[第7集] 约翰·德兰尼(John Delaney)：联系互动的海洋

海洋管理新典范——连接互动的海洋

这里有几个要点。其中一点是：海洋决定地球上的生命质量。另一点则是：还有一些我们未能很好掌握的开拓性研究海洋的新方法。最后一点是：我们正在作为一个集体使用这些开拓性的新方法来探索海洋，这将会改变我看待地球与海洋的方式，在我个人看来，最终可能还将影响我们管理整个地球的方式。

——John Delaney

源自TED:
观看2010年TED演讲“John Delaney：连接互动的海洋”。作为美国国家科学基金会（NSF）海洋观测站计划的一份子，海洋科学家John Delaney正在开发研究深海的新一代设备仪器和基础设施。Delaney希望通过这种世界范围内大规模合作所产生的数据来彻底改变我们看待和管理自然环境的方式。

主要讨论：

维护长期监测程序的成本相当昂贵，而且经年累月，许多程序已被遗弃或终止。监控程序的收益是否大于成本呢？

关键术语
 
长期监测
 对环境或生物数据进行十年及以上的收集，这将超过一版科研项目或计划的时长。长期监测使科学家能够检测环境中年际变化的影响。
 
卫星监测
 配有大范围传感器的卫星，有助于海洋环境的监测。其中包括海洋水色传感器（例如中分辨率成像光谱仪- MODIS），红外辐射温度测量（例如高级高分辨率辐射仪- AVHRR），大气气体（如温室气体观测卫星- GOSAT）以及海冰变化（如CryoSat 2 IIS雷达高度表）。研究人员还可利用卫星勘测地球重力，从而估算海底的深度和形状（测深法）。
 
海缆观测站
 用于测量海洋中实时物理和生物参数的仪器阵列，通过海底电缆网络连接到一个地面站。电缆可提供电源并接收数据，后者通常是使用光导纤维.
 
系泊设备
 用于测量海洋中物理和生物参数的仪器阵列，系缚于利用正浮力浮标在海中保持垂直的线缆上。系泊设备投入使用的时限长短不一，科学家通过声音释放器来回收水面的或者拴在加重的海底系链上的系泊设备。一些系泊设备能通过卫星来传输实时数据。系泊设备通常会配备海流计（通常是声学多普勒流速剖面仪）和其他各种传感器，除了海缆观测台的部分配备以外，这些配置通常由电池供电。
 
爬行潜水器
 沿着海底利用履带移动的遥控潜水器。
 
阿尔戈浮标
 一种自由漂浮的剖面探测浮标（在水中上下浮动），可测量全球海洋海面到200米水深之间的温度和盐度。已有3000多个阿尔戈浮标投放入全球海洋，成为全球海洋观测系统（GOOS）的一部分。当浮标浮至水面时就会向卫星传输数据，因而收集到的数据是近实时的。
 
DART浮标
 海啸通常是由大地震、海底火山喷发或海底滑坡引起的浪潮。DART代表“深海海啸评估与报告”（Deep-Ocean Assessment and Reporting of Tsunamis）。这些浮标记录海平面的数据，然后将数据上报到海啸预警中心。与地震数据相结合，DART浮标网络可以预警海啸来临，从而为疏散沿海社区至高地预留时间 
 
环境样品处理器（ESP）
 用于监测海洋生态系统中生物活性的新一代设备的代表。该设备可以采集水样、过滤浓缩微生物或颗粒，还能自动识别分子探针，从而鉴别微生物及其基因产物。ESP也能将样本编档保存，以便设备回收之后进一步分析。ESP目前安装在系泊设备上，但也可以配备在海缆观测台上。该设备可用于监测海洋环境中的初级产物以及有害类水藻过量繁殖的出现.
 
动物标记
 可植入或附在海洋生物体外的标记。这种标记可以记录环境数据（如光照、温度、压强、盐度），以及动物的生理机能数据（如体温）。有一类标记是必须从动物身上回收的，比如在一段时间之后档案式可弹出标记会从动物身上分离，浮至水面，然后将数据传输至卫星。这类标记对研究很少在水面活动的动物十分有效。另外，SPOT标记（智能方位或温度标志，Smart Position or Temperature tags）和卫星中继数据记录器(SRDL)可记录数据，并在动物靠近海面时将数据传输至卫星。这类标记可以向科学家传输实时海洋水文资料，也可用于监测环境和近实时的海洋生物进食方式。 
 

作业：

1. 商业捕鱼作业使用船只监测系统（VMS）来追踪渔船的位置，监管机构也可以使用VMS来进行检测、控制以及渔业监督。然而，新的技术目前仍在评估之中，特别是电子监控系统（EM）。这种技术通过绞车的视频录像及电子监测来了解捕鱼时间以及渔获。写一篇可在报纸或杂志上刊登的文章，介绍检测、控制以及监督渔业所需的新技术。参考以下资源：

• NOAA FishWatch: Managing Fisheries

http://www.fishwatch.gov/wild_seafood/managing_fisheries.htm  
• Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) Fisheries and Aquaculture Department: Fisheries Monitoring

http://www.fao.org/fishery/topic/14771/en  
• Witt, M.J., and Godley, B.J. (2007). A step towards seascape scale conservation: using vessel monitoring systems (VMS) to map fishing activity. PLoS ONE 2(10): e1111.

• NOAA National Marine Fisheries Service (2011)The use of electronic monitoring (EM) technologies in Alaskan fisheries.

• Wolsey, R. (2013, January 21). NOAA says ‘no way’ to electronic monitoring for two years [Radio broadcast]. Alaska Public Telecommunications, Inc.: KCAW Sitka.

2. 海啸是毁灭性的自然现象。准备一个广播或视频短节目（5-10分钟），介绍在海啸监测中对新技术的使用。参考以下资源：

• NOAA National Data Buoy Center: Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART)

http://www.ndbc.noaa.gov/dart/dart.shtml
• Saengpassa, C. and Sarnsamak, P. (2012, December 25). Tsunami warning system finally ready, after 8 years [Blog post]. The Nation.

• Sausser, B. (2011, March 11). The reliability of tsunami detection buoys[Blog post]. MIT Technology Review.

• Foster, J., Brooks, B., Wang, D., Carter, G. and Merrifield, M. (2012). Improved tsunami warning using commercial ships. Geophysical Research Letters 39(9).

3. “海王星”（Neptune）是世界上第一个局域海底观测网。“海王星”由维多利亚大学负责控制运作，位于加拿大不列颠哥伦比亚省的西海岸，所属的监测站分别位于浅海海塔、海底峡谷、大陆坡、深海平原以及大洋中脊附近的热液活动地区。“海王星”观测站配备了许多环境感应器，水下摄影机也会定期传输录像。

注册成为“海王星”数据集的用户。如果是小组合作，只需注册一个账户。共同或者单独检测“海王星”海底观测网，列出所使用的设备以及每个监测站所生成的数据。构思一项调查，在执行过程中使用这些数据。建议如下：

• 利用Seatube做一个视频项目，通过该程序你可以看到定点相机拍摄到的海洋生命，也可以通过遥控潜水器ROPOS 检测海底生命。利用Plotting Utility分析来自同一地点的环境数据，或者下载数据之后用Data Search处理，再自行绘图。

• 利用应用程序Digital Fishers做一个视频测绘项目。

• 利用Plotting Utility快速查看数据，比较几个监测站的物理环境（比如位于大陆坡、海底峡谷、深海平原的监测站），利用Data Search分析所需的数据。各个地点的环境有何不同？其中一处的变化和其他地点的变化相符吗？深海和浅海之间有何异同？
 

深入阅读及相关资源:

• Interactive Oceans

http://www.ooi.washington.edu/  
• Delaney, J. and Barga, R. (2009). Observing the oceans: A 2020 vision for ocean science. In The Fourth Paradigm: Data-Intensive Scientific Discovery. California: Microsoft Research.

• Banse, T. (2011, August 24). Undersea cable laid for ‘transformative’ ocean observatory. Northwest News Network.

• University of Hawaii Hawaii Ocean-time Series (HOT) Program: Oceanic Time-series Measurements (provides historical information about long-term monitoring of marine ecosystems)

http://hahana.soest.hawaii.edu/hot/intro.html  
• Meinig, C., Stalin, S.E., Nakamura, A.I., Milburn, H.B. (2005). Real-time deep-ocean tsunami measuring, monitoring and reporting system: the NOAA DART II description and disclosure.
• Monterey Bay Aquarium Research Institute: Environmental Sample Processor (ESP)

http://www.mbari.org/esp/  
• Tagging of Pacific Predators

http://www.topp.org/about_topp
 

经典实验、研究及文章

Beaugrand, G., Reid, P.C., Ibañez, F., Lindley, J.A., and Edwards, M. (2002). Reorganization of North Atlantic marine copepod biodiversity and climate. Science 296: 1692-1694.这篇重要的文章确定了北大西洋桡足类动物（浮游动物）群落的大规模变化与气候变化有关。根据一项以浮游生物连续采集器为基础的长期监测计划的结果，作者得出了这一结论。

接下来：

我们将以一篇总结文章整理所学到的知识，同时通过已看的TED演讲探讨当下有关深海的话题，看到在不久的将来会成为关键的问题。总结活动将会有助于你综合内容，应用所学。

关于作者：Alex Rogers是一名海洋生物学家，主要研究深海生态系统，包括热液喷口、冷水珊瑚的栖息地和海丘。Rogers也是牛津大学保护生物学的教授。

引导性文章由：深海科学的出现、深海多样性——是过高估计还是超乎想象、深海环境的形成：“漂移说”与“固定论”、没有太阳也能存活的生命、海洋自然资产消耗殆尽和海洋的未来，这6部分展开，详尽的展示和海洋相关的专业权威的生物学知识。

水中探险家们在TED的舞台上分享他们所见所闻，描述地球最边缘处的鸿沟——深海。那里有着庞大的海底山脉和峡谷，巨大的烟囱，众多令人称奇的动物。本系列演讲展示有关地球生命起源的线索。概况环节将向你展示本系列演讲的主要演讲者、涉及的学科内容和整个课程的结构组织。