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布海底“耳目”探神奇奥秘
来源:中国海洋报   浏览次数:301   发表时间:2018-07-10 10:54

——我国首套海底环状生态监测观测网成功布放

 

■ 本报记者 安海燕

  6月24日,我国首套海底环状生态监测观测网在山东蓬莱成功布放。据国家海洋技术中心研究员罗续业介绍,这套设备的示范应用,将开启我国从海底“看”海、获取海底“大数据”的新模式。


“海底无人空间站”入海

  海风徐来,水波不兴。6月22日~24日的3天,是山东蓬莱海上作业不可多得的好海况。国家海洋公益性行业科研专项“海洋水下长期在线生态环境定量监测技术研究与应用示范”研发人员等来了设备布放的窗口期。
  两根1000多米的海底光缆,一端连接着陆地光缆,一端各由一艘船拖到海上800米处汇合。
  海流涌动,两根海底光缆在海面形成一个环状,恰好与设计模型的形状吻合,不再需要人为调整。现场人员直呼“好运!”
  环状海底光缆连接着包括温盐深仪、海流仪、潮位仪、地震仪、水下摄像机等15个海洋观测监测仪器。
  连接、安装、布放……人与船协调有序,把重约12吨,由一个网络节点、两个仪器节点组成的“海底环状生态监测观测网”放入了指定海底。
  6月24日13时22分,第一组数据从海底传来。在岸基站的数据采集系统终端显示屏上,两台水下摄像机传来的画面清晰可见:除了记录仪器设备等情况,还有大大小小的游鱼。
  “鱼儿会不会把设备当成家啊?”文静内敛的项目技术负责人李彦难掩激动,拍下了刚刚传来的视频,保存在手机里。
  项目总负责人罗续业介绍,这套设备是海洋立体观测网的重要一部分,将为“智慧海洋”建设提供连续持久的海底观测数据,犹如无人的“海底空间站”。

“许多作用你想不到”

  “我们终于有实时、连续的海底监测数据了。”国家海洋局烟台海洋环境监测中心站预报员武双高兴地说,“前所未有的海底数据,将提升海洋环境预报的及时性和准确性。”
  此前,海面、海中、空中的数据已实现了实时监测,唯独缺少海底的。这套设备填补了空白,除了为海洋预报提供数据支撑,还有很多用处。
  “有多少?”
  “有许多你想不到的。”李彦说。
  比如用于防灾减灾。加拿大布放在深远海的“海王星”海底观测网,是世界上第一套区域性海底观测网,其地震仪测到地震波传回岸基的时间,比各国广泛使用的近岸地震台早30秒~90秒。
  “有研究表明,如果在地震发生前3秒收到警报,伤亡人数可降低14%;提前10秒收到警报,伤亡人数可降低39%;提前20秒,伤亡人数可降低63%。”李彦说,“海底观测还能获得压力变化数据,通过数学计算,可提前预知风暴潮,并及时预警。”
  再比如用于海水养殖。海底观测平台可预测上升流。上升流通常发生在近岸,是一种垂直向上逆向运动的洋流。上升流由风引发形成,所以极为常见,且传统监测方式无法获得实时数据。
  “如果在这片海底养殖贝类,上升流带走了所需养分,贝类会生长缓慢或死亡。美国海底观测就可以提供有关数据,保障养殖者及时采取措施,避免损失。”李彦说,“而且,上升流将养分带至海水上层,还会引来大量鱼类。因此,这部分数据对渔业捕捞也有价值。”
  令人更加意想不到的还有,海底观测可以帮助警察破案。
  命案发生时,确定死亡时间,是破案的重要依据之一。如果作案者将尸体抛进河里,法医有办法鉴定死亡时间,而作案者将尸体抛进海中,法医就没有办法。

  “这是因为海洋环境比淡水环境复杂得多。因此,美国生物学家为了得到生物体在海水中的变化数据,依托海底观测网平台,做了一个长达9年的试验。”李彦介绍,“他们将刚刚死去的小猪放入海底,通过连续的数据、形态变化,得到生物体在海水环境中的变化过程。”
  罗续业介绍,该项目可实现对目标海域水质的全程监控、对突发性水质风险的准确预警,为我国近海生态灾害、环境恶化等的管理,提供监测预警的技术手段支撑,推动海底观测网业务应用,提升我国海洋整体立体监测能力。

4年磨一剑,步步“精”心

  自2015年立项至今,项目组成员4年磨一剑,从项目论证调查、设计研发、调试试验、岸基改造到布放运行,可以说步步“精”心。
  选址是第一步。“从最初的4个备选地址来看,蓬莱位于黄渤海交界,水环境研究价值无可比拟。”李彦说,“蓬莱海洋环境监测站也可以改造成为岸基站,进行海底监测和传统监测的数据比对。”
  技术设计是项目的重中之重。海底监测平台要建成什么样?项目组苦心孤诣,最终设计为环状。
  对于行外人来说,也许并不清楚环状的门道所在。
  我国南海和东海,各建有一条线状的海底监测网设备。这些设备由海底光电缆连接,为设备提供电力和通讯。线状的缺点在于,一旦海缆断裂或故障,数据就中断了,无法获取连续、实时海底数据。
  罗续业说:“本项目具有研发和示范应用两大内容,目标是实现业务化运行。因此,我们必须从海洋观测业务化要求考虑整个系统设计。”
  设计成环状,就可以保证当海缆某一处断裂或出现故障时,其连接的设备可以通过另一端获得电力、传输数据,在系统不中断的同时进行修复。海底环状网络双向智能供电与通信技术是该项目的难点,也是一个创新点。
  “这是我国第一套双向供电与通信的海底生态监测观测网成功布放。”罗续业说。
  2016年,与技术设计同时进行的,是设备的研发。海底平台连接什么样的传感器,传感器的准确度和稳定性如何,与国外同类设备相比有什么不同……都是该项目的研发内容。
  自动清洁的浊度、叶绿素,光学法硝酸盐传感器,在线温盐深传感器工艺改进,紫外线防生物附着装置……一项项技术攻关取得成功。目前,该项目已获发明专利1项、实用新型专利3项、软件著作权1项。
  每一类功能仪器连接在海缆上,被称为一个节点。现在,整个“海底环状生态监测观测网”上连接的传感器,实现自主知识产权,代表了国内先进水平。
  “我们放置的海底地震仪,是国家海洋局第二海洋研究所研制完成的。放置的两台温盐深仪,一台国产,一台进口,用来比对和试验。”李彦介绍,“克服我国海洋生态环境监测传感器在水下长期可靠性设计与工艺制造方面的短板、推进国产生态监测技术装备产业化进程,也是项目重要成果。”

“海底‘看’海进入业务化”

  “假如把地面与海面看作地球科学的第一个观测平台,把空中的遥感看做第二个观测平台,那么海底建立的就是第三个观测平台。”致力于深海科学研究的中科院院士汪品先最早提出“人类观测地球的第三个平台”概念。
  因“第三平台”建设在科学、军事、权益方面有重要价值,国际竞争已来临。
  2004年,欧洲海底观测网计划制定完成。
  2006年,美国通过了由近海、区域、全球三大海底观测系统组成的“海洋观测计划”,并得到欧洲和日本的响应。
  2007年,美国、加拿大共同开启东北太平洋的“海王星”计划。
  ……
  近年来,我国通过海洋“863”计划和地方建设,已在沿海周边地区初步建立起航天、航空、船体、浮标等监测体系,提高了海洋环境观测监测和预报能力。海底观测技术也相继开展了关键技术研究和试验系统研发,但海底观测系统还未进入国家立体观测业务体系。
  “我国首套海底环状生态监测观测网成功布放,将使我国从海底‘看’海进入业务化新阶段。下一步,我们要开展数据比对和业务化应用、系统优化改进等工作。”罗续业表示,“保护海洋生态环境,建设海洋强国,长期、持续的海洋生态环境监测数据是基础。海底观测系统的全面建设还有很长的路要走,在世界上也处于起步阶段,我们要在新的机遇中主动作为,提升核心竞争力。”

 

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