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海洋环境观测前景范文1
（南京信息工程大学电子与信息工程学院， 南京 210044）
摘要：在海洋气象浮标站提供的海量海上气象水文资料准确性不断提高，对近海海域灾害性天气和气候变化预测预警能力的不断增强的前提下，提出了以GIS技术作为系统基础，选用C/S（Client/Sever）开发模式，以C＃作为开发语言，设计了基于GIS的海洋气象综合观测应用平台系统。结果表明，该系统运行效果良好，采用GIS技术极大地提高了系统的信息管理能力、动态分析能力以及对近海海域灾害性天气的预警能力。
关键词 ：GIS技术；C＃；海洋气象；观测平台；海域预警
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）06－1492-07
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.055
Desiging Integrated Observation and Application Platform System
of Marine Meteorology Based on GIS
LI Tao，QIU Zhong－yang，ZHANG Hui
（College of Electronic and Information Engineering， Nanjing University of Information science and Technology， Nanjing 210044， China）
Abstract： With the continuos improvemrnt of accuracy of marine meteorological and hydrological data provided by the marine meteorological buoy station and the increase of the ability to forecast and warn the coastal waters of disastrous weather and climate change， the system based on GIS was proposed. C/S （Client/Sever） was used as development mode and C＃ was used as development language of marine meteorological observation and application platform system based on GIS. Result of system operation showed that the system greatly improved the ability of managing information， dynamic analysis， and early warning of offshore waters．
Key words： GIS； C＃； marine meteorological； observation platform；sea warning
收稿日期：2014－05－25
基金项目：国家公益性行业（气象）科研专项（GYHY201306070）
作者简介：李 涛（1978－），男，河南信阳人，副教授，博士，主要从事数据挖掘、计算机软件研究，（电话）15195975428（电子信箱）thnxx@126．com；
通信作者，邱忠洋，主要从事计算机软件、地理信息系统研究，（电子信箱）qzy＿nuist@163．com。
21世纪人类面临人口、资源和环境三大问题，而解决这些问题的关键因素是海洋，海洋对全球气候和环境起到主导作用。在全球陆地资源日趋紧张、环境不断恶化的今天，世界各国纷纷将目光转向海洋。我国《国家中长期和科学技术发展规划纲要》对海洋科技发展提出了中长期规划，要求海洋科技为海洋经济和社会可持续发展、海洋资源发展、海洋环境保护和减灾防灾等提供有效保障，提出了海洋事业的观点，而海洋观测是海洋事业的基础。海洋观测目的在于全面、及时、准确地掌握海洋环境的变化规律及了解人类活动对海洋环境的影响，为海洋开发、管理、保护提供依据［1］。开展海洋水文气象观测是对近海或者海岸附近海洋上的天气条件和水文环境进行观察和监测，观察项目包括气压、湿度、风向、风速、降水、潮汐和海水温度以及海浪和海水盐度等等，这些要素与人类生产和生活息息相关，因此，开展海洋水文气象观测具有极其重要的意义。本研究设计的综合观测系统以GIS为核心技术，以C/S（Client/Sever）为开发模式，以C＃为开发语言，极大地提高了系统的信息管理能力、动态分析能力，通过从后台数据对海洋要素数据的提取、分析，将海洋水文气象要素直观简洁地展示在平台上，准确、及时、可靠地将各要素信息提供给预测预警的决策机构，对于气候变化研究和灾害预警、海洋工程建设、海洋能源开发、国防等方面具有极其重要的意义［2］。
1 系统相关技术
1．1 地理信息系统技术
地理信息系统（GIS）是一门集计算机科学、信息学、地理学等学科为一体的新型科学，是由计算机系统、地理数据和用户组成的，是一种特定的十分重要的空间信息系统。在计算机硬、软件系统支持下，对整个与地球表面有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述。通过GIS技术可以将具有控件内涵的数据按照实际的需要准确、真实、图文并茂地展示出来。目前，GIS技术在各行各业的使用已经趋于潮流化。当前面向GIS开发方式主要有3种：独立开发、宿主机二次开发、基于GIS组件的二次开发（表1）［3］。通过3种开发方式的比较，以基于GIS组件的二次开发方式对商业GIS工具软件的依赖性弱，开发成本适中，GIS基本功能的实现难度适中，开发周期适中，对开发者要求低等优势被观测平台系统所选用。基于GIS组件的二次开发方式常用组件式GIS软件包含ArcObject、ArcGIS Engine、MapObjects、MapX等，其中Arc GIS Engine以其伸缩性强、较强的独立性（可以脱离ArcGIS平台）、功能非常强大（包括数据添加、图层显示、特征和属性查询、空间分析、统计分析、内容表、图形编辑、专题制图、地图输出等）优势被海洋气象综合应用观测平台系统所选用［4］。系统在实施过程中主要使用到了MapControl、PageLayoutControl、TocControl、ToolbarControl等组件式控件，这种组件式的开发方式提高了系统的开发灵活性，系统的功能也易于扩展，同时系统的维护和安全性方面的维护也得到了保障。
1．2 数据库设计
1．2．1 属性数据库 系统使用Oracle 10 g大型数据库作为后台数据库，可以满足海量水文气象数据存储需求，其极大地提升了系统的吞吐能力，提高了整个系统的稳定性。在处理气象数据过程中，对海量数据能准确地备份、查询检索、气象数据挖掘。在前期的数据处理中，针对海量水文气象资料进行数据库设计［5，6］，主要包含用户信息表、日志信息表、海洋站点基本信息表、站点状态信息表、常规气象要素表、海洋气象要素表等，图1为具体的数据库设计图。
1．2．2 空间数据库 系统的基础图件大部分是以地图的方式提供的，地图的比例尺、投影方式、坐标系统各不相同。系统选用Arc/Info地理信息系统软件核心拓展模块ArcScan进行数据扫描并使其矢量化。所有数字化的图件都将在Arc/Info下实现坐标转换，投影以及建立空间拓扑结构，最终转化成ArcView的．shp格式矢量文件，所有的空间数据在系统中都由ArcView控制。系统底图china．max、一级河流、三级以上河流、国界、省界以及生成的 ．shp图层文件都是由ArcView机制进行控制。
1．3 海洋水文气象数据资料类型及处理
1．3．1 数据资料类型 海洋气象观测站提供的数据类型繁多，内容也比较丰富。按照内容可以分为常规和特殊观测资料，比如温度、湿度、气压、光照、风速、风向、雨量等就属于常规观测资料，雷达、卫星云图、全球定位系统等则属于特殊观测资料。本研究主要是针对海洋常规水文气象观测资料进行解析、挖掘、存储，同时将海洋常规气象资料与雷达、卫星云图等特殊观测资料进行融合，得出有用的决策信息。
1．3．2 数据资料处理 数据资料是以txt文件形式存在，通过FTP/GPRS等方式传递到中心服务器，由于报文种类的多样性系统采用了多线程的操作方式［7］，报文A使用相对应的主线程、读写线程、解析线程、入库线程。在解析线程过程中，使用了数据质量控制方法如时间一致性、极值检查、空间一致性、内部一致性等，为进一步提高数据的准确性还使用了数据挖掘中的BP神经网络算法。另外，在使用多线程处理数据的过程中，一方面使用了线程同步机制，即处理数据的各线程依赖扫描主线程，需要扫描线程提供消息进行唤醒调用，而其他线程则是处于等待状态。另一方面当有若干个线程要使用共享资源时，又用到线程互斥机制，即任何时候最多只允许一个线程使用资源，其他要使用该资源的线程必须处于等待状态，直到占用资源的线程释放了该资源。
1．4 等值线插值算法的分析与选择
在数据处理过程中，为直观简洁地反映海洋水文气象要素的变化特征，系统采用等值线法将制图对象（气压、温度、风速等）数量指标值相等的各点连成平滑曲线，由地图上标出的表示制图对象数量的各点，采用内插法找出各整数点绘制而成。
1．4．1 综合比较使用插值算法 GIS中常用的地理空间插值方法有很多种，系统主要综合使用了如下3种插值方法［8］：
1）距离加权倒数空间插值法（IDW）。距离加权倒数空间插值法基于地理学第一定律距离相近区域相似性高于距离较远区域的相似性，其缺点在于不能对误差进行估计，其表达式如下：
式中，Z是估计值；Z i是第i（i＝1，．．．，n）个样本；di是距离；P是距离的幂，其显著影响内插的结果，选择标准是最小平均绝对误差，距离的幂越高，内插结果越具有平滑的效果。
2）克里格空间插值法（OK）。克里格空间插值法源于地统计学，最初用于地质找矿，该法是利用区域化变量的原始数据和变异函数特点，对未采样的区域化变量的取值进行线性无偏最优估计，其表达式如下：
3）样条函数法（SPLINE）。该方法适用于变化平缓的表面区域，属于精确插值方法，其目的在于寻找一个平面，使它满足最优平滑原则，也就是说利用样本点拟合连续光滑曲线，使其表面曲率最小，其表达式如下：
通过对3种插值算法分别对需要插值处理的要素进行测试比较，最终确定了对各要素插值算法的选择。最终系统选择混合使用这3种插值算法对研究海洋区域内其他未知区域的特征数据进行地理空间信息的推理和估计，从而构建一个连续的地理特征表面分布。
1．4．2 等值线平滑拟合算法选择 根据上述算法得到排列好的等值线控制点序列，如果不经过曲线拟合，绘制出来的等值线将是折线，故为了得到平滑的等值线，必须编写曲线拟合程序。选择使用3次B样条曲线拟合算法。设求得控制点坐标序列为Pi（xi，yi）。P（t）是沿曲线的位置向量，那么基于B样条的曲线可表示为：
2 系统的设计与实现
基于GIS的海洋气象综合观测应用平台系统设计是指通过人机交互的方式，对基于多种检测手段（采集器和人工等）获取的海洋水文气象数据资料进行时间序列变化趋势分析、空间分布及变化趋势分析、海洋环境分析并结合GIS技术动态显示，通过友好的图形化界面表现出来，最后以此统计信息作为决策的依据。对于海洋气象综合观测应用平台系统设计主要是指系统的总体设计以及各个数据模型设计。
2．1 系统架构
考虑到系统对完善的编辑功能以及网络数据负载太高，安全性、稳定性、拓展要求较高，本系统选择使用C/S（Client/Sever）开发方式，其三层架构模式［9］如下图3所示，避免B/S模式下的编辑功能拓展的完善性不强，网络数据量负载过大等局限的瓶颈。
1）表示层。系统主要包括系统主界面、操作对话框，其中多文档系统主窗体由基本菜单项、图件管理器、数据库管理器构成系统主界面，子窗体由图层控制模块、站点管理模块、要素折线图模块、动态展示模块构成。
2）逻辑层。包括核心开源制图ZedGraph类库和Engine提供的具体操作地图的类库如GeoDatabase类库、GISClient类库、DataSourcesFile类库、3DAnalyst类库等，这些类库将配合系统实现制图，动态展示等功能［11］。
3）数据层。包括底层数据库，数据文件、GIS二次开发平台空间数据库，数据库访问类DataAccess。
2．2 系统数据处理过程
系统数据处理过程经过4个层次进行，包含从底层到顶层依次连接的设备层、通信解析层、汇聚处理层和表示层（图4）。
1）设备层。设备层与通信解析层通过GPRS或3G/4G网络进行远程通信。设备层实现各气象自动站的无缝接入，该层兼容了基准站、基本站、一般站、区域站及卫星通信站等，将数据通过上述方式传递给通信解析层。
2）通信解析层。通信解析层在整个系统框架中起到承上启下的作用，通过防火墙实现自动气象站数据和中心服务站的通信和数据解析，数据解析为该层核心功能。
3）汇聚处理层。汇聚处理层实现对通信解析层传入的数据进行收集和质量控制，最后进行入库处理。
4）表示层。表示层实现对数据处理状态的监视记录、数据统计、参数管理、数据库备份、文件处理、文件传输。数据采集在设备层完成，数据预处理在通信解析层完成，数据质控、分类以及入库在汇聚处理层完成。
2．3 系统总体设计
根据基于GIS的海洋气象综合观测应用平台系统业务需求，需对系统的结构和主要功能进行合理设计，对用户界面进行友好性、方便性、直观性统一设计，系统主要设计包含如下模块。
1）数据库操作模块。此模块主要用于控制系统与数据库之间的连接，登录数据库身份验证包括数据源、用户名、密码、服务器图层路径设置等。通过对上述设置的修改可以实现对后台数据库、图层文件数据库以及空间数据库的连接。
2）站点基本信息Tip展示模块。利用GIS技术中闪烁Tip框提示的方式实现观测平台系统近海海域站点信息的查询，包括区站号、经度、纬度、观测平台海拔高度、采集器型号等。
3）站点信息管理模块。该模块包含删除历史文件、站点统计信息、站点信息管理3个子模块，实现对站点正常和异常状态信息统计、站点信息的查询、添加、删除、修改、站点信息导入等。
4）站点历史信息记录模块。该模块用于对常规要素、海洋要素基本信息的查询以及备份导出，为分析海洋气候变化规律提供直接数据依据。数据获取的方式有两种，分钟要素和整点时间要素。
5）海洋要素变化曲线模块。该模块主要是基于时间跨度对海洋要素进行分析，平台使用ZedGraph将要素按照时间制图，对近海海域气象要素随时间变化规律进行分析，这对于海洋气象要素信息数据挖掘、未来预报预警提供有力的评估基础。
6）要素数据最近记录查询模块。该模块主要方便观测人员能够实时对最近数据进行检索查询以传递最新讯息。
7）要素动画展示模块。该模块是基于空间跨度对海洋要素进行分析，主要是按照要素分布的强度和密度，把检测值相同的点用线连接起来形成等值线，在空间地理信息基础上对近海海域的监控数据进行分析推算，实际是按照每秒刷新（风速、温度、气压等）栅格图层方式进行操作［10］。
8）其他子模块。包括鹰眼子模块用于控制地图视野，海区选择子模块可以实现对多种近海海域站点的定位选择，在菜单中包括对地图的放大、缩小、拖动、全视野、框选放大、框选缩小等，显示浮标站点在指定时间点温度、气压、波浪分布状况及画面显示等功能。主菜单模块中包含页面设置、打印预览、打印、系统设置等功能，在地图模块中有底图和制版两个子功能以及对系统登录时间、当前坐标、比例尺的记录。系统基于时间跨度和空间跨度对海洋要素数据进行检索、分析、评价以及管理，借助分析的结果信息可以在很大程度上反映海洋环境质量和变化规律，为决策机构预警提供可靠的依据。图5为系统总体设计框架图。
3 系统的运行
系统采用C＃语言和最新的．NET技术编程，同时结合Oracle 10 g大型数据库，提高了系统处理数据的能力，并大大降低了应用程序开发的复杂性，系统采用C/S架构，对于系统的稳定性以及拓展性提供了很大的保障。其次使用了GIS技术（二次开发Engine组库）对多种图层类型的数据进行处理，其中动态生成并刷新地图的方式非常直观简洁地将海洋信息变化趋势展示出来，提高了系统的使用性［11］。系统运行环境为Windows 7，实际运行效果表明系统各项性能良好，能够满足客户的基本需求。系统部分运行效果图如图6、图7所示。
4 小结
基于GIS的海洋气象综合观测应用平台系统设计目的在于满足环境监测业务分析以及海洋自身管理的需要，实现对海洋要素数据的分析和评估，提高海洋灾害预警预测的准确性。该平台优势在于：①对采集器采集的数据进行合理的数据质量控制；②采用多线程的操作方式对海量数据进行入库处理；③采用数据插值算法对海洋气象数据进行推理和估计。
由于系统涉及到要素数据量较大、内容复杂、图层数据生成量大，系统在运行过程中还存在数据处理速度缓慢的问题，未来系统将在数据处理、代码优化等方面作进一步的完善。
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海洋环境观测前景范文2
关键词：海洋环境污染海洋灾害
海洋工程与海洋环境相互作用随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源，需要在海上进行各类工程建设，在目前科技日益发展的情况下，工程建设的规模日益巨大，这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展，海洋环境的日益恶化，海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展，近海石油气田的开发，以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要，针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。
在这方面，重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究，第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究，第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。
一、海洋环境特征
对各类污染物的作用机理和规律研究以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。
此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。
用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。
在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k－（单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。
在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。
针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N—S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。
在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。
应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。
能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。
二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。
90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年风暴潮损失超6亿元，1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等）。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。百事通
在我国北方海域（渤海和北黄海），冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。
我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物（海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等）发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。
近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。
以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的，如近海环境地震危险性分析，设计地震动参数和频谱特性，强震海底多维地震动及其空间分布规律，地震波传播特性及地震动输入机理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验；核电站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用，码头及护岸建筑物地震稳定性；海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。
海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。
因此，发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下，对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论；结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法；结构病害治理用的新材料、新技术和新方法；海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下（风、浪、流、冰、地震等）的可靠度和优化理论研究，设计与建造新型抗灾工程结构；研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度，而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。
为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临，发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统，如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统；以主要海域和海岸带区域经济发展为背景，进行重点研究，建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构；以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统，将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立数学物理模型，通过多媒体技术，形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程，建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。
三、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。
人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。
由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。
随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。新晨
随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。
海洋环境观测前景范文3
以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。
此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。
用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。
在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k－（单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。
在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能
够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。
针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N—S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。
在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。
应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。
能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。
二、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策
为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。
由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。
随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。
鉴于黄河三角洲海岸线不断依退所带来的国土面积减少、陆上设施受到威胁甚至破坏、对黄河三角洲湿地自然条件的毁灭性破坏等一系列问题，也是非常迫切需要研究的课题。此外，长江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸开发、滩涂围垦和岸滩保护及整治工程对水域影响所引起的环境问题及其对策，也切枰?重点研究的课题??BR>以主要经济发达的河口和海岸带地区以及主要海域的经济发展为背景，建立一个数字化的区域经济发展模拟系统。与防灾、抗灾和减灾决策支持系统一样，将环境工程、水利工程、土木工程与网络技术、计算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立模型，通过多媒体技术，形象化地针对经济发展规划，预测由于发展经济带来的海域环境水污染的恶化、海洋自然灾害（台风、巨浪、风暴潮、地震、冰害、地质灾害）频发的情况。人类活动特别是大规模工程建设所引起的海洋环境的变迁和海岸演变，以及它们之间的相互作用，用数字手段统一地加以处理，建立智能化的决策支持系统，以促进国民经济持续、健康地发展，将会是决策部门进行宏观决策和具体规划时的一个十分有
效的手段。
三、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究
海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年风暴潮损失超6亿元，1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等）。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。
在我国北方海域（渤海和北黄海），冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。
我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物（海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等）发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。
近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。
以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的，如近海环境地震危险性分析，设计地震动参数和频谱特性，强震海底多维地震动及其空间分布规律，地震波传播特性及地震动输入机理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验；核电站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用，码头及护岸建筑物地震稳定性；海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。
海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。
因此，发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下，对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论；结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法；结构病害治理用的新材料、新技术和新方法；海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下（风、浪、流、冰、地震等）的可靠度和优化理论研究，设计与建造新型抗灾工程结构；研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度，而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。
为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临，发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统，如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统；以主要海域和海岸带区域经济发展为背景，进行重点研究，建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构；以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统，将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立数学物理模型，通过多媒体技术，形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程，建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。
海洋环境观测前景范文4
现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术在农作物改良、医药研究、食品工程、治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。由于现代生物技术对解决人类面临的重大问题如：粮食、健康、环境和能源等将开辟广阔的前景，因此越来越为各国政府和企业界所关注，与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是21世纪高新技术产业的先导。
(一)遗传工程
遗传工程的研究发展，为器官移植提供了一个很有前途的新手段——利用动物的器官代替人的器官。科学研究表明人体异种器官移植，猪较为合适。首先猪器官的大小与人的相当，生理上也比较接近；其次猪在无病原体条件下比较容易饲养和容易保证无病的供体；此外猪的繁殖率高，每窝可产十几只猪崽，存活率也较高。为了保证植入的器官不被排斥，生物学者正在培养具有人的基因的新型猪，这种猪叫转基因猪。
在农业生物技术中，转基因动植物的研究与开发最为突出。1983年转基因植物问世，1986年被批准进入田间试验，根据美国农业部动植物检疫局(APHIS)的数据，截止1997年1月31日，美国已批准的转基因植物田间试验达2584例。近年来，抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强、耐贮性高的番茄、具有高含量必须氨基酸的马铃薯等转基因植物开始进入市场，成为农业生物技术的第一批成果；转基因的瘦肉型猪、高产奶的奶牛和能从奶中提取药物的转基因羊等也将进入实用化阶段。未来农业的模式将是：农业工厂化，按人类要求高水平的控制环境因素，实现规模化、机械化、自动化生产，产生质量稳定、供应稳定、价格稳定、营养丰富的农业产品；安全的转基因动植物投放市场；具有营养保健、医疗功效的猎牛羊、蔬菜水果等转基因食品大批走向餐桌。
农业生物技术的应用在我国也取得了丰硕成果，我国用花药培养、染色体工程等育种技术培养出才稻、小麦、油菜、橡胶等一批作物新品种、新品系、新种质。其中较突出的有京花3号、小偃1o7号小麦和中花1o号水稻等新品种，具有优质高产、抗病、抗盐碱等特性，已经在生产中推广应用。我国转基因技术在家畜及鱼类育种上也初见成效，中科院水生生物研究所在世界上率先进行转基因鱼的研究''''成功地)将人生长激素基因、鱼生长激素基因导入鲤鱼，育成的当代转基因鱼生长速度比对照组快’并从子代测得生长激素基因的表达，为转基因鱼的实用化打下基础。
(四)海洋生物技术
随着海洋生物学的发展和海洋生物资源开发规模的扩大，海洋生物技术兴起并成为一个新的研究开发领域。海洋生物技术的研究范围广泛，发展迅速。其中包括探索、开发和利用有价值海洋生物，优良养殖品种的培育和病害防治，海洋生物天然产物的利用，海洋特殊功能的阐明和利用，海洋生态系统的阐明和利用，海洋生物利用系统和辅助系统。海水养殖、海洋生物、天然产物开发和海洋环境保护的生物技术是三大研究热点。
1996年，我国政府已将海洋生物技术列入863计划，主要方向是大规模发展海水养殖。并已初见成效。海水养殖总产量、海藻、贝类等产量均居世界首位，对虾产量也曾一度居世界首位；裙带菜无性繁殖系、三倍体扇贝和牡蛎的培育，都已列入国家“攀登计划”，正在组织实施；山东省海藻养殖和海藻化工已成为世界上该领域第一大产地。此外我国在世界上首次研究成功了海带的单倍体育种技术、紫菜的体细胞育苗技术、对虾的三倍体与四倍体育苗技术、对虾精荚移植技术等；在海水鱼、贝类的三倍体育苗技术和鱼类性别控制技术的研究方面也取得了重大进展。
二、信息技术
计算机技术与现代通信技术一起构成了信息技术的核心内容。信息技术主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。现代信息技术是以电子技术，尤其是微电子技术为基础，以计算机技术(信息处理技术)为核心，以通信技术(信息传递技术)为支柱，以信息技术应用为目的的科学技术群。包括信息获取技术、信息处理技术、信息传递技术、信息控制技术、信息存储技术等内容。具体来讲，信息技术主要包括以下几方面：
1．感测与识别技术。它的作用是扩展人获取信息的感觉器官功能。它包括信息识别、信息提取、信息检测等技术。这类技术的总称是“传感技术”。它几乎可以扩展人类所有感觉器官的传感功能。传感技术、测量技术与通信技术相结合而产生的遥感技术，更使人感知信息的能力得到进一步的加强。
2．信息传递技术。它的主要功能是实现信息快速、可靠、安全的转移。各种通信技术都属于这个范畴。广播技术也是一种传递信息的技术。由于存储、记录可以看成是从“现在”向“未来”或从“过去’向“现在”传递信息的一种活动，因而也可将它看作是信息传递技术的一种。
3．信息处理与再生技术。信息处理包括对信息的编码、压缩、加密等。在对信息进行处理的基础上，还可形成一些新的更深层次的决策信息，这称为信息的“再生"。信息的处理与再生都有赖于现代电子计算机的超凡功能。
4．信息施用技术。是信息过程的最后环节。它包括控制技术、显示技术等。
传感技术、通信技术、计算机技术和控制技术是信息技术的四大基本技术，其中现代计算机技术和通信技术是信息技术的两大支柱。
三、新材料
新材料是指那些新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界，新材料在传统材料基础上发展而成，传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料。
新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛，它同信息技术、生物技术一起成为21世纪最重要和最具发展潜力的领域。同传统材料一样，新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类，不同的分类之间相互交叉和嵌套，目前，一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域：电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工材料等。在20世纪初，人们所指的建筑材料是木材、水泥和钢铁；二战后出现了新三材，指的是人工合成的塑料、橡胶和纤维，而80年代以来大量高新材料纷纷涌现。高新材料从使用的角度说可分为传递、记录或存储的信息材料；耐高温结构陶瓷、非晶态材料和超导材料的新能源材料，特别是超导材料80年代中期以来有突破性进展；高性能结构复合材料，高性能工程塑料和新型合金材料为主要内容的特殊结构材料和新功能材料，如高效能的陶瓷材料、有机氟材料、高功能的黏合剂等。从材料的构成来说可以分金属材料、高分子材料及陶瓷材料三大门类。近些年来，出现了金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料竞相发展的趋势。一些新兴金属材料在科技革命的大潮中应运而生。传统铁、铅、锌、铝等金属更新品种，与宇航、电子、原子能等高新技术联系密切的金属材料越来越受到重视。其他新型高性能金属材料出现了如快速冷凝金属的非晶体和微晶材料、纳米金属材料、有序金属间化合物、定向凝固柱晶和单晶合金等。纳米材料具有许多潜在的新用途，它是一门用单个原子和分子建造事物的科学，其最终目标是实现微型化。
四、新能源
新能源又称非常规能源，是传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。联合国开发计划署(UNDP)把新能源分为以下三大类：大中型水电；新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部发出所产生的热能，包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。
能力提升练习
1．1856年，法国组建了世界上第一个现代天气服务系统，开展天气预报服务。天气预报的产生是源于()。
A．好奇
B．生产
C．生活
D．战争
2．具有高科技含量、高文化附加值的各类创新型产业所形成的经济形态可以被称作是()。
A．信息经济
B．知识经济
C．创意经济
D．市场经济
3．江西省、重庆市、贵州省、海南省、云南省的别称依次分别是()。
A．赣、渝、琼、滇、黔
B．赣、渝、黔、琼、滇
C．赣、渝、蓉、琼、黔
D．赣、渝、贵、琼、云
4．现代信息社会的基础设施是()。
A．电力网
B．电视网
C．交通网
D．电信网
5．以下各项中，属于空间技术的是()。
A．探空气球
B．人工降雨
C．卫星通讯
D．大气环流探测
参考答案及解析
1．D【解析】1854年11月，克里米亚战争爆发，英法联军准备在黑海的巴拉克拉瓦港登陆。突如其来的暴风雨摧毁了一艘法国旗舰，联军几乎全军覆没。法国国王拿破仑三世于是下令巴黎天文台台长勒弗里报告这场风暴的起因。1855年3月，勒弗里正式向法国科学院提出建议，由政府组织气象观测网，并将观测资料集中起来进行分析，绘制天气图。1856年，法国组建了第一个现代天气服务系统’用电报传送各地当日的气象观测结果，开展天气预报服务。
2．A【解析】信息经济，是以现代信息技术等高科技为物质基础，信息产业起主导作用的基于信息、知识、智力的一种新型经济；“知识经济”(TheKnowledgeEconomy)通俗地说就是“以知识为基础的经济”(TheKnowledge—basedEconomy)。这里的以知识为基础，是相对于现行的“以物质为基础的经济”而言的；创意产业，又叫创意工业、创造性产业、创意经济等。指那些从个人的创造力、技能和天分中获取发展动力的企业，以及那些通过对知识产权的开发可创造潜在财富和就业机会的活动；市场经济(又称为自由市场经济或自由企业经济)是一种经济体系，在这种体系下产品和服务的生产及销售完全由自由市场的自由价格机制所引导，而不是像计划经济一般由国家所引导。
3．B【解析】略
海洋环境观测前景范文5
海洋经济对社会发展的支撑作用日趋明显，已经成为我国国民经济的重要组成部分和重要增长点。我国在发展海洋经济方面有着巨大的资源优势和发展潜力。在海洋经济发展、海洋资源开发利用的过程中，需要高端物流平台的支持。具有高附加值、高信息化的高端物流平台，将带动沿海地区整体产业结构的调整，进而承接国际新产业、新产品的转移与升级，对未来提升我国海洋经济的发展水平，促进海洋经济可持续性健康发展起着重要的推动作用。
一、问题的提出
在国外，海洋经济这个概念并不常见，仅见于少数的海洋统计报告及发展政策中。2004年美国海洋政策委员会将“海洋经济”明确定义为“直接依赖于海洋属性的经济活动，或在生产过程中依赖于海洋作为投入，或利用地理位置优势，在海面或海底发生的经济活动”［1］。迄今为止，国内尚未有一个明确、统一的定义。相对应用比较广泛的是2007年国家海洋局起草的“海洋及相关产业分类的国家标准”中启用的海洋经济(oceaneconomy)定义，即开发、利用和保护海洋的各类产业活动，以及与之相关联活动的综合。现代海洋经济包括为开发海洋资源和依赖海洋空间而进行的生产活动，以及直接或间接为开发海洋资源及空间的相关服务性产业活动。世界范围内的海洋产业发展经历了从资源消耗型到技术、资金密集型的产业结构升级，海洋经济正在并将继续成为全球经济新的增长点。海洋经济的高速发展必须建立在完善的现代物流体系和相应的物流服务能力的基础之上。
近几年，高端物流平台对海洋经济发展的重要作用引起了关注。国内学者李芏巍(2008)将高端物流定义为:物流过程中资源整合、优势互补、物流一体化分工协作的产业链条，是一个以供应链为核心的物流集成系统。包含:物流策划与供应链的管理咨询系统;物流与供应链解决方案的设计;物流与供应链实施与控制;物流与供应链的运作与管理;全球化的网络服务;物流信息化与信息化网络服务;供应链上多个环节的资源整合服务;物流的特殊服务［2］。刘念(2009)认为，高端物流是现代物流管理向供应链管理转变过程中产生的新的物流形态，它是处于供应链高端的物流活动，它具有高科技含量、高附加价值、高产业带动力、高辐射力和低资源消耗、低环境污染的特征，并且符合世界物流发展的主要方向，即:物流内涵的向外拓展、物流过程的上下延伸、物流覆盖面的不断扩大以及物流管理的日益专业化、标准化和信息化［3］。武京军、刘晓雯(2010)运用灰色关联分析法、区位熵分析法、系统聚类分析，考察沿海各省2001—2008年海洋产业发展情况，结果表明:海洋物流运输业在全国主要海洋产业关联排序中位列第一［4］。
高端物流平台集科技人才、科技信息及产业供应链专业化管理于一体，是供需双方及第三方物流的领导支撑力量，其聚合并优化海洋资源，为客户提供贴身供应链解决方案。具有高附加值的高端物流平台的同时将带动沿海地区整体产业结构的调整，进而承接国际新产业、新产品的转移与升级，对未来提升我国海洋经济发展水平，促进海洋经济可持续性健康发展起着重要的推动作用。构建高端物流平台，提升与海洋产业相关的物流发展水平，促进物流新技术在海洋经济领域应用，提高通关效率，优化港口环境和服务水平，以高端物流为纽带，促进陆海统筹发展，就成为全球和全国沿海城市的发展趋势。近年来，北京、上海、天津、广州、深圳、连云港、青岛、厦门等经济比较发达的城市，也都陆续提出了“发展高端物流、建设高端物流产业园区”的物流业发展思路。因此，研究高端物流平台与海洋经济发展联动作用及实施路径具有重要的现实意义。
二、高端物流与海洋经济联动发展的战略选择
随着海洋开发的深入，加上港口建设等使得海洋在经济发展和资源利用中的作用日益凸显。物流业在此过程中得以大力发展，陆与海的有效结合形成促进物流发展的两个双翼。笔者研究海洋经济与高端物流联动发展的战略选择，目的在于通过以高端物流为纽带，实现海陆统筹、通过协同发展来促进双方效率的不断提高，进而达到系统整体的最优资源配置。
(一)实施沿海开发战略
当前世界海洋经济发展的特点和趋势主要表现为海洋经济发展速度迅猛，在国民经济中的地位日趋重要;海洋经济意识普遍增强;人口、经济向沿海地区聚集，人类经济活动与海洋资源利用的联系日益紧密;河口海岸和河口岛屿成为海洋经济开发的热点和重点。在我国，一系列数据也可以说明，国民经济正在越来越多地依赖于海洋经济。在推进海洋开发的过程中，应由浅海向深海延伸、由单一向综合转变、由低端向高端发展，把海洋资源优势与陆域产业、科技、人才等优势有机结合起来，构建海陆统筹的港口集疏运、能源供给、水资源保障、信息通信、防灾减灾等网络，实现海陆产业联动发展、基础设施联动建设、资源要素联动配置、生态环境联动保护。基于此，我国海洋经济布局包含了整个沿海地带。从北往南看，包括辽宁沿海经济带、河北曹妃甸工业区、天津滨海新区、河北渤海新区、江苏沿海经济带、福建海西经济区、广西北部湾经济区和海南国际旅游岛以及2011年批复的山东、浙江、广东三省的规划和成立的舟山群岛新区，我国海洋经济发展的带状和点状空间布局基本成形。
(二)实施港口发展战略
港口既是海洋运输的必经通道，又是高端物流的重要节点。在当今国际供应链系统中，港口集成了系列服务功能，为沿海城市带来大量的物资流、技术流、资金流、信息流，并以其强大的资源集聚和整合能力，为港口城市及其周边地区经济快速发展提供巨大的空间。加之内陆无水港的发展以致现代港口物流追求的集运效率进一步得到提升，物流运输方式从车、船换装提升到联合运输、联合经营等，港口为此提供相应的服务功能来满足需求，港口从传统装卸服务发展成为以国际集装箱为主的门到门多式联运［5］。港口发展战略可以有力地推动港口和港口产业的发展，港口和港口产业的迅猛发展又能有力地推进城市及其经济圈的腾飞。当今港口已经成为沿海城市经济发展的增长极，成为沿海城市吸引和集聚现代工业、物流业的最佳区域，是一个区域走向繁荣富强的基础和推动力。根据《全国港口布局规划》，港口建设和航运事业的发展在我国经济发展战略布局中占有重要的地位。在港口建设方面，规划明确了长三角地区要尽快建成以上海为中心、以江苏和浙江港口为两翼的上海国际航运中心，上海国际航运中心要“具有全球航运资源配置能力”;珠三角地区要有效整合港口资源，完善广州、深圳、珠海港的现代化功能，形成与香港港口分工明确、优势互补、共同发展的珠三角港口群体;天津滨海新区要建成为中国北方国际航运中心;海峡西岸经济区要形成以厦门港、福州港为主，布局合理的东南沿海地区港口发展格局;江苏沿海地区要重点加强沿海港口群建设;广西北部湾经济区要打造泛北部湾港口物流中心。港口不仅成为就业和经济增长的催化剂，而且吸引了大批的商业机构聚集于此。国际经验表明，港口及临港经济区的发展并不完全依赖于其设施规模，而在于因地制宜的总体规划和管理。因此，借鉴国内、外的经验，把握发展机遇，是各级地方政府在新一轮的经济发展中不能不关注的主题。#p#分页标题#e#
(三)海陆联动战略
海陆相互依存、相互影响、相互贯通，是一个有机整体。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出“坚持陆海统筹，制定和实施海洋发展战略，提高海洋开发、控制、综合管理能力。”国内、外实践也表明，单纯的海洋资源开发对国民经济的贡献是有限的。加强海陆经济的联动，实现海陆资源互补、产业互动和布局对接已成为海洋经济发展的必然。中国近几年经济的发展使得海陆关系越来越密切，海陆资源的互补性、产业的互动性和经济的关联性进一步增强。陆海结合，以陆带海，以海补陆，综合利用，既可以拓展经济发展空间，促进区域经济发展，同时也直接关系到沿海经济带发展战略实施取得的成效，在很大程度上影响沿海经济发展的状况和前景。在实施海陆联动战略中要打破海陆分割的二元结构，破除海陆界限的束缚，树立资源互补、产业互动、布局互联的海陆一体化发展新理念，统筹规划海陆产业、统筹配置海陆资源要素、统筹基础设施建设、统筹整治生态环境，把海洋与临海、涉海产业作为一个系统工程来推进，集中力量，开发大港口，紧盯大项目，培植大产业，抢抓大配套，形成强力推进沿海、沿江开发的态势，促进陆海联动，形成以海带陆、以陆促海、海陆协调、整体推进的新格局，推进海陆经济一体化发展。
三、高端物流平台与海洋经济联动发展的实施路径
开发海洋资源、发展海洋经济已成为国内外沿海地区实现经济振兴的重要举措。国际化知名自由港均制定并着手实施以构建高端物流平台为切入点，发展海洋经济。我国实现高端物流平台与海洋经济联动发展的实施路径可以从以下方面入手。
(一)构建高端物流支撑体系，促进海洋经济发展
1．大力发展物流金融。随着经济金融化趋势的加深，国际航运中心要求同时是国际金融中心已成为基本规律。目前伦敦在航运融资、海事保险、海事仲裁、海损理算等航运金融业上具有无可争议的领先位置;纽约、汉堡在航运融资、船舶融资领域，东京、纽约、汉堡在海上保险领域，香港、新加坡、纽约在航运资金结算及国际航运价格衍生品交易领域，具有全球领先优势。相对而言，近年来我国沿海港口货物吞吐量迅速增加，在全球10大综合港、集装箱港中均占有半壁江山，但航运金融业发展水平较低。为此，国发［2009］19号文件中，把上海国际金融和航运中心建设重点放在了通过航运融资、海事保险、航运交易、航运资金结算等航运金融服务的培育上。近年来，上海决策层也明确提出将上海港的发展重心，从货物吞吐量增加转移到以航运金融为核心的航运服务业培育上。
2．大力发展高技术服务。林绍花(2010)认为实施科技兴海战略，大力发展战略型海洋新兴产业，提升海洋经济的素质和水平必须依靠科技力量［6］。目前，国际上海洋高技术发展有以下五个重点领域，即海洋生物技术、海洋生态系统模拟技术、海洋油气资源高效勘探开发技术、海洋环境观测和监测技术、海底勘测和深潜技术。在这五个重点领域中涉及到高端物流的有海洋环境观测和监测技术、海底勘测两大重点行业，这对于我国发展海洋经济具有重大的支撑作用。高端物流的核心是突出系统整合、优化的理念，对分散的运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能，运用信息技术和供应链管理手段，实现商流、物流、信息流、资金流的有效结合，从而提高效率、优化服务，更加有效地促进区域的分工与协作，形成区域间的交流与互动，协调区域经济与社会的和谐发展。
3．完善海运配套服务体系。在国内、外海运企业和海洋运输产业发展的同时，集国内水运服务企业、国际船舶公司、无船承运业务企业、国际船舶管理公司、外籍航商办事处等多种服务机构或企业于一体的海运配套服务体系也逐渐完善。借鉴国际通行做法，我们应该积极探索海关特殊监管区域的政策和制度创新，完善市场准入机制和政策配套机制，重点发展提供融资咨询、融资担保、结算、通关、信息管理及相关增值服务的供应链管理企业，鼓励引进为电子商务交易提供物流及相关增值业务的综合服务型企业。世界经济发展史表明，一个区域的发展往往依托于一些经济基础较好的点，再通过这些增长点向周围辐射、扩散，从而带动整个区域经济的崛起。目前我国海洋经济中的物流业大部分还处于低端产业，在我国调整产业结构背景下，打造高端物流平台将对海洋经济的发展和产业升级起到极大的促进作用。
(二)以临港经济为依托，打造高端物流平台
物流经济发展规律告诉我们，物流的形成从来都不是孤立的，繁荣的物流背后都有强大的区域经济作后盾。物流业的发展是港口经济和沿海经济发展的重要风向标。大港口只有与大工业相互依托，才能带动区域经济的繁荣，进而激活腹地发达的物流业。因此，打造高端物流平台，实现“原料产地→海洋运输→临港工业制造→多种运输途径→进入不同区域市场”的大生产和大运输相结合的发展模式，将充分利用国外、国内两种资源和两个市场。
1．构建冷链物流平台。目前，在我国海洋水产物流产业发展过程中冷链物流发展滞后已经成为造成物流体系增值服务水平偏低和物流主体发育不良等问题的重要因素。冷链物流是一项系统工程，涉及发改委、农委、交委、商务委、供销社等部门的横向联动以及政府、物流协会、企业的纵向联动。一方面各部门应建立联系协调机制;另一方面政府应制定冷链物流发展的政策和措施，行业协会协助政府发挥桥梁、纽带作用，相关企业合作支持加以运营，合力推动冷链物流的逐步发展。加快发展海洋水产的冷链物流，已成为未来市场不可阻挡的强烈需求和发展趋势。我们应建立以国有企业为龙头、民营企业为支撑，打造全程低温冷链物流体系，在国家政策与市场需求条件的支持下，抓住发展的关键时刻，与国外企业合作，加快冷链物流项目进程，在全国范围内开展冷链食品的运输及下游销售，上台阶、出亮点、增绩效，迅速抢占市场。在构建冷链物流平台的过程中，首先要完善冷链物流标准体系，包括:(1)制订各类海洋水产品原料处理、分拣加工与包装、冷却冷冻、冷库储藏、包装标识、冷藏运输、批发配送、分销零售等环节的保鲜技术和制冷保温技术标准，制定冷链各环节的有关设施设备、工程设计安装标准;(2)围绕海洋水产品质量全程监控和质量追溯制度的建立和发展，制定数据采集、数据交换、信息管理等信息类标准;(3)建立符合国际规范的HACCP、GMP、GAP、ISO等质量安全认证制度和市场准入制度;(4)对于海洋水产品等密切关系居民消费安全的产品，执行国家强制性标准。其次，要打破行业、地域、所有制等方面的限制，合理配置资源和健全经营网络，培育和壮大一批经济实力雄厚、经营理念和管理方式先进、核心竞争力强的第三方冷链物流企业。#p#分页标题#e#
2．构建物流金融平台。我国金融物流市场需求旺盛，国内、外物流企业都力求抓住这一巨大的市场机遇积极开拓自己的金融物流业务。近些年来我国金融物流业务在广度和深度上都发展很快，众多的物流企业和金融机构将金融物流这一理论成果应用于实务，开展了一系列金融物流业务。中储、中外中远物流、广东南储等国内大型物流企业，怡亚通、越海物流、飞马国际等新兴物流企业，UPS、DHL等跨国物流公司在中国金融物流市场已经占据了各自的竞争优势。物流金融是银行热衷开发的信贷产品，是中小企业欢迎的融资渠道，同时给物流企业创造了监管合作的空间，形成多赢的局面。因此，金融物流是有广阔发展前景的。
3．构建物流信息平台。物流信息化将成为物流产业调整与升级的重要内容。现代物流服务已经超出了传统意义上的货物包装、配送、仓储或者寄存等常规服务。由常规服务延伸而出的增值服务正在成为物流发展的新趋势，在此基础上物流信息改造及物流平台建设将涵盖加强物流技术装备的研发与生产，鼓励企业采用仓储运输、装卸搬运、分拣包装、条码印刷等专用物流技术装备;鼓励企业采用集装单元、射频识别、货物跟踪、自动分拣、立体仓库、配送中心信息系统、冷链等物流新技术;以政府部门提供的公共信息服务为支撑，建设区域性电子商务综合平台，加快建立安全、方便的网上支付体系，实现信息互通共享、集中。以企业、产业的信息需求为动力推动公共物流信息平台的建设，建立以物流信息采集、信息传输、信息储存、信息共享和信息使用为核心的标准化、多功能、一体化物流信息处理平台，为各类企业提供物流信息服务，促进物流信息资源共享和物流网络互联互通。
4．构建供应链平台。供应链管理观念的形成和供应链平台的构建将加速物流服务方式向网络化、信息化方向发展。企业物流整合，分离外包速度加快，外包的方式由简单的仓储运输业务向供应链一体化深入，制造业与物流业进一步融合。金融物流就是物流业和金融业融合发展的结果，物流业与其他行业融合发展已经成为物流业发展的新趋势。供应链金融是物流企业与金融机构合作，在供应链运作过程中向客户提供的结算、融资和保险等相关服务的创新业务，其核心是物流融资，即物流企业与银行等金融机构通过合作创新，对供应链上企业资金投放、商品采购、销售回笼等经营过程的物流和资金流进行锁定控制或封闭管理，依靠企业对处于银行和物流企业监控下的商品和资金的贸易流转所产生的现金流实现对授信的偿还。
(三)以临港经济为纽带，促进临海经济与海洋经济联动发展
推动临港经济可持续性发展对于企业开发资源，拓展生存空间具有重要的现实意义。临港经济作为一种现代经济发展服务模式，正在成为未来沿海主要城市经济发展的重点。一些发达国家和地区的实践证明，依托港口发展枢纽经济，对于拉动区域经济发展、增加就业都具有重要意义。随着我国经济的快速发展，可以预见的是在港口和区域经济的快速驱动下，临港经济必将进入一个快速发展的时期。优化的港口效率、环境和服务水平将作为临港经济快速发展的前提条件。优化的航运集疏运体系和航运服务体系，完善的港口联络协调机制，简化的通关流程和促进服务便利化的改革政策等，对进一步提高港口工作综合效能，提升港口集聚和辐射功能，对提高我国港口的国际竞争力和发展临港经济起着重要的推动作用。以临港经济为纽带，大力开发和充分利用保护“岸、滩、岛、景、渔”等资源，坚持海陆统筹、合理布局、增强陆海资源互补性、产业互动性和经济关联性。加快海洋资源综合开发，加强海洋基础设施建设和环境保护，完善海洋公益服务，合理布局发展空间，突出海洋新兴产业的核心地位，把积极培育和发展以港口为中心的海运业、临港工业、海洋渔业、滨海旅游业、海洋高新技术产业五大产业作为我国临港经济与海洋经济联动发展的重要举措。通过以上举措将天然的临海优势尽快转化为现实的海洋经济优势，使海洋经济成为我国经济发展的重要支撑力量和新的经济增长点。
海洋环境观测前景范文6
关键词：纳米高岭土；水泥基材料；工作性；强度；渗透性；SEM；氯离子；RCM
中图分类号：TU52
文献标志码：A
文章编号：16744764（2014）01013008
严重暴雪和特大暴雪将造成交通路网陷于瘫痪状态，为及时通车，传统的氯盐型融雪剂成为融雪的首选材料。然而随着大雪的消融，诸多公路基础设施遭到损坏，融雪剂对公路桥梁等基础设施耐久性的长期负面影响已经引起土木工程界的关注。尽管氯盐类融雪剂对混凝土结构和环境带来巨大的损坏，但从融雪效能、速度、方便快捷到成本效益的比较，目前在世界范围内仍难以取代。
据估算，美国每年因氯盐腐蚀破坏环境的成本占GNP的4%（相当于美国国防开支）；氯盐融雪剂造成哥本哈根地区102座桥中50%出现严重的钢筋锈蚀；法国每年冬季消耗150万 t氯盐类融雪剂，耗资4亿法郎。中国化冰盐使用时间较其他国家短，混凝土结构损坏尚未完全显现；但化冰盐造成北京西直门老立交桥在使用20 a便被迫拆除的工程实例足以给我们警示。据报导，近年来中国冬季融雪剂的用量逐年增加。2001年北京市使用融雪剂1 000 t左右，2002年增至7 000 t；2008年中国南方特大雪灾，仅京珠高速公路洒落近千吨融雪剂；2009年2月北京3场降雪便消耗融雪剂9 000多t；2010年中国遭遇大面积大雪和历史上罕见低温天气，仅1月份北京首场降雪便消耗融雪剂3万t；2011年中国再次大面积遭遇大雪，融雪剂不得不广泛使用。近年来，不少发达国家致力于开发新型环保型融雪材料，但终因价格和适用性等原因无法推广。因此，如何通过提高混凝土材料的抗氯离子渗透特性以从根本上减小或避免其对土木工程的损坏十分重要。
范颖芳，等：纳米高岭土颗粒改性水泥基复合材料的性能
中国正处于经济高速发展时期，诸多耗资巨大的重要构筑物，如跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、海港、近海与海岸工程等已经或正在兴建，其中混凝土结构始终是普遍采用的结构形式。然而，海洋环境、融雪环境中水分和氯离子渗透至混凝土内部将直接导致钢筋锈蚀、混凝土开裂，进一步加速钢筋锈蚀，形成恶性循环致使混凝土结构劣化，甚至引发灾难性事故的工程案例不胜枚举。自20世纪50 年代至今，氯离子在普通混凝土中渗透作用成为普遍关注的课题，学者们在氯离子扩散模型、氯离子渗透预测、裂缝对氯离子渗透影响、荷载对氯离子渗透作用影响等方面开展了广泛的试验研究、理论分析和数值模拟，取得了丰硕的成果。然而，如何从材料层次出发，通过提高材料抗氯离子渗透特性以从根本上改善混凝土结构耐氯盐侵蚀性能的研究尚有待开展。
氯离子在水泥基材料中的扩散性能受水灰比、水泥类型、混凝土配合比、养护条件等诸多因素有关。在实际工程中，在混凝土中掺加不同种类的塑化剂降低混凝土氯离子渗透性，造成材料强度和延性降低。随着纳米技术在土木工程中的应用，学者们对混凝土中掺加纳米SiO2、纳米TiO2、纳米Fe2O3、Al2O3和高岭土颗粒来改善混凝土性能，研究了不同纳米颗粒对水泥基材料增韧机理、物理力学性能等[14]方面的影响。He等[5]研究了蒙脱粘土、SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3等不同纳米颗粒对水泥砂浆抗氯离子渗透性的影响，研究表明当纳米颗粒掺量为水泥质量1%时，蒙脱粘性水泥砂浆28 d氯离子扩散系数最小。另外，Tregger等[6]和Morsy等[7]研究表明纳米高岭土的双层结构能有效阻碍氯离子的渗透。因此，鉴于粘土材料低廉的价格，采用纳米高岭善水泥基材料的氯离子渗透性必将有十分广阔的应用前景。然而，目前有关纳米高岭性水泥基材料氯离子渗透性、纳米高岭土最佳掺量等方面的定量研究成果尚较缺乏。
为了研究高抗氯离子渗透性水泥混凝土，将纳米高岭土掺入水泥基材料，研究纳米高岭土颗粒对水泥基材料氯离子渗透性的改善效果，基于前期有关纳米高岭土在水泥基材料中分散性研究成果[8]，确定了提高水泥砂浆、水泥混凝土氯离子渗透性的高岭土最佳掺量，探讨了高岭性水泥基材料（包括水泥净浆、水泥砂浆和水泥混凝土）工作性、强度和氯离子渗透性；从微观角度揭示高龄土颗粒对水泥基材料性能的改性机理。
1试验部分
1.1主要原料
试验用水泥为小野田PO42.5R普通硅酸盐水泥，其化学成分详见表1。所用纳米颗粒材料为纳米高岭土，是纳米高岭土原矿用破碎机进行粗、中碎以后，采用冲击磨进行一段超细粉碎，然后经煅烧精制而成，其理论化学组成为Al2Si2O5（OH）4 [9]。利用扫描电镜和XRD观测，可以得到纳米高岭土微观形貌（如图1所示），其化学成分和主要技术参数分别列于表1和表2。
