地球海洋与海洋科学技术2Word文档下载推荐.docx

1、从15世纪到18世纪末，自然科学和航海事业的发展，促进了海洋知识的积累。这些海洋知识，以航海探险活动所记述的全球海陆分布和海洋自然地理知识为主。14051433年，中国明朝郑和率领船队7次横渡印度洋；14921504年。意大利航海家哥伦布4次横渡大西洋，并且到达美洲。15191522年，葡萄牙航海家麦哲伦等完成了人类历史上第一次环球航行。17681779年，英国库克在海洋探险中最早进行科学考察，取得了第一批关于大洋表层水温、海流和海深以及珊瑚礁等科学资料。这些活动和成果，不仅弄清了地球的形状和海陆分布的大体形势，而且直接为海洋科学各个主要分支学科的形成奠定了基础。、海洋学的建立和发展时期1、海

2、洋学逐渐形成为一门独立的学科19世纪初20世纪中期是海洋学的建立和发展时期。英国科学家、生物进化论创始人达尔文在18311836年随“贝格尔”号环球航行，并且于1942年出版了珊瑚礁的构造与分布。美国学者莫里于1855年出版的海洋自然地理学被誉为近代海洋学的第一部经典著作。18721876年，英国“挑战者”号考察，被认为是现代海洋科学研究的真正开始，使海洋学从传统的自然地理学领域中分化出来，逐渐形成一门独立的学科。2、海洋学分支学科取得显著进展19251927年，德国“流星”号在南大西洋的科学考察，第一次采用了电子回声测深法，测得7万多个海洋深度数据等科学资料。同时，海洋物理、海洋化学、海洋地

3、质和海洋生物等各个基础分支学科也取得了显著进展。3、现代海洋科学的发展1957年海洋研究科学委员会（SCOR）和1960年政府间海洋学委员会（IOC）的成立，促进了海洋科学的迅速发展。美国的深潜器“的里雅斯特2”号于1960年曾深潜到10919米的海洋深处。美国核潜艇“鹦鹉螺”号于1950年从冰下穿越北极。但是，从技术角度来说，人类要在深海海底上行走，比在月球上漫步还要困难。、现代海洋科学向着动态定量分析发展现代海洋科学对于具体的海洋自然现象或特定海区的研究，正从传统的静态定性描述和简单的因果分析向着动态定量分析发展。海洋科学各分支学科之间、海洋科学与相邻基础学科之间相互结合、相互渗透，并且逐

4、渐形成了一系列跨学科的高度综合性的研究。例如，海洋大气相互作用与长期气候预报、海洋生态系统、海洋中的物质循环和转化、海底构造以及有关海洋与地球的起源、海洋生命起源等这样一些根本课题。20世纪60年代以来，海洋科学中的所有重大进展都与新的观测仪器、研究手段和方法的研制成功，以及广泛而密切的国际合作有关。例如，海洋观测、数据传输、处理系统的应用，航天遥感、遥测技术和水声技术的应用，国际地球物理年、国际印度洋考察、黑潮及邻近水域的合作研究、国际海洋考察十年、全球大气研究计划大西洋热带实验、深海钻探计划以及世界（海洋科学）资料中心的建立等国际性海洋科学研究。、海洋科学的研究方法和理论实现新的突破海洋地

5、球物理探测和深海钻探技术的发展，使海洋科学特别是海洋地质学的研究方法和理论实现了新的突破。例如，被誉为20世纪地球科学最重大成就之一的板块构造理论，主要就是通过对海洋地质和地球物理探测成果的研究建立起来的。三、科技界和政府高度重视海洋科学研究21世纪是海洋开发世纪，发展海洋科学技术，开发利用海洋资源，发展海洋经济，保护海洋环境，加强国家安全和海上生产作业的海洋环境保障能力，已成为沿海国家的基本国策。当代世界，由于以下4个原因，海洋科学研究更加受到世界科技界和各国政府的高度重视：1、海洋是地球气候的调节器海洋是地球气候的调节器，在调节气候变化、维持生态平衡中起着重要的作用。海洋的冷暖，对于全球变

6、化特别是全球气候变化具有重大的影响。2、海洋是研究全球变化和生命起源的主要依据海洋是地球生命的发源地和地球生命的支持系统，也是海洋生态系统演变的记录器，是研究过去全球变化和生命起源的主要依据。3、发展海洋科技是新技术革命的重要内容研究深海、大洋和极地的环境和资源，凭借科技优势圈占海洋战略资源和空间，已成为发达国家综合实力较量的焦点，发展海洋科技已成为世界新技术革命的重要内容。4、海洋对国家安全和可持续发展至关重要海洋是沿海国家的门户，又是通往世界的通道。海洋对沿海国家的安全和可持续发展至关重要。发展海洋科学技术，对确保国家安全、维护国家海洋权益、推动国民经济和社会发展，都具有重要的意义。四、海

7、洋科学研究特点、科学考察是海洋科学研究的基本方法海洋科学具有明显的区域性特征。因此，很难在实验室里对各类海洋现象和过程以及它们之间的相互作用进行精细的实验，也不能只靠数学分析和数学模拟来进行研究，而要充分利用科学设备在自然条件下进行观察研究。直接的观察研究，既可以为实验室研究和数学研究的模式提供确切的科考资料，又可以验证实验室和数学方法研究结论的可靠性。因此，在自然条件下进行长期的、周密的、系统地海洋科学考察，是海洋科学研究的基本方法。、观测仪器和技术设备具有重要甚至决定性作用在海洋科学研究中，海洋观测仪器和技术设备起着重要的作用，有时甚至起着决定性的作用。海水深而广，具有大密度和流动性，给人

8、们直接观测带来极大的困难。从海面向下，深度大约每增加10米，压力就要增加1个大气压。在10000米深处，海水的压力作用可以把潜水钢球的直径压缩几个厘米，人们很难在这样的深处活动。即使在海洋上层，海水处于流动和波动状态，仅靠一个点上的观测资料，也很难说明面上的情况。只有大力发展海洋观测仪器和技术设备，才能获得所需要的大量海洋科学资料，从而以推动海洋科学的发展。20世纪60年代以来，海洋科学的发展表明，几乎所有的重大进展都与观察实验仪器、设备的建造，新技术的发明和应用，观察实验的精度以及数据处理能力的提高等有着紧密的关系。例如，回声探测、深海钻探、放射性同位素和古地磁的年龄测定、海底地震和地热测量

9、等新技术的兴起和发展，对海底扩张说和板块构造说的建立做出了重要贡献。、现代海洋科学的研究体系1、现代海洋科学的研究体系概述在海洋中发生的自然过程，按照其属性，大体上可分为物理过程、化学过程、地质过程和生物过程4种类型。其中，每一类又是由许多个别的过程组成的系统。对这4种类型过程的研究，相应地形成了海洋科学中相对独立的4门基础分支学科，即：海洋物理学、海洋化学、海洋地质学和海洋生物学。随着海洋科学的发展，被揭示的海洋现象越来越多。因此，学科的划分也就越来越细，研究的领域也越来越广。现代海洋科学的研究体系，大体上可以分为基础性科学研究和应用性技术研究两大部分。基础性学科直接以海洋的自然现象和过程为

10、研究对象，探索其发展规律。应用性技术学科研究如何运用这些自然规律为人类服务。2、现代海洋科学的研究体系的划分、海洋科学基础性学科海洋科学基础性学科，是指研究海洋自然现象、变化规律及其与大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用以及与开发、利用、保护海洋有关的知识体系。它包括：物理海洋学、海洋物理学、海洋气象学、海洋生物学、海洋化学、环境海洋学、海洋地质学、海洋地球物理学、海洋地理学、区域海洋学、极地科学等学科。、海洋科学应用性技术海洋科学应用性技术，是研究开发利用海洋资源和保护海洋环境所使用的各种技术方法、技能和设备的总称。海洋工程、海洋矿产资源开发技术、海水资源开发利用技术、海洋生物技术、海洋能开发利

11、用技术、海洋水下技术、海洋观测技术、卫星遥感海洋技术、环境预报预测技术、海洋信息技术和海洋环境保护技术等。此外，还包括：海洋经济、海洋灾害、海洋法规、海洋管理等学科。、海洋科学及其研究对象、方法、意义和目的1、海洋科学及其相关学科海洋科学是一门综合性的自然科学。它不仅涉及数学、物理学、化学、天文、地学和生命科学等基础科学；涉及当代海洋调查研究和海洋资源开发利用的诸多高新领域的技术科学；而且还涉及海洋经济、海洋灾害、海洋法规、海洋管理等社会科学。2、海洋科学的研究对象海洋科学的研究对象，包括占地球表面积71%的广袤海洋以及其底部的岩石圈和其上部的大气圈的方方面面，内容十分广泛和丰富。3、海洋科学

12、的研究方法海洋科学的研究方法，不但包括所有学科的方法和技术，而且还有独特的方法技术，如：海洋调查船、大洋钻探船、打捞船、潜水器以及各式各样的海洋调查设备、仪器和海洋开发技术等。4、海洋科学的研究意义海洋科学的发展水平，已成为体现国家科学技术水平、综合实力和竞争力的重要标志之一，并且能够为发达海洋国家经济社会发展提供重要的支撑。在海洋中发生的各种自然过程，在不同程度上与大气圈、岩石圈和生物圈都有耦合关系，并且与全球构造运动以及某些天文因素密切相关。这些自然过程本身也互相制约，彼此间通过各种形式的物质和能量循环结合在一起，构成一个具有全球规模的多层次的海洋自然系统。正是这样一个庞大而复杂的系统决定

13、着海洋中各种过程的存在条件，制约着它们的发展方向。海洋科学的研究目的，就在于通过观察、实验、比较、分析、综合、归纳、演绎以及科学抽象方法，研究庞大而复杂的海洋自然系统，认识海洋中各种自然现象和过程的发展规律，并且利用这些规律为人类服务。第二节 国际海洋科学技术发展现状与趋势近年来，在国际海洋组织和沿海国家政府的推动以及全球海洋科学家的共同努力下，海洋科学技术取得了重大进步，加深了对海洋的科学认识，促进了经济繁荣和社会进步。当今世界，随着人们对资源、环境、人口三大问题认识的提高和海洋科学技术支撑体系的逐步建立，海洋已成为全球竞争的大舞台。海洋科学技术不仅成为全球经济社会发展的基础资源，也将成为人

14、类进一步认识海洋、开发利用海洋和保护海洋的重要支撑。一、海洋科学发展现状与趋势、海洋科学发展现状1、国际大型海洋科学计划的实施国际大型海洋科学计划的实施，推动了海洋科学迅速发展。其中包括：世界海洋环流实验（WOCE）；热带海洋与全球大气（TOGA）；全球海洋通量联合研究（JGOFS）；海岸带海陆相互作用研究（LOICZ）；上层海洋与低层大气（SOLAS）；全球海洋生态系动力学研究（GLOBEC）；北极在全球变化中的作用（ACSYS）。这些国际大型海洋科学计划的实施，推动着海洋中物理过程和生物化学过程以及海气、海陆相互作用研究的深入发展；促进了海洋古环境研究和古海洋学的诞生；并且催生了国际海洋全

15、球变化研究（IMAGES）计划的大洋钻探计划（ODP）；为海洋科学开拓了许多崭新研究领域，包括大洋中脊计划（Inter Ridge）、海洋科学与生物资源（OSLR）、赤潮的生态与海洋学（GEOHAB）、以及为海洋科学提供丰富宝贵资料的全球海洋观测系统（GOOS）。围绕深海科学钻探、大洋中脊计划的实施，在大洋底、热液喷泉周围和沉积物中发现了无数新的物种。对于这些在极端环境下的生命现象和生命过程的研究，正在成为生物海洋学的研究热点和难点。这些科学探索，代表了世界海洋科学技术的前沿和发展方向，给海洋科学带来了空前发展的机遇和挑战。2、海洋开发与海洋权宜之争海洋开发与海洋权宜之争，推动了沿海国家“区域

16、海洋学”的调查研究。1994年11月，在联合国海洋法公约生效以后，沿海国家都在主张扩大本国管辖海域，争夺新的海洋资源，调整和重新制定海洋发展战略和政策，以利用新的国际海洋法制度来满足自己国家的权益需求。美国在1990年发表的90年代海洋科技发展报告中提出，要“保持和增强在海洋科技领域的领导地位”。2004年，美国又出台了21世纪海洋蓝图，公布了美国海洋行动计划。加拿大在2002年制定了加拿大海洋战略。日本在1997年制定的日本海洋开发推进计划和海洋科技发展计划的基础上，于2002年8月，又制定了新世纪日本海洋政策基本框架，其目的在于21世纪实现“海洋科技大国”的目标。2004年，日本又发布了一

17、部海洋白皮书，提出对海洋实施全面管理。2001年7月，俄罗斯总统普金批准了俄罗斯联邦至2020年期间的海洋政策，强调加强海洋科技活动和海洋军事科学研究，以实现并且保护俄罗斯联邦的海洋权益，巩固其世界海洋大国地位。2007年7月，俄罗斯载人潜水器潜入北冰洋海底，并且在北极海底插上了特制的俄罗斯国旗。韩国也制定了21世纪海洋战略，提出通过“蓝色革命”实现海洋超级强国的梦想。各沿海国家竞相提出发展海洋经济计划，开发利用海洋资源、发展海洋产业已成为世界高技术竞争的焦点。、海洋科学发展趋势当前，国际海洋科学技术围绕全球重大环境问题、经济社会发展和国家安全的重大战略需求，其发展呈现出以下趋势。1、研究重点

18、趋势研究重点趋向于资源、环境、气候等与人类生存发展密切相关的重大问题。例如，陆海相互作用（LOICZ）中的陆地海洋大气之间的物理通量研究；海岸带物质传输和蓄积能力研究；外界环境变化对海岸带的影响研究；海岸综合管理与合理利用问题研究等。一些重大综合性海洋科学研究计划的实施，催生了一些新的海洋科学研究领域，带动了海洋高技术的重大突破。2、研究内容和方法趋势研究内容和方法趋向于多学科交叉、渗透和综合。例如，环境海洋学几乎包括了海洋科学的各个分支学科，尤其是海洋生态环境、海洋环境化学、海洋地球化学、海洋环境物理学等等。与社会科学的交叉研究，也将成为新的特色，海洋人文科学正在崭露头角。3、研究方式趋势研

19、究方式趋向于全球化和国际化。由于地球海洋广袤辽阔和相互连通以及海洋现象的错综复杂，因而一些战略性、前沿性的海洋科学课题必须从全球的观点和高度，采用国际合作方式组织研究和开展综合调查。4、研究手段趋势研究手段趋向于不断采用高技术，并且向全覆盖、立体化、自动化和信息化方向发展。由在海洋表面、海水中、海底、海岸和海洋上空设置的各类高新技术观测仪器和观测手段组成的观测网，对海洋实施全天候观测，已成为各国的普遍做法。5、宏观方向和微观方向同时发展海洋科学研究已形成向着宏观方向和微观方向同时发展的局面。在宏观上，着重围绕全球和区域尺度的科学问题展开，进行系统性调查和建模，并且借助大型计算机进行模拟和预测。

20、在微观上，借助新型观测和实验手段，进行机制方面的研究，揭示一些新的自然现象。6、深海大洋和近海研究齐头并进深海大洋调查观测技术的不断发展和改进，形成了深海大洋和近海研究齐头并进的局面。深海大洋调查和观测将继续受到重视，海底科学将成为热点学科之一。二、海洋技术发展现状与趋势、海洋技术发展现状海洋技术包括：海洋环境立体监测与环境预测预报技术、海洋工程技术、海洋资源勘查与开发利用技术、海洋信息技术。1、海洋环境立体监（观）测技术包括：卫星和飞机遥感监测、水面和水下定点或移动平台观测、岸基台站观测、多平台集成观测等技术。海洋观测高技术的发展，使海洋观测获得全天候、长时间序列的科学资料成为可能。、卫星遥

21、感海洋观测技术美国、前苏联、日本、欧洲空间局等相继发射了一系列海洋卫星。目前，以海洋观测为主的在轨卫星已有30多个。遥感海洋监测与现场海洋监测手段相结合，已能够全覆盖地监测太阳辐射、海面风应力和风向、降雨量、海表面温度、海洋水色、海流、海面高度、表层热通量和其它衍生量。、水下移动观测技术水下观测AUV、水下滑翔器AUG、自持式剖面探测漂流浮标，被认为是现代海洋环境监测的标志性技术装备。它们与卫星观测、锚系浮标和潜标、定点观测相结合，形成了海洋环境立体监测能力。、深海观测技术深海定点长期观测是现代海洋观测技术发展的重要特点。日本为观测和研究地震，以日本东京大学为主，建立了ARENA海底地震观测网

22、，沿日本海沟、跨越板块边界的光/电缆连接地震观测网。目前，正在向地震学、海洋学、生物学等多学科观测和研究方向发展。连接的仪器和传感器包括地震仪和海啸传感器及其它物理、化学传感器。东北太平洋海底观测系统（海王星计划），设置在水下大约3000米的海床上，可以长期观测海洋内部和海底的各种物理、化学、生物、地质过程，可以进行几十年的海洋学、板块地壳构造过程研究。该系统于1998年开始策划，计划2007年实施运行。2007年4月，美国加州蒙特雷湾海洋科学观测站，完成了电力和通讯两用光缆的铺设。设置有多种物理、化学、生物、地质观测仪器、摄像机以及观测型AUV，实现了海洋过程、海洋生物、海底地质的长期、实时

23、、连续、自动观测。该系统设计寿命期为25年。、多平台集成观测技术国际海洋组织，在全球海洋观测系统（GOOS）框架下，又推出了全球海洋观测系统的沿海部分（C-GOOS）、全球海洋碳观测系统（GOCOS）、热带印度洋观测系统（IndOOS），并且将这些系统纳入集成的全球观测战略（IGOS），与 GOOS和GCOS（全球气候观测系统）一起，又纳入全球对地观测系统（GEOSS）。、海洋环境预测预报和警报技术美国的海洋环境预测预报能力代表世界先进水平。除了NOAA开发的环境预报产品以外，美国海军还开发了“模块化海洋数据同化系统”（MODAS）、“分层海洋模型”（NLOM）、“海洋大气耦合中尺度预测系统”

24、（COAMPS）。2、深海油气资源开发平台技术海洋油气资源开发平台技术是海洋工程的核心技术之一，与钻井、测井技术装备一起，构成海洋油气资源勘探开发的关键技术装备。世界海洋油气资源开发的重点在3001500米水深的深海和1500米以上的超深水海域。深海油气探明储量已占海洋油气探明储量的65%以上，约为500亿桶油当量；未发现的潜在海洋油气资源量约为1000亿桶油当量。、深海油气平台技术深海油气勘探开发的主要海域是墨西哥湾、巴西的坎波斯盆地、西非的安哥拉、英国的北海。钻探井平台是深海油气资源开发的关键技术装备。目前，钻井平台已形成张力腿平台（TLP）、深吃水立柱式平台（SPAR）、半潜式平台（SE

25、MI）和顺应塔式平台（CTP）等多种深水平台系列。截至到2005年12月，各种平台的最大应用水深记录为：深吃水立柱式平台1710米；张力腿平台1425米；顺应塔式平台535米；半潜式平台2438米。、平台定位技术平台定位技术是平台工程的关键技术之一。目前，国外海上工程深水作业能力为：工作水深达3000米，最大起重能力14000吨，水下焊接深度400米，水下维修深度2000米。深水勘探钻井船最大工作水深已达6000米。3、深潜器技术深潜器技术可分为：载人深潜器（Human Occupied Vehicle，HOV）、遥控深潜器（Remotely Operated Vehicle，ROV）、自治式

26、深潜器（Autonomaus Underwater Vehicle，AUV）以及混合型深潜器。、载人深潜器（HOV）技术目前，全世界HOV总数为200多艘。但是，可潜入6000米以深的只有5艘；正在研建的有3艘，包括中国正在研建的“海极1号”。日本的“深海6500”号最大潜深为6500米，可到达全球99%的洋底。俄罗斯的“和平号/”（Mir /）最大下潜深度纪录是6172米，是世界上唯一一对可以相互配合作业的载人深潜器。、遥控深潜器（ROV）技术目前，全世界无人遥控深潜器已超过1000艘。其中，有一半以上直接用于海上油气工程。潜深大于5000米的ROV不超过10套。真正能够制造深海ROV的国家

27、只有美国、日本、法国、加拿大和俄罗斯。日本的“海沟号”最大潜深11000米。、自治式深潜器（AUV）技术世界上研制AUV的国家有：美国、法国、挪威、德国、加拿大、日本、中国、韩国。国际上现有设计工作深度6000米的AUV共有5艘，即：美国的AUSS号、俄罗斯的MT-88、法国的OLA2和中国的CR-01、CR-02。美国WHOI新建造的“岗哨号”（Sentry）将于2008年初移交使用，并且取代“自治式海底探测者号”（ABE）。、军用AUV技术美国海军研制的AUV主要用途包括：水雷探测、目标检测、情报收集、军事海洋学应用四个方面。4、海底矿产资源勘查与开发技术、深海油气资源勘查技术关键是数字地

28、震技术和钻井、测井技术。数字地震包括三维地震、多波多分量地震、高分辨率地震以及相应的处理解释系统。当前，重点发展海底地震拖缆（OBC）排列组成的多波多分量地震勘探系统及相应的数据处理和解释方法。美国和巴西是世界上深海油气资源勘探开发技术的发达国家，近年来计划发展3000米深海油气开发技术。、天然气水合物资源勘探技术目前，美国、日本、加拿大、英国、挪威、印度等国家在这一领域处于领先地位。日本完成了周边海域可燃冰调查和勘探，期望2010年投入商业开采。美国希望2015年在海床或永久冻土带投入可燃冰商业开采。组合地震勘探技术和水合物岩芯保真取样技术，是目前天然气水合物勘查的主要方法。、深海底金属矿产

29、资源勘查开发技术当前，重点是金属热液硫化物矿床的勘查、采样和评估技术。大范围的资源调查仍然主要依靠船基探测设备，包括：深海拖体系统（重力、磁力、多波束测深、浅地层剖面、电视摄像、海底照相等）、电视抓斗设备、浅地层柱状取样设备等。、深海矿产资源开采技术欧洲、美国、日本、印度等国家的多金属结核采矿设备已分别进行了水深1000米、2000米和5500米的深海底采矿试验。印度海底采矿车计划于2008年进行6000米海试。在多金属硫化物开采技术方面，澳大利亚已经圈定了一个块状富含金、铜、锌的硫化物矿床，并且期望在2010年前能够进入试验性采矿阶段。5、海洋生物资源开发技术、海洋水产品育种技术世界上主要发达国家都纷纷将经济海洋生物的遗传育种研究列为重点发展方向。水产育种技术已成为支撑海洋农业健康持续发展的关键因素之一，并且启动了一批重大研究计划。、海水养殖技术设施渔业和工程化养殖是海水养殖关键措施之一。欧洲、美国、日本等国家的工程化养殖基础理论与技术已日趋成熟。日本东京大学开发出一种全新的鱼类“封闭环境养殖”方式，为将来空间站养鱼、改善航天员饮食结构开辟