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卫星与大数据如何帮我们守护海洋?

新的海洋保护区已经划定,新的联合国协议也快要达成,标志着国际海洋保护即将取得巨大突破。但是为了落实这个雄心勃勃的计划,我们必须强化卫星和在线大数据的应用。

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2015年全球航运图例。图片来源:Global Fishing Watch

 

 

 

 

过去一个世纪里,过度捕捞、严重污染以及沿海地区的无序开发给全球海洋环境带来了诸多负面影响。但是现在,两项全新的全球海洋监管措施正逐步崭露头角。这让我们相信,21世纪初的几十年即将成为新的历史拐点,人类有望在未来开始修复海洋环境。

但是问题的关键在于:这种复杂的卫星技术以及地球健康在线数据的大众化,能否在保护海洋的过程中充分发挥积极作用呢?

第一个令人振奋的政策走向就是世界各国都在积极推动海洋保护区建设,规模之大前所未有。
皮特克恩岛海洋保护区是目前拟建的规模最大的大型海洋保护区,总面积是英国面积的3.5倍,比传统的中型海洋保护区要大10万倍。过去六年间已经建立或宣布要建立的19个海洋保护区面积比之前所有保护区的范围都要大。目前拟建的几个大型保护区建成后会在现有基础上使保护海域面积增加77.5万平方英里。

第二个关键进展就是联合国正在起草一份公约,该协议将首次对公海海域内的海洋生物多样性管理责任进行限定。(注:公海是指在某个国家200英里专属经济区以外的海洋区域。)这份协议涉及的海洋总面积比美国总面积的22倍还多,内容主要涉及海洋生物多样性保护、国际海洋保护区建设、海洋基因资源共享评估程序、以及环境影响评估的有效落实等。

如果没有系统的边界监管,大型海洋保护区也只不过是纸上谈兵而已。

这些新的大胆举措说明,决策者们终于决定先于海洋工业化一步,积极采取保护措施——这也是我们在陆地工业化时没能做到的事情。其中涉及的方面不止工业化渔业这一项。最新的技术创新和发展让水下农业、采矿、发电甚至数据中心管理都成为了可能。然而,我们也不能高估了这些海洋资源利用方式的进步。比如从2014年开始,全球鱼类消费中,养殖鱼类所占比重首次超过了野生捕捞——这与人类当初在陆地上逐步用养殖代替捕猎的过程很相似。而采矿业据说已经扩展到近40万平方英里的深海区域。

大面积拓展海洋保护区的面积,以及大力提高国际海洋监管的行动无疑是令人振奋的。但是上述两项政策都有一个硬伤:只有确保人们能够严格遵守法律的时候,法律才有意义。这些新政策涉及的海洋领域太大了,相比之下,船只、飞机等传统的海洋观测方式就变得像六分仪一样古旧而“力不从心”。如果没有系统的边界监管,大型海洋保护区也只不过是纸上谈兵而已。所以,除非我们能够正视辽阔的远海海域所发生的一切,否则我们试图通过新的联合国公约控制公海生态多样性开发的努力就不可能成功。

不过,正如技术创新可以推动海洋环境快速发展一样,高科技解决方案同样也可以确保工业进步能够以一种明智和负责任的方式进行。如果政府部门、科研学者、民间科学家以及环保团体能够共同利用好这些技术创新,那我们就可以有效利用并合理规划未来世界海洋环境发展。

其中最重要的一项就是利用卫星互动感应装置和数据处理工具对船只航运进行监控,就像我们现在监控城市中的优步出租车一样。与飞机类似,越来越多的船只都安装有会实时传送位置数据的感应设备,从而防止船只之间出现刮碰。我们可以利用同样的安全数据流观察工业渔业集中区域,查看海床矿井发掘进展,或者跟踪货运船只航线,避免其与鲸鱼迁徙路线重叠。

 

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台湾海峡的海带养殖,全景参见 图片来源:Planet Lab

我们面临的下一个挑战是如何智能高效地从不断涌入的数十亿数据中筛选出有用信息,以防陷入一个海洋数据黑洞。幸运的是,我们可以通过智能算法从中提取出船只的特定运行数据,因为船只行进都会留下特有的行为指纹记录。比如,围网渔船一般会在撒网的时候环绕着鱼群行驶,而延绳钓渔船则会沿着设下的钓线上下直线行驶。 

在《科学》杂志最近刊发的一份报告中,我和我在非盈利组织
世界渔业监控的同事们对基里巴斯关闭的一片面积相当于美国加州的渔场进行了密切观察。六个月后,我们很高兴地看到,除了一艘船之外,其他船只都已离开这里前往其他海域进行捕捞。同时,我们还绘制出了太平洋公海海域围网渔船的活动图——这也是公众有机会第一次了解联合国公海保护协议可能覆盖区域的渔业活动状况。

眼下的问题就是,政府能否意识到这种新数据的价值,并响应科学家的号召,要求更多船只安装并充分利用这种观测感应装置。我们估测,目前全球大约有70%的大型渔船都已经配备了这种公开追踪系统。然而,有些船长却根本不会使用——他们要么会在离港之后就把追踪器关了,要么不能向系统上传正确的船只身份信息。通过大数据处理,可以轻易地发现以上这些违规行为。

卫星就好像是天上的违章摄像头,一旦海上出现违规者,就会立刻被抓拍下来。

如果政府可以响应号召,弥补这些漏洞,那么上述监控技术将大大增强我们对未知海洋领域的监控和管理能力。

在外太空运行的不仅是船只追踪卫星,一种专门用来拍摄高分辨率地球照片的微型卫星数量也在迅速上升。这项新技术将会成为海洋观测的一项重要的辅助手段。这些小型电子眼集群每天都能够拍摄出整个地球的高分辨率照片。有了这些图像卫星,海洋生物学家、海洋观测群体以及海洋公园管理者就能够实时了解到保护区内的船只情况,对海岸红树林损失进行每周(甚至是每天)的监控,同时还能记录疏浚等工程对珊瑚礁的破坏情况。可以想见,有朝一日这种船只追踪系统的智能衍生产品最终可能会与这些拍照卫星联动,就像太空违章摄像头一样,将海上违规事件抓拍下来。

当然,也不是所有海洋观察技术都需要依赖外太空。新出现的一系列海洋监测技术也能够派上用场。比如,人们已经开始利用无人机进行海岸水域巡逻。遥控船舰队也可以进行类似的活动,并且还能够同时协助观测海洋资源健康状况,以及资源开采者的行为举动。此外,能够监听船只声音的海岸或机载雷达以及声波记录仪也不失为一种监控手段。

对海洋工业化进程进行有效监测和控制的关键在于这种新海洋观测数据的大众化。因为,以往这种海上数据只有船长能够看得到、看得懂。

好消息就是,陆地上出现的物种灭绝问题在海洋中目前还没有出现。但是就像生态学家道格拉斯·麦考利在耶鲁环境360峰会上接受采访时说的那样,海洋生命现在面临的威胁也许比过度捕捞还要危险的多。

现在,任何一个人都可以通过手机监控遥远海洋中的情况。比如,全球渔业监控组织就在今年发布了一款新产品,任何人都可以通过它免费观察全球渔业数据,或者参与数据互动。而成立不久的全球最大规模的地球影像卫星星座群——
星球实验室最近推出了一个免费图库,其中包含了加州各个地方的图片(比如河口、海湾、海草林以及近岸水域等等),后台数据库目前也在不断更新扩充。

如今,我们已经进入了一个海洋管理的新阶段,打算监管的海洋水域面积也在不断扩大。要想完成这一挑战,就必须确保所有的政策都能落到实处。这个任务很艰巨,也很紧迫。如果我们希望未来海洋能够继续提供大量的食物、能源和娱乐资源,我们就必须保证新的保护区和保护协议能够运作起来,而且必须马上行动。


翻译:Estelle

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