。

*建立了全國性的海洋環境態勢感知系統，提供實時和預報信息。

第三階段(2000至今)：集成創新時期

*海洋環境態勢感知與其他系統(如氣象知水文)集成，形成多學科

的環境監測網絡。

*開發了基于人工智能和機器學習的海洋預報技術。

*METS在海洋管理、災害預警和科學研究中發揮著越來越重要的作

用。

技術支撐

METS的發展得益于以下關鍵技術：

觀測技術：

*衛星遙感：用于監測海表溫度、海面高度、海冰覆蓋和海洋顏色。

*原位觀測：浮標、潮位計和聲學多普勒流速儀(ADCP)用于測量海

水溫度、鹽度、流速和波浪。

*無人駕駛系統：自主潛水器和無人機用于擴展觀測范圍和分辨率。

預報模型：

*海浪預報模型：基于風場和海況模擬海浪高度、周期和方向。

*潮汐預報模型：基于天體引力和海岸形狀預測潮汐漲落。

*洋流預報模型：模擬海洋環流模式和洋流速度。

*海洋生態系統模型：模擬海洋食物網和生物地球化學過程。

數據同化技術：

*數據同化將觀測數據融合到預報模型中，以提高預報精度。

*數據同化技術包括變分同化、蒙特卡羅方法和粒子濾波。

應用

METS在以下領域具有廣泛的應用：

*海洋管理：支持海洋規劃、資源管理和生態系統保護。

*災害預警：提供海嘯、風暴潮、海冰和赤潮的預警信息。

*科學研究：提高對海洋過程和氣候變化的理解。

*海洋產業：指導漁業、航運和海洋工程活動。

發展趨勢

METS的發展趨勢包括：

*觀測技術向更高分辨率和全覆蓋發展。

*預報模型向耦合多學科模型和基于人工智能的模型發展。

*數據同化技術向融合多種數據源和機器學習的方法發展。

*METS與其他系統和領域的集成和應用進一步加強。

METS在確保海洋安全、促進海洋經濟發展和應對氣候變化方面發揮

著至關重要的作用c隨著技術的不斷進步和應用的不斷拓展，METS將

繼續為海洋可持續發展提供有力支撐。

第八部分海洋環境預報能力提升方向

關鍵詞關鍵要點

多尺度海洋環境預報

1.構建涵蓋從全球到區域再到局部尺度的多尺度觀測網

絡，實現海洋環境要素全覆蓋、全天候實時監測。

2.開發基于大數據和人工智能技術的海洋環境多尺度預報

模型，建立從日尺度到季節尺度的預報體系。

3.融合衛星遙感、浮標觀測、海洋觀測站等多源數據，提

升海洋環境預報的準確性和可靠性。

耦合海洋-大氣預報

1.建立海洋-大氣耦合預報系統，實現海洋環境和大氣環境

的聯合預報，預測海洋環境變化對大氣環流的影響。

2.發展海洋-大氣相互作用過程的數值模擬技術，揭示海洋

環流對大氣環流的反饋機制。

3.完善海洋-大氣耦合預報產品的發布機制，為海洋產叱和

社會公眾提供綜合性的預報信息。

海洋生態系統預報

1.加強海洋生態系統觀測與監測，建立海洋生物資源、海

洋生態系統健康狀況的長期監測體系。

2.開發基于海洋生物模型和生態系統過程的預報模型，預

測海洋生物資源的豐度、分布和變化趨勢。

3.探索海洋生態系統和氣候變化之間的關系，評估氣候變

化對海洋生態系統的潛在影響。

海洋災害預警與早期預報

1.完善海洋災害預警體系.實現海嘯、風暴