2025年大學《海洋科學與技術(shù)》專業(yè)題庫——海洋觀測技術(shù)應(yīng)用研究及發(fā)展方向研究進展展望趨勢考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.海洋觀測技術(shù)2.被動遙感3.聲納散射截面4.海洋數(shù)據(jù)同化5.深?；铏C二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述衛(wèi)星海洋遙感在監(jiān)測海流方面的主要原理及其局限性。2.海洋觀測技術(shù)在海洋環(huán)境保護中可以發(fā)揮哪些重要作用？3.與傳統(tǒng)固定式觀測平臺相比，移動式海洋觀測平臺（如潛器、浮標陣列）有哪些優(yōu)勢？4.簡述海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要內(nèi)容和意義。三、論述題（每題10分，共30分）1.比較聲學多普勒測流儀（ADCP）和聲學層析成像技術(shù)在探測海洋上層混合層中的原理、優(yōu)缺點及適用場景。2.結(jié)合當前研究進展，論述發(fā)展低成本、長壽命、智能化海洋傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)與潛在解決方案。3.論述大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)如何賦能海洋觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用與價值挖掘，并展望其在未來海洋監(jiān)測中的發(fā)展方向。四、研究進展評述題（15分）近年來，基于原位生物傳感器的海洋觀測技術(shù)取得顯著進展，能夠?qū)崟r測量水體中的特定生物標志物或生理參數(shù)。請評述該技術(shù)的研究進展、主要應(yīng)用領(lǐng)域及其在海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測中的潛力和局限性。五、未來趨勢展望題（20分）隨著全球?qū)Ｑ笥^測需求的不斷增長以及對技術(shù)極限的不斷探索，海洋觀測技術(shù)正朝著更智能、更集成、更自動化的方向發(fā)展。請結(jié)合當前技術(shù)發(fā)展趨勢（如物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、新型能源、深空觀測等），展望未來海洋觀測技術(shù)可能出現(xiàn)的重大突破，并分析這些突破對海洋科學研究和相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來的深遠影響。試卷答案一、名詞解釋1.海洋觀測技術(shù)：指利用各種儀器設(shè)備、傳感器、平臺和系統(tǒng)，對海洋環(huán)境要素（物理、化學、生物、地質(zhì)等）及其動態(tài)變化進行測量、獲取、處理、分析、傳輸和應(yīng)用的綜合性技術(shù)手段的總稱。**解析思路：*考察對海洋觀測技術(shù)基本概念的全面理解，包含其目的（測量、獲取、應(yīng)用）、手段（儀器、傳感器、平臺、系統(tǒng)）和對象（海洋環(huán)境要素及其變化）。2.被動遙感：指利用海洋環(huán)境自身發(fā)射或反射的天然電磁波（如太陽輻射、地熱輻射）信息來探測海洋參數(shù)的技術(shù)。例如，利用海面溫度對太陽輻射的反射特性獲取海表溫度。**解析思路：*考察對遙感分類（主動vs被動）的理解，強調(diào)能量來源是環(huán)境自身，而非傳感器主動發(fā)射。3.聲納散射截面（ScatteringCrossSection,σ?）：在聲學海洋學中，表征聲納探測目標（如生物、顆粒、海洋哺乳動物）散射聲能能力的物理量，它反映了目標對聲波的散射效率，是描述生物聲學目標大小、形狀和姿態(tài)的重要參數(shù)。**解析思路：*考察對聲學探測中關(guān)鍵參數(shù)的理解，解釋其物理意義（散射效率）和應(yīng)用（表征目標特性）。4.海洋數(shù)據(jù)同化：將來自不同觀測平臺、不同時空分辨率、不同性質(zhì)的海洋觀測數(shù)據(jù)，以最優(yōu)的方式融入物理海洋模型或數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)中，修正模型誤差，提高模型狀態(tài)估計的準確性和時空連續(xù)性的技術(shù)過程。**解析思路：*考察對數(shù)據(jù)融合與模型結(jié)合核心技術(shù)的理解，強調(diào)其目的（修正誤差、提高精度、保證連續(xù)性）和方法（融入模型）。5.深?；铏C：一種利用海水密度分層浮力和自身推進裝置（如翼型產(chǎn)生升力）在海洋中實現(xiàn)水平或大深度垂直剖面巡航的自主水下航行器，具有續(xù)航時間長、能量效率高、可進行斷續(xù)剖面觀測等優(yōu)點。**解析思路：*考察對一種典型移動式海洋觀測平臺的工作原理、特點（長續(xù)航、剖面能力）及其在深海觀測中的應(yīng)用的理解。二、簡答題1.簡述衛(wèi)星海洋遙感在監(jiān)測海流方面的主要原理及其局限性。**解析思路：*原理方面，可以從海面高度變化（雷達高度計）、海面溫度梯度（紅外/微波輻射計，基于溫鹽結(jié)構(gòu)推斷）、海色變化（葉綠素濃度，影響水流）、表面流場（衛(wèi)星測高、雷達散射等綜合反演）等角度闡述。局限性方面，需指出空間分辨率和精度限制、易受天氣海況影響、對近岸和極地區(qū)域觀測效果差、難以直接獲取深層流等。2.海洋觀測技術(shù)在海洋環(huán)境保護中可以發(fā)揮哪些重要作用？**解析思路：*從監(jiān)測污染（如油污、化學品泄漏、塑料污染）、評估生態(tài)健康狀況（如赤潮、生物多樣性）、預警環(huán)境風險（如有害藻華、溢油事故）、支持污染治理與效果評估等角度展開。3.與傳統(tǒng)固定式觀測平臺相比，移動式海洋觀測平臺（如潛器、浮標陣列）有哪些優(yōu)勢？**解析思路：*指出移動平臺能夠跨越時空進行觀測，克服固定平臺的空間限制，獲取大范圍、三維或剖面數(shù)據(jù)，靈活性高，可進行原位實時測量，部分平臺（如AUV、滑翔機）可進入傳統(tǒng)平臺難以到達的深?；驈碗s海區(qū)。4.簡述海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要內(nèi)容和意義。**解析思路：*內(nèi)容方面包括：儀器校準與標定、數(shù)據(jù)格式與范圍檢查、異常值識別與剔除、時空連續(xù)性檢查、與其他數(shù)據(jù)/模型對比驗證等。意義方面強調(diào)保證數(shù)據(jù)準確性、可靠性和一致性，是后續(xù)分析和應(yīng)用的基礎(chǔ)，直接影響研究結(jié)論和決策效果。三、論述題1.比較聲學多普勒測流儀（ADCP）和聲學層析成像技術(shù)在探測海洋上層混合層中的原理、優(yōu)缺點及適用場景。**解析思路：*原理：ADCP通過接收散射回來的多普勒頻移信號測量水體速度；層析成像通過在測線兩端或多個位置發(fā)射聲波，根據(jù)聲波傳播時間變化反演介質(zhì)速度場。優(yōu)缺點：ADCP優(yōu)點是可提供點測量、較高時空分辨率、能測量垂直速度剖面；缺點是測點范圍有限、易受聲速剖面影響、可能受海底或海面影響、對弱流敏感。層析成像優(yōu)點是可提供大范圍、區(qū)域性的平均流速場信息；缺點是空間分辨率低、計算復雜、對邊界條件敏感、易受噪聲影響、需要足夠長的測線。適用場景：ADCP適用于需要精細空間結(jié)構(gòu)或時間變化細節(jié)的局部研究；層析成像適用于研究大尺度平均環(huán)流或混合層整體結(jié)構(gòu)特征。2.結(jié)合當前研究進展，論述發(fā)展低成本、長壽命、智能化海洋傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)與潛在解決方案。**解析思路：*挑戰(zhàn)：能源供應(yīng)（電池壽命、能量收集效率）、數(shù)據(jù)傳輸（功耗、帶寬、可靠性、自組織網(wǎng)絡(luò)）、傳感器標定與維護（自校準、故障診斷）、數(shù)據(jù)處理與存儲（邊緣計算、海量數(shù)據(jù)管理）、成本控制、環(huán)境適應(yīng)性與可靠性、智能化算法（低功耗、實時性）。解決方案：能源方面，發(fā)展能量收集技術(shù)（光能、動能、溫差能）、低功耗器件；傳輸方面，采用低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）、優(yōu)化路由協(xié)議、發(fā)展壓載式通信浮標；維護方面，設(shè)計自診斷、自校準傳感器，利用AUV/水下機器人進行維護；處理方面，應(yīng)用邊緣計算、人工智能進行數(shù)據(jù)壓縮和智能分析；成本方面，推動批量化生產(chǎn)、新材料應(yīng)用；智能化方面，集成AI算法進行實時監(jiān)測與預警；可靠性方面，選用耐壓、耐腐蝕材料，進行嚴格的環(huán)境測試。3.論述大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)如何賦能海洋觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用與價值挖掘，并展望其在未來海洋監(jiān)測中的發(fā)展方向。**解析思路：*賦能作用：大數(shù)據(jù)技術(shù)處理海量、多源、異構(gòu)海洋觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合與管理；AI技術(shù)（特別是機器學習、深度學習）用于智能識別（如從遙感影像中識別船舶、浮標）、模式挖掘（發(fā)現(xiàn)異常事件、環(huán)境變化規(guī)律）、預測預警（如風暴潮、有害藻華）、數(shù)據(jù)降維與特征提取、優(yōu)化觀測策略等，提升數(shù)據(jù)洞察力和應(yīng)用價值。發(fā)展方向：發(fā)展更智能的AI算法進行實時/近實時分析；構(gòu)建海洋大數(shù)據(jù)云平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)；開發(fā)基于AI的智能觀測系統(tǒng)，實現(xiàn)自適應(yīng)、最優(yōu)觀測；利用AI融合多源數(shù)據(jù)（遙感、原位、模型），生成更高質(zhì)量的綜合產(chǎn)品；探索數(shù)字孿生海洋，構(gòu)建虛實結(jié)合的海洋環(huán)境模型。四、研究進展評述題近年來，基于原位生物傳感器的海洋觀測技術(shù)取得顯著進展，能夠?qū)崟r測量水體中的特定生物標志物或生理參數(shù)。請評述該技術(shù)的研究進展、主要應(yīng)用領(lǐng)域及其在海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測中的潛力和局限性。**解析思路：*研究進展：提及傳感器類型（如熒光、電化學、光學傳感器）、靈敏度與選擇性提升、小型化與集成化、無線傳輸技術(shù)結(jié)合、與浮標/潛器等平臺集成應(yīng)用等。主要應(yīng)用領(lǐng)域：營養(yǎng)鹽循環(huán)（如氨氮、磷酸鹽）、生物地球化學過程（如碳循環(huán)相關(guān)參數(shù)）、有害藻華監(jiān)測（如毒素含量）、漁業(yè)資源調(diào)查（如魚卵/幼魚密度、特定物種標志物）、污染物生物效應(yīng)監(jiān)測等。潛力：實現(xiàn)生態(tài)參數(shù)的原位、實時、長期監(jiān)測，提供傳統(tǒng)方法難以獲取的信息，有助于深入理解生物-環(huán)境相互作用，提升生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測預警能力。局限性：傳感器壽命與穩(wěn)定性、抗生物污損能力、成本、功耗、數(shù)據(jù)處理與解譯復雜性、對復雜環(huán)境（如高濁度）的適應(yīng)性、數(shù)據(jù)代表性（點測量）等。五、未來趨勢展望題隨著全球?qū)Ｑ笥^測需求的不斷增長以及對技術(shù)極限的不斷探索，海洋觀測技術(shù)正朝著更智能、更集成、更自動化的方向發(fā)展。請結(jié)合當前技術(shù)發(fā)展趨勢（如物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、新型能源、深空觀測等），展望未來海洋觀測技術(shù)可能出現(xiàn)的重大突破，并分析這些突破對海洋科學研究和相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來的深遠影響。**解析思路：*重大突破：*全域立體觀測網(wǎng)絡(luò)：基于物聯(lián)網(wǎng)和低成本傳感器，結(jié)合多種平臺（浮標、潛器、滑翔機、無人機、智能岸基、海底基站、衛(wèi)星星座），構(gòu)建覆蓋全海層、全海域、全要素的智能觀測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時、無縫傳輸。*智能化與自主化：傳感器具備自校準、自診斷能力；觀測平臺具備自主規(guī)劃航線、調(diào)整作業(yè)模式、智能決策能力；利用AI進行海量數(shù)據(jù)處理、特征提取、異常自動識別與預警。*新型能源與材料：利用高效能量收集技術(shù)（太陽能、溫差能、動能等）實現(xiàn)長期自主運行；開發(fā)耐壓、耐腐蝕、輕量化、低成本的新型材料。*AI深度融合：AI不僅用于數(shù)據(jù)處理，更用于觀測設(shè)計優(yōu)化、模型驅(qū)動數(shù)據(jù)融合、復雜海洋現(xiàn)象的機理揭示與預測。*深空觀測新能力：衛(wèi)星技術(shù)的革新（更高分辨率、更多頻譜、更長時間序列、新型傳感器如激光雷達、干涉雷達等）提供更精細、更全面的海表及近表層信息，與地面/海洋觀測系統(tǒng)深度融合。*