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海洋水文地图的基本概念

 

 

海洋水文地图的基本概念

-----海洋水文地图制作系列思考之一

张学宏,张晓娟,郝志娟,方长芳

(中国人民解放军91001部队,北京,100161)

 

摘要:海洋环境数据是人们认识海洋、保护海洋、经略海洋的重要基础,是实现海洋开发利用的根本。随着对海洋技术的快速发展,人类探索海洋、利用海洋的行动越来越多,对从事海上活动的安全保障有了更多地需求,出现了琳琅满目的海洋环境信息应用产品。而对于海上活动的个体,需要对海洋环境威胁态有全面地了解,专业性的产品往往影响了对信息产品的应用欲望,制作一种类似于海图一样的产品,既可以导航,又可以了解海洋的基本地形等作用的海洋环境特性产品,成为一种海洋环境保障的直接需求。因此基于海图功能特性,以海图为载体,制作承载海洋环境威胁态势的海洋水文信息地图是需求与信息技术发展的必然。

关键词:海洋水文;海图;“一张图”

 

The Basic concepts of marine Hydrographic maps

-------The Thoughts of the Manufacture Marine Hydrographic Map Series 1

 

Abstract:Marine environment data is an important basis for people to understand protect  and make use of the ocean.With the rapid development of marine technology, more and more actions have been taken by mankind to explore and use the ocean, and more demands have been placed on the safety and security of marine activities.For individuals operating at sea, they need to have a comprehensive understanding of the threat state of the marine environment. Professional products often affect the desire to apply information products and produce a product similar to a chart, which can be used to navigate. The marine environment characteristics products that can understand the basic topography of the ocean and other functions have become a direct demand for marine environment protection.Therefore, based on the characteristics of nautical chart function and taking nautical charts as carriers, it is inevitable for the development of information technology to make marine Hydrographic information maps that carry the threat situation of the marine environment.

Keywords:Ocean HydrologyOcean Map"One Map"

 

1前言

地图和海图是人们耳熟能详、唾手可得的一种常用工具,是陆地、海洋多种信息的重要载体,尤其海图更是人类研究海洋、经略海洋必不可少的重要工具,是航海导航的必备工具之一。一副简单的海图,不但承载着水深、碍航物、岛屿暗礁等基本信息,还承载着海底矿藏、近岸海域国家风土人情和基本经济状况信息等。随着信息技术的快速发展和人类对海洋资源的开发利用,海图已经赋予了更多的内涵,各学科专业,从应用需求、应用方式(模式)和应用效率为出发点,设计轮廓清晰、特征明显、信息简单易记、信息丰富齐全的,与海图能够叠加应用的综合性地图或者专用地图,是一类崭新的产品形式,实现综合应用信息“一张图”的思路成为必然,也是大势所趋。具有很强时变特性的海洋环境信息,也可以在海图上进行标记,标记能够反映海洋环境基本特征和规律,如海流、内波、大浪等对海上活动具有重要影响的海洋环境现象的区域特性和时空特性,以较长周期变化特性代替区域的时变性和预报特性,同样具有重要实用价值,对人们开展海洋资源开发利用、海上运输、海洋渔业发展等具有重要指导意义。所有专用地图,无一例外都是以海图为重要载体,象测绘地理信息一样,在其上标注相关专业信息,形成了具有专属使用特性的学科特征地图。通过使用这些专用地图,易在用户脑海中形成直观、深刻、综合性印象,保证用户能够快速获取、掌握区域环境特性或专业信息,减少了翻阅资料和专业态势分析等工作带来的困扰,有效提高了工作谋划和决策效率。

目前世界海洋大国、强国都在深入开展透明海洋产品研究,深入挖掘海洋环境的基本特性和规律,提取一系列具有时空属性的量化环境特征数据,提高对海洋环境的认识和利用水平,如日本针对黑潮产品的研制与应用,美国对西北太平洋海流流系的分析研究,欧盟开展的AML研究等等,这些成果的目标都能够高度反映海洋环境现象的基本特性和规律,具有典型的空间特性,都可以作为海图的重要组成部分,而在我国专用海洋水文地图几乎空白,与发达国家相比还存在较大差距。当前,我国各类海洋水文信息产品层出不穷,要素内容齐全丰富,产品时空分辨率和精度也越来越高,但是这些产品表现形式过于专业化、单一化,推广应用领域狭小,缺乏易用、专用特色,缺少具有与海图同等查阅价值,往往降低了用户对产品的利用欲望,降低了相关产品的实用价值,凸显了海洋水文信息产品形式与实用性需求的不对称性和不适应性问题。本文正式基于现状,从实际需求出发,以海图为载体,探讨制作海洋水文专用地图的可行性和基本思路,提出海洋水文专业地图制作的基本原理和方法,为相关产品的开发研制提供基本思路。

2基本概念

在海洋环境保障业务工作中,针对保障对象和保障任务要求,通常要做某一个海域(点)特定时间海洋环境的特征和基本规律分析,确定环境状态可能对任务实施过程中造成的潜在威胁或危害,对任务决策者和执行者提供必要的基本环境信息支持,正如在航海过程中需要了解在哪些位置有碍航物,如井架、礁石或海底山等基本地理信息,以便在航行过程中及时做出规避或提升安全防范等级,甚至启动应急预案,确保安全和任务的顺利施行。

不同的作业任务对海洋水文保障的需求和要求不同,保障内容也会不同,如在军事上水面舰艇航行和水下潜航器航行就是典型的例子,所关注的保障信息内容,以及信息的用途与用法存在较大区别,仅航行安全方面的保障要求就有很大区别。目前,尽管针对各方面的保障需求,都能够提供全方位的信息保障,开发了形式多样的海洋水文信息产品,这些产品基本以单一要素形式展现的产品,缺少海洋水文要素地图的基本功能和作用,缺乏能够提供用户直接使用、海洋水文多要素特征信息凝练叠加的地图产品。与传统的海洋水文产品形式相比,海洋水文地图是一种从众环境信息提取高度凝练,且具有典型时空代表性、能与地理信息相融合的专用地图产品,类似于海洋渔业分布图、矿产资源分布图、人文社会特性分布图等,具有专业信息域地理信息想叠加而又高度反映局部特性的地图。这种产品信息量丰富、直观、易懂,使用便捷,对用户不需要很强的专业知识背景。但是需要定期或不定期的信息更新,保证地图环境特征信息的可靠与强代表性。

从军事海洋环境保障的需求出发,哪些信息可以作为海洋水文地形图的组成部分呢?海洋水文要素中主要包括海浪、温度、盐度、密度、声速、海流、潮汐、潮流,还有诸如海洋跃层、海洋水团、声道,以及中尺度海洋现象,包括海洋内波、海洋锋和中尺度涡等,还有通过计算模型计算产生的声传播损失、声场起伏等等各种信息,这些海洋环境变量的特征信息的提取,完全依赖于大量的长时序观测资料,以及相当的统计、数值和再分析数据,才能够获取基本的海洋环境基本特征参数,才能够将这些信息的特征数据把握准确,然后以特定的方式融合到海图或者地形图中,将地形图赋予了新的营养和新的功能。

3作用和意义

早在上世纪五六十年代,我国出版发行的海图上,就已经标绘了诸如潮汐性质、潮流流速和流向等基本信息,虽然仅限于近海海域,要素信息非常少,但是这已经是海洋水文地图的雏形。几十年来,虽有所发展,但是进展依然缓慢。据分析,近年来外就非常注重海洋水文地图的产品制作,针对每次获取的海洋水文数据,能及时分析、计算并提取现场特征,并在海图上标注,实现信息的及时更新应用。

海洋水文地图可作为专用地图,可以根据具体的海上任务制作具有不同环境特性的专用地图,具有专用属性,也可作为通用的环境特性图,可为科研、教学、保障、装备研制、武器试验,作战等各类军事活动提供海洋环境信息支持。我们知道,海洋水文要素与各种中尺度海洋现象之间联系是非常紧密的,现象与现象之间也是相互共生共存并相互影响的。随着海洋环境信息技术的快速发展,信息分辨率的快速提高,海洋亚中尺度,甚至小尺度海洋现象的描述越来越精准,而恰恰这些众多的海洋现象,对军事活动和军事装备的应用具有重要影响,直接左右战术运用的效果。而在保障业务中,对中尺度海洋现象的表述,通常以能够表征这些海洋现象的时空特征信息来表达海洋现象的基本特征和变化情况,这些特征信息,通常通过海洋水文要素的变化及其影响来综合分析。例如中尺度海洋涡的表述,通常用涡的形状、平均半径、强度、影响深度、移动速度,以及冷暖属性等信息表示。如此,即可在海图上,用一组数据和几何符号来描述一个涡,实现海洋环境信息与海图的有机融合,基本要求要求是,要真正实现与海图的融合,必须补充海洋环境信息与海图的接口,定义数据格式,扩展矢量符号库。再如海洋内波,也是通过海流和温盐变化来刻画内波周期、波长、振幅、传播速度等特征属性信息,不需要大量刻画海洋环境要素的变化特征,从而显得地图直观、清晰、易记,用起来非常便捷,通常在一幅图上便可掌握海洋环境的变化特征,甚至态势变化。

4小结

海洋水文地图,其功能和作用应是与海图类似,不是主要反映海洋环境的时变特性,而反映的是对海上开展各种活动具有重要影响的特殊海洋环境特性,不应该具有很强的时间和空间变化特性,例如海洋的季风特性、全球的大浪区域、内波多发区,以及大流速区域等信息,具有明显的季节和区域特性;再如潮汐潮流性质等均有明显的地域性和周期性等,都应是海洋水文地图的重要内容。因此可以说海洋水文地图是将海洋水文信号转变为地理信息的重要形式。尤其在军事应用领域,对恶劣海洋环境尤其敏感。恶劣海洋环境会直接威胁军事活动和作战系统的安全与效能,影响决策层的指挥决策。就像水下碍航物一样,在开展相关航路规划和军事行动时,需要据此制定周密预案,同样通过使用海洋水文地图,可掌握哪些区域哪些海洋环境特征威胁军事行动安全,有利于在军事行动展开前就应该提出正确应对措施,对提高军事效益具有重要意义。同时还有利于先敌获取海洋信息优势,易于及时掌握了解军事活动海域的海洋环境基本规律与特征,在战术上占据主动。在作战筹划和作战指挥方面,充分利用信息丰富的海洋水文地图,可有助于指挥员快速掌握对军事活动乃至对武器装备使用具有重要影响的环境特征参量,占据海洋信息优势战略制高点。一旦在海图上标注出海洋环境的的基本特征信息,海图就被赋予了全新内涵,就自然成为一种专业信息应用载体,对用户快速做出决策,采取科学、合理、有利的策略具有重要意义。

 

参考文献:

1)专著:中国海军百科全书(第二版),军事海洋环境Ⅳ(门类分册)(军事海洋测绘 海洋水声环境)北京:中国大百科全书出版社,2014.12;

2)专著:中国海军百科全书(第二版),军事海洋环境Ⅳ(门类分册)(军事海洋水文 军事海洋气象)北京:中国大百科全书出版社,2014.12;

3)专著:“十三五”国家重点出版物出版规划项目,深远海创新理论及技术应用丛书,范开国,徐青,傅斌等,星载合成孔径雷达海洋遥感导论(下册).北京:海洋出版社,2019.03;

4)专著:中华人民共和国国家标准GB12763.7-91.海洋调查规范 海洋调查资料处理,北京:中国标准出版社,1992.04;

5)期刊:王关锁,赵彪,赵昌等.超强台风强度与其过境海域上层海洋热力结构关系研究.海洋科学进展.2018.07,Vol.36,No.3:363-371,海洋出版社;

6)电子文献:Digital Geospatial Data Products-AGEOP-19,Additiontal Military Layers(AML),https://www.document-center.com/standars/show/STANAG-7170//STANAG-7170

7)电子文献:AML软件,http://softwaretopic.informer.com/additional-military-layer/

8)电子文献:AML样式,http://softwaretopic.informer.com/military-layer-style/

9)电子文献:《中国自然地理图集》,https://www.osgeo.cn/map/mbe53

 

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