海洋监测技术7.3 赤潮应急监测

7.3赤潮应急监测“赤潮”，被喻为“红色幽灵”，也称为“有害藻华”，赤潮又称红潮，是海洋生态系统中的一种异常现象。赤潮：是在特定的环境条件下，海水中某些某些浮游生物或细菌在一定环境条件下，短时间内爆发性增殖或高度聚集，引起水体变色，影响和危害其它海洋生物正常生存的灾害性海洋生态异常现象。7.3.1术语赤潮生物：能够大量繁殖并引发赤潮的生物称之为赤潮生物。赤潮生物包括浮游生物、原生动物和细菌等，其中有毒、有害赤潮生物以甲藻类居多，其次为硅藻、蓝藻、金藻、隐藻和原生动物等。赤潮毒素：由有毒赤潮生物产生的天然有机化合物。危害性较大的几种毒素分别是麻痹性贝毒（PSP）、腹泄性贝毒（DSP）、神经性贝毒（NSP）、西加鱼毒素（CFP）、失忆性贝毒（ASP）和蓝细菌毒素（蓝藻毒素，CTP）等。由于城市工业废水和生活污水大量排入海中，使营养物质在水体中富集，造成海域富营养化。此时，水域中氮、磷等营养盐类；铁、锰等微量元素以及有机化合物的含量大大增加，促进赤潮生物的大量繁殖。

7.3.2赤潮发生的原因海水富营养化是赤潮发生的物质基础和首要条件赤潮检测的结果表明，赤潮发生海域的水体均已遭到严重污染，富营养化。氮磷等营养盐物质大大超标。据研究表明，工业废水中含有某些金属可以刺激赤潮生物的增殖。在海水中加入小于3mg/dm3的铁螯合剂和小于2mg/dm3

的锰螯合剂，可使赤潮生物卵甲藻和真甲藻达到最高增殖率；相反，在没有铁、锰元素的海水中，即使在最适合的温度、盐度、pH和基本的营养条件下也不会增加种群的密度。

其次一些有机物质也会促使赤潮生物急剧增殖。如用无机营养盐培养简裸甲藻，生长不明显，但加入酵母提取液时，则生长显著，加入土壤浸出液和维生素B12时，光亮裸甲藻生长特别好。海水的温度是赤潮发生的重要环境因子，20-30℃是赤潮发生的适宜温度范围。科学家发现一周内水温突然升高大于2℃是赤潮发生的先兆。水文气象和海水理化因子的变化是赤潮发生的重要原因海水的化学因子如盐度变化也是促使赤潮生物大量繁殖的原因之一。盐度在26-37的范围内均有发生赤潮的可能，但是海水盐度在15-21.6时，容易形成温跃层和盐跃层。温、盐跃层的存在为赤潮生物的聚集提供了条件，易诱发赤潮。由于径流、涌升流、水团或海流的交汇作用，使海底层营养盐上升到水上层，造成沿海水域高度富营养化。营养盐类含量急剧上升，引起硅藻的大量繁殖。这些硅藻类又为夜光藻提供了丰富的饵料，促使夜光藻急剧增殖，从而又形成粉红色的夜光藻赤潮。据监测资料表明，在赤潮发生时，水域多为干旱少雨，天气闷热，水温偏高，风力较弱，或者潮流缓慢等水域环境。随着全国沿海养殖业的大发展，产生了严重的自身污染问题，使赤潮发生的频率增加。由于养殖技术陈旧和不完善，往往造成投饵量偏大，池内残存饵料增多，严重污染了养殖水质。另一方面，由于虾池每天需要排换水，所以每天都有大量污水排入海中，这些带有大量残饵、粪便的水中含有氨氮、尿素、尿酸及其它形式的含氮化合物，加快了海水的富营养化，这样为赤潮生物提供了适宜的生物环境，使其增殖加快，特别是在高温、闷热、无风的条件下最易发生赤潮。海水养殖的自身污染亦是诱发赤潮的因素之一1.赤潮灾害2007年我国海域共发现赤潮82次，其中渤海7次，黄海5次，东海60次，南海10次，累计面积约11,610平方公里，直接经济损失600万元。其中有毒赤潮生物引发的赤潮为25次，面积约1,906平方公里。图1

2007年各海区赤潮发现次数8.3.3赤潮的灾害与防治图2

2007年各海区赤潮面积统计图3

发生在天津北塘、汉沽附近海域的赤潮主要赤潮事件：

●2月6日～15日，广东汕头澄海、濠江和南澳岛周边海域发生赤潮，最大面积约55平方公里，主要赤潮生物为球形棕囊藻。

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6月11日～13日，福建省平潭东澳一级渔港码头西面海域及平潭龙王头海域发生小面积赤潮，主要赤潮生物为米氏凯伦藻，海水养殖直接经济损失约为500万元。

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6月27日～30日，浙江省韭山列岛东部海域发生赤潮，最大面积约400平方公里，主要赤潮生物为中肋骨条藻。

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7月10日～16日，江苏省连云港市海州湾海域发生赤潮，最大面积约400平方公里，主要赤潮生物为海链藻。

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7月23日～8月6日，浙江舟山朱家尖东部海域发生赤潮，最大面积约700平方公里，主要赤潮生物为扁面角毛藻。

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8月21日～24日，辽东湾芷锚湾近岸海域发生赤潮，最大面积约400平方公里，主要赤潮生物为链状裸甲藻、柔弱菱形藻。

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8月24日～28日，浙江洞头海域发生赤潮，最大面积约600平方公里，主要赤潮生物为中肋骨条藻。

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9月7日～21日，广东省汕尾港区及附近海域发生赤潮，最大面积约30平方公里，主要赤潮生物为棕囊藻，直接经济损失100万元。

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9月29日，浙江韭山列岛、南田岛外海域发生赤潮，最大面积约2,000平方公里，舟山东北部海域外，衢山以东至浪岗山列岛之间海域，面积450平方公里，主要赤潮生物为中肋骨条藻。

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11月9日～22日，天津北塘、汉沽附近海域发生赤潮，最大面积约80平方公里，主要赤潮生物为浮动弯角藻。赤潮是袭扰许多沿海国家的一种新的海洋灾害，已引起沿海国家的高度重视，有的国家已严格控制污水和污染物的入海量，取得比较明显的效果。2.赤潮的防治从现有条件看，一旦大面积赤潮出现后，还没有特别有效的方法加以制止，对于一些局部小范围防治赤潮的方法，虽实验过多种，但效果还不够理想。主要是利用化学药物(硫酸铜)杀灭赤潮生物，但效果欠佳，费用昂贵，经济效益和环境效益均不太好；有的采用网具捕捞赤潮生物，或采用隔离手段把养殖区保护起来；有的正在实验以虫治虫的办法，繁殖棱足类及二枚贝来捕食赤潮生物等等。从发展趋势看，生物控制法，即分离出对赤潮藻类合适的控制生物，以调节海水中的富营养化环境将是较好的选择。日本科学家发现人工养殖的铜藻藻体、江篱藻体等海藻在茂盛期，可以大量吸收海水中的氮和磷，如果在易发生赤潮的富营养化海域，大量养殖这些藻类，并在生长最旺盛时及时采收，能较好的降低海水富营养化的程度。

此外利用动力或机械方法搅动底质，促进海底有机污染物分解，恢复底栖生物生存环境，提高海区的自净能力，也是一种比较好又实用的方法。利用粘土矿物对赤潮生物的絮凝作用，和粘土矿物中铝离子对赤潮生物细胞的破坏作用来消除赤潮，也取得了很好进展，并有可能成为一项较实用的防治赤潮的途径。当然，开展赤潮有关形成机理和预测、防治应用技术的研究，是标本兼治的良策。目前，赤潮对生物资源的影响已成为联合国有关组织所关注的全球性问题之一，已召开多次国际性赤潮问题研讨会，制订出长期研究计划，重点是赤潮发生机制、赤潮的监测和预报，以及治理赤潮的方法等。目前，在防范赤潮方面：建立赤潮防治和监测监视系统，对有迹象出现赤潮的海区，进行连续的跟踪监测，及时掌握引发赤潮环境因素的消长动向，为预报赤潮的发生提供信息；对已发生赤潮的海区则采取必要的防范措施。加强海洋环境保护，切实控制沿海废水废物的入海量，特别要控制氮、磷和其他有机物的排放量，避免海区的富营养化，是防范赤潮发生的一项根本措施。此外，避免养殖废水污染海区，很多养殖场已建立小型蓄水站，以淡化水体的营养，在赤潮发生时可以调剂用水，与此同时，改进养殖饵料种类，用半生态系养殖方法逐步替代投饵喂养方式，以期自然增殖有益藻类和浮游生物，改善自然生态环境。7.3.4赤潮的监视监测常用的方法有：卫星分析法现场快速仪器分析法实验室法

主要现场监测内容包括：

（1）赤潮灾害发生时间、地点、面积（范围）；

（2）赤潮发生海域内各项水文、气象、理化和生物指标的变化情况；

（3）赤潮生物种类与毒性，赤潮区域内藻类、贝类和鱼类的毒素含量。

7.3.4.1现场监测

主要预测内容包括：

（1）赤潮灾害发生地点、面积、海区气象、海况等，评估赤潮灾害的可能规模，初步预测赤潮灾害的发展趋向；（2）赤潮灾害是否对生态敏感区如浴场等造成的影响；（3）赤潮灾害是否对公众健康构成威胁；（4）赤潮灾害是否对养殖区环境状况和海产品质量构成威胁。7.3.4.2分析预测

7.3.4.3海洋赤潮卫星遥感监测系统目前赤潮遥感监测的卫星数据主要有两类:二是水色卫星数据，主要用其可见光数据，以建立叶绿素模型，进而探测海表浮游生物。一是气象卫星类，使用其主要的海表温度数据，用于探测赤潮的环境温度，可见光波段用于辅助分析。赤潮遥感探测模型主要由三部分构成:

赤潮判别模型，通过遥感手段判别赤潮的范围和浮游植物细胞增殖速率。赤潮环境要素遥感模型，包括SST（冬季、夏季模式）模型、SDD模型和SPM模型（总悬浮物、无机悬浮物和有机悬浮物等），建立了赤潮海表温度判别模型。赤潮生物学要素遥感模型，如浮游植物细胞数遥感模型和叶绿素a差值法和比值法模型，基本完成了MODIS叶绿素荧光高度模型，得到了叶绿素荧光峰高度随赤潮条件下高叶绿素浓度的变化规律；海洋水色遥感已成为赤潮探测与监测的重要技术手段之一。中国高度重视海洋赤潮的减灾防灾工作，海洋赤潮灾害监测已由单一陆地水面监测，走向卫星遥感监测、航空遥感监测、海上浮标和海床基监测、船舶监测以及岸基站等多种手段立体监测的新阶段。利用卫星遥感监测海洋赤潮利用卫星遥感监测海洋赤潮是一种可行的方法。赤潮生物主要是浮游藻类（如甲藻类、硅藻类、鞭毛藻类、夜光藻类等），其细胞壁含叶绿素和类胡萝卜素等，因而赤潮的反射光谱与背景（海水）是不一样的，这是从遥感图像上判断是否赤潮的根据。然后可在遥感图像上圈定赤潮的范围并根据像元多少测定其面积。我国科研部门曾利用陆地卫星的TM图像对渤海赤潮进行了监测和研究，发现赤潮区的光谱特征是藻类生物体、泥沙和海水的复合光谱。含悬浮泥沙的海水，在可见光的红、黄范围具有很高的反射率，但到红外波段就急剧下降。含赤潮的海水，TM3波段的数值比含泥沙的海水稍低，TM4波段下降平缓，到TMS波段才急剧下降。赤潮区海水与含泥沙的海水在TM图像中的差异，主要是在TM3和TM4波段。根据这一规律，利用TM图像就能及时准确地监测赤潮了。建立赤潮实验室提升海洋赤潮监测技术

成立的实验室主要研究赤潮的立体监测、预警报警及应急管理技术。研究内容包括赤潮生态环境要素监测技术、赤潮生物及毒素检测技术、赤潮遥感监测技术、赤潮立体监测系统集成技术与标准规范、赤潮数值模拟预警报及预测技术、赤潮应急保障业务化系统技术、赤潮生态环境安全影响评估与防治技术等.建立海洋赤潮灾害重点实验室，开展以赤潮立体监测技术、赤潮预警报及应急管理系统技术为重点的研究与应用示范工作，是加强中国海洋生态环境保护工作的需要，对整合提升中国海洋赤潮监测技术的研究与应用水平具有重要意义。

赤潮灾害环保应急预案

建立灾害性赤潮灾害应急反应机制，最大限度地减轻赤潮灾害造成的经济损失和对人民身体健康、生命安全带来的威胁。赤潮应急工作程序

各级海洋环境监测机构、海监队伍等一旦发现赤潮发生迹象，立即向同级或当时所能送达信息的海洋行政主管部门报告赤潮发生信息。该海洋行政主管部门可直接委派（所属）海洋环境监测机构或海监队伍赶赴赤潮发生海域，确认赤潮发生信息，也可通知赤潮所在海区或省级海洋部门，由其负责赤潮信息现场确认。赤潮信息一经确认，随后的赤潮应急处置将根据赤潮面积、毒性和造成影响，分三级予以处置.目前主要采用海洋卫星遥感监测赤潮：海水水色图叶绿素浓度图海洋表面温度图7.3.4.4赤潮监测的现状与构建赤潮预警预报网络一、赤潮监测方法现状二、存在问题

水色：赤潮可以被多种浮游植物或浮游动物所引发，有一些赤潮不会引起水色上的变化

。

叶绿素：藻类引起的赤潮会伴随海水叶绿素浓度的升高，但是原生动物引起的赤潮不会有此种变化。

表面温度：赤潮会引起海洋表面温度的上升，但洋流等许多其他因素同样会引起这种现象。鉴于赤潮发生区域与正常海水在光谱特性曲线上的明显差异，使用中、高光谱分辨率遥感卫星影像，配合光谱识别和波谱角分类技术进行专题图制作，将会从理论上解决各种不同赤潮的识别与监测问题，并减少误判与漏判的可能性。三、解决措施赤潮形成的机理复杂，目前尚无十分有效的方法防治赤潮的发生，只能通过监测和预报的手段来减少赤潮带来的危害。如何综合利用以上各种方法建立点、线、面全方位的赤潮预警预报网络对于研究防控和治理赤潮灾害，保护人民生命财产安全具有十分重要的意义。四、构建赤潮预警预报网络根据赤潮发生期间藻类的变化特点，可将其分为4个阶段：起始阶段、发展阶段、维持阶段和消亡阶段。每阶段根据藻的产生、增殖、消亡产生了许多的色素，其中叶绿素是最重要的色素，赤潮在发生和形成过程中发生突变的要素有：水温（T）、盐度（S）、溶解氧（DO）、pH、营养盐（P，N）、叶绿素、藻类、生物耗氧量、化学耗氧量和微量元素等。所以叶绿素的变化是赤潮预警预报的重要指标。

国内外监测赤潮的方式多种多样，综合而论主要分为：点式、线式、面式三类，三类监测方法在赤潮监测预报方面各有其优缺点。构建赤潮预警预报网络可使用的监测方式（1）实验室分析法采样人员到事先选定有代表性的点位采集实验所需的样品，在实验室对大量的水样进行分析。实验室法结果虽然准确但需要定点采样、化学分析、人工处理，存在速度慢、效率低和成本高等问题，不能满足快速监测大面积水域的要求，严重影响了对灾害预测的反应时间。但由于实验室法不但可以判断赤潮的发生、发展、维持和消亡的阶段性特征，还能判断引发赤潮的藻类的种类，是预警预报网络对于研究防控和治理赤潮灾害不可缺少的手段。1、点式监测法（2）泵汲式自动水质监测站

通过在岸边设立的水质自动监测系统，自动采集水样进行在线分析、记录并可以通过设定报警系统，在赤潮发生迹象出现之前提前报警。泵汲式自动水质监测站其特点是：投资少、风险小、速度快、在线分析报警。但由于泵汲式自动水质监测站只能在岸边设立，受地形和自然环境的影响颇多，而且不具备近岸海域水质的典型性。只适用于河口和排污水口等场合。（3）水质监测浮标系统在经常发生赤潮或易被污染的海域投放多个水质浮标系统，它可以连续监测多项赤潮预警预报的参数，并通过无线通讯的方式向监测中心站提供测量的数据，实现在线实时监测。水质浮标系统其特点是：速度快、可回收、在线分析报警。但由于受到自然环境条件和人为因素的制约，极易受损导致成本昂贵，适用于便于管理且风浪较小的区域。

现场监测快速测定分光光度计

在船只上安装现场监测快速测定分光光度计，实现监测水域点与点之间的时时监测。三道光谱的测定向下照射的辉度,天空辉度(海面入射光)向上的辉度,海面辉度(海面反射光)向下的照度,天空照度(全体的明亮度)TriOS采样点2、线式监测法其特点是速度快、操作简便、成本低、不受自然环境和人为因素的影响、可与地域性轮船交通合作进行每天多频次的监测。此方法较为适用于近岸海域的赤潮预警预报工作。但还不能满足大面积水域赤潮预警预报的工作，有一定的局限性。

（1）机载激光雷达遥感监测法

指应用基于机载的航空海洋遥感探测的新技术，通过探测海水温度和赤潮藻散射系数等参数，实现对重点水域的监视、应急、跟踪监测工作。其特点是速度快、反应快、能进行大范围监测并能对赤潮的扩散情况进行跟踪监测，但也有着成本高、设备复杂、受天候影响大等不利因素的制约。3、面式监测法（2）卫星遥感监测法

卫星遥感技术进行监测，具有实时性、大尺度、快速、长时间连续监测的特点，这是其他监测方法所不可比拟的优点。但是采用卫星遥感监测，所需要的设备较复杂、成本高、不能全天候工作。此外，由于其空间分辨率较低，对小尺度赤潮的监测十分困难。卫星遥感图赤潮的监测方式多种多样，且每种监测方法在实现赤潮预警预报的工作中都有其各自的优点和局限性。点式监测法准确但由于受人力、物力等的制约，其预警预报的功能受到了一定的制约，代表性不足。线式监测法高效、便利、全天候但还是不能满足大面积水域赤潮预警预报的需求。面式监测法大尺度、快速但受到自然条件及自身遥感分辨率的局限，对小尺度赤潮的预警预报精确度并不高。海洋卫星-在海洋赤潮监测和预警方面成果2002-2004年，利用HY-1A卫星数据并结合其它相关资料，对发生在渤海、黄海、东海近24次赤潮实施预警和监测，累计发布卫星赤潮监测通报20期，为我国海洋防灾减灾提供了重要的信息服务，并为海洋环境保护与管理提供了科学依据。海洋一号卫星发现的渤海赤潮海洋一号卫星监测到的东海赤潮HY-1A卫星辽东湾发现赤潮，绿色条状为赤潮区（1、2处为赤潮）HY-1卫星水色扫描仪在长江口发现赤潮遥感实况红色点为遥感反演得到的赤潮区在河口、入海口、排污水口设立泵汲式自动水质监测站，在常发生赤潮或易被污染的海域投放水质浮标系统、与轮渡船只联系，在常行驶与赤潮多发海域的船只上安装现场监测快速测定分光光度计，在赤潮多发季节应用机载的航空海洋遥感探测技术和卫星遥感技术在敏感区域进行遥感监测，并在疑为发生赤潮的区域进行人工定点采用工作，确定赤潮发生与否、赤潮所处的阶段、引起赤潮的种类等。通过整合点式监测法、线式监测法、面式监测法的优点，统筹考虑，构建适合我国的点、线、面三位一体的赤潮预警预报网络，预警预报赤潮的发生时间和发展状况，保护人民生命财产安全。五、赤潮监测与防灾减灾体系赤潮监测预警

：通过卫星遥感、航空遥感、海洋环境监测站监测等途径，及时掌握赤潮发生区、可疑区、中心经纬度、边界坐标和赤潮面积等信息。赤潮应急响应

：发现赤潮时，开展应急监测、启动赤潮防灾减灾应急计划，开展现场监测，获取赤潮发生地点、范围、赤潮生物种类及密度、贝毒种类等信息，并向有关部门发出预警。同时根据赤潮应急跟踪监测所获信息、赤潮相关海洋环境要素预报、航空／卫星遥感资料等，对已爆发的赤潮进行漂移路径、消长趋势的预测预报。赤潮毒素监测：加强水产品市场管理和海产品卫生检疫，禁止受污染而死亡的鱼、虾、贝类上市