突破技术瓶颈 组网观测南海

——中国海洋大学团队构建国际规模最大的区域潜标观测网

2019-03-07 13:45:19来源:中国海洋报
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摘要:南海潜标观测网为实现南海动力环境系统长期连续观测奠定了基础,为研究南海水文动力过程时空变异机理提供了宝贵数据,为探讨南海深部沉积搬运过程以及太平洋水体演变、再造边缘海生命史奠定了基础。

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团队成员回收深海潜标(图源:中国海洋报)

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 开展深海潜标作业(图源:中国海洋报)

南海蕴藏着丰富的渔业和矿产资源,是建设“海上丝绸之路”的重要区域。近年来,在国家“863计划”、国家自然科学基金等项目支持下,中国海洋大学团队在南海构建了国际上规模最大的区域海洋潜标观测网,实现了恶劣海况下潜标观测数据的实时传输,有效提高了观测数据的时效性,取得诸多在国际上具有重要显示度的科技创新成果,为推进“透明海洋”工程提供了强大助力,奠定了中国在“两洋一海”(即太平洋、印度洋和南海)动力环境观测领域的国际地位。

突破深海潜标技术瓶颈

“南海蕴含着大尺度环流、中(亚中)尺度涡、小尺度内波、微尺度混合等丰富而活跃的多尺度动力过程,它们的相互作用构成了南海复杂的动力学系统,是开展海洋多尺度动力过程非线性相互作用和能量级联研究的理想天然试验场。” 中国科学院院士、中国科学院海洋研究所研究员胡敦欣说。

潜标是开展海洋动力过程长期连续观测最有效的手段。但由于潜标的集成传感器种类单一,难以满足多尺度观测需求。近年来,中国海洋大学团队突破了沿缆往复稳定可靠运动控制、水下沿缆剖面测量等关键技术,自主研发了“海洋多尺度动力过程观测潜标”等系列潜标系统,实现了环流、中尺度涡、内波、混合等多尺度长期连续观测。

此外,由于海洋动力环境长期观测尚以自容观测为主,需潜标回收后才能获取数据,难以满足海洋环境保障和预报对数据时效性的需求。据了解,国内外准实时潜标观测主要分为两类:一是将卫星通信浮子长期位于海面;另一类则通过绞车实现通信浮子的升降。前者易受恶劣海况影响,后者可靠性较差。为此,中国海洋大学团队刻苦攻关,突破了深海电缆破断与电控释放等关键技术,自主研发“海洋动力过程定时通讯潜标”,有效提高了潜标观测数据的时效性。

如今,中国海洋大学团队成功自主研发了适合深海长期连续观测的系列深海潜标,并开展了大量长期海上应用检验,其设备性能可靠、工作稳定,研发成果获国际发明专利4项、国家发明专利8项,有效提升了中国海洋多尺度动力过程长期观测水平,推动深远海定点连续观测技术发展。

组建大规模潜标观测网

为解决对南海长期连续观测数据的迫切需求,自2009年以来,中国海洋大学团队利用自主研发的深海潜标,在南海进行了10余个布放回收航次,总航时826天,组织潜标作业累计达12000余人天,布放潜标350套次,获取了南海动力环境长期连续观测数据。目前,同时在位观测潜标42套,观测范围横跨吕宋海峡、南海深海盆、南海东北部与西北部陆坡陆架区,成为世界上规模最大的区域潜标观测网。

利用深海潜标观测有许多风险。长期在高盐、强流等复杂海洋环境中,开展潜标观测的风险极高,设计研制、布放回收等各环节都不容有失,否则将造成设备及数据的丢失。虽然国际上开展大范围潜标观测已有数十年,但美国、日本等发达国家的潜标回收成功率也仅有90%左右。

利用多年海上作业经验,中国海洋大学团队探索总结出一套安全高效的潜标作业流程,已成功布放自主研发的深海潜标350套次,回收成功率达到100%,作业成功率达到国际领先水平,获取了系统完整的南海全海深动力环境长期连续观测数据。

搭建海洋科技创新试验场

南海潜标观测网的建设还为国产海洋仪器搭建了极佳的检验比测平台。

近年来,中科院声学所、中船重工第七一〇所、中船重工第七一五所等利用南海潜标观测网,对声学多普勒流速剖面仪、温盐流剖面观测仪等自主研发的仪器设备进行了海试检验,全面检验设备性能,有效推动了国产仪器设备市场化进程,打破了国外技术垄断局面。

2016年~2017年,西北工业大学、中科院声学所、自然资源部第三海洋研究所等科研单位将10余台水听器架装于南海潜标观测网,对南海东北部内波、中尺度涡高发区水下声学特性开展大范围系统观测,获取了约1年时间的水下背景噪声连续观测数据,对开展南海东北部背景噪声时空分布及变异机理研究具有重大意义。

此外,南海潜标观测网获取的长期连续观测数据,极大丰富了中国海洋观测数据库,并在海洋环境预报模式检验与优化中发挥了重要作用,有效促进了中国海洋数值模拟与预报模式发展,取得了一系列重要科学发现,深化了南海多尺度动力过程生消演变机理与相互作用机制认知水平,为中国科学家开展南海环流、中尺度涡、内波、混合等多尺度动力过程科学研究提供支撑。

中国科学院院士汪品先表示,南海潜标观测网为实现南海动力环境系统长期连续观测奠定了基础,为研究南海水文动力过程时空变异机理提供了宝贵数据,为探讨南海深部沉积搬运过程以及太平洋水体演变、再造边缘海生命史奠定了基础。(李华昌)

责编:姚凌

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