一、海洋科技现状与趋势

来源:王诗成   发布时间:2015-05-21 04:06:57 

()世界海洋科技态势

目前,世界上有100多个国家把开发海洋定为基本国策,竞相制定海洋科技“开发规划”、“战略计划”等,把发展海洋科技摆在向海洋进军的首要位置,把海洋科技作为世界新技术革命最重要的内容来对待。l986年美国提出了“全球海洋科学规划”,把发展海洋科技提到全球战略的位置,宣称该计划的目的在于保持并增强美国在海洋科技领域的领导地位。1990年,美国全国研究会和海事分会共同拟定了题为“90年代海洋学:确定科技界与联邦政府新型伙伴关系”的报告,该报告提出了美国90年代海洋科技发展战略,探讨了21世纪美国的海洋政策,提出了充分发挥海洋在提高美国全球经济竞争中的作用问题。l9903月英国政府也公布了“海洋科技发展战略”报告,提出了6个战略目标,优先发展对实现海洋发展战略具有重大意义的海洋技术,特别是高新技术。1990年初,日本政府公布了“海洋开发基本构想及推进海洋开发方针政策的长期展望”的规划设想。这个到2000年的海洋开发规划设想,也提出着重开发海洋高技术和新技术,以加强日本海洋开发能力和增强国际竞争地位。日本把海洋技术列为20世纪90年代发展的l2项高技术之一。法国制定的海洋科技“19911995年战略计划”,旨在通过发展海洋科学技术,加强本国在海洋方面的竞争力。由此可见,海洋科技的发展,已成为当今发达国家的海洋发展战略核心。

当前,海洋科学和技术正以前所未有的速度向前发展着,新观点、新理论大量涌现,新的研究领域不断开拓,新的海洋技术体系正在形成,在一些重要领域取得令人瞩目的开创性成就。

在海洋科学方面,海洋物理学已从定性描述发展到定量研究,从研究局部海区变化发展到研究全球各种尺度的海气相互关系。大洋涡旋的发现,改变了大洋环流的传统观念,这是20世纪70年代海洋科学发展史上的重大事件,大洋涡旋的研究,推动着海洋预报、大洋环流理论及气候模式论的发展。今后将重点研究海气相互作用,特别是海洋吸收二氧化碳的能力及其对大气中二氧化碳含量变化的影响。

海洋地质学是近20年来成果最显著的领域之一。在基础理论方面,板块构造学说、海底扩张理论、海洋沉积学等都取得新成绩,提出了新见解。特别是板块构造学说的兴起,使长期悬而未决的海洋起源问题得到解决。在应用科学方面,海洋油气资源的勘探与评价,海底金属矿床成因等研究有了新进展。今后将把大洋地壳、被动大陆边缘、主动大陆边缘区域的地质现象、过程和机制作为深入考察和研究的重点。

近年来,世界发达国家在海洋化学方面的研究各有侧重。美国侧重深海远洋和从全球角度进行海洋化学研究,而日本更重视实用海洋化学的研究。当代海洋化学家为从化学观点了解海洋环境以及定量预测海洋环境受到扰动(自然过程和人类活动)的后果,已采用现代的新型分析设备,研究产生海洋化学特性的过程和机制。今后,海洋化学研究的重大课题是海洋污染及有机物质在海洋中的循环等。

海洋生物学基本上从定性描述发展到定量分析和预测研究。当今海洋生物学研究的主流是海洋生态系统。近20年来,较深入地研究了整个海洋生态系统的结构、功能,特别是对系统内各营养层间能量交流和物质循环规律的动力学分析,使得能够建立预测数量变化趋势的数学模型。今后将重点研究海底热液裂口周围的生物群落,以揭示生命的起源,并对海洋生产力、海洋生物增养殖进行广泛研究,以解决海洋生物开发利用中的问题。

在海洋技术方面,尤其引人瞩目的是高新技术得到迅速发展。海洋卫星遥感技术已进入成熟应用阶段。世界上第一颗海洋卫星是美国1978年发射的SEASAT1,这颗卫星的发射标志着海洋环境探测进入了空间遥感时代,这是海洋科技发展史上的重要事件。利用卫星进行海洋遥感探测,不受天气、海况的影响,可实现快速、同步、大范围、连续的海面监测,具有海面现场探测技术无法比拟的优点,可获得海面地形、海温、海水、海洋近表层浮游植物色素浓度等参数。它不仅能为海洋环境和灾害监测预报提供大量信息,而且可为海洋资源开发、海洋污染监测以及200海里专属经济区的管理提供所需的信息和数据,在海洋立体监测系统中具有重要的位置。美国、日本、法国等已发射10颗海洋卫星。l991年欧洲空间局发射的ERS1卫星代表了20世纪90年代世界海洋微波遥感技术水平,它增进了人们对海岸带和全球海洋过程的科学认识,为海洋开发提供各种海洋环境参数,使海洋开发获得更大的经济效益。

海洋生物技术是以海洋生物为主要对象,并与其他高新技术有机结合而形成的综合性生物技术体系。它是生物技术的重要组成部分,在研究开发海洋生物等资源方面已展现出巨大潜力。海洋生物技术是20世纪80年代的新兴技术,被看做是海洋经济起飞的希望。目前其主要发展方向是优良品种选育、新品种开发、海洋生物性别控制技术开发、海洋医药开发等等。早在1987年美国就制定了海洋生物技术计划,1988年相继成立了海洋生物工程研究机构和从事海洋生物技术开发的企业。目前,美国在转移鱼类生长激素基因研究方面取得突破,如把虹鳟鱼的生长激素基因移植到鲇鱼体中,使养殖周期缩短了半年;应用重组DNA技术,使鲍鱼产量提高了25%。日本通过细胞工程育种研究,明显提高了各类珍珠的成珠率。今后,海水增养殖,海洋生物代谢产品的开发以及海洋环境保护将是国际上海洋生物技术研究的三大热点。

深海采矿技术从20世纪70年代开始发展,目前这类技术已基本成熟。通常深海采矿技术由集矿、输送和采矿船3部分组成。较经济实用的采矿办法有3种,即水力提升法、空气提升法和连续链斗法。日本1989年宣布开发成功了可在5000米深水处作业的液压提升式深海锰结核开采系统。德国也研制成功了包括集矿、提升、控制和加工的锰结核开采系统。英国正在开发日提升矿石10000吨的气压提升法。另外,1990年芬兰和前苏联合作研制作业水深可达6000米的采矿深潜器。法国研制出PKA26000的深海采矿潜水器,可在6000米深的海底高速采矿,作业完毕能自动返回海面。90年代,将以提高开采技术的可靠性和经济性为目的,改进和完善开采设备。

深海油气开发技术包括钻探和开采两方面。海上的钻探技术,在100米水深内多采用自升式平台,而超过l00米水深则采用半潜式平台或钻探船,有的船还配备动力定位系统,能在更深的海域作业。海上油气开采技术,大油田采用固定(着底)式采油平台,在深海作业中还采用一种新型的张力腿平台,作业水深可达520米。近年又设计了一种海底采油系统,把生产井口装置安装在海底进行生产,通过管道运输石油。目前处于200米以内水深海域的6500座海上平台,90年代将大部分移到水深200350米的海域,并逐步向l000米水深的深海转移。许多国家还在设计建造可在更深海底使用的采油系统,并配有水下机器人和遥控潜水器。2000年在深海油气开发中将会普遍采用海底采油系统。

水声技术弥补了电磁波在水中衰减快的不足,作为海底探测的主要手段,已经在海底地形、地貌、地质等研究领域得到广泛应用。美国研究出的Hydrosweep多波束声呐,使扫描波束由l6个增至59个,可测出海底30英尺(1英尺=0304 8)高的隆起及其坡长、斜率等数据。侧扫声呐以1989年英国推出的Gloria Mark-3最先进,最大测距30千米,最大测深5000米。1990年美国曾租用这种声呐在200海里专属经济区内进行海底测量。测深侧扫声呐是一种海底探测新设备,英国、挪威、美国分别开发出了新产品。目前,水声技术的一个重要发展方向是海洋水声层析技术,这是一种迅速、同步观测广阔海域立体空间的高技术,即通过在海洋中布设多个声源和接收机,测量由声源产生的声音传到各个接收机的时间变化,采用反演技术获得这种时间变化的重现图像,再把这种图像与相关的海洋物理特征结合起来,就可编制出所测水层内的海洋三维图像。90年代在水下声源、声传播时间的高精度测量技术、反馈技术和方法以及适时资料传递技术方面会有所突破,21世纪初可望进入实际应用。到那时,与卫星遥感、海洋浮标网相结合,会形成一个现代化的海洋立体监测系统。

海洋信息技术包括信息传输、接收和处理技术。现代海洋监测系统的发展,使海洋环境信息量成百、成千倍地激增,在传输、接收和处理方面,广泛采用电脑等高新技术,开创了海洋信息技术的新局面,如美国和法国合作研制的ARGOS系统,用于传输和处理由卫星、浮标、调查船上采集到的海洋信息。由于ARGOS系统能准确可靠地传输、接收和处理遥远的、资料稀少海域的海洋信息,所以在热带海洋和全球大气试验(TOGA)计划、世界大洋环流试验(WOCE)计戈Ⅱ等大型的国际合作海洋调查中广泛应用。

海洋再生能源开发技术目前的研究热点是海洋热能发电技术,它是利用海洋表层和深层的温度差,把用蒸汽作工质驱动涡轮机带动发电机的发电技术。美国经过l0年研究之后,于1979年建立了一个50千瓦的小型海洋热能试验发电站,目前正在建设一个4万千瓦的这种发电站。日本继20世纪80年代初建成2个小型海洋热能电站之后,于1990年在冲永良部岛又建成世界上最大的海洋热能发电站。此外,法国、芬兰、比利时也开始着手研究这项技术。l995年将建成65万千瓦的海洋热能发电站,到2010年,全世界将有1000多个海洋热能电站投入运行。可见,海洋热能电站具有广阔的发展前景。

深潜技术是海洋研究开发的共用性复合高技术,是海洋开发技术水平和开发能力的重要标志,也是世界各主要海洋国家竞争的焦点。它涉及人工智能技术、新材料技术、电子计算机技术、自动化技术、通讯及能源技术等。20世纪70年代海洋油气开发热促进了深潜技术的大力发展。1988年全世界载人深潜器184艘,无人深潜器即水下机器人958艘。目前水下作业主要以载人深潜器为主,美国、日本、法国、俄罗斯等国已相继开发成功了6000米级载人深潜器。但由于水下作业的深度不断增加,从经济、安全考虑,无人深潜技术越来越受到重视。l990年美国从事各种深潜研究开发的机构有36个,主要由国防部投资,大部分研究开发项目都是第二代或第三代深潜器。第三代深潜器是智能水下机器人,美国在这方面的研究已进入实验阶段,保持世界领先地位。日本研制成功了有伸缩机械足、可在凹凸不平的海底作业的昆虫式水下机械人和可在水下进行电缆维修和渔业生产的机器人。1990年起又投资46亿日元,研制1万米级无人深潜器。另外,法国、德国、英国、加拿大、瑞典、澳大利亚、荷兰也正在开发使用无人深潜器。无人深潜器将是21世纪深潜技术开发的方向。

()国内海洋科技现状

我国的海洋科技事业近几年得到较快发展,特别是20世纪80年代以来,海洋科技面向海洋开发和经济建设,工作重点从以往的基础性调查研究,转向以应用基础和技术开发为主的研究,取得了显著成绩。据不完全统计,近10年来,我国海洋科技战线获得省、部级和国家级奖励的重大科技成果共有500多项。成功地开展了数次大规模的海洋科学调查活动;完成了海洋环境数值预报、海洋信息自动查询系统、膜法水处理技术和海洋资料浮标技术等重大科技攻关项目,并在海洋石油钻探、海港工程、海水增养殖、深潜技术等领域取得了显著进展;完成了海洋功能区划,制定了《全国海洋开发规划》等。这些不仅促进了我国海洋开发和海洋管理的发展,而且也提高了我国海洋科技水平,缩短了与世界海洋发达国家的差距,有些成果已达到或接近国际先进水平。

在物理海洋学方面,我国的海洋学家在大量研究中国海及邻近大洋水文和动力学特征的基础上,深入研究了潮汐预报、风暴潮预报、海浪预报和海流模式以及海洋和大气流结合的数值模式等,都获得重大进展。如风暴潮数值预报方法研究及预报产品的统计检验和模式性能的动力检验方案与客观标准,在理论和实际应用方面都达到世界先进水平。在海流研究方面,开创性地发现了东海北部中尺度冷涡和南海暖流,推动了我国物理海洋学的发展。

在海洋地质学方面,我国在河口及其三角洲的调查研究,特别是珠江、长江、黄河这3个三角洲的水动力条件、沉积序列模式和第四纪地层划分以及海陆第四纪地层对比都取得了重要进展,对近海大陆架含油气盆地研究也取得较好的成果,已出版《渤海地质》、《东海地质》、《黄海地质》系列专著,提出了衍生沉积的陆架地质学新理论,丰富和完善了我国陆架地质学的研究内容,更新了一些传统观念。秦大河参加国际徒步横穿南极大陆探险活动,是人类探险史上的创举,采集到人类有史以来的第一份南极冰雪样品,填补了国际冰川学的空白,标志着我国冰川学研究已跻身于世界先进行列。

在海洋生物学方面,重点研究了中国海及邻近大洋的海洋动物分类区系、海洋生态系、海洋动植物形态和生活史,在我国首次发现了许多浮游植物和动物品种及一些新品种。特别是对藻类学的研究,近年来取得长足进展。在人工养殖海藻、藻类蛋白攻关、细胞工程等基础理论与养殖生产结合方面,都取得令人瞩目的成就。

在海洋声学方面,开展了海洋水声物理特性及声传播规律的实验研究和理论研究,取得各种典型水文条件下的传播衰减、混响强度及海洋环境噪声数据,提出了一些浅海声场理论。在浅海声传播损失数值预报研究方面,采用创新的计算方法和16位微型计算机,在数秒时间内便可得出符合实况、满足需求的浅海声传播损失数值预报,这项研究成果已居世界领先地位。

我国海洋调查研究从近海走向了大洋。继l9581960年全国第一次近海综合调查之后,19801986年完成了全国海岸带和海涂资源综合调查,1988年又开始对全国海岛及其周围海域的资源进行为期5年的大规模综合调查和开发试验。完成了中美海气联合调查,成功地进行了中日黑潮合作调查、太平洋锰结核调查、南海南部综合调查、南极及南大洋考察,建立了南极长城站、中山站,并在南沙永暑礁上建立了具有20世纪80年代国际先进水平的水文气象观测系统的南沙海洋站。90年代参加了正在实施的世界大洋环流试验计划,这是迄今为止规模最大的海洋学研究计划。中国的海洋学家及有关的科学家将为实现世界大洋环流试验计划做出应有的贡献。

我国采取引进先进技术消化吸收与自主开发相结合的方针,使海洋油气开发技术从无到有,目前就总体看相当于国外20世纪70年代水平。在勘察技术方面,应用大型电子计算机处理地震资料的技术达到国际先进水平。特别是钻井技术,其丛井斜井的速度快、质量好,已跨人国际先进行列。近年来,我国自己设计建造各种浅海石油平台8座。l990年,与美国合作建造并安装了惠州21--1深水导管架,并在渤海油田建造浮式生产储油轮。

在海洋生物工程技术方面,20世纪70年代开始了海带、裙带的体细胞和单倍体育种,培育了“单海1号”海带新品种。80年代又进行了裙带、海带的体细胞组织培养,获得再生植株。海洋动物的生物技术研究如牙鲆、牡蛎、扇贝、鲍鱼和对虾的三倍体诱发,对虾雌核发育的诱导以及对虾精荚移植的成功、虹鳟细胞株的建立、激光诱导鱼卵细胞的融合等都居于国际先进水平。在代谢产物开发方面,我国建成了世界上最大的褐藻胶工业,建成了世界上第二大紫菜生产工业,利用生物技术开发出了一批藻类蛋白饲料。在海洋药物开发及保健食品研制方面取得可喜成绩,如藻酸双酯钠(PSS)、人造皮肤等均达到国际先进水平。

另外,我国深潜技术取得突破性进展。我国深潜技术的开发工作是从20世纪70年代初开始的,那时仅能研制拖曳式潜水器。80年代开发出系列无人潜水器和深潜救生艇。1990年又开发出观测型无人遥控潜水器和深潜救生艇。目前,正在进行高强度型水下机器人研制工作,计划l995年完成。

但是,应该看到,在总体上,我国海洋科技与国外先进水平相比还有很大差距,据有关专家估计大体要落后l015年,特别是高新技术更落后,不少领域基本处于空白状态,许多关键技术尚未过关。由于受海洋开发技术落后的制约,我国海洋产业,尤其是新兴海洋产业规模还很小,水平还很低,海洋资源开发利用率低。即使是已开发的资源,效率也很低,资源浪费问题严重存在。邓小平同志曾高瞻远瞩地指出:“下个世纪是高科技世纪,任何时候中国都必须发展自己的高科技,在世界上占有一席之地。”在向海洋进军的今天,我们要建设“海上中国”,必须依靠科技进步,大力发展海洋科技特别是海洋高新科技,走“科技兴海”的路子。


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