海洋覆盖了地球表面的71％，是全球生命支持系统的一个基本组成部分，也是资源的宝库、环境的重要调节器。人类社会的发展，必然会越来越多地依赖海洋。因此，数字海洋是数字地球的十分重要的组成部分。

中国是一个发展中的沿海大国，即将到来的21世纪是人类开发利用海洋的新世纪。在世纪之交的特殊历史时期提出数字海洋的发展战略，对于有效维护国家海洋权益，合理开发利用海洋资源，切实保护海洋生态环境，实现海洋资源、环境的可持续利用和海洋事业的协调发展具有重要的意义。

当代海洋学在各个分支领域的迅猛发展以及它们之间的有机交叉与渗透为数字海洋的形成奠定了坚实的科学基础。这些学科包括海洋地质学、物理海洋学、海洋化学、海洋生物学、水产科学和海洋工程等。另一方面，与海洋相关的一系列热点问题，例如海洋国土的划界与权益、南极周边海域的归属，El Nino事件的形成机制及其对全球气候的影响、非再生海洋资源的勘探与开发等，也迫切需要实现数字海洋的构想。

空间遥感技术的广泛应用是本世纪后期海洋科学取得重大进展的关键之一。这一信息获取技术方面的突破，为海洋的观测、研究与开发揭开了崭新的一页。众所周知，卫星遥感具有大面积、同步连续观测及高分辨率和可重复性等优点，微波传感器还具有全天候的特点，这些都是传统的浮标和船只观测手段所无法比拟的。除此之外，卫星数据的另一个重要特点是高精度量化，并与计算机系统完全兼容。从这个意义上讲，每一台海洋卫星传感器就像太空中的一台”数码相机”，成为数字海洋系统的一只“千里眼”。

本世纪60年代，第一部海洋遥感专著的出版标志着空间海洋学的诞生。1978年，美国连续发射了3颗用于海洋观测的卫星，Seasat-A，Tiros-N和Nimbus-7，形成了卫星海洋学历史上的第一次高潮。迄今为止，国际上已先后发射了十多个系列的数十颗可用于海洋观测的卫星。90年代以来，以SeaWIFS，TOPEX/Poseidon，ERS-1，2和Radarsat等为代表的系列海洋卫星从数量到传感器的综合探测能力都有了飞速发展，卫星海洋遥感的重点明显地由实验型转向业务化，并开始进入社会生活的各个方面，从而形成其发展史上的第二次高潮。

用于海洋遥感的卫星传感器分为两大类，即被动型和主动型。前者包括可见光多光谱扫描仪和成像光谱仪、红外辐射计，以及微波辐射计。后者包括高度计、散射计和成像雷达。这些传感器能够直接测量的海洋环境参数有四个，它们是海色、海面温度、海面粗糙度和海平面高度。在这些参数的基础上可以反演或计算出若干其他海洋环境参数，其中包括叶绿素和悬浮粒子浓度、上混合层温度、海面风场、有效波高、海浪方向谱、海流、潮汐、波动（包括内波）、锋面、涡漩、上升流、盐度、海冰、海洋降水、海底地形、海洋重力场，以及海洋污染等。这些要素涉及80％左右的海洋现象和过程，加上传统海洋调查手段的日益自动化和数字化，从信息获取角度来看，构建数字海洋系统的时机已基本成熟。

数字海洋作为数字地球的一个子系统，由信息获取，信息处理和信息应用几大部分组成。其主要内容包括：

1．海洋观测系统及相关数据库

由于海洋的整体性和复杂性，使得世界上任何一个国家都不可能单独对其进行全面和系统的观测与研究。基于这一基本认识，从80年代中期开始，国际上陆续实施了一系列大型联合海洋实验和研究计划，其中包括世界大洋环流实验（World Ocean Circulation Experiment，WOCE）、热带海洋与全球大气实验（Tropical Ocean and Global Atmosphere，TOGA）、全球联合海洋通量研究（Joint Global Ocean Flux Study，JGOFS），等等。通过这些实验，科学家们利用最先进的空间、海面和水下探测技术对全球海洋开展了史无前例的大规模综合调查，从而极大地丰富了全球海洋数据库的内容，使其在数量和质量上都达到了一个新的水平，从而向数字海洋迈进了重要的一步。上述大型海洋实验历时十余年，目前大都已接近尾声。通过这些实验，人们更加明确地认识到建立全球海洋长期业务化监测系统的必要性和迫切性。于是，进入90年代后，由国际政府间海洋委员会（Intergovernmental Oceanographic Commission，IOC）和世界气象组织（World Meteorological Organization，WMO）等国际机构联合提出建立“全球海洋观测系统”（Global Ocean Observing System，GOOS）的计划。这一计划的宗旨是对全球海洋进行长期、综合的多平台立体同步观测，建立物理海洋、海洋化学、海洋生物和海洋地质数据库并加以集成，为海洋和气象预报、海洋带管理、海洋资源合理开发以及海洋环境保护等提供必要的信息。GOOS计划的主要业务化内容，包括建立海洋数据的采集网，对海洋数据和信息进行有效管理、分析和建模，以及海洋数据产品的制作与分发等。目前，许多国家和地区正在陆续制定和执行各自的区域性海洋观测计划。例如，美国的Coast Watch计划，亚洲地区的NEAR-GOOS（North East Asian Regional-Global Ocean Observing System）计划等。可以相信，GOOS及其相关计划在世界各国和地区的有效实施，必将有力地推动数字海洋的进程。

2．海洋信息处理的技术支持系统

从硬件方面来看，计算机技术和网络技术的飞速发展，使海洋科学正在经历一场由定性到定量并最终实现数字海洋的变革。这主要表现在两个方面：一是海量数据的存储、处理与传输正逐步成为可能；二是大型海洋/大气耦合数值模式可以在巨型计算机上开发并运行。

从软件方面来看，除了常规的数理方法和信息处理方法之外，数字海洋还得益于以下一些方法和技术的进展与突破：模拟仿真技术、数据同化与融合技术、图形图像技术、小波分析技术、神经网络技术、蒙特卡罗方法、模糊数学理论、分形分维理论、混沌理论、数据库和专家系统技术、地理信息系统技术和人工智能技术，等等。

尽管这些新技术和新方法用于海洋领域的时间还不长，但已开始显示出其独特的优越性和潜力。例如，美国学者对于海气交换过程进行了成功的计算机仿真研究；我国学者将地理信息系统技术与海洋流体动力学模型相结合，对东中国海区现代潮汐、潮波系统的特征、潮波系统的形成机制和演变过程进行了深入研究，发现了若干前人没有发现的现象（林珲等，1997）。

3．海洋环境与灾害的预测、预报和预警系统

长期以来，海洋灾害对于包括中国在内的沿海国家构成严重威胁。在各类自然灾害的总经济损失中，海洋灾害约占10％。因此，建立由近海到远海、多部门合作的海洋环境与灾害观测网络和数值预报、预警系统，开展主要海洋灾害的分析和评估业务，建立海上搜救中心和沿岸防灾准备应急系统，构建海洋减灾体系，是数字海洋的重要内容。此外，地球作为一个海洋、陆地和大气的统一体，它们之间的相互作用与影响，也是数字海洋不可缺少的部分。

·海洋环境数值预报：包括海温、海浪、潮汐、海面风场、海流等；

·海岸带灾害数值预报：包括风暴潮、海啸、台风、巨浪、海冰、海雾、赤潮、溢油及其他污染等；

·海气相互作用过程预测：包括El Nino和La Nino事件的中长期预测，海平面上升的中长期预测等；

·海陆相互作用过程预测：包括海岸带侵蚀、河流冲击与河口改道、围海造田与环境效应等。

4．海洋资源的调查、管理与开发系统

海洋资源是人类的共同财富。数字海洋在海洋资源的调查、管理与可持续开发方面将发挥重要作用，并将直接服务于海洋捕捞业、海洋养殖业、海洋油气和矿产业、海洋运输与造船业、海洋化工业、海洋药业、海洋旅游业，以及海水综合利用和海洋能发电等潜在的海洋产业。可利用的海洋资源主要包括：

·海洋渔业资源和其他水产资源；

·海洋油气和矿产资源；

·海洋盐化工与海水淡化资源；

·海岸线、港口和海岛资源；

·海洋能源；

·海洋旅游和航运资源；

·海洋药物与保健资源；

·海洋净化资源。

除了上述几个方面之外，数字海洋对于专属经济区的规划、开发与保护，建立和完

善海洋综合管理与决策信息系统，鼓励社会各界参与海洋环境和资源保护，增强民众热

爱海洋和保护海洋的意识等方面都具有重要意义。