核电厂温排水原型观测方案及背景温度的确定——自然资源部第三海洋研究所高级工程师束芳芳

2025年11月13日，自然资源部第三海洋研究所高级工程师束芳芳在深圳核博会“海洋高质量发展核力无限论坛”上发表《核电厂温排水原型观测方案及背景温度的确定》主旨报告。

报告围绕核电厂温排水原型观测方案和背景温度确定展开，说明准确获取实测温度场与合理确定背景水温，是判断温升影响范围和程度的关键。报告比较了现场监测、卫星遥感和无人机航空遥感的作用，并重点介绍了一种基于离岸热梯度指数拟合的背景温度场确定方法。该方法可获得随区域变化的背景温度场，但近岸五百米范围内仍需依赖现场监测数据进行校正和补充。

关键点
1. 工作背景与核心问题（00:25）
沿海滨海核电厂址不断建成并投入商运后，温排水进入海域对海洋生态环境和环境容量的影响日益受到关注。报告强调，准确观测温度场分布并合理确定背景水温，是判断温升影响范围和程度的关键。

2. 温排水原型观测的三类监测方式（01:06）
根据滨海核电厂温排水监测技术规范，原型观测方案主要包括现场监测、卫星遥感资料反演以及基于无人机和热红外相机的航空遥感监测。三类方法分别服务于精细实测、大范围温度场获取和中尺度高分辨率补充。

3. 不同场址类型的观测目的差异（01:43）
报告区分了已排放温水但未开展原型观测的场址，以及即将排放且未开展原型观测的场址。前者主要为温排水预测参数率定和成果验证提供基础数据，并获得温升包络线；后者除提供率定和验证数据外，还可获得重要的背景温度场，包括精细化平面和垂向温度分布。

4. 现场监测的主要内容（02:45）
现场监测包括资料收集、同步连续定点观测、大面船舶走航观测、固定站表层水温监测，以及温排水出流轨迹和沿程水温变化追踪。相关资料涵盖临近观测站气象资料、表层水温、机组运行情况、排水量、海流、温盐垂向监测、气象和潮位等。

5. 大面走航观测的布设原则（03:28）
大面走航是获取温排水近区实测温升温度场的重要方式，观测区域一般需覆盖一度温升线影响范围。规范要求断面数不少于五条，而实际核电场址工作中通常设置不少于七条断面，每条断面设置五到六个垂向测点，靠近排水口测点更密，远离排水口可适当稀疏。

6. 固定站与出流追踪的作用（04:20）
固定站表层水温监测尤其适用于近区、浅滩或浅水区，对背景温度确定和无人机遥感数据验证具有重要作用。出流轨迹追踪可随船监测温水从排放口到目标水温精度范围内，随涨落潮变化的轨迹和温度变化。

7. 现场实测的优势与限制（06:30）
现场测量获得的大面观测数据可避免卫星遥感反演误差和数值模型输入参数局限，是较为精确的实测数据来源。但其需要大量人力和物力，监测范围通常有限，多控制在一度温升范围内，因此重点用于排水近区和浅水区的精确实测。

8. 卫星遥感用于大范围温度场反演（07:12）
卫星遥感的主要优势是能够获得大范围海面温度场。核电领域通常收集覆盖零点一度温升区及周边背景区域的资料，整体面积一般不小于两百平方公里；数据处理包括预处理、校正、温度场反演和质量控制等环节。

9. 无人机航空遥感的监测方案（07:59）
无人机航空遥感结合固定翼无人机和热红外相机，可作为卫星遥感与现场监测之间的补充方式。其飞行监测范围一般包括零点一度温升范围，多为十公里乘十公里的一百平方公里区域，航线通常垂直于岸线或温度等深线布设，最终形成热成像影像，并需用固定站水温资料进行验证和率定。

10. 背景温度决定温升计算结果（09:17）
在获得较真实合理的实测温度场后，还需确定背景温度或背景温度场，才能计算温升影响程度和范围。背景温度指未受温排水影响的自然状态海水本体温度，实测温度场减去背景温度即为温排水影响值。

11. 现有背景温度方法及局限（09:37）
常用方法包括海湾平均温度法、离散多点平均法、临近区域替代法、温度梯度法等，现行规范还提到多点平均法、数模重构法和遥感监测相关方法。除数模重构法可获得网格化背景温度场外，多数方法得到的是单点背景温度，存在代表性、浅排区选取以及是否考虑近岸到外海自然温度变化等问题。

12. 两类背景温度研究思路（11:01）
报告提到近期研究的两种背景温度方法：一种是基于拟合直方图二阶梯度法的方法，结果仍为单点背景温度但适用范围可能更广；另一种是基于离岸热梯度指数拟合的方法，可得到区域内不同网格点随空间变化的背景温度场。

13. 离岸热梯度指数拟合方法的数据与思路（11:39）
该方法以宁德核电和福建洪山热电厂历史观测数据为研究基础，利用遥感影像建立三十米分辨率的水温梯度观测条带，提取特征区域中海水温度自然梯度变化曲线，再结合现场实测基准温度和基准点至目标点距离差，计算目标点背景温度，从而形成随基准点温度变化的背景温度场。

14. 方法实施的四个关键步骤（12:57）
该方法包括特征区域选取与条带建立、筛选合适曲线模型、选择不受温排水影响的基准点并计算基准点与目标点温度差，以及将实测温度场与背景温度场相减得到温升影响范围和程度。报告指出，海表温度与离岸距离拟合时，指数公式拟合相对更合适。

15. 影响因子与特征区域选择（14:12）
水温沿离岸方向的自然梯度变化受季节、岸线特征等因素影响。分析显示季节响应和岸线特征影响较显著，不同潮汐类型以及大中小潮影响相对较小，因此应尽量选取与现场观测时间同季节、且与研究区域岸线形态较一致的特征区域。

16. 误差评价与适用范围（14:53）
报告以均方根误差评价方法可靠性。结果显示，离岸四公里范围内最大误差约零点八摄氏度，大于零点五摄氏度的误差主要出现在二百五十米到五百米附近，五百米到一公里范围误差约零点四摄氏度，一公里以外基本小于零点二摄氏度，因此五百米以外区域适用性较好，五百米以内需现场监测数据补充。

17. 与单点背景温度法的比较和结论（15:53）
与取水口平均温度法等单点背景温度方法相比，离岸热梯度指数拟合方法能够考虑近岸到外海背景温度的逐步变化，可能得到更精确的温升影响程度和范围。报告总结其优势在于可获得场域化背景温度场，并考虑季节变化和岸线形态影响，但近岸五百米范围内仍必须结合现场监测数据进行校正、拟合和误差修正。

时间线
00:00 - 报告开场，说明主题为核电厂温排水原型观测方案及背景温度确定，并引出温排水对海洋环境影响的工作背景。
01:06 - 介绍原型观测总体框架，包括现场监测、卫星遥感和无人机航空遥感，并说明不同核电场址类型的观测目的。
02:45 - 展开现场监测方案，依次说明资料收集、定点连续观测、大面走航、固定站水温监测和出流轨迹追踪等工作内容。
07:12 - 转入卫星遥感监测，说明其大范围温度场反演优势、资料收集范围和数据处理流程。
07:59 - 介绍无人机航空遥感方案，说明航线设计、热红外成像、数据校正以及用现场固定站资料进行验证的流程。
09:17 - 在三类监测获取实测温度场的基础上，进入背景温度确定问题，梳理现行方法及其单点代表性等局限。
11:01 - 介绍近期背景温度研究，重点转向基于离岸热梯度指数拟合的场域化背景温度确定方法。
12:57 - 说明该拟合方法的技术步骤，包括特征区域选取、指数曲线拟合、基准点确定和温升范围计算。
14:12 - 分析季节、岸线形态和潮汐等因素对方法参数的影响，并提出特征区域和遥感影像选择原则。
14:53 - 通过误差评价和案例对比说明方法适用性，最后总结其优势、近岸限制以及需要与现场监测结合的结论。

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核电厂温排水观测与背景温度确定的技术路径

2025年11月13日，在深圳核博会“海洋高质量发展核力无限论坛”上，自然资源部第三海洋研究所高级工程师束芳芳围绕《核电厂温排水原型观测方案及背景温度的确定》作主旨报告，重点讨论了沿海核电厂温排水进入海域后，如何通过科学观测和合理背景温度确定，准确评估温升影响范围与影响程度。

报告指出，随着沿海核电厂持续建设和投入商运，温排水对海洋生态环境、海域环境容量以及近岸水温结构的影响受到越来越多关注。温升评价的关键不只是获得某一时刻的水温数据，更在于能否准确掌握实测温度场分布，并在此基础上合理扣除自然背景水温。只有实测温度场和背景温度确定都足够可靠，才能判断温排水造成的真实温升范围，例如4℃、3℃、1℃等不同温升包络线的空间分布。

在温排水原型观测方面，报告区分了两类典型场址。一类是已经排放但尚未开展原型观测的核电场址，其主要任务是为温排水预测模型的参数率定和成果验证提供实测数据，同时获取不同温升等级的包络线。另一类是即将排放但尚未开展原型观测的场址，除了承担模型率定和验证功能外，还需要在排放前获取背景温度场，尤其是精细化的平面和垂向温度分布。两类场址在观测内容上总体相近，但观测结果的后续用途不同：前者更侧重运行后影响验证，后者则兼具排放前本底建立和未来影响对比的作用。

报告系统梳理了温排水原型观测的主要技术手段，包括现场监测、卫星遥感监测和无人机航空遥感监测。现场监测是温排水评价中精度最高、最直接的手段，通常包括资料收集、同步连续定点观测、大面船舶走航观测、固定站表层水温监测以及温排水出流轨迹追踪等内容。资料收集主要涵盖邻近气象站资料、表层水温资料，以及已排放场址的机组运行情况和排水量等信息。同步连续定点观测则重点获取海流、温盐垂向结构、近岸气象和潮位资料，为数值模型率定和温度场分析提供支撑。

大面船舶走航观测是获取温排水影响区实测温度场的重要方式，观测区域通常覆盖1℃温升线影响范围。断面布设方面，规范要求不少于5条，实际核电场址工作中通常不少于7条；每条断面设置5至6个垂向测点，排水口附近加密布设，远离排水口区域则可适当放宽。不同核电场址可根据岸线形态、水动力条件和排放特征采用扇形、射线状或矩形网格等断面形式。固定站表层水温监测则多布设于近岸浅水区、湾顶或特征水道位置，用于弥补遥感资料在浅水区精度不足的问题，并为无人机热红外遥感结果提供连续验证数据。

卫星遥感监测的优势在于能够快速获取大范围海表温度场，适合识别温排水扩散范围及周边背景区域。在核电温排水监测中，卫星遥感通常需要覆盖0.1℃温升区及周边背景海域，整体面积一般不少于200平方公里。其处理流程包括数据预处理、几何与辐射校正、海表温度反演、质量控制和成果输出等环节。相较而言，无人机航空遥感兼具较大范围覆盖和较高空间分辨率的特点，通常采用固定翼无人机搭载热红外相机，航线范围可覆盖约10公里×10公里、约100平方公里的区域。航线多沿垂直岸线或垂直温度等值线方向布设，以更好捕捉温排水扩散梯度，但其成果仍需结合现场固定站水温资料进行验证和校正。

关于背景温度，报告强调其本质是未受温排水影响、自然状态下的海水本体温度。温升计算的基本逻辑是以实测温度场减去背景温度，从而得到温排水造成的增温值及其影响范围。常用背景温度确定方法包括海湾平均温度法、离散多点平均法、邻近区域替代法和温度梯度法。现行规范中也推荐了现场监测数据方法、遥感监测数据方法和数模重构法等路径。这些方法各有适用场景，但普遍存在一个问题：许多方法得到的是单点背景温度，难以准确代表整个区域的自然温度场，也可能忽略外海到近岸之间客观存在的自然水温梯度。

针对这一问题，报告介绍了背景温度确定的新方法研究。其中，拟合直方图二阶梯度法可用于提取单点背景温度，适用范围相对传统方法更广，并已在多个核电场址中进行应用分析。更具拓展价值的是离岸热梯度指数拟合法，该方法的目标不是获得单一背景温度值，而是构建随空间位置变化的区域背景温度场。研究利用宁德核电和福建洪山热电厂历史观测资料，结合遥感影像建立30米分辨率的水温梯度观测条带，提取特征区域内海水温度随离岸距离变化的自然梯度曲线，再以现场观测获得的基准点温度为基础，推算目标网格点的背景温度，从而形成空间连续的背景温度场。

离岸热梯度指数拟合法的关键在于合理选择特征区域、建立离岸条带、筛选曲线模型并确定基准点。由于已投运电厂周边海域可能受到温排水影响，特征区域应选择岸线形态相似、地理位置相近且未受温排水显著影响的海域。通过条带式划分，可以提取不同离岸距离上的海表温度变化特征。研究表明，指数公式对离岸方向上海水自然温度梯度的拟合效果相对较好。确定拟合关系后，再选取一个或多个未受温排水影响的实测点作为基准点，计算基准点与目标点之间的背景温度差，最终将实测温度场与背景温度场相减，得到温升分布和影响范围。

报告还对该方法的影响因素和误差进行了分析。季节变化是影响自然水温梯度的重要因素，因此遥感影像应尽量选择与现场观测处于同一季节的数据。岸线形态对近岸水温分布也有显著影响，因此特征区域应尽量与研究区域具有相近的岸线条件。相比之下，不同潮汐类型以及大潮、中潮、小潮对该方法的影响相对较小，可暂不作为重点控制因素。误差评价采用均方根误差指标，结果显示离岸4公里范围内最大误差约0.8℃，500米至1公里范围内误差约0.4℃，1公里以外误差基本小于0.2℃。因此，500米以外区域基本能够满足0.5℃误差要求，而500米以内近岸区域仍需结合现场监测数据进行校正和修正。

通过与取水口平均温度法等传统方法对比，离岸热梯度指数拟合法的优势更加明显。夏季常出现近岸水温较高、外海水温较低的自然分布格局，如果采用单点背景温度，可能导致部分区域温升计算偏大或偏小，进而影响温排水包络线和影响范围判断。区域背景温度场能够反映外海到近岸的自然水温变化，使温升计算更接近实际情况，也有助于更加精细地评估温排水影响程度。

报告认为，温排水评价需要多源监测手段协同支撑。现场监测具有高精度优势，卫星遥感能够提供大范围背景信息，无人机航空遥感则兼顾覆盖范围和精细化观测能力。三者结合使用，有助于获得更真实、合理的实测温度场。在此基础上，背景温度或背景温度场的合理确定是温升评价精度的核心。相比单点背景温度，基于离岸热梯度指数拟合形成的网格化背景温度场更能体现自然水温的空间差异，对提升核电厂温排水影响评价的科学性和准确性具有重要应用价值。