昨天，中國(guó)新一代海洋綜合科考船“科學(xué)號(hào)”在完成2016年熱帶西太平洋綜合考察航次后返回青島西海岸母港。本航次，“科學(xué)號(hào)”不僅成功維護(hù)升級(jí)了我國(guó)西太平洋潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)，獲取了2-3年的深海數(shù)據(jù)，還首次實(shí)現(xiàn)了深海觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳，實(shí)時(shí)回傳將為國(guó)內(nèi)外利用潛標(biāo)陣列監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)海洋環(huán)境提供行之有效的解決方案。

實(shí)現(xiàn)深海觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸

昨天上午，記者來(lái)到中科院海洋研究所薛家島碼頭，“科學(xué)號(hào)”正準(zhǔn)備靠岸?？瓶既藛T和科學(xué)號(hào)船員們都來(lái)到了甲板上，他們也等待著與家人團(tuán)聚。當(dāng)“科學(xué)號(hào)”靠岸后,記者登上了甲板，映入眼簾的就是甲板上放置的一個(gè)大鐵籠，鐵籠里還有一個(gè)黃色的大球。據(jù)科研人員介紹，大球黃色外殼里面是兩個(gè)扣在一起的玻璃半球，學(xué)術(shù)用語(yǔ)是玻璃浮球，玻璃浮球是用來(lái)給水下設(shè)備提供浮力，這種玻璃浮球材質(zhì)特殊，十分堅(jiān)硬，即便在深海極端環(huán)境下，也能保持很好的可靠性。

據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院海洋研究所黨委書(shū)記、副所長(zhǎng)王凡研究員介紹，本航次的最大亮點(diǎn)在于首次成功實(shí)現(xiàn)了深海觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳，科學(xué)家可在辦公室實(shí)時(shí)掌握大洋的動(dòng)力狀況，改變了以往潛標(biāo)數(shù)據(jù)只能每年回收一次的情況，成功破解了這一世界級(jí)海洋觀測(cè)難題。為了破解這一難題，本項(xiàng)目2016年組織了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所和聲學(xué)研究所等單位聯(lián)合開(kāi)展了深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)攻關(guān)，專家們研發(fā)了無(wú)線水聲通信和有線數(shù)據(jù)傳輸兩種方案，將深海觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)衛(wèi)星傳輸回岸基辦公室。 “特別驕傲的是，在本航次中無(wú)線水聲通信和有線數(shù)據(jù)傳輸兩種方案都成功了。 ”本航次首席科學(xué)家汪嘉寧告訴記者，“特別驕傲的是，在本航次中無(wú)線水聲通信和有線數(shù)據(jù)傳輸兩種方案都成功了。此次試驗(yàn)成功，對(duì)于我國(guó)觀測(cè)西太平洋海面的環(huán)境與氣候有著重要意義，也將加速我國(guó)海洋業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)系統(tǒng)的完善和科研成果的產(chǎn)出，必將提高我國(guó)海洋環(huán)境和氣候的保障預(yù)測(cè)能力。

科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行

2016年西太平洋綜合考察航次是中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”的組成部分，調(diào)查內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科、多尺度和多水層的全覆蓋，更加突出對(duì)1000米以下深海大洋的觀測(cè)，更加突出對(duì)海洋小尺度湍流混合的全水層精細(xì)化觀測(cè)，全面服務(wù)走向深海的國(guó)家戰(zhàn)略。通過(guò)對(duì)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護(hù)和優(yōu)化，大洋上層洋流觀測(cè)的垂直分辨率已達(dá)到8米，大洋深層洋流和溫度觀測(cè)的垂直分辨率達(dá)到500米，全部觀測(cè)要素的時(shí)間分辨率達(dá)到1小時(shí)。西太平洋潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)經(jīng)過(guò)我國(guó)科學(xué)家3年多的自主建設(shè)，成功獲取了熱帶西太平洋代表性海域連續(xù)2-3年的溫度、鹽度和洋流等數(shù)據(jù)，將為我國(guó)科學(xué)家探索研究熱帶西太平洋環(huán)流的三維結(jié)構(gòu)、暖池變異及其對(duì)中國(guó)氣候變化的影響提供寶貴數(shù)據(jù)資料。隨著觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的逐年連續(xù)積累，對(duì)科學(xué)家研究解讀深海大洋所起的支撐作用將呈指數(shù)型增長(zhǎng)。

潛標(biāo)記錄最強(qiáng)厄爾尼諾事件

王凡介紹，本航次歷時(shí)54天，航程7800余海里，成功回收2015年布放在這個(gè)海域的11套深海潛標(biāo)和300余件觀測(cè)設(shè)備，并重新布放14套深海潛標(biāo)和440余件觀測(cè)設(shè)備，再次刷新了單一航次布放、回收深海潛標(biāo)觀測(cè)設(shè)備數(shù)量最多的世界紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了潛標(biāo)布放和回收作業(yè)常態(tài)化。 “在前幾年，我們一個(gè)航次大概只能完成一到兩套潛標(biāo)系統(tǒng)的作業(yè)，根據(jù)這幾年的經(jīng)驗(yàn)積累，我們用自己設(shè)計(jì)的流程大大提高了科研效率。 ”據(jù)汪嘉寧介紹，之前的潛標(biāo)設(shè)計(jì)都是由國(guó)外完成的，經(jīng)過(guò)這幾年國(guó)內(nèi)海洋科研的發(fā)展，我們自主研發(fā)設(shè)計(jì)了潛標(biāo)設(shè)備搭載系統(tǒng)，平均一個(gè)潛標(biāo)我們可以配置57件科研設(shè)備，這大大提高了效率，我們的搭載系統(tǒng)都是國(guó)產(chǎn)的?，F(xiàn)在我們一個(gè)航次平均可以實(shí)現(xiàn)25套次的作業(yè)，效率提高了十余倍。 ”汪嘉寧說(shuō)，此次航行，科考隊(duì)員還進(jìn)行了30余個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的溫度、鹽度、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)鹽、洋流和湍流等綜合觀測(cè)。據(jù)了解，本航次潛標(biāo)回收數(shù)據(jù)恰逢本世紀(jì)最強(qiáng)厄爾尼諾事件生成、發(fā)展、消亡和向拉尼娜事件轉(zhuǎn)換的全過(guò)程，將會(huì)為科學(xué)家解讀氣候變化和其與暖池、大洋環(huán)流的關(guān)系等提供最新最直接的數(shù)據(jù)支撐。

本版撰稿攝影 記者 徐棟 通訊員 王敏

【對(duì)話】

實(shí)時(shí)傳輸難在哪里

出場(chǎng)人物：“科學(xué)號(hào)”本航次首席科學(xué)家汪嘉寧

記者：為何以前的數(shù)據(jù)只能一年回收一次?

汪嘉寧：海洋實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期依靠衛(wèi)星遙感和浮標(biāo)，科學(xué)家從中獲取數(shù)據(jù)，無(wú)法像衛(wèi)星遙感和浮標(biāo)那樣獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因?yàn)闈摌?biāo)最上面一個(gè)浮體距離海平面還有四五百米，這些數(shù)據(jù)無(wú)法穿透海水傳輸?shù)叫l(wèi)星上。記者：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)難點(diǎn)在哪?

汪嘉寧：此次技術(shù)攻關(guān)的難點(diǎn)在于浮體與潛標(biāo)之間要建立穩(wěn)定的聯(lián)系，而在茫茫大海上施工也有很大的不確定性和難度。為了能破解難題，研發(fā)人員設(shè)置了一套特殊的浮體，而這個(gè)浮體另有乾坤，因?yàn)槔锩娣胖昧艘粋€(gè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)脑O(shè)備，這個(gè)航次中，科考隊(duì)員在水面上放置了這個(gè)包含數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)母◇w，它與潛標(biāo)通過(guò)無(wú)線和有線兩種方式連接。潛標(biāo)將數(shù)據(jù)傳輸給浮體，浮體發(fā)射到衛(wèi)星上，衛(wèi)星再反饋回陸地實(shí)驗(yàn)室。浮體設(shè)計(jì)的是上圓下尖，外形像個(gè)圖釘，這種外形設(shè)計(jì)可以讓浮體克服海上的風(fēng)浪巨力，牢牢“釘”在海面上，也方便固定標(biāo)示海底潛標(biāo)的位置。記者：請(qǐng)介紹一下無(wú)線水聲通信和有線數(shù)據(jù)傳輸兩種方案。

汪嘉寧：在無(wú)限通信方案中，科研人員是利用聲吶技術(shù)，讓信號(hào)以聲吶為載體通過(guò)水傳到水面上，而有限數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)則得益于我們自主研發(fā)的海用線纜。我們的浮體和潛標(biāo)之間還有線纜連接，這個(gè)線纜必須要有很好的破斷力，不管在怎么惡劣的大海天氣中，都可以保證它不出現(xiàn)問(wèn)題，韌性十足，另外，我們的線纜里還有一根通訊線纜，我們的通訊線纜也是破斷力很好。能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，這些技術(shù)都是不可或缺的。此次布防的深海潛標(biāo)中，有兩組潛標(biāo)每3個(gè)小時(shí)就會(huì)往回發(fā)送8封郵件，其中一封狀態(tài)郵件，7封數(shù)據(jù)郵件。記者：如何保證潛標(biāo)的電量工作一整年?

汪嘉寧：為了保證這些潛標(biāo)能工作一整年，科研人員在設(shè)計(jì)時(shí)使用了大容量的電池，而這些設(shè)備在工作時(shí)，也設(shè)計(jì)了十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髁鞒?。采集?shù)據(jù)是十分消耗電量的，為了提高設(shè)備的功能效率，降低了采集數(shù)據(jù)的功耗，給設(shè)備加了自我識(shí)別工作系統(tǒng)，潛標(biāo)可以自我識(shí)別當(dāng)下的環(huán)境，避免無(wú)效和重復(fù)的采集，這大大降低了電量浪費(fèi)率。我們的設(shè)備還可以智能地壓縮數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室里收到的數(shù)據(jù)都是壓縮過(guò)的，這也縮短了傳輸時(shí)間減少了能耗。