十年，引领深海综合观测系统技术创新——“白龙浮标”实现深海海洋气候实时观测 - 海洋观测技术创新

梦里寻你 · 发表于海洋科普 2024-5-22 17:09:34

Nov.

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“A架外摆，停止外摆，投放浮标，收揽。‘白龙浮标’工作正常、通讯正常，布放成功！”这是2016年11月2日东印度洋“白龙浮标”投放现场的一幕。

东印度洋“白龙浮标”投放

“白龙浮标”

是海洋国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室在引进消化吸收国际先进技术基础上，自主研发的国内首套7000米级深海气候观测系统，也是我国首个面向深海大洋开展业务化观测的综合系统，能够搭载多要素传感器，实现对海表气象、物理海洋以及海洋化学等海洋要素的高频率采样。现已实现我国深海浮标实时数据上传全球电信系统（GTS），并进行全球共享。共享后的观测数据将应用到世界各大业务预报中心的资料同化系统中，为改进全球天气和气候尺度的预报、预测发挥重要作用。

没有人能想到，十年前，在这个我们已经成为世界领先水平的领域，我国还是一片空白。

打破垄断，揭开我国海洋观测与研究新篇章

在深海观测中，最重要的一种观测手段是深海锚系浮标观测。早在上世纪80年代，发达国家已经展开了系列部署。并且，随着海洋环境监测要求的不断增加和提高,发达国家逐步建立了大区域、高密度、多参数、多功能的海洋浮标监测网，如美国NDBC（美国国家海洋和大气管理局的国家资料浮标中心）用于热带海洋大气观测的TAO(tropical atmosphere ocean)浮标网，日本TRITON海洋观测浮标阵等，而当时的我国，在深海锚系浮标观测系统上长期处于技术空白。

2007年，我国参加了“印度洋海洋观测系统”（简称IndOOS）国际计划，并在亚-非-澳季风分析和预测浮标网络（Research Moored Array for African-Asian-Australian Monsoon Analysis and Prediction: RAMA）中选取了一个站位。然而，当时的中国海洋领域应对气候变化的基础监测能力相对世界先进水平有较大的差距，我们无法做到布放5700米水深的浮标。为了顺利完成任务，我国的科学家找到当时处于领先地位的美国大气与海洋局（NOAA）、日本地球-海洋科学与技术机构（JAMSTEC），希望得到帮助，不出意料的，我们都被拒绝了。

发达国家的技术封锁，使得我们的成套系统完全依赖于进口，这在很大程度上制约了我国深海观测的发展。气候变化是关乎我国及世界社会可持续发展的重要领域，做好海洋环境监测、预报将对防灾减灾、海洋经济、海上军事活动等具有重大意义，这是关乎国计民生和国土安全的大事！怎能依靠进口、依赖国外仪器来完成我国深海观测领域的研究？时任国家海洋局第一海洋研究所研究员的于卫东说“也许，因为长期的研究空白，我们输在了起跑线上，但是，当我们开奋起直追，凭借着全体科学家的勤奋与智慧，我们一定可以赢在终点！”

凭借这种信念，2007年，在资金短缺，技术经验严重不足的条件下，于卫东研究员坚定地开展浮标研发工作，广纳科研人才。2009年，现海洋国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室、国家海洋局第一海洋研究所高级工程师宁春林博士正式加入到了浮标研发团队，实质性开展白龙浮标研发工作。宁春林博士回忆到“为了尽快缩短差距，研发团队全体成员常年加点奋战在研发一线，付出了数倍的时间和心血，积极推进与国外研发团队的合作。不断引进和吸收国际先进技术，学习、吸收、再创新，一步一步推进浮标系统的研发集成工作。”

2010年5月30日，中美双方合作，在南纬8°，东经100°布放了中国第一个印度洋观测浮标，期间，研发团队边运行维护边进行科学研究，取得了大量宝贵经验。几年内，经过不断研发及多次实验室、码头调试，宁春林团队于2012年11月在泰国安达曼海成功单独布放了我国第一套自主集成的“白龙”浮标系统，宁春林博士动情的说到“布放成功时，几位科研人员都很激动，因为我们知道，从这一刻起，我们国家终于有了自己的浮标了！”

白龙浮标布放现场

首套布放的试验性“白龙”浮标就表现出了良好的业务性能，在位工作达18个月，实时数据传输13个月。这套“白龙”浮标系统的成功布放不仅填补了国内空白，还打破了国外技术垄断，我国海洋观测与研究的新篇章就此揭开。

开拓进取，探索创新永不止步

宁春林博士介绍，“白龙”浮标是我国第一个面向深海大洋开展业务化观测的综合系统，已经成功布放在东印度洋和安达曼海，是继美国大气与海洋局（NOAA）的TAO/Atlas浮标、日本地球-海洋科学与技术机构（JAMSTEC）的TRITON浮标之后的第三个深海气候观测浮标系列，也标志着我国业务化海洋观测系统真正从近海走向深海大洋，是我国积极参与全球海洋观测和气候变化领域国际合作的重要代表。

宁春林在实验室中

“白龙”浮标问世后，许多人曾对其稳定性和可靠性提出质疑，2014年，借着在美国做访问学者的机会，宁春林博士专门在美国的太平洋海洋环境实验室(Pacific Marine Environmental Laboratories；PMEL)做了“白龙”浮标与美国的ATLAS、TFLEX浮标的对比测试，测试结果显示，“白龙”浮标各项数据均表现优异。宁春林博士笑着说“一切以数据说话，我们用实力证明自己。”凭借这份比对报告，国际社会认可并接纳了“白龙”浮标。

白龙浮标

12月22日，世界气象组织（WMO）宣布将编号53041站位（南纬8°，东经100°）永久分配给“白龙”浮标站位。此后，“白龙”浮标获取的观测数据会通过铱星卫星实时传输至位于青岛的数据中心，同时自动上传到全球电信系统（GTS)，向全世界用户提供数据共享服务。共享后的观测数据将应用到世界各大业务预报中心的资料同化系统中，为改进全球天气和气候尺度的预报、预测发挥作用。这是我国首次通过GTS向全球共享深海海洋气候实时观测产品，表明了我国深海气候浮标数据提供能力已达到世界领先水平。

为了让更多的海洋气候爱好者能够更加方便、快捷地了解到“白龙”浮标采集到的数据，区域海洋动力学与数值模拟功能实验室还开发了“白龙浮标”手机APP，让用户在手机上就能看到“白龙”浮标传回的最新数据。

“现在我们通过手机APP就能看到‘白龙’浮标的位置、浮标所在位置的气压、气温、深度、溶解氧等一系列数据了。我们正不断探索‘白龙’浮标的创新应用模式。”宁春林博士自豪地告诉我们。

白龙浮标 APP

实时数据

浮标位置

详细数据参数

探索，创新。这简单的四个字，背后是科研人员对“白龙”浮标现状应用及未来发展的上下求索，切磋琢磨；是浮标研发团队通宵达旦的苦思和探讨。在向世界引领型迈进的征程上，“白龙”浮标研发团队付出的远比我们想象的更多。

服务国家战略，体现国家意志

印度洋是连接亚洲、非洲、欧洲和大洋洲的交通要道；同时，印度洋北部是全球季风活动最强烈的地区之一。该区域的气候变化对亚洲大陆尤其是南亚和东亚具有重要影响。发展深海综合观测系统技术，研究海-气相互作用与气候变化，开展海洋对短期气候影响的预测评估，将为世界各国开展防灾、减灾和应对气候变化提供重要科学依据。

海洋国家实验室运行以来，积极推进“透明海洋”大科学任务，旨在西太平洋、南海、印度洋区域，运用水下智能观测装备、海底观测网、卫星遥感等综合观测手段，构建一个长期的、连续的、实时的立体观测网，实现海洋环境信息精准化预报，使海洋“看得清、查得明、报得准”。并积极推进围绕这一任务的核心技术体系、观测体系、认知体系、预测体系和服务体系建立。

实验室里摆放整齐的浮标传感器

作为体现国家意志、承担国家任务的“国家队”，海洋国家实验室打破科研机构和科研力量“碎片化”现象，开创了联合攻关的全新局面。组建区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，汇聚全国优势资源，推进“白龙”浮标研发创新进程。并通过搭建国际化合作交流的平台，为“白龙”浮标的业务化运营提供了更优质的环境。目前，“白龙”浮标已经应“一带一路”沿线国家邀请，在相关海域进行布放。帮助这些国家的科研人员了解、研究季风现象。

2016年，“全球海洋立体观测网”正式纳入《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》的“海洋重大工程”中。要建立“全球海洋立体观测网”，就是要集合海洋空间、环境、生态、资源等各类数据，整合先进的海洋观测技术及手段，实现高密度、多要素、全天候、全自动的全球海洋立体观测。海洋国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室自主研发的“白龙”浮标将是其中的重要组成部分。

过去十年，我们见证了“白龙”浮标从无到有，引领深海综合观测系统技术创新的重要历程。未来十年，我们相信，在“海洋强国”战略的指引下，在海洋国家实验室主动顺应全球化新趋势，聚集、用好全球创新要素，统筹相关领域的思想创新、组织创新和链条式系统创新的协同模式下，“白龙”浮标必能取得更进一步的突破进展，中国必将打赢深海观测探测这场攻坚战！

…… 听说大牛们都关注了我们！……

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