海洋是高质量发展的战略要地。中央财经委员会第六次会议强调,推动海洋经济高质量发展,要加强海洋生态环境保护,接续实施重点海域综合治理。

　　大海的健康,关乎生态平衡,关乎海洋经济高质量发展。湛蓝海水,水质如何变化?海水之下,浮游生物是否异常生长?海陆界面,碳氮如何循环?……厦门大学海洋监测与信息服务中心(以下简称MMIS)专注于立体监测、精细化模型和大数据信息化等技术创新,对大海进行“把脉问诊”,对陆海统筹实施“健康管理”,以河海同治赋能美丽海湾建设。

　　2025年6月,“开云电竞官网闽江口碳氮通量智能监控系统(ECOFIMS)”在福州投入试点应用。该系统由MMIS团队自主研发,是我国首个无人值守、自动化运行的河口碳氮通量实时监测系统。

　　近日,记者来到MMIS中心,打开ECOFIMS界面,闽江口断面的总有机碳、总氮通量等实时数据和统计图表一目了然。

　　碳氮通量,是指通过某个断面的碳、氮元素总量。为什么要在河口区域测算碳氮通量?

　　MMIS执行主任、福建省海陆界面生态环境重点实验室主任、厦门大学环境与生态学院教授陈能汪告诉记者,河口区域是河流与海洋交汇的地方,也是陆源物质向海洋输送的关键枢纽,对海洋生态系统与全球气候变化起着极其重要的调节作用。“河口区域的碳氮通量观测数据,对海陆碳循环、海洋碳汇、减碳降氮污染管控等研究都至关重要。”

　　受到潮汐等复杂动力影响,河口界面的碳氮通量往往高度瞬变。“传统人工监测,很难捕捉其快速变化。”陈能汪说,过去,他们只能通过少量采样、水文部门的流量资料来估算通量,由于实测数据少,误差又很大,所以亟须发展高精度、长期连续、智能化的通量监测技术。

　　2013年,厦门大学教授洪华生牵头创立的厦门及其毗邻海域海洋经济发展及海洋生态文明建设信息服务平台成立,即MMIS的前身。彼时,陈能汪与从事海洋声学研究的厦门大学教授张宇一拍即合,决定研发一套智能化的碳氮通量在线监测系统。

　　为攻克河口复杂环境下的高频、高精度监测难题,陈能汪带领团队10年攻关,实现多项关键技术突破。

　　陈能汪介绍说,该系统不仅实现秒级河道断面平均流速反演,水文与水质参数小时级同步采集,还融合水位—流速—通量模型与机器学习,实现碳氮通量在线智能计算,误差显著降低。在碳氮通开云电竞官网量异常激增时,还能实时预警,自动统计洪水入海通量,为环境管控和决策提供精准的数据支持。

　　目前,该系统已在九龙江、闽江口等典型河流、河口成功部署,为流域—近海碳氮循环研究、碳汇评估提供了全新技术范式和高质量数据。“这也标志着厦门大学在生态环境监测与数智化应用领域取得了突破性进展,具有重要示范意义。”陈能汪说。

　　在海洋环境监测中,针对海岸带生态保护,如何提升“把脉问诊”和“健康管理”能力,存在监测设备不足、高质量数据获取难、数据应用不足等痛点,为此MMIS团队采取各个击破、系统集成的措施。

　　近5年来,MMIS团队全力打造自主可控的“海岸带生态环境监测与数智化应用关键技术体系”,为生态环境监测预警提供全面、高效、智能的系统性方案。该团队在获取海陆界面复杂环境数据方面,研发出多维“感知”设备;在提升数据“认知”能力方面,开发出在线监测数据智能质控方法;并通过人工神经网络等技术,让AI模型实现“预知”能力。

　　海洋传感器是获取海洋环境信息的关键,如同海洋观测的“触角”,对海洋状况进行“把脉”。目前我国海洋传感器核心技术需要突破“卡脖子”技术限制,实现国产替代。

　　“水生态监测设备仍然主要依靠进口。”陈能汪说道,近年来MMIS致力于跨学科协同攻关,自主研制的两款水生态传感器——水下剖面单光子激光雷达传感器(SPUL)、生物光学藻类群分类传感器(POD)亮相,性能参数达到国际领先水平。

　　SPUL传感器,是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物,可在水下千米部署,实现叶绿素、浮游生物及底质多参数同步探测。而POD传感器应用了多激发波长荧光检测和信号链噪声优化技术,将海洋藻类的检测灵敏度较国际品牌提升了1~2个数量级。

　　“不再需要采集样本到实验室进行人工识别,仪器实现了6种常见藻类的快速分类识别。”陈能汪说道,两种设备显著提升了水生态监测能力,“由于小型化、智能化、方便携带,所以可用于船舶走航监测、岸基自动站监测、浮标监测等多样化应用场景,提升监测的时效性”。

　　传感器研发补上了水生态在线监测的短板,但陈能汪坦言,目前,在线监测数据的应用依旧是一大难题,所以开发专业模型算法更是关键所在。

　　为此,MMIS团队研发了河口海湾水质遥感算法与融合方法,瞄准“遥感反演精度低、遥感产品制作效率低”痛点,采用“经验算法+半解析算法+机器学习”,已经将无机氮、活性磷酸盐、叶绿素等近海水质重要指标遥感反演误差从50%降低到13%~29%。

　　“遥感数据批量下载—多参数反演—制图报告全流程自动化,效率提升5倍,只需15分钟就可以完成厦门湾遥感产品制图,并形成专题报告。”陈能汪介绍道。

　　正是基于水生态传感器、成套设备,河口界面通量智能监控系统、多源遥感系统,在九龙江流域—厦门湾,厦大MMIS中心构建起“点—线—面—域”多维感知体系。在水质生态预测模型算法的支持下,厦大海洋云平台应运而生,全面整合了台湾海峡及其毗邻海湾、河口、湿地与流域的长期观测数据,初步形成一个空天地海多基协同的多学科生态环境数据资源池。

　　让海量数据共享共治,更好发挥海洋智库作用。去年9月,厦大海洋云门户网站上线“生态环境数据共享服务平台”,面向科研人员开放;去年12月,“海岸带与海洋可持续发展时空大数据平台”上线试运行,在信息服务领域再迈出重要一步。

　　厦门大学科学观测数据与业务化监测数据的共享应用,进一步打通了“产学研政用”通道,通过研发一系列数据和知识双驱动的水质预报和赤潮预报模型,助力饮用水源安全、海洋防灾减灾、应对气候变化,助力美丽海湾建设,助推海洋经济高质量发展……据了解,基于海洋云平台开发的多套数智化模型系统在海洋、环保、水利部门进行了业务化应用,推动我省海洋生态环境治理数智转型。

　　每天下午6点,厦门海上环境卫生管理站都会收到一份次日的《厦门湾全海域海漂垃圾漂移轨迹及分布预测预报单》,显示垃圾来源量和建议拦截区。次日,机械清扫船便带着这份预报单,有的放矢地展开作业;沿岸的环卫部门也能够及时掌握各地垃圾清理的工作量,合理安排人力物力。

　　预报的技术支撑,来自MMIS团队研发的海漂垃圾智能识别与轨迹预报系统。该系统融合了高清视频监控和深度学习技术,并结合数值模型,对近岸海域海漂垃圾实现智能识别与漂移轨迹预报,让海上环卫工作不再“大海捞针”。

　　“卷积神经网络是深度学习中的核心模型之一,广泛应用于图像识别和视觉任务。”MMIS副主任张彩云告诉记者,基于该技术与视频监控,MMIS团队研发了海漂垃圾智能识别技术,能对海漂垃圾的组成类别、面积进行定量估算,同时开发了一套可视化信息系统,集实时监控、智能识别与统计分析等功能为一体,支持海上环卫打捞工作的科学决策和执行。此外,MMIS结合区域精细化的水动力模型,研发了海漂垃圾漂移轨迹预报系统,能够预测未来24小时垃圾的海上漂移轨迹与最佳拦截点,以及沿岸垃圾分布与量级。

　　如今,不仅在九龙江口—厦门湾,来自MMIS的海漂垃圾智能识别模型也在广西茅尾海推广应用,助力当地美丽海湾建设。

　　将科研成果转化为服务应用,从海洋环境治理领域向防灾减灾、海洋经济服务延伸。不久前,福建省工业和信息化厅公示了“2025年首批人工智能典型应用场景拟入选名单”,厦门大学MMIS团队与福建省海洋预报台、厦门市海洋与渔业研究所联合申报的“近海赤潮业务化预报”成功入选,是福建海洋领域唯一入选的人工智能典型应用场景。

　　每年3—6月,福建进入赤潮高发期。“我们依托福建近海‘天空地海’立体监测网,整合长时序观测数据,开发多神经网络集合的赤潮业务化预报模型,创建了赤潮人工智能业务化预报技术。”张彩云介绍说,模型采用自组织映射(SOM)、遗传算法、集合预报等关键技术,提升模型预报准确率和运行效率,可对未来3天赤潮发生概率等级开展业务化预报,准确率相比传统方法提升了15%,让赤潮预报从“人工经验研判”升级为“数据智能驱动”。

　　2023年11月—2024年2月间,为应对厦门湾球形棕囊藻赤潮,MMIS利用系统提供的多源赤潮观测与预报信息,制作了32期赤潮应急监测日报,为政府相关部门提供了及时有效的决策信息服务。

　　“我们做研究的重要目标之一,就是要服务区域发展和国家战略。从流域到海洋、从科学到管理,我们始终在推动科技创新与成果应用。”陈能汪说,厦门大学身处“生态文明建设示范区”与“21世纪海上丝绸之路核心区”的福建省,应主动将视野拓展至海外,聚焦“一带一路”沿线的发展中国家,特别是东南亚海洋国家。这些地区未来可能面临与中国相似的环境挑战,亟须各方协同努力。他期待更多优质“中国方案”在全球海洋环境治理中发挥关键作用。

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