我国极地科学考察标准化建设现状与展望.pdf
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1、第 35 卷第 2 期 极地研究 Vol.35,No.2 2023 年 6 月 CHINESE JOURNAL OF POLAR RESEARCH June 2023 收稿日期 2022 年 4 月收到来稿,2022 年 7 月收到修改稿 基金项目 南极重点海域对气候变化的响应和影响专项(IRASCC 2020-2022)资助 作者简介 罗光富,男,1989 年生。高级工程师,主要从事极地生态观监测与标准研制。E-mail: 通信作者 李丙瑞,E-mail: 我国极地科学考察标准化建设现状与展望 罗光富1,2 李丙瑞2 高源2 陈超1,2 蓝木盛2 何剑锋1,2(1南极长城极地生态国家野外科学
2、观测研究站,中国极地研究中心,上海 200136;2中国极地研究中心,上海 200136)摘要 极地科学考察标准对规范极地调查、观测、监测等实施过程具有重要意义。本文在全面梳理现行的与极地相关的国家和行业标准基础上,根据极地科学考察工作的迫切需求,指出了我国极地科学考察标准化工作中的薄弱环节和急需解决的问题。对我国极地科学考察标准的统计和分析表明,现行的国家标准有 6项,行业标准有 10 项,仅为海洋标准总数的 3.4%,是自然资源标准总数的 1.1%,且大多数为基础通用类标准,缺乏极地调查、观测、监测等技术类标准。根据自然资源领域标准体系的构建思路,提出了极地科学考察标准的分类方法,初步构建
3、了极地科学考察标准体系框架,提出了应尽快开展极地科学考察技术标准化建设、优先开展极地考察安全标准制定、探索极地科学考察国际标准研制的建议。关键词 极地科学考察 标准体系 标准化 doi:10.13679/j.jdyj.20220302 0 引言 南北极作为地球系统的两大冷源,是全球变化的关键区和敏感区。通常把地球上 60S 以南的地区称为南极,它包括了南极大陆(即南极洲)、周围岛屿和南大洋,是一块被海洋包围的冰雪大陆;把北极圈(6633N)以北地区称为北极,包括了北冰洋、边缘陆地海岸带及岛屿,是一片被大陆包围的冰雪海洋1-2。20 世纪初,英国、挪威、澳大利亚等国家开始对南极开展初步科学考察3
4、。20 世纪 50 年代以来,英国、阿根廷、智利、美国、苏联等国家陆续在南极建立考察基地和考察站,对南极开展长期科学观测3。截至目前,包括中国在内已有约 30 个国家,在南极建立了 100 多个考察站(按南极局局长理事会 COMNAP 统计的 station 和 camp),在极地地球科学、生命科学、物理科学等方面获取了大量重要研究成果。极地是探求地球演变和宇宙奥秘的天然实验室,对全球气候变化具有关键影响,作为全球环境和资源的新空间,对人类发展进程具有十分重要的意义。自 1984 年我国首次南极考察以来,截至2022 年已经开展了 38 次南极和 12 次北极科学考察,主要包括南极陆基科学考察
5、研究、南大洋考察研究和北极科学考察研究4。我国积极开展国际极地科学前沿问题研究,在极地冰川学、空间科学、气候变化等科学领域取得一批突破性成果,先后在自然 科学等国际顶级杂志发表多篇论文5-8。据不完全统计,20012016 年的科研项目投入达 3.1 亿元人民币,是 19852000 年的 18倍9。依托南北极考察活动,组织全国科研力量和资源参与南北极科学研究,初步建立了一支门类齐全、体系完备、基本稳定的科研队伍,组建 第 2 期 罗光富等:我国极地科学考察标准化建设现状与展望 305 了涵盖海洋、测绘遥感、大气化学等领域的重点实验室,推动极地科学研究向跨学科、多学科综合研究发展。相对而言,极
6、地科学考察(根据 GB/T 41026 2021极地科学考察术语,将极地科学考察定义为:对极地特定地域或海域的特定科学要素带有探索、研究性的调查、勘察、观测和监测活动)的标准化建设工作起步较晚,先进观测技术和标准的研发能力不足10。现行的国家标准仅有极地科学考察术语 南极地名系列等 6 项11-16,现行的行业标准也仅有 10 项17-26。随着技术不断进步,装备不断更新,当前所使用的标准规范已经难以满足工作任务的需求,迫切需要出台相关标准,规范极地科学考察工作的实施过程、数据质量和作业安全。1 极地科学考察标准化现状 1.1 国际极地科学考察标准现状 从标准化组织层面来看,与极地相关的国际标
7、准化组织主要包括:国际标准化组织(ISO)设立的石油石化设备材料与海上结构标准化技术委员会(ISO/TC67)下设的第 7 和 8 分委会,主要制定了北极石油和天然气作业的工作环境27、环境监测28、海冰29、数据管理30等标准;船舶与海洋技术委员会(ISO/TC8)下设的第 3 分委会,制定了极地船舶航行相关标准31;船舶与海洋技术委员会下设的海洋技术分委会(ISO/TC8/SC13),于2014 年由中国申请成立,主要制定海洋观测、开发、保护等方面标准32。与极地相关的国家标准组织主要包括:俄罗斯国家标准(GOST R),主要制定了北极石油开采、北极旅游等相关标准;美国国家标准学会(ANS
8、I),主要制定了北极或低温条件下采暖与制冷相关标准;英国标准学会(BSI)和德国标准化学会(DIN),在极地方面主要将 ISO 制定的北极石油和天然气作业系列标准转化为了本国的国家标准。从技术层面来看,当前世界各国的极地考察主要以科学前沿探索为主10,33-34,所使用的技术方法主要从文献中获取或者依据研究团队的经验积累,标准化的难度较大。南极局局长理事会(COMNAP)和 南 极 科 学 委 员 会(SCAR)分 别 于2000 年和 2005 年制定发布了南极环境监测手册35和南极环境监测实用指南36,内容包括了南极地区水体水质样品、冰雪样品、土壤/沉积物样品的采集、处理、保存和分析方法,
9、以及数据管理等方面,为各国科学家对南极环境监测提供了指导,美国、澳大利亚、新西兰、瑞典、印度等37-39部分南极监测项目参照上述标准执行,但是由于各南极考察国家监测水平和后勤支撑能力存在很大的差距,为了照顾多数国家能够实施,该手册采用的监测指标和技术方法都非常有限38,40。2014 年南极生物资源养护委员会(CCAMLR)出版了南极生态系统监测标准方法41,包含英语、法语、俄语和西班牙语 4 个版本,主要对南极企鹅、飞鸟、海豹、磷虾等重点海洋生物的监测方法提供了指南,缺乏南大洋海洋生态系统中底栖生物、鱼类、浮游植物等生物的监测方法,对环境的监测也局限于海冰和气象。此外,世界气象组织(WMO)
10、编制的气象仪器和观测方法指南42被各国考察站的气象观测项目广泛使用,我国的长城气象站和中山气象站也已加入了该组织1。整体而言,目前国际上关于极地科学考察方面的标准还非常缺乏。1.2 我国极地科学考察标准现状与面临的主要问题 我国的极地考察起步于 20 世纪 80 年代,经过几代极地人的开拓和实践,极地科学考察的空间区域不断由南极近海和大洋向南极内陆拓展,培养了一支高素质的极地调查队伍,积累了丰富的极地海洋、陆地调查经验。已形成以五站(南极长城站、中山站、昆仑站、泰山站和北极黄河站)、两船(“雪龙”号和“雪龙 2”号)为基本平台,海上、冰上、内陆、固定翼飞机、卫星和空间观测有机结合的立体观测和探
11、测系统10,形成了每年1 次的南极科学考察、站基长期连续观测和每 12年 1 次的北冰洋和北极科学考察的模式。在国家标准和行业标准编制方面,通过全国标准信息公共服务平台和自然资源标准化信息服务平台,检索“极地”“极区”“南极”“北极”“南大洋”和“北冰洋”等关键词,结果显示极地科学考察现行的国家标准有 6 项,行业标准有 10 项(表 1)。现行国家标准方面,其中极地科学考察术语由国家海洋标准计量中心、中国极地研究 306 极地研究 第 35 卷 中心等单位起草,2014 年立项,于 2022 年 7 月实施;南极地名 第 1 部分:通名等 4 项国家标准由民政部地名研究所、国家海洋局极地考察
12、办公室等单位起草,是中国南极地名研究项目的重要成果之一43,该系列标准于 2008 年立项,分别于 2013 年、2019 年和 2020 年实施;船舶和海上技术 极地水域船舶机械操作 导则采用了ISO国际标准:ISO 18215:2015,由中国船舶工业综合技术经济研究院等单位起草,于2019年实施。极地科学考察行业标准方面,6 项标准由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口,4 项标准 由全国 地理信 息 标 准 化 技 术 委 员 会(SAC/TC230)归口。其中 20182020 年,由自然资源部发布并实施了 5 项标准,包括北极海洋生态系统评价指南 极地考察队员岗前体格
13、检查要求南极测绘基本技术规定 南极地区 150 000地形图和图式和极地地区 150 000 1100 000 遥感影像平面图制作规范。19942017年,由原国家海洋局发布并实施了 4 项极地考察标准,分别是中国极地考察档案分类法 中国极地考察档案著录细则极区海洋环境自动监测浮标和极地考察要素分类代码和图式图例。2017 年,由原国家测绘地理信息局实施了南极区域低空数字航空摄影规范。表 1 我国极地科学考察现行标准 Table 1.Standards for polar scientific research and expedition 序号 标准号 标准名称 实施日期 标准状态 1 GB
14、/T 410262021 极地科学考察术语 2022/7/1 现行 2 GB/T 29633.12013 南极地名 第1部分:通名 2013/11/1 现行 3 GB/T 29633.22013 南极地名 第2部分:分类与代码 2013/11/1 现行 4 GB/T 29633.32019 南极地名 第3部分:命名 2019/10/18 现行 5 GB/T 29633.42020 南极地名 第4部分:罗马字母拼写 2020/4/28 现行 6 GB/T 373282019 船舶和海上技术 极地水域船舶机械操作 导则 2019/10/1 现行 7 HY/T 02962020 北极海洋生态系统评价
15、指南 2020/10/1 现行 8 HY/T 2362018 极地考察队员岗前体格检查要求 2018/5/1 现行 9 HY/T 2212017 极地考察要素分类代码和图式图例 2017/6/1 现行 10 HY/T 0912005 极区海洋环境自动监测浮标 2006/1/1 现行 11 HY/T 030.21993 中国极地考察档案著录细则 1994/7/1 现行 12 HY/T 030.11993 中国极地考察档案分类法 1994/7/1 现行 13 CH/Z 40212019 极地地区150 000 1100 000遥感影像平面图制作规范 2020/2/1 现行 14 CH/T 4022
16、2019 南极地区150 000地形图图式 2020/2/1 现行 15 CH/T 10462019 南极测绘基本技术规定 2020/2/1 现行 16 CH/T 30182016 南极区域低空数字航空摄影规范 2017/3/1 现行 从技术层面看,我国主要开展了极地冰川学、极地海洋科学、极地大气科学、极区空间物理学、极地生物与生态及人体医学、极地地质和地球物理学、极地天文学等方面的科学考察10。早期的极地科学考察以填补空白式的探索性调查为主,未形成持续开展的南北极系统化观测,在这一时期,各学科在极地科学考察中使用的标准主要参考国内海洋、大气、生物生态等相关国标和行标,如南大洋和北冰洋调查使用
17、海洋调查规范,气象观测使用 地面气象观测规范。“十二五”期间,国家设立“南北极环境综合考察与评估”专项,改变了以往极地科学考察“拼盘式”或“搭车式”零散的考察和研究状况,稳定并整合形成了一支学科齐全、代表国家水平的极地考察和研究队伍,为规范、定期、系统地获取各个学科的基础数据提供了平台10。依托该专项支持,各学科科学家通过极地考察实践,改进了相应国标或行标的技术方法,出版了极地科学考察总则极地生态环境监测规范 南极磷虾资源调查与评估技术指南 极地冰冻圈观测技术指南 极地大气观测技术规程 南极天文观测指南 极地空间环境观测指南 极地测绘指南 极地地 第 2 期 罗光富等:我国极地科学考察标准化建
18、设现状与展望 307 质与地球物理考察技术规程极地动植物保护规定等技术规程,为极地调查、观测、监测工作提供了参考方法。“十三五”期间实施“南大洋调查”专项,形成了南大洋调查技术规程和南极调查监测技术规程。总体而言,我国极地科学考察标准化工作基础较为薄弱,主要面临以下几个问题。1.标准数量相对较少,仅占海洋标准总数476 项(以 TC283 归口的标准计算)中的 3.4%,仅占自然资源标准总数 1475 项(以 TC93、TC230、TC283 和 TC298 归口标准计算)中的 1.1%。2.标准内容主要为基础通用类标准,缺乏极地调查、观测、监测等技术指导类标准。极地长期的监测项目以及核心项目
19、的观测连续性不够,大部分专业的业务化观测体系尚未形成,先进观测技术和标准的研发能力不足10。其中基础通用标准 8 项,主要规范了极地科学考察术语、南极地名、极地考察队员体格检查、考察要素分类等内容;极地调查技术类标准 4 项,包括极地海洋行业标准2项,测绘行业标准2项,规范了北极海洋生态系统评价、海洋环境自动监测浮标、南极测绘等相关要求;极地成果类标准 4 项,规范了极地档案和极地测绘制图与图式要求。3.缺乏极地科学考察标准体系。标准体系作为标准化工作的顶层设计,是各领域制定标准、修订规划和计划的主要依据,是一定范围内包括现有、应有和预计制定标准的蓝图,将指导未来一个时期内该领域标准化工作。亟
20、需根据轻重缓急、技术成熟度等特点,制定极地科学考察标准体系。4.缺乏极地科学考察安全管理相关标准。国内针对极地科学考察和海洋安全生产管理方面的标准尚处于起步阶段。全国海洋标准化技术委员会公布的2022 年度重点支持立项海洋标准清单44中,极地科学考察较为紧迫和必要的标准有 5 项,其中 4 项与安全管理有关。安全生产标准是安全生产的底线、红线,是强化风险防控、消除事故隐患的重要技术手段,需加快编制极地科学考察安全标准。2 自然资源领域标准体系分析 截至目前,自然资源部已发布 自然资源调查监测标准体系(试行)45,以及 10 项行业标准体系(表 2),其中海洋调查标准体系 海洋安全生产管理标准体
21、系,对极地科学考察的标准体系建设有很好的借鉴作用,本文予以扼要总结。表 2 自然资源领域标准体系统计表 Table 2.Statistics of standard systems for natural resources 序号 标准号 标准名称 实施日期 标准状态 1 HY/T 03322022 海洋大数据标准体系 2022/2/28 现行 2 HY/T 03232021 海水淡化与综合利用标准体系 2021/7/2 现行 3 HY/T 03072021 海洋安全生产管理标准体系 2021/6/1 现行 4 HY/T 2652018 海岛保护与利用标准体系 2018/12/1 现行 5 H
22、Y/T 2442018 海洋调查标准体系 2018/10/1 现行 6 HY/T 2072016 海洋仪器设备产品与检测标准体系 2017/2/1 现行 7 HY/T 1932015 海洋观测预报及防灾减灾标准体系 2016/6/1 现行 8 HY/T 1812015 海洋能开发利用标准体系 2015/10/1 现行 9 HY/T 1612013 海洋经济运行监测和评估标准体系 2014/5/1 现行 10 HY/T1372011 中国海监执法标准体系 2011/3/1 现行 2.1 自然资源调查监测标准体系(试行)2021 年,自然资源部办公厅印发了自然资源调查监测标准体系(试行)45,该标
23、准体系涵盖了当前自然资源调查监测标准化工作的主要内容,包括通用、调查、监测、分析评价、成果及应用 5 大类,22 小类,共计 79 项(系列)标准。1.通用类标准:规定了自然资源调查监测评价活动和成果所需的基础、通用类标准,包括术语、分类、质量 3 小类。其中术语、分类是体系的基础和核心。质量类标准是贯穿整个自然资 308 极地研究 第 35 卷 源调查监测活动质量监管、监督、验收等过程的通用要求。2.调查类标准:规定了自然资源调查的主要内容指标、技术要求、方法流程等方面,包括基础调查、海洋资源调查、湿地资源调查、水资源调查等 10 小类。3.监测类标准:规定了自然资源监测的技术要求及方法流程
24、,包括常规监测、专题监测和应急监测 3 小类。4.分析评价类标准:规定了自然资源调查监测的成果统计、分析、评价有关方法和内容,包括统计、分析和评价 3 小类。5.成果及应用类标准:规定了自然资源调查成果的管理要求、成果应该达到的指标、成果应用要求等,包括成果内容、成果管理和成果应用 3 小类。2.2 海洋调查标准体系 2018 年,自然资源部发布了海洋调查标准体系46-47,由自然资源部第二海洋研究所牵头起草,整个标准体系框架按照海洋调查对象、调查装备、调查成果管理来设计。总共分了三个层次:第一层次为基础通用标准;第二层次包含海洋环境调查、海洋资源和能源调查、海洋经济和文化调查、海洋调查装备应
25、用、海洋调查资料和样品管理;第三层次为第二层次的下位类,按照5 个门类标准应包含的内容和适用范围,再细分了 35 个次级门类标准。海洋调查标准体系的纵向结构代表层次,横向结构代表标准化对象领域,体系要素以海洋外业调查、内业分析测试、数据处理、质量控制等环节为主线,结合各海洋调查对象涉及的技术和方法,不同层次标准相互补充,也相互制约,形成一个有机整体。1.基础通用标准:主要是海洋调查领域具有广泛适用范围的通用类标准,包括海洋学综合术语 海洋调查规范 第 1 部分:总则等。2.海洋环境调查标准:主要是基于海洋调查规范系列国家标准,补充了原来规范中没有但是近年来已普遍实施的新调查要素(如海水二氧化碳
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