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本文刊載于《中國科學院院刊》2021年第8期專刊“地球大數據驅動聯合國可持續發展目標實現”

王福濤1,2*  于仁成3  李景喜4  毛德華5  汪承義1,2  賈明明5  廖靜娟1,2  胡仔園3  顧海峰6 韋欽勝4  張  麗1,2 唐世林7

1  中國科學院空天信息創新研究院

2  可持續發展大數據國際研究中心

3  中國科學院海洋研究所

4  自然資源部第一海洋研究所

5  中國科學院東北地理與農業生態研究所

6  自然資源部第三海洋研究所

7  中國科學院南海海洋研究所

海洋生態系統的健康和安全，直接關系到全人類的健康和福祉。有效監測數據不足、科學決策信息缺失等因素一定程度上影響了海洋可持續發展目標（SDG 14）的順利實施。地球大數據具備宏觀、動態、客觀監測能力，可在支撐 SDG 14 實現中起到重要作用。在中國科學院戰略性先導科技專項（A 類）的支持下，基于地球大數據相關技術和方法，我國已有效開展了海洋缺失數據集生產、目標本地化模型構建等具體實踐。在以上分析基礎上，文章提出了積極參與國際社會地球大數據共享，加強科技創新對 SDG 14 實現的驅動，深度參與聯合國海洋治理計劃等建議。

占地球表面積 71% 的海洋是全球三大生態系統之一，在調節全球水循環、調節氣候、支持地球生命等方面具有重要作用。海產品為全球 31 億人提供了至少 20% 的動物蛋白供應，而這些供應對經濟條件較差的沿海地區和小島嶼發展中國家的民生保障尤為重要。沿海生態系統擁有豐富的服務功能，直接關系全人類的福祉，包括穩定海岸、調節沿海水質和水量、保護生物多樣性和為許多重要物種提供棲息地等。

然而，一向被認為“不可戰勝”的海洋如今卻正面臨威脅。2010 年有超過 19 億人生活在沿海地區，預計到 2050 年這一數字將達到 24 億。來自陸上和海上活動的多重影響讓超過 40% 的海洋表面腹背受敵 。2010 年之前的研究評估顯示，全球生物多樣性總體上在下降，雖然下降速率較小，但明顯增加了維持生物多樣性的壓力。海洋和沿海生態系統也呈現出這種趨勢，沒有哪一片海洋不受人類影響。海洋正在變得更暖、更酸、含氧量更低，這對全球氣候產生了連鎖反應。未來全球平均溫度的升高，以及海洋酸化、脫氧和海平面上升，預計將對關鍵的海洋生態系統和生態系統服務產生嚴重影響。針對海洋保護所面臨的嚴峻形勢，2015 年“保護和可持續利用海洋和海洋資源以促進可持續發展”（SDG 14）被寫入聯合國《2030 年可持續發展議程》，并成為國際社會共同關注的熱點問題之一。在聯合國可持續發展目標（SDGs）技術促進機制的引領下，科學、技術與創新已在 SDG 14 的實施過程中，發揮著越來越重要的作用。

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地球大數據支撐海洋可持續發展實踐

相關監測數據的缺乏是目前制約 SDGs 客觀評估與政府科學決策的主要瓶頸之一。作為科技創新的重要方面，地球大數據在支撐 SDGs 實現中具有重要作用。地球大數據具備宏觀、動態、客觀監測能力，可對包括陸地、海洋、大氣及與人類活動相關的數據進行整合和分析，可以把大范圍區域作為整體進行認知，為 SDGs 特別是地球表層與環境、資源密切相關的諸多 SDGs，提供大尺度、周期變化的豐富信息，以供決策支持。

地球大數據在海洋領域主要產生于具有空間屬性的大型海洋科學實驗裝置、探測設備、傳感器、社會經濟觀測及計算機模擬過程，它不僅具有海量、多源、異構、多時相、多尺度、非平穩等大數據的一般性質，同時還具有很強的海洋要素時空關聯和物理關聯，以及數據生成方法和來源的可控性，已成為我們認識海洋的“新鑰匙”和知識發現的“新引擎”。近年來，我國相關研究機構、高校和政府部門利用地球大數據及其相關技術方法，在服務 SDG 14 實現方面做了大量的努力和探索，已在數據集生產、評估模型構建等方面積累了較好的實踐經驗。

有效補充了海洋綜合管理所缺失的部分基礎數據集，促進了SDG 14 實施過程中新的知識發現

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在清潔海洋方面

針對 SDG 14.1 海洋環境中海洋垃圾和微塑料的豐度、成分等可靠數據匱乏的問題，中國科學院戰略性先導科技專項（A 類）“地球大數據科學工程”（CASEarth）聯合國內相關研究和業務部門，系統梳理了中國在海洋垃圾和微塑料方面開展的基礎研究及監測成果，特別是歷次近岸海域海洋大型垃圾監測、環球海洋綜合科學考察、南極和北極科學考察等工作中調查實測及業務監測數據，并同中國海洋生態環境狀況公報、國際期刊發表的文獻數據緊密銜接，為我國了解海洋塑料垃圾和微塑料的污染現狀及開展有效治理提供可靠的監測數據集。

數據集監測結果顯示：

1.2015 年以來中國近海漂浮垃圾豐度呈現減少趨勢。2018 年中國近海漂浮垃圾豐度比 2010—2014 年的平均豐度（3 207 個/km2） 下降約 25%。

2.大洋與極地等區域均有微塑料存在，其中繞南極大洋海水中的漂浮微塑料呈現局部豐度較高的分布特征，臨近南極大陸的典型海域中微塑料的種類存在多元化，人類活動已對南極生態環境造成直接或間接的破壞。

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在保護海洋生態系統方面

在過去的半個多世紀中，全球沿海紅樹林數量急速下降，造成了一系列的生態環境問題。紅樹林的保護、恢復和可持續管理已成為 SDG 14.2 實現的關鍵之一。為了更加準確、客觀地把握我國及全球紅樹林的實際狀況，并支持從動態的角度來分析紅樹林這些年來的退化與恢復的時空特征，我國科研工作者基于地球大數據，特別是長時間序列、多源衛星遙感數據，研發集成面向對象、多層決策樹與人工智能結合的紅樹林遙感分類技術，構建了目前范圍監測時間跨度最大（1973—2020 年中國 30 m 分辨率）、空間精度最高（2020 年全球 10 m分辨率）的紅樹林空間分布監測數據集。

數據集監測結果顯示：

1. 1973—2000 年中國紅樹林面積呈減少趨勢，2000—2020 年中國紅樹林面積呈增加趨勢，其中2015—2020 年紅樹林面積增加最為顯著，2020 年全國紅樹林總面積基本達到1980年水平。

2.“海上絲綢之路”沿線紅樹林分布占全球紅樹林總面積的一半以上。該地區受人類活動和自然災害的影響突出，對紅樹林的侵占和破壞較為明顯，其中 84.2% 的亞洲國家在 1990—2020 年間紅樹林面積總體呈持續減少趨勢。

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在保障海洋安全方面

海洋中的有害藻華能夠通過多種途徑，如產生毒素、危害海洋生物、破壞海洋生態環境、影響海水屬性等，威脅人類健康和生態安全。有害藻華災害的有效監測和抵御是 SDG 14.1 和 SDG 14.2 實現的關鍵影響因素。針對中國有害藻華災害頻發的渤海海域，CASEarth 基于渤海區域實際站點監測數據，結合中國及渤海周邊三省一市海洋環境狀況公報和《中國海洋災害公報》《中國海洋年鑒》《中國赤潮災害調查與評價（1933—2009）》等文獻資料，系統構建了渤海海域 1952—2017 年有害藻華（赤潮）事件數據集產品，并推動原位觀測和遙感觀測在有害藻華監測中的應用，提高觀測的實時性和連續性。

數據集監測結果顯示：渤海海域有害藻華原因呈現多樣化、小型化和有害化的演變趨勢，有害藻華發生的熱點區域由渤海灣轉移至秦皇島近岸海域。

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在海洋的可持續經濟利用方面

在全球社會經濟不斷發展、人口迅速增加和魚類資源已遭到過度捕撈的背景下，海洋水產養殖為全球食品安全和經濟發展作出了重要貢獻。然而，水產養殖規模的無序增長及不合理分布也會對近海生態系統造成顯著的影響（如造成生物多樣性下降、近海水質污染等），最終導致海水養殖不可持續。因此動態、客觀的水產養殖數據對 SDG 14.2、SDG 14.7 和 SDG 14.c 的實現具有重要的意義。傳統水產養殖規模的數據主要依靠層級填報統計獲取，長期存在部分區域統計不及時與統計不準確的問題。針對這個難題，CASEarth 專項組織相關專家，基于地球大數據和人工智能方法，已經生產了 10 m 空間分辨率的中國區域 2015—2020 年 3 期濱海養殖池數據集和全球區域 2020 年 1 期濱海養殖池數據集，以及 30 m 空間分辨率的中國區域 2017—2020 年 4 期近海筏式養殖分布動態監測數據集。

數據集監測結果顯示：

1.2020 年中國濱海養殖池面積為 9000 km2，約占全球濱海養殖池總面積的 26%。2015—2020 年，中國濱海養殖池面積持續下降，5 年間濱海養殖池面積減少了 1700 km2，相對減少率達 15.9%。

2. 2017—2020 年我國近海筏式養殖面積總體呈增長趨勢，但近 2 年增長速度變緩；90% 以上的筏式養殖區分布在近海的 12 海里（約 22.224 km）范圍內。

有效擴展了 SDG 14 中部分指標的評估和分析方法，促進了實施辦法的本地化和策略選擇的科學化

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在海洋生態系統健康評估方面

要實現 SDG 14，最重要的途徑之一是從保持海洋生態健康的目標出發，建立以海洋生態系統為基礎的海洋管理模式。海洋生態系統健康評估作為海洋管理和開發利用的重要工具手段，可以為海洋生態環境保護、生態管理等提供重要的科學依據。目前，我國海洋生態系統健康評估已初步實現充分考慮氣象、水文、化學、生物等要素演變趨勢及相互關系，借助地球大數據平臺的數據優勢，基于海域生態系統結構、服務功能、生態問題及災害等各項特征，完成評估數據篩選、標準制定和卡片式健康評估報告生成。這樣就可以將原始觀測數據通過評估，轉化成管理決策所需要的直觀科學信息，直接服務于國家相關決策和近海開發管理工作。該評估模型和方法已在我國的四十里灣、膠州灣、大亞灣等典型灣區得到應用，取得了較理想的應用效果。

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在高性能數值預報和情景模擬方面

伴隨我國高性能計算能力的大幅提升，將海洋實時監測數據同數值預報和情景模擬系統緊密結合，挖掘這些大數據背后隱藏的有用信息，更有效服務 SDGs 的實現，當前已得到高度認可。目前，在海平面上升多情景淹沒模擬方面已取得了系列成果；同時，在基于海洋環境數值預報系統開展的微塑料“源—區”遷移擴散模擬、大型藻藻華漂移軌跡短期預測、臺風風暴潮淹沒區預測與輔助決策等方面正開展大量的研究工作。這些模型方法的實現將為海洋災害、海洋污染的高效防治提供更有利的技術支撐。

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地球大數據促進海洋可持續發展建議

中國政府一直高度重視和支持聯合國海洋可持續發展的相關議程。2015 年以來，在加快建設海洋強國等戰略目標引領下，中國海洋事業飛速發展，在大力減少海洋污染、科學恢復海洋生態、合理擴展海洋經濟等方面都取得了顯著的成果。但是，從世界范圍看，海洋生態系統退化的危機并沒有減弱，反而有加劇的風險。同時，由于中國沿海地區人口密集、經濟發展迅速，對海洋資源的需求大，中國海洋可持續發展面臨嚴峻的挑戰。為更好地促進海洋可持續發展，提出 3 點建議。

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積極參與國際社會地球大數據的共享與應用

利用地球大數據技術和方法提供更多好用、適用的支撐 SDG 14 實現的數據產品。通過搭建地球大數據共享平臺、在線計算平臺、數據服務平臺，從共享、服務、應用層面，打破海洋科學數據獲取與支撐 SDGs 實現之間的共享壁壘，解決發展中國家在數據收集方面的能力瓶頸，促進數據和知識的及時共享和傳播，不斷推進海洋科學數據與可持續發展管理決策的有機結合，更好地推動海洋可持續發展事業取得實際的效果。

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進一步重視和加強科技創新在 SDG 14 實現中的驅動作用

聯合國秘書長安東尼奧 · 古特雷斯在《2019 年可持續發展目標報告》中指出，要推動實現 SDGs 所需的社會和經濟轉型，需要更深入、更快速地響應，需要更好地利用數據、科學技術和創新，需要形成支撐 SDGs 實現的更加智能化解決方案。這和我國的科技創新戰略是一致的。因此，需要進一步將建設海洋強國戰略同科技創新戰略緊密銜接，重視和加強地球大數據、海洋資源、海洋生態、海洋環境和海洋工程等一批關鍵核心技術的突破，以驅動 SDG 14 的順利實現。

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積極推動建立海域協同的綜合監測與治理體系，深度參與聯合國海洋治理計劃

習近平總書記關于海洋命運共同體論述，深刻闡明了保護和可持續利用海洋和海洋資源需要各國攜手共治才能達到最理想的效果。依據《聯合國海洋法公約》，我國一方面要積極參與國際海洋治理機制和治理規則的制定，積極探索推動建設公正合理的海域協同的綜合監測與治理體系，堅決維護我國及發展中國家的海洋權益。另一方面要進一步深度參與聯合國海洋治理計劃，比如正在開展的“聯合國海洋科學促進可持續發展十年（2021—2030 年）實施計劃”等。在國際上積極展現我國利用地球大數據等科技手段促進海洋可持續發展方面取得的成果，提高我國在聯合國海洋領域的影響力和決策權，通過貢獻中國方案和中國智慧促進全球 SDG 14 的最終實現。

背景：SDG 14 內涵及實施現狀

SDG 14 是聯合國在對海洋生態保護和海洋資源利用的現狀、存在的主要問題、期待達到的愿景、可能實現的途徑等多維度信息綜合分析的基礎上制定的，主要是希望通過設立一套針對海洋和沿海生態系統的科學管理框架體系，引導國家、地區、企業及民眾有效保護海洋生態系統和合理利用海洋資源，以達到人類社會、海洋經濟和海洋環境整體的可持續發展。SDG 14 包含 10 個具體目標。這些具體目標內容雖各有側重，但相互之間又有部分關聯，并同其他 SDGs 之間形成緊密銜接、互相支撐的格局。在實際的業務實施和相關研究中，可以從清潔海洋（SDG 14.1）、保護海洋生態系統（SDG 14.2）、了解海洋并實現可持續管理（SDG 14.3、SDG 14.a）、保障海洋安全（SDG 14.1、SDG 14.2）、來自海洋的可持續食品（SDG 14.4、SDG 14.6、SDG 14.7、SDG 14.b）、海洋的可持續經濟利用（SDG 14.2、SDG 14.7、SDG 14.c）、有效執行《聯合國海洋法公約》所反映的國際法（SDG 14.c）等方面開展具體的工作。

10 個具體目標的制定為全球海洋保護、海洋資源利用和海洋國際合作指明了方向。自 2015 年提出以來，10個具體目標得到國際社會的共同關注和推動實施。但是，從全球范圍來看，至今 SDG 14 大部分具體目標的實施效果并不理想。2021 年 4 月 21 日聯合國發布的《第二次全球海洋綜合評估》報告結果顯示：自 2015 年第一次世界海洋評估以來，來自人類活動的許多壓力繼續使海洋退化，其中包括重要的典型生態系統，如紅樹林和珊瑚礁。壓力主要包括氣候變化相關的影響、不可持續的捕撈、入侵物種的引入、造成酸化和富營養化的大氣污染、過度輸入營養物質和有害物質、越來越多的人為噪音及管理不善的沿海開發和自然資源開采等 。聯合國秘書長安東尼奧·古特雷斯在報告發布會上呼吁世界各國和所有利益相關者要高度重視海洋生態系統退化的危機。

總結出現上述情況的原因，除了部分國家和地區對海洋環境保護重視不夠，或因戰亂、極度貧窮等特殊情況管理不到位外，SDG 14 相關指標監測數據不足、分析評估輔助決策信息不夠等難題也嚴重阻礙了 SDG 14 具體目標的實現。海洋系統具有尺度大、變化快、復雜度高的特點，決定了 SDG 14 本身是一個多樣、動態和相互關聯的龐大的體系。對各具體目標的有效度量和監測是保障實現 SDG 14 最重要的環節，但如何度量這些具體目標仍然面臨很大困難，迫切需要建立科學合理和完善的可持續發展評估指標和數據支撐體系。2021 年 3 月聯合國統計委員會（UNSC）第 52 屆會議確定的 SDGs 層級分類情況顯示，SDG 14 的 10 個具體目標中仍有 5 個（14.1、14.2、14.3、14.a、14.c）處于 Tier II（有方法無數據的狀態）。顯然，如果在基本的目標監測和決策分析評估數據保障方面不能盡快取得進展，《2030 年可持續發展議程》全面落實必然會大打折扣。

王福濤中國科學院空天信息創新研究院副研究員。主要從事地球大數據支撐海洋可持續發展、重特大災害遙感監測評估工作。先后承擔國家高分辨率對地觀測系統重大專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項（A類）等科研項目。中國科學院青年創新促進會會員，《遙感學報》編委。發表學術論文 54篇，出版專著（圖集）13 部，授權國家發明專利 6 項。先后獲得科學技術部遙感青年科技人才創新資助、全國優秀地圖作品裴秀獎、青年測繪地理信息科技創新人才獎等。

文章源自：

王福濤,于仁成,李景喜,毛德華,汪承義,賈明明,廖靜娟,胡仔園,顧海峰,韋欽勝,張麗,唐世林.地球大數據支撐海洋可持續發展.中國科學院院刊,2021,36(8):932-939.

總監制：楊柳春

責任編輯：張帆

助理編輯、校對：PAN

排版：曹藝璇