牟林，武雙全，宋軍，李歡，劉首華，李琰，高佳

（國家海洋信息中心，天津 300171）

渤海海域溢油應(yīng)急預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)研究Ⅱ.系統(tǒng)可視化及業(yè)務(wù)化應(yīng)用

牟林，武雙全，宋軍，李歡，劉首華，李琰，高佳

（國家海洋信息中心，天津 300171）

本系統(tǒng)基于.NET平臺，采用C#作為開發(fā)語言，對ArcEngine 9.3進(jìn)行二次開發(fā)，融.NET平臺的可移植性與ArcEngine 9.3的可視化和空間顯示分析功能于一體，實(shí)現(xiàn)了溢油行為與歸宿預(yù)測模塊與GIS平臺的統(tǒng)一。把溢油漂移的計(jì)算結(jié)果與地理信息系統(tǒng)等平臺相結(jié)合，建立了渤海海域應(yīng)急預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)。也集成了環(huán)境敏感資源信息數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急設(shè)備、隊(duì)伍信息數(shù)據(jù)庫和溢油漂移模型，為溢油應(yīng)急提供溢油敏感資源及應(yīng)急資源的日常管理，實(shí)現(xiàn)溢油漂移預(yù)測結(jié)果與敏感資源圖的疊加耦合，達(dá)到對環(huán)境敏感資源的快速預(yù)警，形成了溢油敏感資源及應(yīng)急資源管理系統(tǒng)。作為該系統(tǒng)研制中的第二部分，主要介紹了系統(tǒng)的可視化、系統(tǒng)的預(yù)報(bào)流程、系統(tǒng)案例驗(yàn)證以及業(yè)務(wù)化應(yīng)用的研究工作。

預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)；業(yè)務(wù)化應(yīng)用；溢油行為

1 引 言

通過第一部分的描述，可以看出，溢油預(yù)報(bào)需要高分辨率高精度的海面風(fēng)、表層流的數(shù)值預(yù)報(bào)和完善的溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)報(bào)模式[1]，并將預(yù)報(bào)結(jié)果與GIS平臺相結(jié)合，建立可視化的溢油預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)。為此，國家海洋信息中心基于FVCOM、WRF等高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了對溢油污染物快速準(zhǔn)確的模擬預(yù)報(bào)及溯源回推，并通過與.NET平臺和GIS平臺相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了溢油行為、歸宿預(yù)測模塊與GIS平臺的統(tǒng)一。本文就溢油預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)中的可視化工作、以及業(yè)務(wù)化工作等研究工作進(jìn)行了介紹、分析[2-6]。

2 系統(tǒng)的可視化與預(yù)報(bào)流程

2.1 系統(tǒng)的可視化

本系統(tǒng)基于.NET平臺，采用C#作為開發(fā)語言，對ArcEngine 9.3進(jìn)行二次開發(fā)，融.NET平臺的可移植性與ArcEngine 9.3的可視化和空間顯示分析功能于一體。因此，本系統(tǒng)具有流暢、友好的交互式操作界面，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、分析功能，實(shí)現(xiàn)了溢油行為與歸宿預(yù)測模塊與GIS平臺的整合。

2.2 預(yù)報(bào)流程

該系統(tǒng)將海流模塊、海浪模塊以及大氣模塊集成為預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并在計(jì)算服務(wù)器上進(jìn)行無人值守自動(dòng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，每天0時(shí)開始可自動(dòng)從下載美國GFS背景場數(shù)據(jù)、GTS觀測數(shù)據(jù)等，并處理這些數(shù)據(jù)約需25 min；運(yùn)行WRF模式，需要2～3 h左右；將計(jì)算出來的預(yù)報(bào)風(fēng)場數(shù)據(jù)輸送給FVCOM和SWAN進(jìn)行未來48 h的流場與浪場的預(yù)報(bào)，大約需2～3 h，完成時(shí)間為早上7點(diǎn)之前。也就是說工作人員每天上班后可以看到未來2天海上的氣象、流場和浪場情況，一旦有溢油發(fā)生，可以馬上投入預(yù)報(bào)預(yù)警。同時(shí)該系統(tǒng)建立了6個(gè)月的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)對溢油的溯源回推。（預(yù)報(bào)流程如圖1所示）。

圖 1 業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)流程Fig.1 Operational forecasting proces

3 系統(tǒng)案例驗(yàn)證及業(yè)務(wù)化應(yīng)用

本系統(tǒng)在研發(fā)完成后多次對海上溢油事故進(jìn)行應(yīng)用，在緊急情況下，利用最短的時(shí)間便得到了較為可信的預(yù)測結(jié)果，為事故的處理提供了重要的參考價(jià)值。

3.1 “4.19”事故中業(yè)務(wù)化系統(tǒng)的應(yīng)用

2010年，根據(jù)衛(wèi)星圖片顯示，在遼東半島和北隍城島之間存在一條清晰的異常帶，經(jīng)過辨識認(rèn)為很可能是溢油污染物。圖2是根據(jù)衛(wèi)星圖片得到的衛(wèi)星相關(guān)監(jiān)視信息。

圖 2 4月20日06:56 Radarsat衛(wèi)星影像異常區(qū)域分布圖Fig.2 Regional distribution of Radarsat satellite at 06:56 of 20th April

根據(jù)衛(wèi)片上得到的信息，利用“渤海海域溢油應(yīng)急預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)”對污染物的來源進(jìn)行回推。從2010年4月20日07時(shí)溯源9小時(shí)至2010年4月19日 22時(shí)后，結(jié)果顯示污染物可能在從老鐵山水道北偏西方向而來。如圖3所示。

圖 3 系統(tǒng)溯源回推結(jié)果Fig.3 Results of traced back to the push system

根據(jù)山東海事局接到的事故報(bào)告，2010年4月19日21時(shí)35分，“盛洲5”與“NEW VENTURE”輪碰撞后沉沒，船載2噸輕質(zhì)柴油溢出。溢油溯源得到的結(jié)果與碰撞位置相差約1海里左右。

溯源結(jié)果雖有一定的偏差，但總體來說合理準(zhǔn)確。分析認(rèn)為產(chǎn)生偏差的來源原因可能有：（1）船舶沉沒的具體位置并不清楚（回推起始點(diǎn)以碰撞位置為準(zhǔn)）；（2）船舶溢油的確切時(shí)間并不清楚（回推起始時(shí)間建議在碰撞后30 min）；（3）風(fēng)場、流場與實(shí)際情況存在偏差。

3.2 “4.16”膠州灣口溢油事故中回推溯源的業(yè)務(wù)化應(yīng)用

2010年4月16日14時(shí)，膠州灣口發(fā)現(xiàn)海上溢油，通過本系統(tǒng)對溢油污染源預(yù)測溯源，結(jié)果顯示溢油點(diǎn)為黃島油碼頭（圖4）。經(jīng)事后調(diào)查確定為黃島油碼頭的油輪偷排油艙洗油水。此次回推應(yīng)用的成功再一次驗(yàn)證了本系統(tǒng)的可靠性。

圖 4 2010年4月16膠州灣口溢油回推圖Fig.4 Oil spill traced back over Kiaochow Bay on 16th April,2010

3.3 “BTRIGHT CENTURY”輪與“SEA SUCCESS”輪碰撞溢油預(yù)測

2010年5月1日，在威海成山頭海域兩船發(fā)生碰撞，其中裝載15萬噸鐵礦砂的好望角型散貨船“Bright Century” 號碰撞后沉沒；另一艘載貨3萬噸卷剛的靈便型雜貨船碰撞后船頭受損嚴(yán)重。碰撞發(fā)生后，溢油出現(xiàn)，為了更好的配合溢油清理工作，此系統(tǒng)對溢油的漂移路徑進(jìn)行了預(yù)測。該事故溢油點(diǎn)位于37°38′30″N / 123°09′00″E，溢油量為100噸，油種為燃料油，預(yù)測時(shí)段為5月2日7時(shí)至5月3日19時(shí)。預(yù)測所用的風(fēng)場來源于WRF實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)風(fēng)場（分辨率為10 km），流場來源于FVCOM業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)的潮流和風(fēng)海流（最高分辨率小于50 m）。

(5)打開活塞,將裝置D中含Br2的少量溶液加入裝置E中,發(fā)生反應(yīng)Br2+2KI==2KBr+I2,碘單質(zhì)溶于苯呈紫紅色,振蕩后靜置,觀察到的現(xiàn)象是裝置E中溶液分為兩層,上層(苯層)為紫紅色。

系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果顯示如圖5，在溢油發(fā)生36 h后，污染物漂移至（38°02′57″N；123°23′20″E）附近（撞船點(diǎn)北偏東方向26海里處）。其漂移軌跡為圖中實(shí)線所示：首先溢油向東北方向漂移，到一定程度轉(zhuǎn)向后主要向東漂，而后又轉(zhuǎn)向西北，最后在相當(dāng)長的距離內(nèi)都保持漂向東北，從初始位置來看，36 h后溢油漂移到的位置位于溢油發(fā)生位置的東北方向26海里處。

3.4 大連“7.16”溢油事件中的業(yè)務(wù)化應(yīng)用

2010年7月16日18時(shí)左右，位于遼寧省大連新港附近的大連中石油國際儲運(yùn)有限公司原油罐區(qū)輸油管道發(fā)生爆炸，引起火災(zāi)，并導(dǎo)致部分原油泄漏入海。初步估計(jì)此次爆炸導(dǎo)致1 500噸原油流入海洋，到19日13時(shí)30分中國海監(jiān)船監(jiān)視結(jié)果顯示，受污染海域多達(dá)430 km2，重創(chuàng)了當(dāng)?shù)貪O業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)，經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重，僅清污費(fèi)就超過十億，可以說此次爆炸案為中國海上溢油事故之最。經(jīng)過調(diào)查，交通部表示，30萬噸原油船“宇宙寶石”號在大連新港中石油原油儲備庫卸油過程中，在原油儲備罐陸地管線加催化劑作業(yè)時(shí)發(fā)生爆炸。

圖 5 36小時(shí)后溢油污染物漂移的位置Fig.5 Location of oil spill pollutants drift about thirty six hours later.

大連“7.16”重大溢油事故發(fā)生時(shí)，“渤海海域溢油應(yīng)急預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)”已投入到業(yè)務(wù)化運(yùn)行達(dá)半年，交通部海事局利用該系統(tǒng)模擬出了7月19日18時(shí)（約72 h后）大窯灣和大連灣溢油分布的情況（圖6），模擬結(jié)果與衛(wèi)星圖像吻合較好（圖7），為該重大溢油事故的應(yīng)急響應(yīng)提供了有力的預(yù)測預(yù)警技術(shù)支撐。

圖 6 系統(tǒng)模擬出的大連“7.16”重大溢油事故72 h后的大窯灣和大連灣溢油分布Fig.6 Simulated oil distributions over Dayao Bay and Dalian Bay of Dalian “7.16” major oil spill accident about seventy two hours later

圖 7 大連“7.16”重大溢油事故72 h后相應(yīng)的衛(wèi)星圖像Fig.7 Satellite images of Dalian “7.16” major oil spill accident about seventy two hours later

4 溢油敏感資源及應(yīng)急資源管理系統(tǒng)

4.1 溢油對環(huán)境敏感資源的影響

溢油環(huán)境敏感資源是指所有可能受到溢油影響的資源，包括：生態(tài)資源、水產(chǎn)資源、旅游資源、濱海工礦企業(yè)等。環(huán)境敏感資源的具體內(nèi)容和范圍在不同的要求下有一定的標(biāo)準(zhǔn)。

溢油對環(huán)境敏感資源的危害主要有物理作用和化學(xué)作用2種形式，物理作用是指溢油的物理性質(zhì)導(dǎo)致了溢油在與環(huán)境敏感資源接觸后，使環(huán)境敏感資源的外部形態(tài)、景觀或構(gòu)成發(fā)生了變化，從而破壞了環(huán)境敏感資源的正常功能，降低了環(huán)境敏感資源的原有價(jià)值；化學(xué)作用是指溢油的化學(xué)成分導(dǎo)致其在與環(huán)境敏感資源接觸后對其中的生物體產(chǎn)生毒害作用，進(jìn)而導(dǎo)致生物的死亡，使原有資源遭受破壞。對不同類型和功能的環(huán)境敏感資源，其危害方式也不相同。溢油對環(huán)境敏感資源的危害性直接決定了資源的敏感性，一般而言，危害性越大，該類資源的溢油敏感性越高。

4.2 溢油敏感資源及應(yīng)急資源管理系統(tǒng)研究

溢油敏感資源及應(yīng)急資源管理系統(tǒng)（Oil Spill Emergency Response System 2.0， OSERS2.0）為應(yīng)急反應(yīng)人員提供基礎(chǔ)地理信息、環(huán)境敏感資源的空間分布和環(huán)境敏感資源的敏感性分級和建議的優(yōu)先保護(hù)次序，提供應(yīng)急設(shè)施、設(shè)備、各類應(yīng)急反應(yīng)隊(duì)伍的分布情況，為日常應(yīng)急培訓(xùn)、演習(xí)演練提供基礎(chǔ)環(huán)境；系統(tǒng)集成了泄漏油品水上漂移模型，為事故發(fā)生時(shí)，應(yīng)急反應(yīng)人員準(zhǔn)確把握溢油動(dòng)向，并基于環(huán)境敏感資源和應(yīng)急隊(duì)伍、設(shè)備情況，制定應(yīng)急處置方案提供技術(shù)支持。

圖 8 OSERS2.0全貌Fig.8 OSERS2.0 overal profile

系統(tǒng)功能：統(tǒng)利用先進(jìn)的NAVIGIS 平臺，實(shí)現(xiàn)了S57海圖、常規(guī)海圖、常規(guī)陸域電子地圖、衛(wèi)星遙感影像的同步分圖層顯示；基于NAVIGIS，建立了溢油環(huán)境敏感資源多媒體信息管理系統(tǒng)，包括環(huán)境敏感資源原始技術(shù)和影像資料數(shù)據(jù)、環(huán)境敏感資源敏感性和優(yōu)先保護(hù)次序技術(shù)指標(biāo)等；系統(tǒng)建立了溢油應(yīng)急資源信息管理系統(tǒng)，包括應(yīng)急設(shè)備庫分布、應(yīng)急隊(duì)伍分布等；集成了溢油漂移模型。

圖 9 OSERS2.0系統(tǒng)組成圖Fig.9 OSERS2.0 system components

該系統(tǒng)所解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

（1）研究建立黃渤海海域溢油敏感資源管理系統(tǒng)：①研究確定敏感資源分類方法、標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；②資料調(diào)研與岸線信息、數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集；③建立基于GIS系統(tǒng)的溢油敏感資源數(shù)據(jù)庫。包括岸線資源、人類活動(dòng)相關(guān)資源等基礎(chǔ)信息和NOAA ESI岸線指數(shù)，有限保護(hù)次序等技術(shù)參數(shù)。

（2）建立基于GIS系統(tǒng)的溢油應(yīng)急資源管理系統(tǒng)，包括應(yīng)急資源的類型、分布和管理。

（3）溢油漂移預(yù)測結(jié)果與敏感資源圖的疊加耦合技術(shù)開發(fā)，達(dá)到對環(huán)境敏感資源的快速預(yù)警。

5 結(jié) 語

在上述幾個(gè)案例中，本系統(tǒng)都在短時(shí)間內(nèi)高效地預(yù)測或回推得到了比較合理、準(zhǔn)確的結(jié)果，是一個(gè)可信度比較高的環(huán)境預(yù)測系統(tǒng)，能夠?yàn)楹Ｉ弦缬偷姆乐魏蛻?yīng)急處理提供有價(jià)值的參考信息，以節(jié)省人力物力，盡量減小溢油污染對海洋和人類社會的損害。

目前該系統(tǒng)仍在不斷完善，其最終將構(gòu)建針對重點(diǎn)油港和主要航道的中國近海溢油污染預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)，打造中國近海溢油污染預(yù)警決策信息服務(wù)平臺，為最大化降低溢油危害和保持海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供信息服務(wù)。

[1]劉欽政, 張存智.渤海溢油數(shù)值預(yù)報(bào)研究 [J].海洋預(yù)報(bào), 2005, 22(增刊): 70-76.

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[4]牟林, 鄒和平, 武雙全, 等.海上溢油數(shù)值模型研究進(jìn)展 [J].海洋通報(bào), 2011, 30(4): 473-480.

[5]朱建榮.海洋數(shù)值計(jì)算方法和數(shù)值模式 [M].北京: 海洋出版社, 2003.

[6]Mellor G L, Yamada T.Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problem [J].Reviews of Geophysics, 1982, 24(4): 851-875.

Numerical model research on Emergency Warning and Predicting of ocean oil spill in Bohai Sea: Ⅱ.The visualization and the research on application

MU Lin, WU Shuang-quan, SONG Jun, LI Huan, LIU Shou-hua, LI Yan, GAO Jia

（National Marine Data and Information Service，Tianjin 300171，China）

Based on the .NET platform, our system secondarily develops the ArcEngine 9.3 adopting with C# language.The transplantability of .NET platform and the visualization & spatial analysis function of the ArcEngine 9.3 are combined together, which unifies the oil spilling events, the final-location predicting module and the GIS platform.The Bohai Sea Emergency Prediction and Alarm System is established on the computed results of oil excursion and several platforms like GIS, and also integrates the environmental sensitive resource database, the contingency equipments, the work group database and the oil excursion model for the ordinary emergency management of the oil spilling sensitive resources and the contingency resources.The coupling of the oil excursion predicted results and the sensitive resource figures leads to a fast pre-alarm for environmental sensitive resources, which forms our Oil Spilling Sensitive Resource and Emergency Resource Management System.As the second part of our system research, this paper briefly introduces the visualization, the prediction flow, the case verification of this system, and the research on application is also involved.

Emergency Prediction and Alarm System; research on application; oil spilling events

P731.2

A

1001-6932(2011)06-0713-05

2011-06-15；

2011-09-08

國家發(fā)展與改革委員會高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目( 2008-311-000-035 )；海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（200905001）。

牟林 ( 1977－ )，男，博士，副研究員。電子郵箱：moulin1977@hotmail.com。