前言:一篇好的文章需要精心雕琢,小編精選了8篇海洋科學研究范例,供您參考,期待您的閱讀。
構造地質學課程改革研究
[摘要]構造地質學是地學三大核心課程之一,涉及地學領域的院校均有開設。在海洋科學專業背景下的海洋地質方向,構造地質學應體現出地學與海洋學的交叉,與傳統的構造地質學在課程教學內容等方面具有不同的傾向。結合廣東海洋大學海洋與氣象學院海洋地質方向的實際情況,對構造地質學課程的教學內容、教學方式等在傳統構造地質學基礎上進行合理地調整與改革嘗試,使其與海洋科學海洋地質研究方向更加吻合。
[關鍵詞]構造地質學;海洋科學;課程體系;實驗教學
海洋科學是一門研究海洋自然現象、性質及其變化規律的學科,主要內容包括對海洋中的物理、化學、生物和地質過程的基礎研究和面向海洋資源開發利用以及海上軍事活動等的應用研究。海洋科學專業是在物理學、化學、生物及地質學的背景下,融合形成了物理海洋學、海洋化學、海洋生物學和海洋地質學等專業方向。海洋科學是一個多系統、多學科交叉的綜合性學科體系,需要我們培養參與海洋科學發展研究的各類復合型人才[1]。“大類招生、分流培養”是近年來各高校實施“通才教育”的人才培養模式[2]。基于這種模式,廣東海洋大學(以下簡稱“我校”)海洋與氣象學院在海洋科學專業大類招生本科生三個班,二年級開始分別按物理海洋、海洋化學、海洋地質三個方向培養。構造地質學是地球科學系統中一門理論性和實踐性都很強的專業核心課程。早有學者從教學內容、教學方法等方面討論了課程設計、課堂教學、實驗實踐教學、野外實習等環節,并提出了各具特色的教學模式[3-5]。然而,不同專業對構造地質學教學內容的要求和側重點有所不同,在教學體系中應當考慮專業特色的要求[6]。在海洋科學專業海洋地質方向上,構造地質學在研究對象、研究方法與手段上與傳統的地學專業有明顯差異,傳統的構造地質學教學模式在海洋科學海洋地質方向上需要進行一定的調整和改革,這樣才能更好地與海洋科學研究領域相吻合,培養出具有海洋科學研究思路的專業人才,同時,這也可以凸顯出我校海洋特色的辦學思路。
一、構造地質學課程特征
構造地質學是以地球上部圈層,即巖石圈為研究對象,研究巖石圈內地質體的形成、形態和變形等構造作用的成因機制及其相互作用、時空分布和演化規律的地球科學分支學科,具有空間尺度變化大、時間跨越長等特征。海洋科學專業中的構造地質學應該是傳統構造地質學在海洋中的應用,不同的是研究對象是限于海水覆蓋下的海底部分。海水的存在,使得海洋領域的構造地質的研究內容、方法具有自身的特征。兩者之間的主要區別,一方面,從尺度上說,海洋地質構造主要研究區域尺度的大型構造和全球規模的巨型構造,傳統的構造地質學主要研究手標本尺度、小尺度構造;另一方面,傳統的構造地質學在海洋地球物理方面涉及很少,而海洋地質構造研究手段主要有海洋地球物理等方法,研究海洋巖石圈結構、構造特征及演化過程,大多數都是利用OBS、多道等二維/三維地震剖面為基礎。
二、構造地質學課程教學的改革設想
(一)優化教學內容和教學環節
西太平洋對深海研究作用分析
1 引言
深海以其廣闊的空間、豐富的資源和特殊的政治地位日益成為各國關注的重要戰略區域。深海研究不僅支撐著國家發展的戰略需求,還同時孕育著地球系統科學新的理論革命。20世紀后半葉,深海科學研究的突破性進展對地球系統科學的發展影響深遠。其中,板塊構造理論的確立、氣候變化周期的發現與古海洋學的建立、深海熱液活動和深部生物圈的發現、大洋環流理論的提出等,都對地球系統科學的發展產生了革命性的影響。21世紀深海研究繼續保持著海洋科學的前沿地位,并有可能在海洋各圈層相互作用關系與過程機理、海洋極端環境與深部生物圈、地球深部動力過程與巖石圈演化等方面孕育著新的重大理論突破。
我國瀕臨西太平洋,西太平洋及其鄰近海域是我國國家需求極為迫切的關鍵區域。中新生代以來中國東部大陸的構造活動和礦產資源分布、邊緣海的形成演化與油氣盆地的形成、地震的發生等都與西太平洋海底板塊俯沖密切相關;西太平洋活躍的構造和流體活動對地球環境變化產生重要影響,并塑造了特殊的深海生態系統,這些弧后盆地的海底熱液活動區與廣泛發育的海山系,使我國科學家可以憑借得天獨厚的地理區位優勢,將其作為取得海洋科學理論突破和國家探尋海洋戰略資源的天然實驗場。
可見,西太平洋及其鄰近海域不但與我國海洋權益和資源開發等國家需求密切相關,也是我國實施由淺海向深海發展戰略和實現海洋強國戰略的必經之地。在該區典型海域進行系統的深海科學探索與研究,將在我國地球科學、生命科學以及環境科學等多方面取得重要突破性進展,并帶動相關高新技術及產業的發展。
2 西太平洋存在重大國家需求
2.1 西太平洋是海底資源的寶庫
西太平洋是現今地球上超巨型俯沖帶發育區,從北太平洋的阿留申海溝,向南過西太平洋的日本海溝、馬里亞納海溝,并一直延伸到南太平洋新西蘭南部的普伊斯哥(Puysegur)海溝,貫穿南北。由于西太平洋的板塊俯沖作用,在西太平洋邊緣向陸一側發育了占全球70%的海溝-島弧-弧后盆地(溝弧盆)系統,向洋一側發育廣闊的深海盆地和密集分布的海山群。西太平洋這種獨特的地質構造格局和地理環境孕育著種類豐富、儲量巨大的海底資源。鄂霍次克海、日本海、中國東海及南海等蘊藏著大量的含油氣盆地和天然氣水合物資源;沖繩海槽、馬里亞納海槽、馬努斯海盆及北斐濟海盆等發現正在活動的海底熱液系統和巨型熱液硫化物礦床,堆積了巨量的多金屬沉積;浩瀚的菲律賓海盆和西太平洋星羅棋布的海山發育了豐富的鐵錳結核和富鈷結殼資源。這些海底資源是我國國家發展最具潛力的戰略儲備資源。此外,西太平洋海區極為發育的熱液系統和海山系統中還培育了特殊的生態系統和生物群落,可提供獨特的深海基因和酶資源,在醫療、化工等領域具有廣泛的應用前景。
道德與論文寫作課程啟發式教學實踐
本文基于學術道德與論文寫作課程特點,提出對于物理海洋學專業學生的課程教學方法的初探。通過對課程要素的凝練、對諸多創新教學思路的應用和重視學生實際科技論文寫作中對課程知識的應用等方式,顯著改善了物理海洋專業學生對學術道德與論文寫作課程學習的效率,學生反饋收獲良多,專業英語書平和科技論文寫作能力顯著提高。研究生與本科生最大的區別是:本科生以學習吸取人類積累的知識為主,兼顧科學研究和技能訓練;而研究生的本質是通過科學研究來發掘創造新知識,當前和以往學習的知識都是為了更好地服務于科學研究[1-2]。在以學習知識為主的本科生階段,提出問題固然重要,但答案往往已經存在,所以問題是否具有批判性沒有那么關鍵[3-4]。研究生階段則完全不同,必須具備批判性分析的能力,否則不可能成為優秀的科學家。科技論文寫作是一個研究生在讀期間的一項必備課題,衡量一個學生研究生學業進行的程度往往通過其在讀期間發表的科技論文水平以及數量來評價[5-6]。在與諸多前輩科研學者的交流過程中,作者深切體會到英文科技論文寫作目前是國內研究學者的一個重要難題,英文科技寫作有它自己的規律,在一定的英文基礎上,是可以達到專業水平的[7-8]。學術道德與論文寫作是為物理海洋學專業研究生開設的一門專業學位課,旨在幫助研究生加強學術道德修養和提高學術論文寫作能力。研究生從事學術活動須嚴守學術規范和道德準則,并具備學術論文的寫作技能,這是研究生教育中非常重要的內容。通過本課程的學習,研究生將樹立起嚴謹認真、求實創新的學術精神,掌握學術論文寫作的基本步驟與策略,為以后撰寫畢業學位論文、發表學術論文打下基礎,進而提高研究生的綜合科研素養。學術道德與論文寫作課程是海洋科學專業研究生的一門專業學位課,遵守學術道德和撰寫學術論文是高等學校研究生的基本要求。本課程將向研究生普及學術道德規范,引導研究生堅守學術誠信,教授撰寫學術論文的步驟和策略,鍛煉研究生的寫作技能,提高研究生寫作論文被同行評審的學術期刊接收和發表的機會。該課程的目的主要是引導研究生在學術活動中錘煉品行和情操,使研究生掌握學術論文寫作的基本步驟與策略,提升研究生的綜合科研素養。要求研究生掌握學術研究的基本道德規范,增強自律意識,了解國內外主要的海洋科學類專業的學術期刊以及學術論文的投稿和發表過程,熟悉期刊論文和研究生學位論文的撰寫規范,掌握論文各部分的寫作技能和提升策略,為研究生在以后科學研究中進行學術論文的撰寫投稿與畢業學位論文的撰寫打下基礎。本文提出了對學術道德與論文寫作課程的啟發式教學初探,主要包括:在講課過程中直接闡明課程的核心骨架、精煉每一章節的中心思想,滿足由簡單到復雜、由掌握方法到上手實踐操作的過程;根據學生已有的知識、能力儲備,采用靈活多變、符合當代學生興趣點的方式進行授課指引;使得學生在掌握課授內容的同時直接把自身的畢業論文開題工作融入到課堂中,在物理海洋專業老師指導下,合理運用文獻檢索課堂知識完成論文的選題及開題工作,可謂一舉兩得。作者基于對文獻檢索與利用課程的掌握跟歷屆學生完成畢業論文情況的反饋,對今后工作中課程的教學啟發應用式教學方法,拋磚引玉給出自己的見解。
1凝縮課程精華,去其糟粕
學術道德與論文寫作是一門非常細節的課程,是對科技論文寫作思路、竅門、方法等多方面內容的講授,所以對課程的核心進行歸納整理,讓學生把有限的時間集中到提升最快的領域,對于課程的效率以及學生的真實收獲有著莫大幫助。作者基于自身博士研究生經驗以及指導畢業生論文的多年經驗,提出針對物理海洋專業的研究生如何進行科技論文寫作的提升教育,下面給出部分課程授課內容的凝練結果:
1.1研究生學術道德規范
了解科學研究中的道德越軌行為與案例分析,理解研究生學術道德基本準則,掌握學術不端行為的危害與預防;
1.2學術論文寫作規范
掌握學術論文的基本結構,了解論文標題如何畫龍點睛,摘要的重要性與摘要的提取,關鍵詞的選取,理解如何完成一個引人入勝的前言,研究數據和方法的組織編排,選擇合適的圖、表和文字展示研究結果,研究成果的總結與討論;
OBE理念下海洋環境監測技術改革探究
摘要:文章基于以成果為導向的教育理念(OBE),針對海洋環境監測技術實驗課程教學過程中的一些問題,提出了在教材、教學內容、教學方式、考核方式等方面的改革措施,以期促進實驗教學質量提升,達成培養學生解決海洋環境監測任務的能力。
關鍵詞:OBE;海洋環境監測技術實驗;教學改革
OBE(Outcomes-basedEducation)是基于學習產出的教育模式[1],要求教師為學生的學習成果負責,其核心理念可總結為學生中心、成果導向和持續改進[2]。海洋環境監測技術課程是海洋科學專業的重要專業課,講述海洋環境(主要指水體、底質、氣體和生物)監測的步驟和方法,課程目的是使學生能夠根據監測的目的對海洋環境進行調查研究、設計監測方案、選擇監測方法、進行數據處理以及測試結果的分析評價。實驗技術在海洋基礎調查、養殖環境監測等方面具有廣泛的應用,在海洋科學專業實踐教學中起到非常重要的作用,是培養對實際海洋環境監測問題可以有效分析和解決能力專業人才的關鍵途徑,海洋環境監測技術實驗理論性強,要求學生動手操作能力強,而現有的實驗課并未單獨設立,課時較少,教學模式單一,考核制度不完善,對其開展基于OBE教育理念的教學改革十分必要。本文以OBE理念為指引,在實驗教材、教學內容、教學方式、考核方式等方面對海洋環境監測技術實驗教學過程提出了改革措施,以期促進實驗教學質量提升,以科學的教學過程及科學的考核方式開展實驗,實現以學生為中心,提高學生在海洋環境監測方面創新和實際應用能力。
一、海洋環境監測技術實驗教學改革現狀分析
(一)教學方式以教師為主導,教學過程僵化。目前采用的教學模式為:實驗員準備材料和試劑,老師按照講義材料的內容并結合理論課上的背景知識按部就班的講解實驗流程,然后進行演示實驗,學生只需要簡單模仿完成實驗即可。實驗過程中出現意外也不會多動腦筋進行思考而是希望老師給予解決,主動參與實驗的想法很少,甚至有的同學完全依賴于同組其他同學完成實驗,對實驗結果的分析討論缺乏數據分析的延伸,做實驗變成了單一的數據記錄,缺乏主動思考和探索,應變能力較弱,因此需要對教學過程進行改革,提高學生的積極主動性[3]。
(二)實驗教材缺乏,實驗內容單一、相對獨立。由于海洋學科的特殊性,海洋環境監測技術實驗屬于小眾課程,并沒有專業配套的教材,實驗內容設計主要參照其他環境專業的教材并結合《海洋監測規范》,實驗項目大多是時間短、設備簡單、容易操作且危險性較小的常規測定,使用的方法均為國家標準方法,整個實驗流程的各個環節介紹詳細,學生沒有思考和創新的空間,新方法、新儀器或者研究性方法很少采用,進而阻礙鍛煉學生創新思維、動手能力和先進技術和方法的學習能力。目前教學中涉及的實驗項目多是單個指標的監測,相互獨立,與實際工作相差較遠[5]。海洋環境監測是一項復雜系統的工作,包括監測目的的確定、資料收集、監測對象的確定、監測方案的制定、優化布點、采樣時間和頻率確定、采樣工具和用品準備、樣品采集、運輸和保存、樣品預處理和測定、數據處理和分析以及各個環節質量控制等方面,單個實驗很難讓學生把這些環節連接到一起,達不到讓學生學會自主設計監測方案的目的;另外對于成分復雜的樣品,讓學生學會選取合適的預處理方法和分析方法、有效的實驗設計,從多角度分析問題和解決問題的綜合實驗能力并沒有提高。
(三)實驗考核標準單一。目前,海洋環境監測技術課程設置分為理論教學和實驗教學,期末考核中理論課成績在最終考核成績中占主要比例,實驗成績只占20%比例,而且實驗課程成績的考核主要依據學生提交的實驗報告成績,這就使得學生在實驗課上缺乏主觀能動性,讓實驗教學效果與預期相差甚遠。雖然要求學生每次實驗結束原始數據頁都必須有教師的簽字,但是仍有部分學生積極性欠缺,不進行課前預習,對于實驗過程有跟著同組同學一起做的僥幸心理,最終只是為了提交一份完整的實驗報告,甚至出現修改實驗數據的現象,形成了“重結果、輕過程”的現象,缺乏與理論教學的結合,缺乏獨立思考造成了評價結果的不科學和學生不嚴謹的科研態度[6]。
主辦單位轉型升級對學術期刊的作用
刊名是期刊的第一個具體信息,提供了期刊的基本屬性、學術層次和外觀特征。學術期刊的刊名反映了該刊所涉及的特定學科領域、專業范疇以及學術層次。故我國大多數由高校創辦的學術期刊的刊名常冠以主辦單位的名稱,如“清華大學學報”“淮海工學院學報”等。雖然國家科技部、原新聞出版總署曾多次重申,學術期刊從未有國家級、地方級之分,僅有主辦、主管單位屬中央和地方之別,論文的學術水平與刊物主辦單位不存在因果關系[1],然而,在實際操作中,不少地區、單位在科研成果水平評定、技術職稱晉升中,還常以的期刊的主辦、主管單位級別來評價論文的學術水平。這種認定方法雖然帶有片面性,但在沒有影響因子、被引頻次等定量評價指標之前,還是有一定可取之處。不少學者曾探討了期刊水平與主辦單位學術水平之間的關系[2-3]。諸平利用中國知網(CNKI)網絡出版總庫,統計了2000—2013年間50多所高校學報及其主辦單位的H指數(用于評估研究人員的學術產出數量與學術產出水平),在未考慮其他(如學科)因素的前提下,發現這兩個指數之間存在明顯的線性關系,說明高校學報的辦刊水平與主辦單位的科研水平成正比,高校學報的發展水平受制于主辦單位的科研水平[4]。這就是主辦單位的母體效應,即子代的某些外貌特征、生理性狀和生產性能受其母本直接影響。正所謂“名校辦名刊,普校辦普刊”,在一定程度上,學術期刊所載論文的水平反映并代表了主辦單位科研的最低水平或中等水平,因為主辦單位最高水平的科研成果肯定是投向國際刊物或其他更高層次的期刊。主辦單位科研水平是基礎,決定了學術期刊選擇稿件的“眼界”,即用稿標準。期刊的辦刊宗旨,反映了主辦單位的科研水平、學科實力。而辦刊水平一方面反映了主辦單位投入的財力(如劃撥辦公經費等)、物力(配備辦公用房、辦公設施等)、人力(主編及編輯人員等);另一方面也反映了主辦單位的實力,包括學術力、創新力、開拓力。主辦單位的科研水平和學術資源會直接影響其期刊的發展;期刊對主辦單位科研開展也有促進作用。期刊要有一定的顯示度,才能吸引外來優質稿源;提高期刊影響力,才能提高成果的引用率、影響力。辦得好的學術期刊絕對是主辦單位的一張靚麗的名片。許平等人根據自己刊物的實踐經驗,從四個方面詳細探討了利用主辦單位中國科學院等離子體物理研究所的學術資源,提高期刊學術質量,進而提升期刊影響力[5]。淮海工學院近幾年轉型升級,致力于創建江蘇海洋大學,給淮海工學院學報的發展帶來了良好的機遇。本文主要探討在主辦單位轉型升級背景下,如何更好地發揮母體效應,抓住機遇,進一步提高刊物質量,擴大影響力。
一、主辦單位轉型升級創建江蘇海洋大學情況
淮海工學院是一所普通本科院校,位于全國首批沿海開放城市連云港。連云港位于我國萬里海疆的中心、“新絲綢之路經濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”(一帶一路)交匯點,不僅在江蘇經濟發展中具有重要的戰略地位,而且作為新亞歐大陸橋東方橋頭堡、國家沿海港口城市,對溝通中西部的發展和促進整個國家西部大開發、江蘇沿海大開發,都有舉足輕重的影響。21世紀是海洋的世紀,在國家海洋強國戰略下,淮海工學院從江蘇省省情出發,充分發揮區位優勢,全力打造海洋品牌,提升辦學層次,致力于建成海洋特色鮮明、區域優勢明顯的綜合性大學。江蘇省委省政府也高度重視海洋強省建設工作,積極拓展藍色經濟空間,大力推進海洋高新產業。2016年“依托淮海工學院建設江蘇海洋大學”正式列入《江蘇省國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》。《江蘇省“十一五”海洋經濟發展專項規劃》也明確提出,“積極發展江蘇海洋高等教育,加快在淮海工學院基礎上建設江蘇海洋大學的步伐。積極引進與培養各類海洋專業人才”。這標志著淮海工學院跨越發展的目標設計和路徑選擇,已上升成為江蘇省委省政府“十一五”期間發展海洋事業的重要部署和戰略決策[6]。“打造海洋特色,加強內涵建設,在服務地方與行業經濟發展中推進轉型升級”成為淮海工學院的辦學理念之一。學校整合教育教學資源,調整學科方向,搭建平臺,增設海洋科學、海洋技術、海洋管理、水產養殖學、船舶與海洋工程等涉海專業,或在現有專業上增設涉海方向,通過多年重點建設,海洋特色發展取得顯著成效。目前淮海工學院是江蘇省開設涉海專業最多最全的高校,涉海專業(方向)幾乎覆蓋江蘇全部海洋產業。2010年獲批為全國新增碩士學位授予權立項建設單位,2013年通過驗收獲得碩士學位授予權。2017年又獲批為博士學位授予權立項建設單位。
二、抓住主辦單位發展機遇促進學術期刊質量提升
《淮海工學院學報(自然科學版)》是由淮海工學院主辦的自然科學綜合類學術性刊物,主要反映本校的科研學術水平和重點學科優勢,發表自然科學各技術領域最新科研成果,努力為學科建設和人才培養服務。傳統優勢學科為機械工程及化學工程等。近幾年,本刊抓住學校轉型升級帶來的良好機遇,采取了一系列措施,不斷提升質量,擴大影響力。
(一)加強編輯隊伍及刊社文化建設,保障期刊發展
人是社會生產力的第一要素。高素質的編輯隊伍,是期刊持續發展、提升競爭力的根本保障。良好的刊社文化能夠促進編輯形成良好的價值觀,即信仰。彭桃英等人以河海大學期刊編輯部為例,從凝聚力建設、制度建設、物質文化建設等方面探討了高校期刊編輯部文化建設的路徑[7]。學術期刊隊伍建設及文化建設體現了“以人為本”的理念。期刊編輯部是一個為教學科研服務的部門,為了保證刊物的健康有序發展,本刊不斷加強工作作風建設,強化為作者、讀者服務的意識,努力做到對待作者、讀者、編者、審者,態度熱情、服務周到。在編輯工作中,本著“公平、公正”的原則處理來稿,杜絕人情稿。通過學報這個平臺,提高廣大教師進行科學研究的積極性,發表高水平的科研成果,為學校建設作出應有的貢獻。本刊重視:1)編委會建設。聘請校內外專家學者擔任編委,每年定期召開編委會,討論研究學報的提高、發展等問題。2)審稿專家庫建設。審稿專家幫助編輯部對稿件學術質量進行把關,是學術期刊辦刊力量的重要組成部分。3)編輯隊伍建設。編輯人員經常參加業務培訓及各種學術活動,把握輿論導向及學科方向,掌握最新的標準與規范,不斷鉆研編輯業務,以豐富的編輯經驗,確保刊物的質量和水平。
海洋權益保護融入高中地理必修課程價值
摘要:《普通高中地理課程標準(2017版)》將海洋權益保護首次納入必修模塊,國家意志、國家情懷在地理學科中滲透被提至一定高度。本文探究海洋權益保護與高中地理教材融合在不同層面產生的價值并提出應對的幾點建議,希望能夠為地理教學提供經驗。
關鍵詞:海洋權益保護;必修課程;價值
一、概述
由于海洋教育在世界大國崛起中扮演著重要角色,國際形式對于我國的海洋權益與海洋發展戰略產生直接的影響,我國進入21世紀以來,也數次提出海洋強國戰略,報告后,教育部出臺的新課標迎合了其中的政治要求。新課改后海洋權益保護首次出現在《普通高中地理課程標準(2017版)》(簡稱新課標)必修2模塊中。筆者主要介紹海洋權益保護融入高中地理課程的價值及應對,所謂價值是指客體對于主體的滿足關系即效益關系;本文以海洋權益保護融入高中地理必修課程這一舉措為客體,國家、社會、個人為價值主體,闡述他們之間的一種效益關系,并提出應對建議。
二、海洋權益保護融入高中地理必修課程的價值
(一)提升國家認同感,培養高素養的世界公民
強烈的人才競爭使公民素養培養提升成為全球化知識社會中舉世共同的主題。我國學生發展核心素養的主框架被界定為三個領域、六項核心素養指標,在責任擔當中國家認同的重點為:具有國家意識,了解國情歷史,認同國民身份,能自覺捍衛國家主權尊嚴和利益。[1]國家認同從中國古代“家國同構”的思想理念至今天的家國情懷培養都是不朽的話題,不同之處在于今日多用家國情懷的說法代替國家認同,更具中國特色傳統文化的影子,是人們對于對國家主流價值發自內心的認可而生成的一種對國家的特殊認知和情感歸屬。[2]家國情懷體現在核心素養的指標之一———認同公民身份、維護國家權益是中國公民堅持中國立場在學業階段的思想行動指南,海洋權益保護與地理學科結合最為密切,因而高中地理以其豐富、系統的海洋地理知識進行滲透式教學,既是落實核心素養的重要途徑,也為培養有素養的世界公民做依托。
海陸一體化經濟創新思索
本文作者:叢麗 單位:阜新市統計局
21世紀科學技術突出海洋,海洋高科技領先是未來強國標志。海洋經濟進入以高新技術為支撐,以經濟發展、社會進步、改善生態環境為整體內容的海陸一體的系統發展階段[1]。遼寧擁有岸線2290公里,占全國的1/8。擁有管轄海域面積15.02萬平方公里,處于“新東部”經濟區劃的最北端。2009年7月,國家原則上批準遼寧沿海規劃,遼寧經濟改革上升為新時期國家戰略。遼寧經濟發展有利條件是:臨港優勢明顯,東北老工業基地工業基礎豐厚,具備承接國際產業轉移、發展先進裝備制造業條件。不利因素是:陸地資源萎縮、生態環境不佳、渤海污染已盡極限;海洋傳統產業比重大、新興產業發展緩慢、整體自主創新能力不強。突破資源環境約束,尋求海陸一體聯動發展,推動海洋經濟創新,對遼寧意義重大。
一、遼寧海洋經濟發展現狀與瓶頸
1.遼寧海洋經濟呈粗放發展。“海上遼寧”戰略實施以來,海洋經濟持續增長,2008年全省生產總值13461.6億元,主要海洋產業總產值2051.4億元,占全省GDP的15.2%,海洋經濟在區域經濟中的地位不斷提高。與其他沿海省份相比,遼寧海洋產業結構比較落后。海洋漁業、船舶工業等傳統產業占比重大,呈粗放式發展。海洋化工、海洋生物醫藥、海水綜合利用等新興產業起點高、發展速度快,正成為遼寧海洋經濟新的增長點。①
2.渤海污染嚴重。渤海是中國唯一半封閉型內海,動水勢力薄弱;遼河、凌河流量減少。城市垃圾、工業廢水、海洋過度開發,使得渤海無機氮、無機磷、石油等三種污染物嚴重超標。20世紀末環渤海污染面積達56%。2001年國務院規劃投資555億治理渤海,計劃實施項目427個,然而污染繼續擴大,2009年環渤海污染面積上升為60%,遼東灣是嚴重污染區超過60%,專家呼吁未來渤海將成為“死海”。
3.海洋新興、未來產業受技術經濟制約。海水直接利用,海水淡化是海洋經濟新興產業的重點領域。渤海含鹽率低,適合做淡化海水源。遼寧規劃到2015年海水淡化達到1.5億立方米/年,海水直接利用達到107億立方米/年。海水淡化方式含多級閃蒸、反滲透膜法等,由于淡化過程對石化能源高度依賴,成為大規模生產的障礙。海冰淡化成本低于能源法,中國是世界上首個進行海冰淡化研究的國家。環渤海地區可開采的海冰約100億立方米,涉及采集、運輸、儲存等環節,受自然條件與經濟技術制約,大規模海冰淡化未進入產業化。海洋能(流浪能、鹽度差能、溫差能、潮差能)、海上風能、海水農業等未來產業,處于研發階段。海上氣候、環境與海洋資源特殊性,使未來產業投資大、風險高。
二、遼寧傳統礦區生態治理與經濟轉型
水下激光通信技術特點及發展現狀
摘要:本文在深海勘探的背景基礎上,簡要闡述了水下激光通信技術的優缺點,在此基礎上概述了近幾年水下激光通信技術的國內外科研方向、發展情況。闡明了水下激光通信技術在深海勘探中發揮的重要作用。
關鍵詞:水下激光通信;水下移動運載平臺;載人潛水器
海洋面積占地球表面積的71%,海洋中蘊含著遠未為人類所知的油氣、礦產和生物基因等資源,而近年來,隨著陸地資源的日益枯竭和人類未來發展空間需求的增長,各國更加重視海洋科學方面的研究工作,海洋探測、海底資源開發已成為海洋科學研究的熱點。未來誰能夠擁有和控制更為廣闊的海洋,誰就掌握了未來發展中更多的資源和生存空間,因此,進入深海、勘探深海和開發深海是實現中國偉大復興夢的必由之路。載人潛水器(HOV)、遙控潛水器(ROV)等水下移動式運載平臺的普遍使用,將科學家及探測設備運抵至深海海底現場進行原位的探測取樣研究,大大提高了水下探測的效率。介于水下移動式運載平臺為搭載設備及作業工具預留的電氣接口有限,海底探測設備的探測數據不能實時反饋到運載平臺當中,這就導致只能在海底探測設備回收至支撐船舶后才能進行數據處理。水下激光通信設備為科學家提供了一種可以實時獲取海底地質、水文、熱液噴口硫化物等探測數據的作業模式,實現數據的原位分析判斷,提供有針對性的采樣依據,提高潛次作業效率。
1水下激光通信技術的特點
傳統的水下聲學通信受傳播能量損失大、環境噪聲影響大、受水體折射與發射的多徑效應等方面的嚴重影響,使得聲學通信質量差、通信效率低下。而水下激光通信技術在近距離水下信息傳輸方面,表現克服了水聲通信的諸多局限性,性能表現優越,使得水下激光通信技術的應用領域越來越廣泛。在海水中,采用波長范圍在470~525nm之間的藍綠激光,可以最為有效的降低海水對光波的吸收,有效提高激光的傳播效率。激光投射到自容式水下傳感器外置的光敏傳感器,光敏傳感器感受不同頻率的激光,從而實現通斷,進而實現水下短距離非接觸式控制指令、數據信息的傳遞。激光在水下傳播過程中表現的這些物理特性,為水下激光通信設備的應用提供了可能。水下激光通信技術應用于水下移動式運載平臺中主要體現出以下3方面的優點。(1)通信速度快。與傳統的聲學通信僅為bt/s的速率相比,水下激光通信采用高頻率信息傳輸,傳輸速率可以輕松達到Kbit/s、Mbit/s,甚至是Gbit/s。(2)水下無線連接信息傳輸。介于水下移動式運載平臺為搭載設備及作業工具預留的電氣接口有限,因此,實現水下探測設備與水下移動式運載平臺無線連接信息傳輸,有利于提高深海勘探作業的效率。(3)實時性強。水下激光通信技術的高傳輸速率,可以保證探測裝備的測量數據能夠通過無線連接的方式,傳輸至周邊的移動運載平臺上,解決了尤其是搭載人潛水器下潛勘探的科學家實時獲取探測裝備測量數據的技術難題。水下激光通信技術的應用同樣存在以下缺點。(1)易受水體環境干擾。水下激光通信的信道是水體。因此,水質、水流等環境因素對激光通信的性能起到決定性的作用。尤其是深海海底作業過程中,近底揚塵對通信效果的影響顯著。(2)發射器與接收器的點對點傳輸。水下激光信息需要進行點對點傳輸,接收端與發射端的精確對接才能建立有效的通信。這就要求水下探測設備與移動式運載平臺之間要保持一段時間的相對位置不變。在復雜的水下環境中,保持兩者之間的相對位置不變具有一定的操作難度。
2國外水下激光通信技術的發展情況簡介
國際上,美國、澳大利亞、日本等國很早便開展了水下激光通信技術研究,已經在水下激光通信領域取得了比較突出的成績。尤其是近年來,國外對于水下激光通信技術的發展勢頭迅猛,日本、美國等相繼突破水下激光高速率信息傳輸技術,為水下激光通信技術在水下裝備中的應用奠定了基礎。2015年,日本山梨大學利用405nm波長的LD光源,在4.8m的清水中成功實現了1.45Gbit/s的信息傳輸,誤碼率為9.1×10-4。2016年,美國克萊姆森大學利用445nm波長的LD(laserdiode,激光二極管)光源,在模擬海水的環境下使用OOK-OAM調制技術完成了2.96m距離的高速率水下數據無線傳輸,數據傳輸達到了3Gbit/s,誤碼率僅為2.073×10-4,在使用OAM-WDM-PDM技術后,實現了10Gbit/s的高速數據傳輸。同年,波蘭TopGaN公司,在模擬海水的環境中,利用直接調制氮化鎵激光二極管的方式,完成了1m距離內2.5Gbit/s速率的數據傳輸。同樣在2016年,南加利福尼亞大學使用OOK-OAM信號調制技術,使用1064nm激光器生成532倍頻激光,在1.2m距離的清水中實現了速率高達40Gbit/s的數據傳輸。沙特阿卜杜拉國王科技大學(KAUST,KingAbdullahUniversityofScienceandTechnology)的AbdullahAl-Halaf在2015~2016年,通過多次對比試驗,取得了不同波長的光波、不同距離以及不同海水水質等條件下的多組對比數據,驗證了同等波長的光波在不同傳播距離下的傳輸速率及誤碼率變化規律。