发布时间:2023-09-21 10:02:55
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中图分类号:F124 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)10(c)-0159-02
随着国家海洋经济战略的确立,港口对经济的推动作用越来越明显。2013年9月,天津市获批国家级海洋经济科学发展示范区,明确提出“一核、两带、六区”的天津海洋经济总体发展格局。作为重点建设内容之一的天津港如何推进绿色循环低碳发展,促进生产空间集约高效利用,是实现国家级海洋经济科学发展示范区发展战略、实现海洋生态文明建设与经济可持续发展的重要组成部分。
1 天津港生态经济建设现状
天津港是建设中国北方国际航运中心和国际物流中心的核心载体,中国北方最大的综合性港口,连接东北亚与中西亚的纽带。天津港是世界等级最高的人工深水港,目前主航道水深已达21.0 m,30万t级船舶可乘潮进出港。
天津港现有水陆域面积336 km2,陆域面积131 km2,拥有各类泊位总数159个,其中万吨级以上泊位102个。2013年天津港货物吞吐量突破5亿t,集装箱吞吐量突破1300万标准箱,成为中国北方第一个5亿t港口。同世界上180多个国家和地区的500多个港口有贸易往来,腹地面积近500万km2,占全国总面积的52%。
天津港是最早重视生态经济建设工作并付诸实施的港口之一。废气、废水、废渣的治理及噪音的环境监测。改革开放以来,不断吸收采纳国外的先进理念,通过统筹规划,大力推广新技术、新工艺的使用,对生产生活的采暖等煤粉、废气产生量较多的设备和生产线进行了改造升级,对不能改造和升级的设备与生产线坚决予以淘汰。同时完善港区的生产生活环境,进行港区煤尘专项治理、垃圾治理,加快港区绿化建设步伐等等,使得天津港的生态环境得以明显改善,空气质量、水质量、土壤质量均得到了大幅提升。
2 天津港生态经济建设存在的问题
虽然天津港生态经济建设已经取得了一定的成绩并达到了一定的功效,但关于港口的生态化发展在理论、实践、指导、监督等等方面还存在一定的问题,主要表现在以下几点。
2.1 港口生态经济建设理论体系不完善
完善的生态经济理论可以为港口生态化建设提供科学依据。目前我国的生态经济建设理论研究基础还很薄弱,对港口的建设与海洋资源的合理开发相结合的平衡点缺乏具体的计算依据,港口的生态承载力计算也缺乏专门的理论体系,港口生态经济建设指标体系还不健全,需要政府主导下的“产学研”结合,港口企业和高校合作,形成港口生态经济建设理论体系。
2.2 港口生态经济建设宣传教育和培训机制没有形成
港口生态经济建设是政府和港口企业的任务,同时与人民生活密切相关,目前关于港口生态经济建设教育内容明显短缺,教育体系不健全,港口生态经济建设理念没有深入到企业和民众的内心深处,需要加大力度,形成一套教育、培训体制,做好各种宣传活动,扩大影响面,与其他生态经济建设宣传相结合,深化可持续发展理念。
2.3 港口生态经济建设过程中缺乏全程监督,政府职能缺位
港口生态经济建设的相关政策法规体系的不完善,相关的激励机制和监管机制不健全,造成了港口建设的无序现象。政府在港口生态经济建设中发挥的职能薄弱与相关技术力量薄弱、专项治理预防资金不足等原因密切相关。加上注重GDP数据,追求经济的增长而忽略了对生态环境建设。另外,政府对港口生态经济建设的认识不足,认为港口生态经济建设就是港口绿化或港区卫生清洁,没有意识到港口生态经济建设的核心理念是可持续发展,既包括清洁生产又包括对环境、资源等的保护与协调,实现港口的生态建设和经济建设同步,形成绿色经济。
2.4 港口生态经济建设标准管理体系有待建立
港口生态经济建设管理体系标准未落实到位。标准管理体系不能局限于港口或是港口的某一特定范围内,其管理体系的组成需要融合海洋环境监控、空气质量监控、污水排放监控、近远海生物生存状况监控等,形成一套完整的体系。港口生态经济建设标准管理体系的建立有利于树立可持续发展理念,有利于推动资源和能源的节约实现合理利用。
2.5 港口生态经济建设技术创新不足
在港口生态经济建设创新能力方面,天津港在国内有明显的优势,但与国外发达国家还有相当大的差距。如立体生态化海洋利用技术的研发尚未突破瓶颈。现有生态技术仅仅是对原有技术的升级,难以称为绿色生态化技术。一方面由于资金投入不足造成设备升级改造难以进行,另一方面港口生态经济建设理念淡薄,一味追求眼前利益、短期利益,没有将生态保护和自身长期规划结合。
3 港口生态经济建设对策
港口生态经济建设不仅符合经济的发展需要,也符合生态环境的需求,所以是天津港口建设的必然选择和必由之路。
3.1 多层次参与,树立港口生态经济建设理念
以环境为代价的“灰色经济”并不能形成港口的可持续发展,要求我们提高港口生态经济建设意识,树立港口生态经济建设发展理念成为必然。提高港口生态经济建设意识、树立港口生态经济建设理念需要政府引导、企业实施、民众参与。在港口生态经济建设上,国家宏观控制、调节尤其是地方政府的区域政策、调控仍然起到关键性的作用,政府的港口生态经济建设意识、对港口生态经济建设具有政策引导、支持作用,对参与企业、民众具有教育作用。企业是港口生态经济建设的具体实施者和责任承担者,从港口设计、排污、物流及对海水和海洋生物影响等方面植入港口生态经济建设理念,有利于港口的可持续发展的实现。普通群众成为港口生态经济建设的积极参与者,对港口建设、运营积极参与监督。使港口生态经济建设成为可能。
3.2 多渠道投入,支撑港口生态经济建设
港口生态经济建设是事关区域经济效益、社会效益、生态效益能否同步发展和可持续发展的一项重要工作,政府的引导非常重要。在港口生态经济建设理念培养、教育培训、相应配套机构建立、配套设施供应等方面需要相应的资金。港口生态经济建设离不开技术改造、设备更新、人才引进等,政府在政策、金融税收和专项资金等方面予以适当支持,减轻了港口企业经济、资金负担,有利于引导其走向可持续发展的生态化道路。
3.3 多技术集成,提高港口生态经济建设技术创新能力
通过提高港口和产业的技术创新能力,形成可持续技术创新,实现技术创新的常态化。使港口生态经济建设技术创新既能给企业、社会带来经济效益,又能带来生态效益。
3.4 多元化评价,制定港口生态经济建设标准体系
港口生态经济建设和发展需要一套切实可行的标准体系。包括港口生态经济建设工艺流程标准、设计标准、评价标准、环境监测标准等。包括规划、施工、运营等方面的指标体系、运用定性和定量分析的方法,从多角度、多层次对港口生态经济建设进行综合评价,提出相应对策。并在实际操作中不断摸索与改进、修正。标准体系的建立使得港口生态经济建设和发展有据可依,也意味着天津港口生态经济建设的长期发展意识和发展思路的形成。
3.5 多方面交流,开展港口生态经济建设国际交流合作
在港口生态经济建设方面与先进国家通力合作,广泛交流。包括信息共享、技术互通。学习先进国家的港口生态经济建设理念有利于天津市乃至全国港口生态经济建设理论的发展与完善,有利于加速港口生态经济建设技术创新进程,有利于港口生态经济建设标准制定。
4 结语
天津港在港口生态经济建设方面取得显著成就,但港口生态经济建设不是港口自身的孤立建设,而是融合在整个区域或城市生态经济建设中的一环,目前还存在港口生态经济建设基础理论体系不完善,政府监管不到位、标准体系和指标体系不健全、技术创新能力不足和生态经济意识不强等问题,需要多层次参与、多渠道投入、多技术集成、多元化评价和多方面交流。
参考文献
【中图分类号】G424.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)6-0100-02
海洋科学专业的学生主要学习海洋科学相关的基本理论和基本知识,进行海洋科学研究方面的基本训练,培养他们具有从事海洋科学研究的基本能力[1, 2]。细胞生物学课程是海洋科学专业学生的必修课程之一。细胞生物学是研究细胞的结构、功能及其基本生命活动规律的学科,是现代生命科学的重要基础学科[3]。如何能让学生在掌握细胞生物学基础理论知识的同时又能将学到理论知识应用于海洋科学研究,独立开展研究工作,并做出创新性成果,是我们在教学实践中需要思考的问题。所以如何根据学生专业开展有效地教学,让学生在学习基本理论的同时激发起他们对所学专业的兴趣并增强从事海洋科学研究的能力,需要我们教育工作者在教学实践过程中对各种教学方式的不断尝试。
一、基础理论与海洋科学专业相结合
细胞生物学的理论性很强,研究对象多在一个看不见摸不着的微观层次,信息量大,又缺乏直观性,如果单纯的讲解课本中的理论知识,学生印象不深,甚至难以理解,导致学习效果不佳[4]。如果将细胞生物学课程中涉及的理论知识与学生所了解的专业知识相结合,引导学生根据所学的理论知识去解释一些海洋生物学现象,即可以增强学生对细胞生物学理论知识的理解也可以加深学生对海洋生物的认识。如在讲到主动运输时,可以先让学生回顾一个基本的海洋生物学现象,即海藻细胞内碘的浓度比海水中高30万倍,再引导学生思考导致这种现象的原因,进而引入主动运输这种小分子物质跨膜运输方式的介绍,让学生了解正是由于主动运输方式的存在才使海藻细胞能够不断的从环境中吸取碘。这种讲授方式使学生在教师帮助下进行主动思考与探索,可以让学生主动地投入学习,提高学生学习的主动性和自主性,使学生从被灌输知识者转变成为获取知识而积极主动的思考者,从而达到提高学习效果的目的。为了达到这一教学效果,教师在备课时要有针对性的设计教学方案,精细设计启发式的专业问题,并在合适的时机提出来。
由于海洋生物相关的细胞生物学基础理论研究的欠缺,并不是所有的细胞生物学理论知识都能找到理想的海洋生物教学模型,这时教师可以引导学生课下查阅文献了解海洋生物学方面的研究进展。如在讲信号转导时,我们通常以肾上腺素调节糖原分解的级联反应来介绍G蛋白偶联受体所介导的cAMP-PKA的信号转导过程,在模式生物中该信号通路已研究的较为详细,那么在海洋类非模式生物中是否也存在这种调控方式呢?在课堂上,老师可以引导学生去思考并作为作业让学生课下查阅文献来去求证。这样既可以增强学生对细胞生物学知识的理解,又可以学生使了解对细胞生物学在海洋科学专业的研究进展。
二、理论知识与科研能力培养相结合
大学教育是培养高层次人才的重要阶段,想要培养大学生在本学科或相关领域独立地去从事研究,并做出创新性成果的能力,高校教师需要在进行理论讲解的同时加强对学生科研和动手能力的培养。科研研究能够让学生充分发挥他们的潜能,通过研究容易产生新的观点,并做出创新性成果,美国教育家梅兹就提出:大学不仅要传授知识,还要传授研究[5]。美国教育家杜威提出让学生成为研究者的思想[6]。所以,高校教师应具备较强的科研能力和意识。在教学过程中,教学内容不应仅仅局限于细胞生物学教材的基础理论,更为重要的是激发学生从事科学研究的兴趣,并进一步指导他们做研究工作[7]。如在讲授主动运输时,书本中对主动运输的三个特征(逆浓度转运物质,需要载体,需要能量)有了很详细的描述,但关于如何设计实验来验证主动运输的这三个特征并没有说明,此时,教师可以引导学生以研究者的身份来思考和探究,从而增强他们的研究意识,培养和提高他们的研究思维。
除此之外,还要鼓励学生有意识的提高科研动手能力。为达到这一效果,除了安排细胞生物学实验课课时内的实验内容,尽可能多的让学生接触到目前海洋科学专业老师和研究生们的研究课题以及实验内容,安排他们分组跟随本专业的硕士生进行实验学习,在学习实验技能的同时也能培养他们的科研兴趣。这种以科研促进教学的教学方式为学生今后从事相关研究和工作打下良好的实验基础,并提高了学生对基础知识学习的兴趣,极大的提高教学效果。
三、教师教授与学生主题汇报相结合
老师在台上讲,学生在台下听,是我们比较传统也是主要的教学模式,这种教学模式传授的知识量大,但容易使学生养成学习的依赖性,且不能培养学生自主学习的能力[8]。细胞生物学是一门综合的课程,所涉及的理论与实验技术都在不断更新,鼓励学生参加大大小小的科研论坛,去了解科研发展的前沿。并指导学生根据课堂上讲的理论知识,选择感兴趣的话题,自拟题目和查阅文献,并以主题汇报的方式在课堂上讲述。在准备主题汇报的过程中,学生自己查阅科研动态及最新科研研究进展,所以该种教学方式可以让学生自主掌握最新的知识,了解前沿科研信息,同时还可以提高学生学习的兴趣,激发学习热情。另外,准备主题汇报时,可以以小组为单位,从而在准备的过程中,可以培养学生沟通合作的能力,更有利于培养学生的参与意识和团队的合作能力。
当然,主题汇报能否成功,关键在于主题内容的选择,在选择主题汇报内容的过程中,教师要正确引导学生真正找到感兴趣的命题,引导学生充分利用图书馆以及网络平台等可利用资源。在汇报后,教师要及时总结并对学生做出的努力做出肯定,同时对于汇报过程中出现的问题也要及时指出并给出相应的意见。这种教学方式可以充分体现以学生为主体的理念。
总之,在教学过程中,将理论知识与专业知识相结合,激发学生的学习和科研的兴趣,培养学生的创新精神是海洋科学专业细胞生物学课程教学的首要任务。作为教师,我们在教学过程中应该以学生为中心,针对不同的教学内容,采用适当的方法来达到优良的教学效果。
参考文献:
[1]李洪武, 刘志媛, 刘均玲. 海洋科学特色专业建设思路[J].内江科技2011:1-2.
[2]廖永岩. 进行海洋科学专业(本科)课程改革,提高毕业生就业率[J]. 新课程 2012:30-31.
[3]黄芳, 李拴明. 提高细胞生物学教学质量的思考[J]. 山西大同大学学报(自然科学版) 2007:91-93.
[4]张晶, 陈江宁, 华子春. 谈细胞生物学教学方法的改进[J]. 高校生物学教学研究(电子版) 2013:4-6.
[5]夏锦文, 程晓樵. 研究性教学的理论内涵与实践要求. 中国大学教学2009:25-28.
中图分类号:G423.07 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)04-0235-03
海洋科学是一个多系统、多学科交叉的综合性学科体系。一个多世纪以来,对海洋资源的开发利用带动了海洋科学的发展。随着对海洋重要性认识的逐步提高,人类对海洋科学的发展产生了重大而深远的影响。勿庸置疑的是,海洋将成为21世纪科学发展和技术开发研究的重要领域之一,21世纪将是“海洋的世纪”。《全国海洋经济发展规划纲要》也指出,我国是海洋大国,管辖海域广阔,海洋资源可开发利用的潜力很大。然而,由于海洋长期以来在我国不受重视,我国海洋科学发展一直比较缓慢,设立海洋学科的学校比较少。当然,由于海洋事业发展缓慢的限制,人才需求增长也比较缓慢。随着政府对海洋学科(例如海洋地质)的投入加大,我国的海洋科学研究和教育与国家、社会、经济和科学技术的发展紧密地联系在一起,海洋科学高等教育成为了我国高等教育的一个重要组成部分。然而,我国与国外还有着很大差距。幸运的是,海洋热潮的出现,对海洋科学类专业的发展提供了广阔的社会背景,给高等教育带来了难得的历史机遇。与此同时,中国石油大学(华东)海洋学科的建设也正在起步。我校东营校区面向渤海,黄岛校区面向黄海,海洋学科的发展应该具有独特的优势,然而目前来讲,基础却较为薄弱。目前,学校和学院进行了大量工作以推动海洋学科建设。
一、整合资源、寻求支持,推进海洋学科建设
实验室建设方面。2008年11月,中国石油大学(华东)与国家海洋局第一海洋研究所共建了海洋信息技术实验室,为海洋石油与海域管理的和谐发展提供了科技支撑。
1.联合培养、科研合作方面。2009年9月至2010年1月,地学院院长、书记等领导一行连续走访了国家海洋局第一海洋研究所、中国科学院海洋研究所、国土资源部青岛海洋地质研究所、中国海洋大学海洋地球科学学院等单位,与几家驻青高校和科研院所建立了合作关系,以期借助各涉海单位的力量发展我院海洋地质、第四纪地质学两个二级学科和地质灾害与环境保护方向等。2010年4月,中科院海洋所副所长李铁刚研究员等一行赴中国石油大学(华东)探讨了交流合作事宜。
2.学术交流方面。2009年6月,中国科学院院士、中国科学院海洋研究所研究员秦蕴珊应中国石油大学(华东)研究生院邀请来校,为师生作了题为《海洋地质科学的进展与国家需求》的学术报告。2010年3月至11月,来自国土资源部青岛海洋地质研究所和中国科学院海洋研究所的几位研究员,专程来校做了相关学术报告。
可以看出,学校和学院进行了大量工作以推动海洋学科建设。然而,不得不承认的是最基本的课程建设明显不足。下面以《海洋地质学》课程建设为例进行浅显的探讨。
二、依托特色、加快《海洋地质学》课程建设
1.《海洋地质学》课程联合授课。2011年6月份,笔者承担了学院安排的研究生课程《海洋地质学》,明显感觉力所不及。经过长时间思索与联系,联系了涉及到中国科学院海洋研究所、中国科学院南海海洋研究所、国土资源部青岛海洋地质研究所、国家海洋局第一海洋研究所以及中国石油大学(华东)的部分青年研究人员,专程来校授课、报告。实际上,这些研究人员除了以上提及的单位,其学术思想和经历还涉及到中国海洋大学、同济大学、南京大学、吉林大学、美国和德国等的高校与研究单位。研究海域从极地到日本海―渤海―黄海―东海―南海,从浅水中国陆架―陆坡―西太平洋―东南太平洋;研究方向从海水―海气―海陆作用,涉及沉积学、古生物学、地球化学、构造地质学、古地磁学、大洋铁锰结核、可燃冰、洋中脊岩浆作用及与地幔柱相互作用等;涉及的尺度从秒―天―季―年一直到亿年,从地质尺度到实时观测,从海面以上数十千米到海底以下数千米。研究生课程的此番进行,使得课程内容更加丰富,课程质量得到了提升。实际上,课程仍然存在问题,其最大的问题就是没有适合我校特色的《海洋地质学》教材。
2.教材编写。《海洋地质学》是地质学专业海洋地质方向的必修课程。针对目前国际海洋科学发展态势和我国国家海洋发展战略需求,考虑到我校东营校区面向渤海,黄岛校区面向黄海的独特优势,我们应该将海洋地质学课程定位为地质学专业的必修专业基础课程。目前我们已经开设了《地球科学概论》、《普通地质学》两门相关的课程,另外还应增加一门《海洋科学导论》课程,这些课程都是学习《海洋地质学》课程的基础预备课程。
不可否认的是,随着国际地球科学的迅速发展,海洋地质学科的发展也面临着新的挑战和机遇。面对国际海洋科学的发展特点和我国海洋战略需求,我们(以及未来的)的教学队伍应当吸取国内主要教材的一些特色内容,吸收国际海洋地质发展的最新动态,尽快结合我校特色制定出适合我们的《海洋地质学》课程教学框架,完成《海洋地质学》教材的建设,为同学们将来从事海洋地质及相关研究工作打下坚实基础。
3.教师队伍建设。因为海洋地质学科包容性非常强,目前关于海洋方向教师队伍的严重不足。能够参与到教学中来的教师人员严重不足,在学术研究背景方面势单力薄,在课程教学中无法完成分工合作、优势互补,甚至连基本的教学任务的完成也难以保证,教学质量更是不可保障。值得高兴的是,海洋地质方向的人才引进工作得到了学院、系领导的关注。
4.实践教学。地球科学本身就是一门实践性非常强的科学。海洋地质学虽然是一门以基础理论教学为主要特点的专业课程,但是实践教学也是非常重要的组成部分。然而,由于客观条件的限制难以组织学生进行实际得海上地质调查工作和实习。我们可以将海洋地质学的部分教学内容与普通地质认识实习和综合地质认识实习相结合,利用陆上的河北秦皇岛、安徽巢湖、鲁东等实践教学基地,针对一些海相地层的发育特征,现场进行海洋地质学的基础内容教学。另外,可以组织学生到学校周边如金沙滩、银沙滩、唐岛湾、灵山岛等地开展海洋地质考察和现场教学,这样的教学方式应该会得到学生的欢迎。2011年9月,地学院地质系在灵山岛开展了一堂生动的野外地质现场教学公开课,吕洪波教授担任主讲,授课对象主要是来自地球科学与技术学院的100余名本科生、硕士研究生和博士研究生。这种现场教学不但开拓了视野,激发了灵感,还提高了专业素养,取得了课堂教学不可替代的良好效果。当然,海洋地质研究终究离不开海上的科学考察,虽然该课程不可能安排学生到船上出海实习,但是青岛港口内断断续续停靠着非常多的科考船,比如科学三号、向阳红09号,“东方红”号等科学考察船,可以考虑组织学生到这些海洋调查船上进行参观考察,和船上的科学家直接进行交流学习。通过与涉海单位的加强沟通,这或许可行。
三、海洋学科发展的主要设想
2011年10月,山东省委、省政府召开蓝黄两大发展战略实施情况督促检查工作总结会议,提出“振奋精神,再接再厉,努力开创蓝黄两区建设新局面”。中国石油大学的中期发展目标是,到2020年,建成国内著名、石油学科国际一流的高水平研究型大学。为了与学校的中期发展目标一致,海洋学科的发展以及海洋类专业的设置应该体现我校的办学特色,海洋类专业与传统石油类专业的结合是必然的选择。
综上所述,要加强与涉海单位的合作交流,需要组织力量,编写一本适合我校特色专业的海洋地质教材,加强海洋方向人才的引进力度。实践教学方面,必须将海洋地质学的相关教学内容与普通地质认识实习和综合地质认识实习相结合,组织学生到学校周边地区进行现场教学,组织学生到相关单位的海洋调查船上进行直接的参观考察,我校的海洋(地质)学科建设将会不断完善。
参考文献:
[1]冯士,王修林,高艳.适应新形势加快海洋科学教育的发展[J].中国大学教学,2002,(3):23-25.
[2]中华人民共和国国务院.全国海洋经济发展规划纲要[Z].北京,2003.
目前初露端倪的“新一轮蓝色圈地、新一轮资源开发、新一轮海洋探索”,在“十二五”期间会愈演愈烈,而且高精度、深层次的海洋调查勘探支撑蓝色圈地,引领资源开发。根据新世纪10年的发展积淀分析,未来5年海洋科技将围绕着如下几个全球性的重大命题在世界沿海大国掀起新一轮科技竞争。
“蓝色圈地”成为科技竞争热点
进入新世纪,新一轮“蓝色圈地”在世界舞台上愈演愈烈,“十二五”期间有可能会掀起一个小。首先是海洋大国抢占国际公共海底。俄罗斯在4500多米深的北冰洋海底率先插上一面钛合金国旗,暗示该区域归俄罗斯所有,各发达国家纷纷效尤,引发了新一轮国际公共海底的争夺战。如果说过去的5年还处于准备窥视阶段的话,未来5年可能会付诸实施。二是抢占“外大陆架”海洋国土。澳大利亚率先获得了250万平方公里的外大陆架,引发世界各国争相申报,争相宣称自己拥有宽广的外大陆架,导致了一系列难以调和的海域之争。三是海域划界矛盾重重。过去可以搁置争议、共同开发的海域,因为国际上的蓝色圈地而使海域划界变成“白热化”的竞争,甚至有可能使“睦邻友好”演变成“拔刀相向”。蓝色圈地说到底是一种国防实力的竞争、科研水平的竞争、保障技术的竞争、调查手段的竞争。
深海探测成为海洋调点
广袤的海洋,平均水深接近4000米,推想可知,深度4000米左右的“深海洋盆”占据了绝大多数海洋面积。而这些深海洋盆的绝大多数又是国际公共海底。美国、加拿大率先推出深海探测体系(001)计划,在面积近5万平方公里、深度4000米左右的深海洋底布设_个庞大的、网络化的、实时的、连续的、多学科的海底观测系统。沿海发达国家积极回应,纷纷围绕各自的深海目标,建立各具特色的深海观测系统,目的是通过海底装备的先进性来显示科学数据的先进性,表明科学认识的超前性。同时通过深海资料的占有和积累显示海洋强国的作用和地位,以期在未来战略资源划分上取得优先权。
战略性资源开发成为海洋科技亮点
国际公共海底蕴藏着储量巨大的、全人类共有的未来战略性资源。譬如深海油气藏、海底可燃冰、热液硫化物矿床、大洋多金属矿产、深海生物基因资源,相对于捉襟见肘的陆地资源,特别是油气、煤炭等化石燃料资源来说,相对于目前人类的年消耗量来说,可以说是储量丰富、增速极快。对其调查勘探、先期开发是当前海洋科技发展的动力和竞争热点,谁科技实力雄厚,谁率先勘探开发,谁就率先取得了掠夺全人类未来战略性资源的钥匙。
全球气候变化成为海洋科学研究热点
地球系统科学的新概念、新理论,成为“十二五”海洋研究的重要方面。大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的相互作用,“海气相互作用”以及“海地相互作用”等重要机理研究使人们在一个地球综合系统的新视野内重新认识海洋,最终落脚在全球环境变化上。
海洋生态系统研究迅速发展
未来5年,从分类学的海洋生物多样性到海洋极端环境的生态系统;从分子水平的海洋生物技术到生态系统水平的海水养殖;从海洋生物资源修复技术到海洋生态灾害防治,在一个大生态系统的框架下成为一个既古老又崭新的重要的海洋科学研究领域。关于生态系统的研究将跳出单纯的海洋生物学范畴,形成一个包括环境、地质、化学、水动力在内的大的综合科学系统。
蓝色经济成为沿海各国的重要目标
依靠海洋科技进步和创新来引领支撑海洋经济发展变成了沿海国家的发展主脉络。海岸经济逐渐向海床经济延伸,沿海经济逐渐向涉海经济发展。以基础性、公益性为主的海洋调查研究逐渐转为面向产业发展的核心技术研发。
我国海洋科技的发展趋势
我国的海洋科技事业在未来5年内一定会以前所未有的速度创造不凡的业绩。概括起来,发展的焦点集中在提高“五大能力”。
控制能力如何保证和提高我国海洋国防安全的控制能力,国家海洋权益的保障能力,对中国有特别重要的意义。
认知能力人类虽然经历了几百年的探海历程,有了海量的知识积淀和数据积累,但对茫茫海洋来说,人们的认识还很肤浅,甚至还很陌生。探索海洋、认识深海、了解深海,特别是探索远离大陆的深海洋盆依然是我国海洋调查研究的重要方向。
多糖类物质是广泛存在于动物、植物和微生物细胞壁的天然大分子物质,是生命有机体的主要组成部分,并在控制细胞分裂和分化、调节细胞生长和衰老以及维持生命有机体正常代谢等方面具有重要作用。近年来对植物、真菌多糖的研究较多,并证明许多植物和真菌多糖具有广泛的生物活性,如香菇多糖具有抗肿瘤的作用,地黄多糖是一种免疫抑瘤的活性成分,并能增强机体的免疫功能 〔1〕 。海藻多糖是重要的多糖类物质,种类多、来源丰富,它不仅能提高机体免疫功能,而且具有抗肿瘤、抗病毒、抗辐射、降血脂及抗凝血等多种生物活性 〔2〕 。随着多糖的进一步开发和海洋药物的日益重视,对海洋生物多糖的研究也日益增多。目前研究较多的海洋生物多糖主要是海藻多糖和海洋动物多糖,主要有琼胶、卡拉胶、褐藻胶、褐藻琼胶、螺旋藻多糖和甲壳素。这些多糖是由多个相同的或不同的单糖通过糖苷键形成的高分子碳水化合物,它们与植物、动物、微生物多糖一样也具有多种生理活性。本文对海洋生物多糖在医学上的应用加以综述,并对海洋生物的开发提出研究对策,为今后海洋生物的综合开发利用提供一定的参考。
1 海洋生物多糖在医学中的应用
1.1 提高机体免疫力,增强抗癌作用
海藻多糖能增强哺乳动物特异性免疫功能和非特异性免疫功能,增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力及对细胞免疫和体液免疫的功能 〔3〕 。海带Laminaria japonica的热溶多糖提取物能促进小鼠脾细胞DNA的合成活性,并对小鼠的抗金黄色葡萄球菌的吞噬细胞的消化活性具有促进作用,对脾细胞多克隆抗体(lgM和lgG)的生成也有促进作 用 〔4〕 。
海藻多糖的免疫调节性质对补体系统也有影响。高分子量的硫酸盐多糖对补体活化有作用 〔5〕 ,而补体活化直接参与AS形成过程,因此其研究为AS的防治提供了新的策略 〔6〕 。
海洋活性多糖能诱导白细胞介素-1(IL-1)和肿瘤坏死因子(TNF)的生成,从而发挥免疫调节作用。从皱纹盘鲍中提取鲍鱼多糖能够明显增加吞噬细胞的吞噬能力,增强迟发超敏反应,这种免疫增强作用可能是其抗癌作用的机理 〔7〕 。羊栖菜多糖对荷瘤小鼠的红细胞免疫功能有促进作用,红细胞的免疫功能主要是通过红细胞膜上所含的C36受体(CR1)介导来实现的 〔8〕 ;紫菜多糖具有促进免疫功能活性而具抗癌的作用 〔9〕 。
褐藻多糖具有抗肿瘤的活性。鼠尾藻Sargas-sum thunbergii的热水抽出物,用乙醇沉淀,Stphadex-G-100柱层析,分离的抗肿瘤多糖,主要含有岩藻糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、木糖、甘露糖的硫酸杂多糖,对接种艾氏腹水瘤20天的小鼠具有明显的抑瘤作用 〔10〕 。
螺旋藻多糖蛋白提取物对体外癌细胞生长有抑制作用,可显著抑制小鼠体内腹水肝癌细胞的增殖。螺旋藻多糖以0.3~0.5g/L对B37乳腺癌细胞的抑制率最高,可达68%,对K652白血病细胞抑制率为46% 〔11〕 。
1.2 抗病毒作用
从海藻Gelidum cartilagenium提取出的多糖和卡拉胶具有抗流感B病毒和腮腺炎病毒的作用。红藻多糖(RP1,RP2)对牛免疫缺陷病毒(BIV)的生长具有明显的抑制作用,其抑制率分别为85.96%和88.65%,与临床批准使用的抗AIDS药物叠脱氧胸腺嘧啶(89.52%)近似 〔11〕 。Gonzale报道 〔12〕 从海藻中提取得到的原卡拉胶族的多糖硫酸酯体外实验证明,对正常细胞无不良影响,但能阻断病毒对细胞的吸附,以及抑制人类免疫缺陷病毒(HIV)的逆转录酶,这样对病毒所引起的疾病治疗将是一大突破。从微红藻中提取的多糖可以阻止病毒在寄主细胞中的复制,并可有效地防止病毒侵入正常细胞 〔13〕 。
Beress等研究表明,海藻多糖具有抗HIV等多种药物作用。Ca2SP能够抑制少数有包膜病毒的复制。这些病毒包括单纯疱疹病毒I型、人巨细胞病毒、麻疹病毒、流行性腮腺炎病毒、流行性感冒病毒和HIV 2 。Ca2SP能选择性抑制病毒在宿主细胞中的复制与传播。其中,形成钙离子螯合物和硫酸根是Ca2SP抗病毒效果所必需的 〔14〕 。红藻多糖对BIV的复制具有明显的抑制作用,其抑制率分别为85.96%和88.65% 〔15〕 。太平洋裂膜藻Schizyminia pacifica中的硫酸多糖是HIV病毒逆转录酶的特异性抑制剂。其浓度为2000IU/ml时,对病毒逆转录酶活性的抑制率高达92%,而对宿主细胞DNA和RNA的合成无影响。这一物质不仅可抑制HIV逆转录酶,而且对其他病毒的逆转录酶也有抑制作用 〔16〕 。从鹿角藻Pelvetia fastigiata及墨角藻Fucus disticus提纯的硫酸多糖可以在体外与肝病毒(HBV)抗衡 〔17〕 。
1.3 调节人体新陈代谢,提高机体解毒能力
褐藻酸酯能加快食物通过肠道的速度,缩短了营养成分的吸收过程,由此减少脂肪、糖和胆盐的吸收,降低血清胆固醇、血中甘油三酯和血糖的作用,可预防高血压、糖尿病、肥胖症等。同时褐藻糖胶和褐藻胶可络合Sr、Pb、Cu、Ba等金属离子,因此具有解毒和清肠作用 〔18〕 。
1.4 抗辐射作用
紫球藻胞外多糖(polysaccharide of por-phyidum sp,PSP)能显著提高小鼠NK细胞杀伤活性和IL-2活性,提高小鼠免疫功能,还可以提高辐射后机体NK细胞杀伤活性,增强其抗辐射能力 〔19〕 。用钝顶螺旋藻多糖处理的小鼠其抗辐射能力大大提高,在受到致死剂量 60 Coγ射线照射后的小鼠存活率比对照组提高33%,表明螺旋藻多糖能促进照射后小鼠造血功能的恢复 〔20〕 ,说明海洋多糖具有很强的抗辐射能力。
1.5抗氧化作用
生物自由基损伤与肿瘤、衰老、心血管等重大疾病均有密切关系,海洋多糖可以清除自由基对生物体的伤害。海藻硫酸多糖(SPS)具有清除活性氧的作用,是有效的自由基清除剂。低浓度的SPS(1g/L和5g/L)对多形核白细胞(PMN)呼吸爆发产生的活性O 2- 的作用是直接清除,高浓度的SPS(10g/L)除直接清除PMN和呼吸爆发产生的O 2- 外,尚能部分抑制PMN的活性,阻止O 2- 的生成 〔21〕 。季宇彬等 〔22〕 研究表明,羊栖菜多糖能提高白血病L 615 小鼠SOD和CAT的活性,减少脂质过氧化物(LPO)的含量,进而抑制红细胞膜蛋白与收缩蛋白的交联高聚物(HMP)的形成。壳多糖对氧自由基导致的人脐静脉内皮细胞损伤具有一定的保护作用,其机理可能是由于壳多糖在内皮细胞膜表面形成一层糖屏障,保护膜结构的完整性,从而防止受到氧阴离子自由基的损伤,也可能是它直接抑制氧自由基的产生 〔23〕 。因此,海洋生物多糖作为人体的抗氧化剂具有抗衰老与防止疾病的作用。
1.6 海洋生物多糖的其他作用
海洋生物多糖除了以上的主要作用外,还具有抗菌消炎作用,莼菜提取物加其他的辅料制成的糖果、口香糖对口腔咽部有抗菌消炎作用。同时还具有防基因突变、抗疲劳作用。
2 海洋生物药物综合开发及研究对策
利用海洋生物多糖开发海洋药物有许多途径,海洋生物来源丰富,可直接提取、分离、纯化而得到纯天然药物。但随着资源的不断开发以及人类掠夺式开发,再加上自然灾害的影响,可能引起资源的严重匮乏,并引起水质的严重污染,严重威胁着人类的生存,更为严重的是影响了海洋生物的可持续开发和海洋经济的发展。为避免以上不利因素,可以采取以下对策,开发海洋生物多糖和海洋其他药物。
2.1 利用细胞工程原理
利用细胞工程主要是对海洋生物通过细胞培养、原生质融合杂交技术以及组织培养技术来进行大规模培养,并对培养物进行活性物质提取。首先对海洋生物进行采集、分离,然后采取一定的培养基进行培养,通过反复离心,加入抗生素等方法除菌,进行反复培养,可筛选出含有高活性成分的品系。或者利用植物细胞的全能性,采用组织培养技术对海洋藻类的原生质体进行培养。紫菜叶状体的细胞和组织培养取得了成功 〔18〕 。
2.2 利用基因工程原理
对海洋生物的染色体DNA分离、纯化,并用适当的限制性内切酶酶切,然后在连接酶的作用下和适当的载体连接起来,导入合适的受体细胞中进行复制表达,并对重组DNA进行鉴定、筛选,筛选出高表达的克隆,通过发酵进行大规模培养;或者可用分子生物学手段对目的基因进行改造,使之更适合人体的需要;如在不影响正常功能的前提下,对基因进行突变改造,尽量减少其毒副作用,对某些非蛋白的活性物质如多糖也可以通过基因重组技术改变其代谢途径,经过转基因技术得到大量的活性物质,螺旋藻的基因工程研究取得了一些成果。范晓等 〔18〕 从螺旋藻中分离出藻蓝蛋白(all-phycocyanin)基因,首次从螺旋藻中分离到质粒,并证明质粒与藻丝体形态有一定的关系。因此利用基因工程原理培养海洋生物良种前景十分乐观。
2.3 对现有的海洋生物多糖进行结构改造,以提高生物活性
为提高多糖的生物活性,多糖的分子修饰和结构改造具有重要意义。主要是利用现有多糖残基上的羟基、羧基、氨基等基团运用化学方法进行衍生化,可能会提高多糖的活性,降低毒副作用。褐藻硫酸酯多糖其抗凝血活性比肝素强 〔24〕 ,低分子量的右旋硫酸酯具有抗凝血作用,并作为抗血栓药已应用于临床,它的抗病毒作用在艾滋病治疗上得到证实。羧甲基化为多糖增加了溶解度和电负性,能给多糖增强新的活性或带来新的活性。半纤维素是一种杂多糖,经羧甲基化能显著增加巨噬细胞的吞噬功能,能促进巨噬细胞酸性磷酸酯酶的合成,对巨噬细胞有直接激活作用 〔2〕 。动物多糖在结构上有氨基和糖醛酸构成的重复单元,如糖原、甲壳素、透明质酸等都具有抗肿瘤、抗凝血、可以促进巨噬细胞造血等多种功能。同时这些多糖应用在药物辅料方面,如赋型剂、包衣材料、化妆品基质、包埋剂和药物传递系统的载体,临床上还用于防止手术后粘连,促使创口愈合 〔7〕 。
总之,浩瀚的海洋蕴涵的生物种类繁多,但所含的活性物质甚微,且具有较强的药理作用,因此开发海洋药物具有重要意义。以海洋生物的可持续发展为战略,综合利用,合理开发,通过细胞工程、基因工程,以现有多糖为分子模型进行化学修饰,多渠道寻找高效活性物质是今后海洋药物以及其他天然药物的研究方向。
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“数字海洋”的“千里眼”
海洋卫星遥感具有大面积、连续、动态、实时的观测优势和高分辨率、高精确度、可重复观测、与计算机系统完全兼容等优势,微波遥感器还具有全天候的特点。因此,被誉为“数字海洋”系统的“千里眼”。
由于海洋卫星上可携带可见光多光谱扫描仪、成像光谱仪、红外辐射计、微波辐射计、高度计、散射计和成像雷达等各种类型的遥感器,能够直接测量海色、海面温度、海面粗糙度和海平面高度等海洋环境参数。科学工作者利用这些参数,为海洋地质学、海洋化学、海洋工程学、海洋生物学等海洋科学研究和海洋捕捞业、海洋养殖业、海洋油气和矿产业、海洋运输、海洋化工、海洋医药业等海洋资源的开发和利用活动,提供动态的可靠的资料。
在海洋卫星的研制中,美国和前苏联走在世界各国的前列。从20世纪70年代初开始,上述两国先后发射了海洋资源调查卫星、海洋目标监视卫星和大型海洋电子侦察卫星等。仅1978年,美国就连续发射了3颗专门用于海洋观测的海洋卫星――Seasat-A,Tiros-N和Nimbus-7,形成了海洋卫星发展史上的第一次。迄今为止,国际上已先后发射了10多个系列的数十颗海洋观测卫星,特别是进入20世纪90年代以来,以SeaWiFS,TOPEX/Poseidon,ERS-1、2和Radarsat等为代表的系列海洋卫星,无论在数量上还是在遥感器的综合遥感探测能力上,都有了飞速的发展,开始了海洋卫星由实验型向实用型的转变,掀起了海洋卫星发展的第二个。在目前上天的海洋卫星中,尤其以携带星载合成孔径雷达的海洋卫星技术最为先进。由于合成孔径雷达卫星可以全天候、全天时的对全球海洋进行高分辨率成像观测,因此许多国家的海洋部门纷纷使用星载合成孔径雷达图像资料,应用领域不断扩展,并且取得显著的社会和经济效益。美、俄发射的海洋监测卫星能穿透几千米海水,不仅可用于海洋勘察、绘制详细海洋地质资料以及矿藏和生物资源分布调查,而且对海洋大陆架石油勘探和金属矿藏的开发发挥了重要作用。同时,它还可以侦察、跟踪对方在海底航行的核潜艇。
海洋卫星
发展“蓝色经济”的助推器
海洋卫星可以提供大范围的海面瞬间信息,揭示海洋瞬间万变的空间特征,获取用其它方法无法获得的各种海洋要素。它的出现和应用,为海洋科学的研究和海洋经济的发展插上了翅膀。
利用海洋卫星观测得到的海洋表面的波浪信息,可以为海浪预报、海洋工程和海洋学研究提供依据。据报道,美国等国家利用星载合成孔径雷达提供的大范围海浪场信息,对大洋长波浪的形成和传播以及波浪在近海岸的折射和绕射进行了研究,取得了积极的成果。西欧等国家将卫星观测到的信息用于海浪数值预报,从而有效地提高了海浪预报的精度。
利用星载合成孔径雷达进行浅海水深和水下地形探测,具有重要的经济和军事意义。在一定的海面风速和海况条件下,合成孔径雷达卫星能非常容易地发现海面船只,并确定其位置、大小种类、航行方向和速度等信息,这种信息不仅可以进行航道监测和对遇难船只及时进行营救,在军事上也具有十分重要的应用价值。自从1978年美国Seasat-1卫星发射以来,美国、前苏联和西欧等国家都相继开展了星载合成孔径雷达浅海水深和水下地形探测研究,取得很大进展。据有关资料介绍,在冷战阶段,美国、前苏联和西方一些国家曾利用星载合成孔径雷达对水下潜艇进行探测,确定其位置,美国已经能够在近海小风速下找出巡航中的潜艇尾迹。荷兰已经开发了“水深测量系统”,该系统对大面积海区进行水深测绘,试验区的绝对精度达到了30厘米。
利用海洋卫星图像资料还可以发现海洋油污染,估算其范围并监测其扩散。一些发达国家利用卫星资料已建立了卫星海洋污染监测系统。
海洋卫星同样受到了我国海洋科学工作者的青睐。从1994年开始,我国就接收国外海洋卫星遥感图像资料,进行海洋研究和实际应用,并取得了大量的成果。如在“八五”期间,我国有关部门完成了国家“863”课题《星载合成孔径雷达海洋应用研究》、《中加航天合成孔径雷达海冰应用试验研究》,还先后开展了《卫星资料在我国近岸海洋中的应用研究》和《海冰监测研究》等项目,我国和荷兰科学家利用卫星资料开展的海浪对海岸的侵蚀和对近海岸工程的影响研究;利用卫星资料,探讨东沙群岛西北海区内波的空间特征及其产生机制的研究;我国有关单位与加拿大遥感中心合作,于1995年在辽东湾开展了利用星载合成孔径雷达对海冰的监测应用试验等,都取得了较好的成果。我国科学家成功利用卫星图像资料,获得了登州浅滩的详细地形特征和山东蓬莱与烟台市海岸带地貌分类图。这些研究和成果,不仅缩小了我国海洋卫星发展及其图像资料应用与世界先进水平的差距,而且为卫星资料在我国的大范围应用打下了基础。
我国对海洋资源的开发和海洋科学的研究取得了很大成绩,但科技含量还不高,特别是我国还没有自己的海洋卫星,使海洋的开发和研究受到限制。维护海洋权益、合理开发海洋资源、科学保护海洋环境、防止和减少海洋灾害,是我国本世纪的重要使命。实现这些使命,必须依靠卫星遥感监测手段。
专家预言,21世纪将成为海洋的世纪。据预测,到2005年,我国海洋经济总产值可达到9000亿元,2010年,可达到14000亿元。在未来的一个时期里,我国直接海洋开发总产值的年增长速度将保持在11%~13%左右,海洋经济将占整个国民经济的10%,成为国民经济的重要组成部分。专家认为,保证上述目标的实现,一个很重要的方面,就是要依靠利用卫星遥感资料,及时掌握各种信息,指导海上生产;同时,为政府主管部门决策提供动态、及时、可靠的依据。
发展的中国
呼唤着海洋卫星
令人可喜的是,中国空间技术研究院已经为我国国家海洋局研制成功了海洋一号卫星,参看题图。
海洋一号卫星是一颗三轴稳定的准太阳同步轨道试验型应用卫星,卫星重量约365公斤,设计寿命两年。海洋一号卫星装载的有效载荷设备包括,一台10谱段分辨率为1.1公里、幅宽1600公里的海洋水色扫描仪,一台4谱段分辨率为250米、幅宽500公里的CCD相机,一套X波段数据传输系统。
今年5月15日,四号B型火箭在太原卫星发射中心成功发射海洋一号卫星和风云一号D气象卫星。海洋一号卫星由西安卫星测控中心实施工程测控,并接收工程遥测数据,卫星通过星上数据传输系统,将数据传回地面,由设在北京和三亚的用户地面站接收并进行数据处理。海洋一号卫星随“风云一号D”卫星达到870公里的轨道高度后,经过7次轨道机动,到达轨道高度为798公里的准太阳同步轨道。
海洋一号卫星主要用于海洋水色、水温环境要素探测。它将在海洋生物资源开发利用,河口港湾的建设和治理,海洋污染监测和防治,海岸带资源调查和开发,以及全球环境变化研究等领域有着广泛的用途。
海洋一号卫星入轨后的主要任务是:利用10谱段水色扫描仪和4谱段CCD相机获取我国近海及沿岸的可见光和红外海洋水色资料,实时向北京及三亚用户地面接收站发送图像数据;利用10谱段水色扫描仪获取我国境外的可见光和红外海洋水色资料,并存储在80mdytes容量的数据存储器中,当卫星经过设在我国境内的地面站时,卫星上的存储器便向地面站回放已存储的数据;考验卫星上的各个系统在空间环境中长寿命工作的能力。
海洋一号卫星是中国空间技术研究院利用CAST968现代小卫星公用平台技术研制的第二颗现代应用型小卫星。该卫星在我国1999年5月发射升空的“实践五号”小卫星的基础上进行了改进,增加了变轨能力和单轴驱动的太阳电池阵。卫星的控制精度有很大提高,整星功率初期为320瓦,末期为450瓦。
海洋一号卫星本体为长1.2米,宽1.1米,高0.996米的六面体,两个太阳电池阵展开后跨度为7.529米。卫星主体结构采用铝蒙皮铝蜂窝结构,主承力结构为两块长隔板和两块短隔板,一块载荷舱底板将星体分割成平台和载荷舱两部分。
海洋一号卫星包括结构、控制、热控、测控、电源、天线、星务管理、有效载荷、总体电路等9个主要分系统。整个卫星的信息交换采用485总线通讯方式;星务中心计算机作为上位机,其余各设备计算机作为下位机。这些下位机除完成自身功能外,还负责本分系统设备及设备附近卫星结构的温度测量任务。设备供电采用分散供电形式。卫星上装有GPS全球定位系统接收机,可以为测控基地提供卫星境外飞行的测轨数据。卫星热控制设计以隔热设计和舱内等温化设计等被动式热控制为主,必要时辅以电加热式的主动式热控制。卫星姿态控制采用三轴稳定对地定向方式。通过两个红外地球敏感器、三个惯性敏感器、两个数字式太阳敏感器来获得卫星精确姿态数据,通过磁力矩器、偏置动量轮、姿态控制推力组件等由计算机控制执行机构,实现对地滚动角≤0.4度、俯仰角≤0.4度、偏航角≤0.5度的控制精度要求。
海洋一号卫星实现了我国现代小卫星研制技术的新突破。在这颗卫星的研制中,科技人员克服了许多困难,在国内首次采用了小卫星研制中的以下几项关键技术。
当今,国家、省以及各沿海城市对海洋的需求、依赖以及投入日益加大,“数字海洋”、“群岛新区”、“海洋经济综合试验区”、“感知东海”等与国家以及地方经济发展、国防密切相关的发展战略先后提出,海洋科学人才的培养显得尤为重要。许多高校纷纷开设海洋科学专业,而物理海洋学作为海洋科学的基础,其教学成败与否直接关系到海洋科学人才的培养与发展。对于继续深造的学子来说,本科阶段所掌握的理论深度以及实践、动手能力高低直接关系到他们研究生阶段的学习与研究。而对于直接走上工作岗位的学生来说,本科阶段的理论熏陶以及运用知识解决实际问题的能力培养,无疑对他们将来的工作是有帮助的。
物理海洋学是一门基于观测并以数学、物理为理论基础的学科,其教学过程不可避免的涉及大量公式的推导、假设、简化、求解以及物理意义分析,这样一个教学过程,学生普遍觉得枯燥乏味,难以长时间的集中精力听课,即使是坚持听课,也对公式所指物理意义不甚清楚,所以导致听课效果不好。所以如何有效提高物理海洋学的课堂教学效果,提高学生的听课积极性,激发学生探索海洋的兴趣是摆在每一位物理海洋学教师以及教育管理者面前的重要课题。
2.遵从由感性到理性认识的认知过程
物理海洋学,如其名,是用物理学的观点去研究海洋中的各物理要素场的时空变化规律以及各种动力过程的学科。所以要掌握物理海洋的相关理论,首先要对各种物理现象、概念有详细的了解,这应属于感性认识阶段,这个阶段很关键,直接关系到学生是否有兴趣继续深入学习相关内容。所以在这个阶段的教学,应尽可能的利用栩栩如生的图片,如条件许可可以制作各种物理现象演变的动画,帮助学生熟悉,了解各种物理现象,激发学生的学习兴趣。随着互联网以及计算机硬件的快速发展,前人已经绘制出大量物理海洋现象的图片以及动画可供下载或查阅,因此有很多相关的内容可以直接从网上下载,部分不能下载或者搜寻不到的,可以利用诸如matlab1之类的数据可视化软件,教师自己绘制。在课堂教学中引入相关物理现象的图片或动画,并尽可能的用比较通俗的语言进行讲解,这可以达到比较好的教学效果。比如,在讲解风生漂流理论2时,可以先讲述海冰移动的方向与风吹方向的关系,并且用matlab软件绘制海流随着深度变化的图片或者直接从相关网站引用,通过对图片的讲解使学生对风生海流的运动特点有感性的认识,然后借助简化的方程组进行详细的推导并求解,从解的特点分析风生海流的垂向结构、输运等特点,这样就完成了由感性到理性认识的过程。最后可以结合适当的例子讲述风生漂流理论可以解释那些自然界的现象,这使得学生认识到其所学知识还是很有用的。最后可以通过提问,讨论,阅读文献等,让学生了解该理论的有那些缺陷,目前研究进展如何等,从而不断激发学生们探索海洋的兴趣。
3.尽量由社会关注的热点引出将要讲述的物理海洋学内容
社会的热点问题往往是学生们所关心并且喜欢讨论的内容,所以由热点问题出发可以很好的吸引学生的兴趣。比如2013年的夏天,华夏大地酷暑难耐,热死人一点都不夸张,这种极端性的热天气是什么因素引起的,这一问,学生很快就提起神来了,因为这个与其生活息息相关所以他们很感兴趣。然后,可以通过查阅相关文献获取的关于这一现象的解释引出要讲述的物理海洋学问题,比如与这一现象有关的物理海洋学知识有热成风关系,北极变暖,冰块迅速融化等,之后就可以详细讲述何为热成风关系以及与极端高温有什么关系,这样学生们很快就掌握住热成风的知识。再比如,今年夏天长江流域阴雨连绵,就连杭州这个历来夏季火炉之城都变得那么的凉快,那这与海洋又有什么关系呢?然北方,如河南却干旱很严重,这又是什么引起的呢?通过以往研究发现,厄尔尼诺现象是元凶,而今年恰恰又是很强的厄尔尼诺年,从而引出将要讲述的大尺度海气相互作用过程。
4.由国民经济发展所急需的各类用海活动出发引出所要讲述的物理海洋学内容
学以致用,或者想把所学知识转化为生产力,或者想致富视乎是每一个学生的初衷。抓住大部分学生的这样一种心态,因势利导,可以很好提高课堂教学效果。比如将要讲述波浪知识时,可以事先讲述波浪对于船舶制造、海上石油平台建设、港口码头规划、海水浴场的建设等的影响,从而使学生认识到掌握波浪的理论知识非常实用,这样可以提高学生的学习兴趣。再比如,讲述潮汐、潮流知识时,可以先让学生了解近海海洋工程环境评估,海洋环境保护对潮汐知识的需求,实际上潮流是近岸的主要水动力。各种污染物的输运、围填海活动都离不开对潮汐知识的了解,经过这一讲述学生们立刻感觉到这方面知识的重要性,从而有积极的学习兴趣和动力。
5.注重学生们课外动手能力的培养
随着电子计算机的发展以及众多数据可视化软件的问世,使得很多枯燥乏味的数字以及数学公式能够以生动图片的形式展示其物理意义,也就是说在教学过程中引入数据处理以及可视化化软件如matlab、Grids3、GMT4等并教会学生如何使用。然后在课外布置适当的绘图练习,若能再现课堂讲述过的图片或者某种现象,这无疑可以进一步激发学生的学习兴趣,同时也可以提高学生的动手能力,同样对学生的未来发展也是非常重要的。
物理海洋学相关文献的发表、科研报告的撰写都离不开数据的可视化、精美的图片制作。图片制作完成后,就是运用所学理论对图片所展示的科学问题进行分析、探索,最后撰写成文。也就是说,如本科阶段能得到这方面良好的训练、培养,学生们后续深造将会更加的轻松、自信。直接走上工作岗位的学生,其在工作中也会得心应手。不管是继续攻读研究生的还是直接工作的,他们的表现直接影响学校的毕业生声誉,将给学校的后面学生的就业产生重要影响。
中图分类号 P731.31 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2014)03-0228-03
地球表面约71% 为海洋所覆盖。在海洋中,海温与热含量有着密切的关系。海表面温度的季节变化会简单的由局地的通过混合层内的热通量进行调整[1]。近海海温和热含量的变化基本受2个方面的影响,即海气净热通量和海洋热平流[2]。目前的观测事实表明全球平均气温、海温升高,大范围冰雪融化以及海平面上升[3],对中国近海的水文要素也产生了一些影响。汤明义等[4]分析了黄海冬季水温的垂向和水平分布,指出黄海垂向上在风力作用下混合的比较均匀,水平上受到黄海暖流、黄海沿岸流等不同流系的影响差异较大。刘凤树[5]指出东中国海环流的形成主要是黑潮作用的结果,风的效应仅起调节作用。由此可见,近海的环流及热量输送是黑潮作用下,受季风影响而形成的,对水平方向的热量分布具有重要影响。
由于渤海、黄海、东海海域水深较浅,海洋的记忆能力较弱,其年际变化信号主要受外部变异信号的影响。张 松等[6]发现东亚季风的年际变率与中国东部近海海表面温度整体的年际变率一致性较好,指出该海域处于东亚季风区,作为海洋的主要驱动力之一的季风,其变化对渤海、黄海、东海海洋环境产生重要影响。中国近海有广阔的大陆架,除南海的中南部外,近海大部分海域的水深呈自西北向东南倾斜、深度浅(200 m以内)、坡度平缓等特点。这使得东亚季风对中国近海环境有较强的作用,成为影响中国近海水温的重要因子之一[7]。
由于海洋实测资料的缺乏,一直以来对中国东部近海水温及热含量的研究较少。本文利用ROMS模式输出的中国东部近海水文要素数据来进行研究,通过明确水温与热含量的关系,重点分析平流热输送对热含量(代表底温)的影响,为相关研究提供参考。
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源
研究海底温度,由于缺乏长时间连续的实测资料,只能依靠模式输出的数据。本文采用ROMS海洋模型,对东中国海进行了1958―2005年的数值模拟。王悦[8]根据卫星观测资料,断面资料及沿海观测站资料对模式的温盐场进行了系统的检验,证明该模式结果基本可靠,可以应用于进一步研究。位势高度场资料源于美国国家环境预报中心。
1.2 研究方法
为了便于研究比较不同区域的底温变化及其影响因子,本文选取中国东部近海6个研究区域,各区域均为1°×1°,每个小区域内的底温取整个小区域所有格点的平均值。图1为分区编号。其中,区域1、2代表长江口以南和以北,区域3、4代表黄海南部和中部,区域5、6则是长江口南北两侧近岸区域。利用ROMS模式输出的中国东部近海水文要素数据,明确水温与热含量的关系,分析热含量的季节及年际变化,对黄海与东海海域底层水温影响因素进行研究。
2 结果与分析
2.1 海温与热含量的关系
海表面温度(Sea Surface Temperature,SST),作为衡量海洋热力状况的重要变量,一直以来得到研究人员的重视[9-10]。相关文献指出:东海沿岸SST主要受制于太阳辐射,呈南高北低分布。就近40年的资料而言,东海沿岸的SST总体呈上升趋势,其中冬季上升幅度最大,暖冬是SST总体呈上升趋势的重要因素[11]。
SST与底层温度分别反映了海洋上、下层中海水的热力状况。两者的变化均受到海气界面热交换和海洋平流的影响。根据模式输出的资料,计算了6个区域的整层(垂直积分)的热含量,之后计算了其1―5月各层水温与热含量的相关系数。取区域4各层水温与热含量的相关系数随季节和深度的分布,如图2所示,其余区域的相关系数场类似。
由图2可知,总体上热含量与海温关系随水深逐渐加强,联系最密切的区域出现在中下部深度。在层化较强的夏季,整层水温和热含量联系变弱。对底层水温来说,两者的相关系数始终较高,从侧面说明底层温度和热含量受到了共同因子的影响,两者的异常波动是基本一致的。因此,可以用整层的热含量来代表底层温度,通过研究热含量的变化及影响因子来探究影响底层温度变化的因素。
2.2 热含量的季节及年际变化
为了深入分析中国近海热含量的季节、年际变化及其影响因素,首先对计算得到的热含量场进行了年内EOF分解,取第一模态,解释方差高达88.74%,代表了热含量变化的平均状态,其空间分布及时间系数如图3所示。根据空间分布场来看,相对自身而言季节变化较大的区域出现在近岸及黄东海交界区域,黄海暖舌及台湾暖流所在的地方热含量相对稳定。从时间系数来看,最冷时段出现在1―3月,而最暖时段则出现在8―10月。整体的变化趋势滞后大气场的季节变化大约1个月。这与在中纬度地区主要是大气影响海洋的机制相符合。同时,暖流在此的作用则是抑制了热含量本身的变化。
袁承仪[12]在研究黄海时指出,9月至翌年2月,热含量下降伴随着海洋向大气输送热量,3―8月的热含量上升则伴随着大气向海洋输送热量,且全年的海气热输送绝对值均在量级上大于侧向热输送。在冬季较强的黄海暖流抑制了该区域的失热状况,使得热含量的变化幅度变小。这与图3所得结论是一致的,但具体到各个海域,热量的平流输送对局地热含量的影响并不明确。因此,为了分析热平流输送的作用,对上述6个区域,分别计算其多年平均的区域整层热含量和热量输入值。用当月热含量减去上月值,可得出多年平均的各月热含量变化值。将此值与前1个月的热输送量进行比较,可得出热输送对热含量的影响程度(图4)。
比较图4a~f可知,黄海中南部(区域3、4)和长江口海域(区域1、2)在4月热含量开始增加,而沿岸区域则提前1~2个月。之后6个区域的热含量均是在5―7月增加明显。到了9月,沿岸海域(区域5、6)热含量开始减少,其余海域则在10月热含量减少。总体来看,上述6个区域的热含量变化趋势基本一致,近岸海域提前1~2个月,水深越浅的海域(区域5)比较深的海域(区域6)变化早一些。
从热量输送来看,不同区域存在着差异,但整体上均较热含量变化小1个量级。区域1、2受到台湾暖流影响全年净得到热量,在冬春季节获得热量,在夏、秋季节失去热量。区域3、4正好相反,在冬、春季节失去热量,夏秋季节得到热量。但区域3净得到热量,而区域4失去热量。区域5、6均处于沿岸地带,但情况明显不同,区域5的热输送与热含量变化基本一致,热输送对热含量起到了一定作用,而区域6的热输送并不明显。
因此,在季节变化尺度上,热输送较热含量小1个量级,对热含量的影响较小。由于海洋在冬季向大气放热,夏季从大气吸热,在冬季得到热量而夏季失去热量的暖流区域,抑制了局地热含量的季节波动,而冷流区域恰恰相反,水平的平流输送反而促进了局地热含量的波动。参考上述的其他研究文献,可知热含量的季节变化是受海气界面的热通量主导,热平流的作用次之。
在热含量的年际变化中,已有研究均指出季风的重要性,但对水平热输送的贡献未作研究。为了更好辨明热含量与热输送在年际变化上的关联,取各月份各区域热输送值和相对该月份的热含量增加值(后1个月热含量减去当月热含量),计算它们的相关系数。结果如表1所示。表1中显示的数据均通过了90.0%的信度检验,部分数据通过了99.0%的信度检验。由表1可知,热平流输送与热含量的联系限于离岸深水海域,且只有在春、夏季节才较明显,其中黄海中部(区域4)联系最为密切。近岸海域两者并无明显相关性。因此,在黄东海研究海域,对热含量的年际变化,热平流输送的影响主要限定在春、夏季节的离岸海域(特别是黄海中部)。
3 结论
通过使用ROMS海洋模式输出的水文要素资料,并结合其他资料,探讨了黄东海研究海域底温和热含量变化的影响因子,研究结果表明,黄海与东海海域底层水温(热含量)的变化受到大气强迫和海洋平流的影响。在季节变化中,海气热通量占主导地位,水平热输送使得暖区底温的波动减小,冷区波动增大,改变了底层水温的水平分布。在年际变化中,水平热输送的作用主要限定在春、夏季节的离岸海域。在黄海南部海区,这一作用更为突出。
4 参考文献
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中图分类号:S642.906+.2文献标识号:A文章编号:1001-4942(2014)10-0081-02
3小结
3.1本试验表明,施用海藻肥可以显著增加洋香瓜的产量、提早采收时间、改善洋香瓜品质。在本试验条件下,洋香瓜在膨瓜期喷施250倍海藻肥可以提早采收3天、增产4.03%;改善洋香瓜内外在品质,外观颜色加深、着色均匀、果肉厚度和含糖量增加、可溶性固形物和VC含量提高。
3.2有研究表明,海藻肥对蔬菜具有提早采收、增加产量、改善品质的作用[6],这与本试验结果一致。本试验只探讨了洋香瓜在膨瓜期施用的合理倍数,对海藻肥在洋香瓜苗期、生长期上施用效果、最佳施用次数、能否增加洋香瓜的抗逆性和抗病性都需进一步试验探讨。
参考文献:
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海洋药物是一门近些年发展起来的新兴学科,相关研究已成为当今世界药学领域寻找和研发新药的热门。目前,在海洋药物研究领域走在前列的是美日等科技发达国家。迄今为止已有多种海洋药物获得新药证书或者进入临床研究。我国也在海洋药物领域投入很大,多所大学开设了海洋药物本科,有些学校正在酝酿和申报。
随着海洋药物的蓬勃发展,社会对海洋药物人才的需求也变得越来越大。在这种趋势下,海洋药物专业已成为一个新兴的最具特色的本科教育专业。加强海洋药物专业人才的培养可以为海洋药物的研发提供强大的技术支撑。海洋药物专业的学生应该具有扎实的医药学基础知识、海洋科学基本理论,具备利用海洋生物作为药用资源、开发海洋医药产品的基本技能,能够从事海洋药用生物资源的调研、深加工开发与利用、质量评价、分析检测和管理等工作,融医药学和海洋科学为一体的复合型、实用性专门人才海洋药物专业毕业设计是海洋药物专业本科生在校期间的最后一项学习任务。毕业设计周期长,实践性强,可以很好地培养学生的科研素养,为企业或科研单位输送优秀的海洋药物人才,是搭建在高校和企业之间的一座桥梁。
一、目前海洋药物专业本科毕业设计存在的问题
(一)学生对毕业设计的重视程度不够
由于毕业设计一般设在本科阶段的最后一个学期,而这又是学生找工作或者考研复习最忙碌的时候,很多学生把心思都花在找工作和找好工作上,自然不能全身心地投入毕业设计中,甚至有些同学只是把毕业设计当作是找工作之余的副业。而一些考研的同学认为毕业设计对考研帮助不大,与其花大量时间在这上面,还不如多看看书,加深对理论知识的理解,这样更有助于自己在考研中取胜。相对而言,已经找好工作的或者保研成功的学生能安下心来做好毕业设计。然而也存在小部分学生认为既然工作已经找到或者考上了研究生,那么毕业设计的好坏对自己的影响不大,抱着这样心态的学生在毕业设计过程中容易消极怠慢,得过且过。这几种心态都容易导致形成学生在毕业设计过程中应付考核的局面。
(二)导师制定的选题不合理
海洋药学专业具有自身的特点。需要培养具有宽厚的药学、海洋科学、制药工程和海洋工程基础理论和基本技能。一些导师给学生毕业设计的题目过大过空,使得学生在实验中力不从心,半途而废,不得不重新换课题。有些导师选题过于陈旧,没有什么实际应用价值。甚至选题有时一题多人用,一题多届用,无益于培养学生的创新能力。部分导师没有结合海洋药物专业的选题的自身特点,选择与之完全不相关的课题。课题的选择只考虑导师现有课题进展,没有考虑学生就业因素等。
(三)老师缺乏对学生耐心的指导以及严格的监管
由于指导老师要承担科研和教学的双重任务,因此很难有精力去耐心指导学生的毕业设计。在一些情况下,导师会把指导学生的任务分派给自己的研究生。然而,有些研究生由于自身实验技能不专业,在指导学生时又较马虎,以错带错,使学生养成不良的操作习惯。并且受知识面和学术素养的限制,对学生在实验过程中遇到的一些反常现象,仅凭自己的主观臆测加以解释。其次,学生的实验记录常常不够规范,不能及时清楚地记录实验步骤、实验现象。在论文写作中,有些同学把文献综述作为毕业设计的主要部分,缺乏实质性内容。部分导师由于课程繁忙或者申报项目等工作繁重,导致了对毕业实习不够耐心的现象。
二、探索提高海洋药物本科毕业设计质量的方法与措施
针对以上存在的问题,相应地提出以下几点措施。
(一)做好毕业设计的动员工作
在毕业设计开始之前,应组织学生召开动员大会。要特别强调毕业设计对每个人以后发展的重要性。并且要从制度上加以规范,如果学生的毕业设计成绩不合格,应该采取相应的措施。可以请已经工作或者读研的优秀往届毕业生回母校现身讲座,谈谈毕业设计对他们现在的工作或科研的影响,在情感上更容易使学生产生共鸣,引起对毕业设计的重视。同事各级行政部门和实验室管理部门也要做好学生毕业设计的准备工作,让学生顺利地从理论学习过度到实践学习。
(二)帮助学生合理选题
合理的选题对保证学生毕业设计质量至关重要。海洋药物毕业设计费时费力,学生的实验时间本身就比较紧张,如果选题过大,导致中途换课题,不仅浪费了时间和精力,而且会影响学生的信心。如果选题过小,学生在毕业设计中能力得不到实质性提高。因此,导师在制定选题时要充分考虑到每个选题在毕业设计中的可行性。导师应制定多个题目供学生选择,并将待选择的题目的内容、采用的方法、所需的仪器设备、项目的应用前景及项目的难点和预期取得的成果等进行详尽地表述,使学生做到心中有数,选定自已感兴趣的题目。学生在选题后应进行相关国内外文献的查找,做好文献综述,并独立完成开题报告。在此过程中,导师应给予必要及时的帮助和指导,但同时不能让学生过于依赖导师。培养学生在实验作过程中的自主独立性对于他们将来进入医药企业进行新药研发工作大有裨益。兼顾学生的就业问题也很重要,区别不同的就业倾向给予适当调整。比如有继续深造意愿的学生可以安排较为深入的实验性课题, 对于准备进入生产质检的学生,可以考虑安排相关海洋药物质量控制的课题等。
(三)加强实验阶段的管理
在学生正式进入实验阶段后,导师应及时了解并监督学生毕业设计的进度和实验状况。每周应以小组汇报的形式进行检查,防止学生出现“三天打鱼,两天晒网”的现象。对于在汇报中学生提出的疑问应给予及时解答。学生有事离校要严格履行请假制度,回来后要督促其按照原来的计划赶上进度。将平时考勤情况作为毕业设计平时成绩的重要依据。建立相应的考核和评比制度,奖惩结合,促进良性竞争。海洋药物专业的实验涵盖发现,质量控制和生产工艺的各个环节,让学生在某一个环节上尽量连续学习很重要。如果出现学生临时由于找工作等原因离开实验室,一定要做好实验物品的归类和实验记录的完整,保证继续实验时,可以重复实验数据,并如期完成毕业设计。同时,在毕业设计的各个阶段都做好实验记录检查工作。所以实验室的阶段质量管理队海洋药物本科实习的质量提高非常重要。
(四)采用岗位轮转实习方式
根据学生近年来的就业趋向,可以安排在涉海制药企业和海洋资源开发与利用有关的企业进行岗位轮转,以扩大学生的海洋药物知识面、增强其适应能力、培养其生产意识。同时结合海洋药学科研、生产、教学需要安排专题实习。特别是针对学生就业,针对性的安排轮岗实习。海洋药物专业的本科生毕业趋势很大一部分回去生产第一线,提早让学生了解和熟悉生产一线的操作和管理对学生综合能力的提高和就业范围的扩大很有裨益。
(五)加强论文写作指导,进行学术道德教育
在论文写作阶段,导师应指导学生在论文写作中如何进行结构的合理安排、实验原理的清楚阐述以及参考文献的正确引用等,严格要求论文写作的规范性和逻辑性。同时,要进行学术道德教育,让学生认识到养成良好学术道德的重要性。培养学生优良的科学作风将使其一生受益。论文写作过程中文献综述部分一定要严把质量关,杜绝大面积引用次级和多级文献的现象,导师应该多综述的质量直接监督,对被引用的原文进行检查。论文写作阶段仍需要安排学生正规进入实验室处理数据,补做部分实验需要等,不可按照交作业的形式完成。必须在严格监督和指导下完成毕业设计论文的写作。
三、结束语
总之,毕业设计是海洋药物专业本科生在校学习的最后一个关键的综合性实践教学环节,可以巩固、提高学生学过的知识和技能,增强综合运用知识的能力,对于培养学生的科学思维和创新能力具有非常重要的意义。毕业设计质量的提高有赖于学校、学院和师生三个层面的共同努力。充分抓好毕业设计中的每一个环节,调动各个层面的积极性,能够使大学生顺利完成从理论学习到实践学习转变和从大学到工作或研究生涯的转变。
[参考文献]
[1]马忠俊.提高中药学专业毕业实践质量的探索和实践[J].高等教育研究,2009,7(1):91.
在海底装上“眼睛”
――地球系统的第三个观测平台
新世纪伊始,一个新的科学热点正在出现:这就是海底观测系统。其功能是把深海大洋置于人类的监测视域之内,以从根本上改变人类认识海洋的途径,开创海洋科学的新阶段。
迄今为止,人类“入地”的能力仍然远逊于“上天”。海底是最贴近地球深部的去处,从海底“第三个平台”观测地球,将揭示地球系统“运作”之谜。
建设中的海底观测系统,是通向新突破的捷径。作为新开的领域,各国都处在起步阶段。中国,正经历着数百年不遇的良机。
假如把地面与海面看作地球科学的第一个观测平台,把空中的遥测遥感看作第二个观测平台,那么新世纪在海底建立的,将是第三个观测平台。
人类认识世界的过程,是一部不断扩展视野的历史。古人没有想到海洋有这么大,15世纪重新发现的“托勒密地图”上并没有太平洋,以为欧洲航海西行到亚洲并不遥远,否则哥伦布也许不敢冒这个险。当然更不会知道海底的地形起伏,会比陆地的高山深谷还大,这要等到20世纪中期,有了声波测深技术才能发现。现在我们知道,海水比河水多百万倍,海洋的平均水深3800米。隔了厚层的水,人类对深海海底的了解,还不如月亮和火星表面。而地球深处“地幔”里的水,又比地球表面的海水多许多倍。
人类视域的突变发生在17世纪:用新发明的显微镜,看到了细胞,看到了微生物;用新发明的望远镜观察行星,提出了“日心说”,导致“哥白尼革命”。又一次突变发生在20世纪:航天技术使人类克服地球引力进入太空,第一次看到地球的全貌,开始将地球看作一个整体,将地球上种种现象连结为“牵一发动全身”的系统,导致地球系统科学的产生,被喻为“第二次哥白尼革命”。
这次“革命”对地球科学的影响最大,尤其是浩瀚的大洋。人类对海洋的认识,大都是19世纪晚期以来通过航海从船上取得,这种星星点点、断断续续的观测,带来了许多错觉和误会。直到20世纪早期,测量海底地形的办法还是用绳子系上重锤抛到海底,用绳子的长度测算水深,如此得来的测点寥若晨星,绘在图上当然只能说明海底平坦,地形单调。再如船上用温度计测量海水表层,只能测了上一点再测下一点,永远也画不出一张同时的海洋温度图来。20世纪出现的遥测遥感技术从卫星获取地球信息,开辟了全新的对地观测系统,能够获取全球性的和动态性的图景。同时得到的不仅有海水表面的温度、风场、海流和波浪,而且有生产力、污染以至浅海地形等各方面的信息。
但是遥感技术的主要观测对象在于地面与海面,缺乏深入穿透的能力。隔了千百米厚的水层,遥感技术难以达到大洋海底。现在要问:能不能换一个视角,不要老是从海面看海底?可不可以从海底看海面,把观测平台放到海底去?新世纪伊始,一个新的热点正在出现:这就是海底观测系统。
海底的观测平台的功能是把深海大洋置于人类的监测视域之内,结果将从根本上改变人类认识海洋的途径,开创海洋科学的新阶段。
1.请准确指出本文主要介绍的对象,并说明其出现的社会背景。
解析:此题考查学生的分析概括能力。要能够迅速准确地弄清楚科普文叙述的对象,就得树立全局意识。也就是说,在通读全文后要把握好各段段意,分清作者的叙述重点主次,切不能断章取义。具体到此题,本文在首段抛出话题――海底观测系统,接着从之前观测技术的不足、人类对海洋的认识过程及建设海底观测系统的突出优点等方面展开,顺理成章地点出题旨。
答案:海底观测系统。随着人类社会的发展进步,人类视野已由“海面”拓展到了“海底”。可之前所有的监测平台及技术都无法从根本上改变人类认识的途径,因而也就无法掌握到海底更多更准确的有效信息。而海底观测系统能转换视角,从根本上改变了人类认识海洋的途径,开启了海洋科学的新阶段。
2.综观全文,人类对海洋的认识经历了哪几个阶段?
解析:此题考查学生对文章写作思路的把握。一般来说,科普文章的层次是比较分明的,或以时间为序(本文是以时间为序),或以空间为序,或按总分的顺序解说。
答案:第一阶段:人类对海洋的认识主要通过航海从船上获得;第二阶段:人类通过简单的工具测量海洋;第三阶段:遥感遥测技术出现后,人类从卫星获取地球信息,加强了对海洋的认识。第四阶段:海底观测系统的建成,人们可以从海底看海面。
【技法指津】
找准科普文写作之对象,理清其思路结构,是读懂此类文章的关键一步。那么该如何把握对象、理清思路呢?
一、识记一定的文体知识
科普文是介绍、普及科学知识的说明文体。大致分为科学说明文和科学小品文。其结构并不复杂,常见的结构形式有“总(概说)―分(具体)”式、“总(概说)―分(具体)―总(概说)”式、“分(具体)―总(概说)”式、并列式、递进式等。
二、树立整体的阅读意识
确定科普文的说明对象及分析思路时,一定要有整体意识,需要具备整体把握的能力。有些科普文的内容介绍说明的是广大读者不太熟悉,甚至从未听闻接触到的,作者为将之讲述得更加通俗易懂,往往会拿不少大家熟知的事物来打比方或作比较,如不能搞清各段的内容及段落之间的关系,也弄不清各事物之间的联系和区别,就易弄错对象,自然也就无法梳理好文章的结构层次。当然,这种对文章整体把握的意识不仅适用于科普文,同样适用于其他文本的阅读。
三、掌握基本的解题策略
一般而言,说明对象会在文本中多次出现,如果说明对象是众多事物,叙写的主次会比较分明。不管怎样,只要明白了作品所阐述事物的特点、性质、现状、发展前景及意义等内容共同指向的对象,就找到答案了。
而解答“把握文章结构,分析文章思路”类的题型时应注意:理清文章的层次,看文章写了哪几层意思(要善于借助标志性的词或过渡句);找中心句或关键词,并将其加以概括。另外还要特别注意关联词。常见的关联词有递进、并列、假设、条件、因果、转折等几大类,阅读时,看到“首先”,要想到“其次”;看到“多项条件”,要找到“唯一条件”;看到“所以”,要寻找“原因”……高考命题者常常在关联词语的运用方面设置考题。注意关联词有助于我们快速阅读,准确找到答案所在的重点段落或重点句子。
【阅读训练】
阅读下面的文字,完成后面的题目。
“好奇”号火星漫游记
李 理
“祝贺你们!”肃静的大厅里传来一声浑厚的问候。大屏幕前,正在观察“好奇”号行动的科学家们屏息凝听着随后的一段话。这是一份来自火星的特殊问候。近日,“好奇”号火星车在接收了地球上的语音邮件之后,通过美国宇航局的深空天线网络接收信号将其向地球转发回来。这是人类首次完成从地球上向其他行星发送语音邮件并转发回来的任务。
“好奇”之路漫漫行
自2011年11月,美国“好奇”号火星车被成功送入设计轨道之后,其征程一直被广大。到目前为止,“好奇”号火星探测器进展顺利。成功踏出火星第一步,成功发回邮件等一系列测试,均表明“好奇”号目前状态良好。
在近日的会上,美国航天局对外了“好奇”号传来的照片。根据这些照片,人们可以清晰地识别出火星山麓地区一些侵蚀形成的冲沟地形,以及其层状沉积结构。目前,搭载在“好奇”号上的镜头已经拍摄了附近夏普山的缓坡下部地形景象。科学家表示,那里将是“好奇”号攀登夏普山的位置,照片中的层状沉积岩层是它的最终目标。但是,有一片暗色的沙丘横亘在“好奇”号和沉积岩层之间。根据资料,科学家判断,这片暗色区域存在不同颜色的地区,每部分所含成分并不相同,是历史成因的差异导致了这些岩石的多样性。
此外,根据报告“好奇”号已从着陆点附近出发,正式开始向400米外的首个科研目的地格莱内尔格前进,该地是三种地形相交的区域。科研人员期待首个岩石目标能在这一区域找到,并对其进行取样和分析。
火星生命仍为谜
那么,是何原因让“好奇”号火星车备受世界关注呢?科学家表示,是人类对生命起源的未知迫使人类关注外星球。之前的资料显示,火星上存有火山喷发后的坑状高低。而有关科学家也曾称,一些带回来的标本也显示火星上有机物是存在的。虽然有科学家表示在火星上发现有机物质并不能证明火星现在或者过去存在生命,陨石可将有机物质携带到火星上,此外,有些可能被有机物质污染的探测仪器限制了对火星现代微生物的探测任务。因此,对此次“好奇”号的火星之旅是否会发现有机物,成功验证生命是否存在,是一个被大众关注的话题。“在我看来,如果‘好奇’号发现了火星上存在有机物,那么这将是火星上存在生命发现的转折点。”美国科学家曾经如此表态。
然而,火星探测的任务并不局限于对生命是否存在于火星的探索,科学家还将通过研究地球以外的太阳系和银河系中的物理化学环境,逐步认识地球上的生命的产生过程。假设探测到火星表面存在有机物的痕迹,科学家们表示,其重点将转向研究这些有机物的性质以及形成过程,并确定有机物质是否能与火星生命起源产生关联。
“好奇”探索最先进
此番访问火星时,科学家们为“好奇”号选择了最优的探测地点以及携带先进的科学仪器。例如,“好奇”号中搭载了最先进的火星样本分析仪,该设备将对火星大气、岩石和土壤粉末进行取样成分分析。虽然在升空之后,曾遇到些许麻烦,但它最终完成了对内部残留地球大气成分的测试分析工作。火星样本分析仪设备首席科学家表示:“对于测试结果非常满意,结果完美地证明了该设备测定气体成分的精确性。”目前,“好奇”号发回的数据已经快要超过在此之前所有火星车发回数据的总和。
与此同时,“好奇”号在火星上工作丝毫不用担心其能源问题。以核燃料为主要动力的“好奇”号采用了模块化设计,可以适应多种不同的任务需求,供能相对稳定。并且,该核电池的主要原料为“性情温和”的放射性元素钋-238。该元素不会发生核爆炸,而是缓慢衰变放出能量。在通讯传输上,在火星运行的全球性的通讯中继卫星系统持续不断地将数据从“好奇”号传回地球。并且,其自身拥有调整的数据传输速率的能力,让回传效率更高。
(选自《人民日报・海外版》2012年9月1日,有删改)
1.简要归纳“好奇”号“漫游”的历程。
答:_________________________________________________
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2.文章的标题是“‘好奇’号火星漫游记”,为什么后两部分写的却是“火星生命仍为谜”和“‘好奇’探索最先进”?请作简要分析。
答:_________________________________________________
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关键词:深海微生物;研究;开发
Researchanddevelopmentofdeepseamicrobes
ABSTRACTDeepseamicrobesaretheimportantcomponentsofearthbiologicalsystem.Deepseamicrobeshavereceivedmoreandmoreintensiveattentionastheirimportanceintheresearchandapplicationinecology,resources,environments,andsoon.Inthisstudy,thehistoryandmainachievementsindeepseamicrobialresearchanddevelopmentswerebrieflyintroduced.
KEYWORDSDeepseamicrobes;Research;Development
深海的概念通常指1000米以下的海洋,占到海洋总面积的3/4,而其中深海沉积物覆盖了地球表层的50%以上。深海及深海沉积物中的微生物生存面临高压,低温或高温、黑暗及低营养水平等几个主要极端环境,长期以来一直被认为是一片“荒芜的沙漠”。20世纪中期,深海测量技术发现深海洋底也有高山峻岭,全世界有8万公里长的山脊蜿蜒在各个大洋,大洋中山脊的发现使人们认识到海洋环境与陆地环境的统一性。1977年美国“阿尔文”号深潜器最早在太平洋上的加拉帕戈斯群岛附近2500米的深海热液区发现了完全不依赖于光合作用而独立生存的独立生命体系。位于生命体系金字塔底部的是微生物,能直接利用深海火山口喷出的硫化物、氮化物、甲烷等低分子化合物作为食物和能源,合成各种生物大分子如蛋白质、糖等。位于金字塔上部的是一些大型生物包括长管虫、蠕虫、蛤类、贻贝类,还有蟹类、水母、藤壶等特殊的生物群落。有人将这样五彩缤纷、生机勃勃的海底生物世界称为海底“生命绿洲”。目前已经有几十个深海热液区生物体系被研究,这种依靠地球内源能量支持,在深海黑暗和高温的环境下,通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”的发现使人类对深海环境以及生物圈有了更进一步的了解。在目前已发现的各种极端环境中深海蕴藏着的生物资源极为丰富,其中最主要的是深海微生物,但这些微生物大部分还鲜为人知。深海环境下极端微生物的研究不仅是目前生命科学最前沿的领域之一,也是海底深部生物圈研究和海底流体活动研究重要的组成部分。该项研究将回答生命起源、生物进化、外太空生命探索等生命科学的重大问题并带动包括21世纪地球科学内的其它学科领域的重大发展。2001年美国国家科学基金(NSF)在其题为“OceanScienceattheNewMillenium”的科学发展展望报告中,将海底流体活动研究列为海洋科学今后十年最重要、最有可能取得重大突破和科学发现的前沿研究方向之一,生命科学与海底地球物理、地球化学等在上述研究中将占据重要地位。于2003年10月份开始的整合大洋钻探计划(IODP)将深部生物圈和洋底、海底列为该计划中三大科学课题之一。深海深部生物圈的发现是对“生物圈”广泛范围的进一步了解。虽然海底采集沉积柱状样已经有近80年的历史,大规模的系统研究开始于1968年的深海钻探计划。“深海钻探(DSDP,1968~1983)”、“大洋钻探(ODP,1985~2003)”和“综合大洋钻探(IODP,2003~至今)”等深海研究的三部曲,是国际地球科学历时最长、规模最大,也是成绩最为突出的合作研究计划。大洋钻探计划ODP以独特的视角为我们呈现出另外一个生命世界――掩埋在洋底沉积物中和地壳中的生物圈。在数千米深海海底存在着由微小的原核生物组成,数量极大的生物群,有人估计其生物量相当全球地表生物总量的1/10。与热液口“自养”的微生物不同,深部生物圈的原核生物依靠地层里的有机物实行“异养”。深海大洋中生物圈的发现,让人类认识到地球生态系统的真正基础在于原核生物。正是这些原核生物多种多样的新陈代谢过程,产生了多种多样生物地球化学效果,在此基础上建立了地球的生态系统。微生物总是出现在它们能够生存的一切物理、化学、地质环境中,这似乎是一条基本规律。那些在极端环境中生长并通常需要这种极端环境正常生长的微生物被统称为极端微生物。极端环境涵盖了物理极端环境(如温度、辐射、压力、磁场、空间、时间等)、化学极端(如干燥、盐度、酸碱度、重金属浓度、氧化还原电位等)和生物极端(如营养、种群密度、生物链因素等),海底被认为是上述极端环境中的极端。在深海环境中广泛存在着嗜酸(pH3以下)、嗜碱(pH10以上)、嗜盐(25mol/L以上)、嗜冷(可达0℃以下)、嗜热(120℃以上)、嗜压(500大气压以上)微生物。深海环境下极端生物特征的研究也为生命极限的研究提供了良好的生物材料并对外太空生命探索不断提供新的线索和依据。科学家们设想:既然在如此严酷的极端环境下微生物还能很好地生存,那么在火星上也会有生命存在。深海微生物学的建立应该追溯到上世纪70年代,美国Scripps海洋研究所Yayanos教授设计、改进高压培养罐并于1979年首先分离出深海嗜压菌,1989年Bartlett首先分离出压力调控的外膜蛋白(OmpH)。1990年日本三菱重工和三洋公司开始为日本海洋科学技术中心研制深海微生物高温/高压培养系统,1994年才完成,耗资七亿五千万日元。该系统的建设和深潜、采样系统的建设极大地推动了深海生物圈的研究进步。1995年Kato等分析了一个压力调控基因簇,1999年Nogi等从马里亚纳海沟分离、鉴定出极端嗜压菌Moritellayayanosii[1~3];2003年日本、美国和意大利相继展开了深海嗜压菌ShewanellaviolaceaDSS12和PhotobacteriumprofundumSS9全基因组测序[4,5];2005年3月P.profundumSS9全基因组序列及初步分析在Science上发表[6,7]。除了巨大的科学研究价值,深海微生物研究还具有极大的经济、社会价值而引起广泛的关注。深海生物处于独特的物理、化学和生态环境中,在高静水压、剧变的温度梯度、极微弱的光照条件和高浓度的有毒物质包围下,它们形成了极为特殊的生物结构、代谢机制系统。由于这种极端的环境,深海生物体内的各种活性物质,特别是酶,具有高度的温度耐受性,高度的耐酸碱性、耐盐性及很强的抗毒能力。这些特殊的生物活性物质是深海生物资源中最具应用价值的部分。除了发展、改进海洋微生物的分离培养方法获得新的海洋微生物,筛选活性物质外,应用基因组学研究方法,构建海洋微生物基因组文库,通过研究,操作海洋微生物遗传基因,来获得新的海洋微生物活性物质,这是探索海洋特别是深海微生物资源,研究开发海洋新药物的必然而有效的选择,也是目前深海微生物资源开发的热点。概括来说,深海生物在以下几个方面具有潜在的应用价值:
1工业应用
工业生产常常要求一些特殊的反应温度、酸碱度并加入一些有机溶剂,在这种条件下,普通酶无法保持活性,因此,依赖酶的工业必须花费大量资金采取特殊的工艺以保持这些酶的活性,从而大大提高了成本,而极端酶在普通酶失活的条件下仍然能保持较高的活性,所以在工业上有着广泛的的应用前景。目前已经有高温聚合酶、糖酶、淀粉酶、蛋白酶等几种极端酶开始工业化生产,并且已经创造了数十亿美元的经济效益。
2医药应用
从生物体内研制药物治疗人类的各种疾病由来已久。由于越来越多的病原菌或病毒对目前的药物产生了抗药性,并且不断产生新的疾病。因此从海洋中筛选新的生物药物成为海洋药物研究开发的方向。深海生物由于环境的独特性而成为新型特效药物、抗肿瘤、抗病毒、降压降脂等药物的来源。目前国际上在深海药物的筛选方面还未见太多报道,但是可以预料它的前景将是十分广阔的。
3环境保护
在海底,由于动物尸体聚集、火山喷发等原因造成有毒物质及硫化物等对陆地生物有害物质的浓度较高,而生存在这里的微生物能分解这些物质并以其为能源繁衍生息,因此,这些生物在清除地球表面的重金属、石油等污染物方面具有重要的应用价值。目前日本科学家已经从深海中筛选到具有较高的石油分解能力的菌株,并已开展了应用研究。从20世纪后期开始,随着深海技术能力的提高,越来越多的国家投身于深海研究的前沿领域。目前的深海载人潜器下潜深度达到6500m,无人缆控潜器ROV则可达到11000m水深,并获得最深处马里亚纳海沟深海沉积物样本,研究发现其微生物含量达到103~104/g的水平。实验室深海环境模拟也取得突破进展,已分离鉴定出嗜压、嗜碱、嗜酸、嗜盐、嗜冷、嗜热等极端微生物。目前国际上进行深海微生物研究的国家主要分布在欧洲,美洲及亚洲,其中美国、日本、德国和法国都是深海微生物研究的主力军。目前,在深海微生物的分离培养、多样性调查、功能基因研究和适应性机制研究(如深海嗜压菌的嗜压机制)等方面取得了一定的进展;各类极端微生物在工业用酶、工具酶、环境修复以及生物活性物质等方面的开发应用也有了突破,使人们看到了深海微生物开发的巨大潜力和广阔的应用前景。深海生物资源尤其是微生物资源越来越得到人类的重视。随着科学的发展进步,水下工程技术和探测技术的改进和完善,人类对深海微生物的研究和开发有了更大的空间和可能性。我国深海生物基因的系统研究起步时间较晚,从本世纪初开始主要得到了国家科技部和中国大洋专项的资助。中国大洋协会依托国家海洋局第三海洋研究所成立了中国大洋生物基因研究开发基地,研制、配备了一批船载和实验室深海微生物培养专用设备。在深海设备的支持下,真正意义的深海微生物研究得以开展。到目前为止,基础研究主要开展了深海微生物在物质循环中的作用;极端微生物分离、培养;微生物遗传、代谢研究,深海极端环境下微生物适应性机理的研究等。成功分离、鉴定出各类深海嗜压、嗜热、嗜冷、嗜盐、嗜碱、嗜酸微生物,从中发现了多个未经报道的新种。以此为基础,正在建设国内第一个深海微生物菌株资源库。克隆了多种深海极端酶基因,进行了基因表达和分析。深海微生物抗菌、抗肿瘤活性物质筛选工作也已经开展。深海耐压菌ShewanellacomraWP3已基本完成全基因组序列测定,正在开展后基因组研究。开展了深海沉积物宏基因组文库的构建,成功构建了一个深海5000米水深沉积物的cosmid基因文库,通过对克隆子的分析发现文库中微生物来源主要是一些不可培养的微生物新种,部分克隆子序列测定发现克隆子上大部分基因是新基因。目前已筛选到多个能表达生物活性物质的克隆子,正在进行序列测定。总之,深海生物研究是一个依赖于工程技术的高投入项目,我国深海生物基因资源开发利用研究的快速发展还需要更多资金和人才的不断投入。
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通过分析国际海底地名分委会(SCUFN)会议纪要,研究日本与俄罗斯帝王海山链之争、日本与俄罗斯日本平顶海山群之争和日本与美国幸运星海脊)之争的过程。根据SCUFN的命名规则,探讨其处理争端的主要依据,并对我国当前的命名工作提出建议。
关键词:
海底地理实体命名;历史争端;海洋权益
1引言
海底地理实体是海底可识别圈定和测量的地貌单元。构建统一的海底地理实体命名标准,使用统一的命名方案,有利于构建统一的交流平台。基于此,通用大洋水深图制图委员会成立国际海底地名分委会专门负责审议各国提交的海底地理实体命名提案。我国2011年首次派专家以委员身份参加SCUFN会议,同年提交的7个海底命名提案获得通过,之后每年提交提案,截至目前我国提交并获得通过的海底地理实体命名提案达43个。在国内海底命名工作快速推进的同时,海底命名研究工作得到相应重视,主要围绕海底命名的历史、现状[1~3]以及具体命名技术[4,5]展开。这些研究对普及海底地理实体命名相关概念,指导前期命名提案编制具有重要意义。近年来,随着命名工作的深入开展,我国开始遭遇周边国家的海底命名挑战[6],多个命名提案遭到否决或挂起(截止目前我国被挂起和否决的提案已达5个),因此急需开展SCUFN命名规则的深入研究,以便快速适应并利用规则在国际命名争端中把握主动。SCUFN的命名规则集中体现在《海底地理实体命名标准》[7](GEBCO-B6文件,简称B6文件)中。本文尝试结合SCUFN的典型争端案例分析命名规则,对我国的海底命名工作提出建议。
2SCUFN的命名规则介绍
SCUFN是海底地名领域具有较高权威和影响力的国际组织,自成立以来一直致力于推动全球海底地名的标准化,在长期的海底地理实体命名管理工作中,已经形成一套较为完备的命名准则和议事规程[3],集中体现在B6文件中。B6文件主要包含“海底地名命名标准指导原则”和“海底地名通名及其定义”。其中“海底地名通名及其定义”详细罗列了60个海底地理实体通名及其定义,是界定实体通名类别的基本依据。“海底地名命名标准指导原则”包含“总则”、“海底地名命名原则”和“海底地名命名程序”3个部分。“总则”限定了SCUFN的受理范围,各国领海以外海域,包括领海以外的经济专属区和外大陆架海域的海底地理实体命名提案都在SCUFN的受理范围之列。“总则”明确了“海底地理实体”的定义,提出了“地形可测和边界明确”的要求,这是下文实体独立性争论的依据。“总则”还提出命名冲突的处理准则:当出现同地异名时,优先保留较早的名字;当出现异地同名时,优先保留先命名的实体名字。“海底地名命名原则”对通名和专名进行了相应规定。通名要求从60个通名术语中选择,并严格遵从定义。专名要求易记易用,其次才考虑纪念意义。一般不用在世人名命名,采用人名命名时,要求其对海洋科学做出过杰出贡献。多个相似的地理实体构成的群组可以采用同类词组命名,如音乐家海山群中的海山均采用世界著名音乐家的名字命名。
3国际争端案例分析
3.1日本与俄罗斯帝王海山链之争帝王海山链位于太平洋西北部,北北西走向,北邻勘察加半岛以东的奥布鲁切夫海隆(ObruchevRise),南与夏威夷海山链相接,全长2200km。帝王海山链多发育平顶海山,已命名的实体中有18个平顶海山和1个海盆。基于地形特征,可以以神功海盆将帝王海山链划分为南北2段。帝王海山链最早由RobertDeitz命名,当前帝王海山链上的海山均以日本天皇的名字命名。2005年,俄罗斯在帝王海山链北段提交埃德曼海山和马克休特海山(图1)2个命名提案。当年,2个提案均被否决,理由有4点[9]:①埃德曼海山命名提案中的地形图过于粗略,且地形图范围过小,无法展示其与周边实体的相关关系;②根据俄罗斯提供的埃德曼海山地形图,埃德曼海山高差未超过1000m,不符合SCUFN对海山的定义;③马克休特海山的专名来自尤里伊•伊万诺维奇•马克休特,SCUFN认为其未对海洋科学做出杰出贡献;④帝王海山链上的海底地理实体,应以日本天皇的名字命名。
针对SCUFN提出的否决理由,2006年俄罗斯重新修改并提交了埃德曼海山的命名提案。提案更新了地形图,新的地形图显示该海山高差超过1000m,符合SCUFN关于海山的定义。SCUFN主席指出2005年会议一致认为帝王海山链上未命名的海山应该以日本天皇的名字命名。美国委员也提出当年RobertDeitz命名帝王海山链,就是打算用日本天皇的名字来命名该海山链上的海山。另外,日本还展示了Smoot[10]发表的地形图,据此,SCUFN认为埃德曼海山并不是独立的海山,它与南部的推古海山同属一个海山[11]。推古海山已于1966年被美国海底地名辞典收录。日本代表拟将俄罗斯提出的马克休特海山更名为齐明海山或平顶海山。SCUFN认为俄罗斯提供的水深数据不够详细,难以界定该实体是属于整个海山链的一部分,还是属于神武平顶海山(JimmuGuyot)的一部分[11]。2007年,俄罗斯表示无法提供更多资料,日本表示可以在8年内获得新的水深资料和地磁数据。会议决定在获得新数据之前,将齐明海山(或平顶海山)列入保留栏中[12]。依照约定日本应在2015年提交新调查获得的地形图和地磁数据,由于2015年的会议报告尚未公开,暂时无法获知该争论的最新进展。下面就SCUFN处理日本和俄罗斯命名争端的依据进行分析。地形图是海底地名命名的重要基础资料,是界定实体通名类别以及判定实体是否符合“地形可测和边界明确”定义的依据。起初俄罗斯提交的埃德曼海山命名提案中的地形图过于粗略,依据该地形图推算的实体高差不符合SCUFN的海山定义,SCUFN定义海山的高差必须大于1000m;经修改重新提交的地形图显示埃德曼海山高差超过1000m,符合海山定义。日本依据Smoot[10]发表的地形图证明埃德曼海山与前人命名的推古海山共有山顶平台,与推古海山属于同一海山,不能重复命名。关于马克休特海山,SCUFN提出仅凭俄罗斯提供的地形图,无法判定该实体与周围其他实体的相关关系,即无法界定实体的轮廓和范围,有待新的更大范围、更高精度的地形资料的支持。最后,俄罗斯表示无法获得更多资料,主动退出命名权争夺。
马克休特海山的专名来自尤里伊•伊万诺维奇•马克休特,SCUFN认为其未对海洋科学做出过杰出贡献[9]。俄罗斯历来习惯用人名命名海底地名,也常因此导致提案被否决或挂起(即修改后再重新审议),仅SCUFN第18次会议[9],俄罗斯就有10个命名提案因此被要求更改专名。所以,提交SCUFN的命名提案最好少用人名,用人名最好选择曾在实体所在海域开展过工作的著名科学家的名字,并在简历中突出其对海洋科学的贡献。SCUFN一直强调帝王海山链上的海山应该以日本天皇的名字命名,依据是“海底地名命名原则”[7]中规定“多个相似的地理实体构成的群组可以采用同类词组命名”,如夏威夷北部的音乐家海山群,其中的海山均以世界著名音乐家的名字命名。群组化命名有利于命名的层次化、序列化。层次化、序列化命名易记易用,是地名规划的基本目标[13]。在俄罗斯提交命名提案前,帝王海山链中的大多数海山都以日本天皇的名字命名,命名的群组化已成事实,如果俄罗斯主张的名字得以通过,将会破坏命名的群组性。基于上述分析,我们得出2点启示:(1)“地形可测和边界明确”是“海底地理实体”基本定义的要求,提案的地形图必须能反映待命名实体与周边其他实体的相关关系。SCUFN主要依据地形图对实体通名类别进行审议,地形图应能详细表达地理实体的地形地貌特征。因此,提案至少应提供2种比例尺的地形图:用于判识待命名实体与周边其他实体相关关系的小比例尺地形图和用于表达实体地形特征的大比例尺地形图。我国历年提案中包含实置图、地形图、三维斜视图、测线图和剖面图5幅。其中测线图指示实体资料来源;地形图、三维斜视图和剖面图主要表达实体的地形地貌特征;位置图表征实置。缺乏表达实体与周边实体相关关系的图件。当命名实于深海平原等地形相对简单的海域时,不易产生分歧,但当实于洋中脊等复杂地形区时,就容易因为与周边实体关系不清而被否决。2012年我国提交的位于西南印度洋洋中脊的鹭飞海山就是因为这个问题被挂起[14]。(2)SCUFN鼓励地理实体命名群组化。群组化命名利于实现命名的层次化、序列化,名称易记易用,便于推广。国家海洋局2015年10月10日正式对外的124个海底地理实体名称,是近年来我国在国际海域取得的重要命名成果。该名录中的地名采用《诗经》体系,分别以诗经的“风”“雅”“颂”3篇对应大西洋、太平洋和印度洋新发现的实体,具有较为完备的命名规划体系。在尚未达成一致海洋划界方案的敏感海域,海底地理实体的命名权争夺比较激烈。我们可以利用命名的群组化,优先命名区域上有控制作用的大型地理实体,再逐步推进次级地理实体的命名工作,从大处着手,步步为营,从而掌握敏感海区的海底命名主动权!
3.2日本与俄罗斯日本平顶海山群之争日本平顶海山群位于日本海沟(JapanTrench)和伊豆—小笠原海沟连接处以东海域,常磐海山群以南,小笠原海隆(OgasawaraRise)以北。海山群周边海域地貌较为复杂,发育较多海山、海丘。日本平顶海山群最早由Heezen等[15]命名为艺伎平顶海山群(GeishaGuyots),当时确定的范围为143°50'~153°20'E,29°28'~34°14'N。Vogt等[16]指出其包含了10个海山(或平顶海山),范围为144°~154°E,29°~35°N。1986年SCUFN考虑到艺伎平顶海山群的专名具有冒犯性,决定将其暂时命名为“日本平顶海山群”,这个名字并未经过仔细推敲,只是提醒日本海底地名委员会提出一个更为合适的名称[17]。之后,日本海底地名委员会一直采取回避态度不作回应。2007年俄罗斯提交尼日尼克海山群(KnizhnikSeamounts)提案[11],该提案建议的实于日本主张的日本平顶海山群的范围之内。日本委员为反对俄罗斯的命名提案,当场提出可以接受原来的“艺伎平顶海山群”。2008年,日本海底地名委员会坚持采用日本平顶海山群称谓,其专名主张最终获得通过[18],但日本和俄罗斯围绕日本平顶海山群的边界展开了激烈争论(图2)。2007年,俄罗斯对日本主张的日本平顶海山群范围提出质疑,认为其范围内的实体在形态上互不相关,且不是成片分布,不适合划到一个群组中[12]。
2008年,日本海底地名委员会坚持采用Heezen等[15]提出的实体范围。SCUFN讨论决定要求日本修改日本平顶海山群的范围,不能包含东南角的马卡罗夫海山[18]。2009年,日本提交日本平顶海山群新边界,不再包括东南部马卡罗夫海山[19]。2010年,俄罗斯依据测得的海底磁异常条带数据提出划分方案,该方案将西北角4个海山/平顶海山划为中日本平顶海山群;将中部的多个平顶海山划为沃恩平顶海山群[20]。2011年,俄罗斯正式提交沃恩平顶海山群提案获得通过。日本基于俄罗斯提出的日本平顶海山群的边界,进行细微修改后提交并获得通过[21]。本案例中,日本对日本平顶海山群的更名一直采取回避态度,但当俄罗斯提出命名提案时,日本反应激烈。日本表示愿意接受原先具有侮辱性的名称(艺伎平顶海山),试图以已有名称的实体不能重复命名为由,抵制俄罗斯的提案。然而,早期SCUFN并未引入现行的几何边界表达方式,历史上艺伎平顶海山群的具体范围也不明确,日本转而引用前人学术论文定义的实体范围。俄罗斯基于地形地貌资料阐明该海区海底地貌具有较大差异的客观事实;并通过区域的磁异常条带数据证实该区海底地貌具有不同的地质成因。最终俄罗斯的主张获得通过。可见,海底地形资料是重要的命名依据,但不是唯一依据。最新版的B6文件[7]已经明确命名塌陷火山口(Caldera)、断裂带、矮丘(Mound)、泥火山(MudVolcano)、断裂谷(Rift)、盐丘(Saltdome)、沙脊(SandRidge)、海沟(Trench)等类型的海底地理实体应提供地质和/或地球物理方面的证据以及地形图。因此,综合地质地球物理调查对海底地理实体命名工作具有重要意义。
3.3日本与美国幸运星海脊之争幸运星海脊位于菲律宾海盆西部,我国2012年命名的月潭海脊的西北侧,区域水深一般为5500~6000m。2008年,美国在菲律宾海盆提交了幸运星海脊命名提案(图3)。SCUFN否决了这一提案,理由是美国提交的测深数据没有覆盖实体全貌,不足以确定该实体的类型[18]。日本委员指出[18]日本已经完成该地理实体的多波束测量,并特别说明该实体靠近日本的经济专属区,属于吕宋—冲绳断裂系统的一部分。日本主动提出联合美方在下次会议重新提交命名提案,SCUFN委员一致同意。2010年,日本委员汇报工作进度,指出其已致信美方委员,但尚未收到回复,声称日本已经完成该实体的多波束全覆盖调查,并将向SCUFN提交一个新的命名方案[20]。2011年,日本提交幸运星海脊及其邻区的地形图,指出该实于日本宫古岛以南约333.36km,属于日本经济专属区范围。日本已经完成周边海域多波束调查,暂时只对其中大型的海底地理实体进行了命名。日本委员指出该区域还有很多规模较大的地理实体值得命名,但日本海底地名委员会需要更多的时间来完成命名工作。日本在本次会议上将不对“幸运星海脊”作新命名[21]。本案例中,美国率先提交命名提案,具有优先命名权,但是由于美国提交的地形图没有实现实体的全覆盖,实体的规模和类型等基本属性受到质疑,提案未能获得通过。依照惯例,SCUFN可建议美国补充测深资料,但日本提出其已经完成实体所在海域测深资料,并特别指出该实于其经济专属区范围内。根据《联合国海洋法公约》246条第2款,在专属经济区内和大陆架上进行海洋科学研究,应经沿海国同意。这意味着未经日本政府允许美国不可能完成幸运星海脊的补充测量。日本表面上提出与美国合作命名,实质上已经完全掌握了幸运星海脊命名的主动权。当前海底地理实体命名已经进入精细命名阶段,命名需要多波束和地质地球物理资料的支撑,而《联合国海洋法公约》规定未经沿海国允许,任何国家不能在他国经济专属区和外大陆架开展测量和调查工作。没有精细的调查资料,就无法进行海底命名。可见《联合国海洋法公约》在一定程度上间接保护了沿海国在经济专属区和外大陆架的命名权利。明确经济专属区、划定大陆架界限对保护海底命名权益有一定的作用。反过来,海底地名命名能制造命名实体与命名国有紧密联系的印象;通过命名确定某些实体属性也可以为实现进一步的权利主张提供支撑[22]。
案例最后日本主动声明其已经完成菲律宾海中北部的多波束全覆盖调查,新发现了大量海底地理实体,需要更多的时间来完成命名工作。日本此举的目的是为其在菲律宾海中北部的海底命名争取时间。事实上,即便公布海底地形资料,也只能证明对区内的海底地理实体首次发现,而首次发现并不意味着对地名命名权的占有。以美国和俄罗斯在北冰洋的命名争端为例,2001年美国向SCUFN提交兰塞斯海岭(LangsethRidge)提案。美国采用的地形数据采集自1997—1998年。俄罗斯表示强烈反对,认为该海底高地是1965年由前苏联科学家首先发现的,虽然当时没有进行命名,但在1965年出版的地质图和航海图中均有显示[17]。2002年俄罗斯补充提交该区的命名提案,最终俄罗斯获得了兰塞斯海脊上最高山的命名权,但并未美国的兰塞斯海岭命名提案[23]。除了向SCUFN提交命名提案外,争取海底地名的命名权主要有2种方式:①由国家机关认可并公开海底地名。“海底地名命名标准指导原则”总则明确规定“由国家机构认可的位于领海以外水域的名称,如果与国际上可接受的命名原则相符,其他国家应该接受”[7]。所以,我国政府公开124个海底地理实体名称具有重要的意义。②通过学术论文著作形式。“海底地名命名标准指导原则”总则规定“如果一个名称用于2个不同的实体,先使用该名称的实体应该保留该名称”[7]。2015年我国抵制马来西亚在南海的命名提案,最重要的反证之一,就是原地矿部第二海洋地质调查大队(广州海洋地质调查局前身)编制的《南海地质与地球物理图集》[24],其出版发行时间早于马来西亚编制的地图。官方和科学家自主命名2种途径各有优缺点。官方最为正式,具有法律约束力,可以避免重复命名造成的地名混乱[4],并且官方利于命名整体规划,有助于推动海底命名的层次化和序列化。科学家自主命名灵活机动,利于调动学术界的积极性,名字经广泛使用后,即造成既有命名的事实,与国家具有同等效力。因此,建议管辖海域以官方形式命名为主,保证管辖海域海底地名的使用规范有序;在与邻国尚未达成统一划界方案的海域,以鼓励科学家自主命名为主,官方为辅,减少来自外部的政治阻力;公海可采取官方和科学家自主命名相结合的方式,既体现国家意志,又丰富地名文化多样性。