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我國首套海底環狀生態監測觀測網成功布放

2018-07-16

來源:中國海洋在線

  6月24日,我國首套海底環狀生態監測觀測網在山東蓬萊成功布放。據國家海洋技術中心研究員羅續業介紹,這套設備的示范應用,將開啟我國從海底“看”海、獲取海底“大數據”的新模式。

  “海底無人空間站”入海

  海風徐來,水波不興。6月22日~24日的3天,是山東蓬萊海上作業不可多得的好海況。國家海洋公益性行業科研專項“海洋水下長期在線生態環境定量監測技術研究與應用示范”研發人員等來了設備布放的窗口期。

  兩根1000多米的海底光纜,一端連接著陸地光纜,一端各由一艘船拖到海上800米處匯合。

  海流涌動,兩根海底光纜在海面形成一個環狀,恰好與設計模型的形狀吻合,不再需要人為調整。現場人員直呼“好運!”

  環狀海底光纜連接著包括溫鹽深儀、海流儀、潮位儀、地震儀、水下攝像機等15個海洋觀測監測儀器。

  連接、安裝、布放……人與船協調有序,把重約12噸,由一個網絡節點、兩個儀器節點組成的“海底環狀生態監測觀測網”放入了指定海底。

  6月24日13時22分,第一組數據從海底傳來。在岸基站的數據采集系統終端顯示屏上,兩臺水下攝像機傳來的畫面清晰可見:除了記錄儀器設備等情況,還有大大小小的游魚。

  “魚兒會不會把設備當成家啊?”文靜內斂的項目技術負責人李彥難掩激動,拍下了剛剛傳來的視頻,保存在手機里。

  項目總負責人羅續業介紹,這套設備是海洋立體觀測網的重要一部分,將為“智慧海洋”建設提供連續持久的海底觀測數據,猶如無人的“海底空間站”。

  “許多作用你想不到”

  “我們終于有實時、連續的海底監測數據了。”國家海洋局煙臺海洋環境監測中心站預報員武雙高興地說,“前所未有的海底數據,將提升海洋環境預報的及時性和準確性。”

  此前,海面、海中、空中的數據已實現了實時監測,唯獨缺少海底的。這套設備填補了空白,除了為海洋預報提供數據支撐,還有很多用處。

  “有多少?”

  “有許多你想不到的。”李彥說。

  比如用于防災減災。加拿大布放在深遠海的“海王星”海底觀測網,是世界上第一套區域性海底觀測網,其地震儀測到地震波傳回岸基的時間,比各國廣泛使用的近岸地震臺早30秒~90秒。

  “有研究表明,如果在地震發生前3秒收到警報,傷亡人數可降低14%;提前10秒收到警報,傷亡人數可降低39%;提前20秒,傷亡人數可降低63%。”李彥說,“海底觀測還能獲得壓力變化數據,通過數學計算,可提前預知風暴潮,并及時預警。”

  再比如用于海水養殖。海底觀測平臺可預測上升流。上升流通常發生在近岸,是一種垂直向上逆向運動的洋流。上升流由風引發形成,所以極為常見,且傳統監測方式無法獲得實時數據。

  “如果在這片海底養殖貝類,上升流帶走了所需養分,貝類會生長緩慢或死亡。美國海底觀測就可以提供有關數據,保障養殖者及時采取措施,避免損失。”李彥說,“而且,上升流將養分帶至海水上層,還會引來大量魚類。因此,這部分數據對漁業捕撈也有價值。”

  令人更加意想不到的還有,海底觀測可以幫助警察破案。

  命案發生時,確定死亡時間,是破案的重要依據之一。如果作案者將尸體拋進河里,法醫有辦法鑒定死亡時間,而作案者將尸體拋進海中,法醫就沒有辦法。

  “這是因為海洋環境比淡水環境復雜得多。因此,美國生物學家為了得到生物體在海水中的變化數據,依托海底觀測網平臺,做了一個長達9年的試驗。”李彥介紹,“他們將剛剛死去的小豬放入海底,通過連續的數據、形態變化,得到生物體在海水環境中的變化過程。”

  羅續業介紹,該項目可實現對目標海域水質的全程監控、對突發性水質風險的準確預警,為我國近海生態災害、環境惡化等的管理,提供監測預警的技術手段支撐,推動海底觀測網業務應用,提升我國海洋整體立體監測能力。

  4年磨一劍,步步“精”心

  自2015年立項至今,項目組成員4年磨一劍,從項目論證調查、設計研發、調試試驗、岸基改造到布放運行,可以說步步“精”心。

  選址是第一步。“從最初的4個備選地址來看,蓬萊位于黃渤海交界,水環境研究價值無可比擬。”李彥說,“蓬萊海洋環境監測站也可以改造成為岸基站,進行海底監測和傳統監測的數據比對。”

  技術設計是項目的重中之重。海底監測平臺要建成什么樣?項目組苦心孤詣,最終設計為環狀。

  對于行外人來說,也許并不清楚環狀的門道所在。

  我國南海和東海,各建有一條線狀的海底監測網設備。這些設備由海底光電纜連接,為設備提供電力和通訊。線狀的缺點在于,一旦海纜斷裂或故障,數據就中斷了,無法獲取連續、實時海底數據。

  羅續業說:“本項目具有研發和示范應用兩大內容,目標是實現業務化運行。因此,我們必須從海洋觀測業務化要求考慮整個系統設計。”

  設計成環狀,就可以保證當海纜某一處斷裂或出現故障時,其連接的設備可以通過另一端獲得電力、傳輸數據,在系統不中斷的同時進行修復。海底環狀網絡雙向智能供電與通信技術是該項目的難點,也是一個創新點。

  “這是我國第一套雙向供電與通信的海底生態監測觀測網成功布放。”羅續業說。

  2016年,與技術設計同時進行的,是設備的研發。海底平臺連接什么樣的傳感器,傳感器的準確度和穩定性如何,與國外同類設備相比有什么不同……都是該項目的研發內容。

  自動清潔的濁度、葉綠素,光學法硝酸鹽傳感器,在線溫鹽深傳感器工藝改進,紫外線防生物附著裝置……一項項技術攻關取得成功。目前,該項目已獲發明專利1項、實用新型專利3項、軟件著作權1項。

  每一類功能儀器連接在海纜上,被稱為一個節點。現在,整個“海底環狀生態監測觀測網”上連接的傳感器,實現自主知識產權,代表了國內先進水平。

  “我們放置的海底地震儀,是國家海洋局第二海洋研究所研制完成的。放置的兩臺溫鹽深儀,一臺國產,一臺進口,用來比對和試驗。”李彥介紹,“克服我國海洋生態環境監測傳感器在水下長期可靠性設計與工藝制造方面的短板、推進國產生態監測技術裝備產業化進程,也是項目重要成果。”

  “海底‘看’海進入業務化”

  “假如把地面與海面看作地球科學的第一個觀測平臺,把空中的遙感看做第二個觀測平臺,那么海底建立的就是第三個觀測平臺。”致力于深海科學研究的中科院院士汪品先最早提出“人類觀測地球的第三個平臺”概念。

  因“第三平臺”建設在科學、軍事、權益方面有重要價值,國際競爭已來臨。

  2004年,歐洲海底觀測網計劃制定完成。

  2006年,美國通過了由近海、區域、全球三大海底觀測系統組成的“海洋觀測計劃”,并得到歐洲和日本的響應。

  2007年,美國、加拿大共同開啟東北太平洋的“海王星”計劃。

  ……

  近年來,我國通過海洋“863”計劃和地方建設,已在沿海周邊地區初步建立起航天、航空、船體、浮標等監測體系,提高了海洋環境觀測監測和預報能力。海底觀測技術也相繼開展了關鍵技術研究和試驗系統研發,但海底觀測系統還未進入國家立體觀測業務體系。

  “我國首套海底環狀生態監測觀測網成功布放,將使我國從海底‘看’海進入業務化新階段。下一步,我們要開展數據比對和業務化應用、系統優化改進等工作。”羅續業表示,“保護海洋生態環境,建設海洋強國,長期、持續的海洋生態環境監測數據是基礎。海底觀測系統的全面建設還有很長的路要走,在世界上也處于起步階段,我們要在新的機遇中主動作為,提升核心競爭力。”

 


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