昨天，中国新一代海洋综合科考船“科学号”在完成2016年热带西太平洋综合考察航次后返回青岛西海岸母港。本航次，“科学号”不仅成功维护升级了我国西太平洋潜标观测网，获取了2-3年的深海数据，还首次实现了深海观测数据实时回传，实时回传将为国内外利用潜标阵列监测和预报海洋环境提供行之有效的解决方案。
实现深海观测数据实时传输
昨天上午，记者来到中科院海洋研究所薛家岛码头，“科学号”正准备靠岸。科考人员和科学号船员们都来到了甲板上，他们也等待着与家人团聚。当“科学号”靠岸后,记者登上了甲板，映入眼帘的就是甲板上放置的一个大铁笼，铁笼里还有一个黄色的大球。据科研人员介绍，大球黄色外壳里面是两个扣在一起的玻璃半球，学术用语是玻璃浮球，玻璃浮球是用来给水下设备提供浮力，这种玻璃浮球材质特殊，十分坚硬，即便在深海极端环境下，也能保持很好的可靠性。
据项目负责人、中国科学院海洋研究所党委书记、副所长王凡研究员介绍，本航次的最大亮点在于首次成功实现了深海观测数据实时回传，科学家可在办公室实时掌握大洋的动力状况，改变了以往潜标数据只能每年回收一次的情况，成功破解了这一世界级海洋观测难题。为了破解这一难题，本项目2016年组织了中国科学院海洋研究所和声学研究所等单位联合开展了深海潜标数据实时传输的技术攻关，专家们研发了无线水声通信和有线数据传输两种方案，将深海观测数据进行实时采集，并通过卫星传输回岸基办公室。 “特别骄傲的是，在本航次中无线水声通信和有线数据传输两种方案都成功了。 ”本航次首席科学家汪嘉宁告诉记者，“特别骄傲的是，在本航次中无线水声通信和有线数据传输两种方案都成功了。此次试验成功，对于我国观测西太平洋海面的环境与气候有着重要意义，也将加速我国海洋业务化预报系统的完善和科研成果的产出，必将提高我国海洋环境和气候的保障预测能力。
科学观测网实现稳定运行
2016年西太平洋综合考察航次是中国科学院战略性先导科技专项“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响”的组成部分，调查内容实现了多学科、多尺度和多水层的全覆盖，更加突出对1000米以下深海大洋的观测，更加突出对海洋小尺度湍流混合的全水层精细化观测，全面服务走向深海的国家战略。通过对观测网络设备的维护和优化，大洋上层洋流观测的垂直分辨率已达到8米，大洋深层洋流和温度观测的垂直分辨率达到500米，全部观测要素的时间分辨率达到1小时。西太平洋潜标观测网经过我国科学家3年多的自主建设，成功获取了热带西太平洋代表性海域连续2-3年的温度、盐度和洋流等数据，将为我国科学家探索研究热带西太平洋环流的三维结构、暖池变异及其对中国气候变化的影响提供宝贵数据资料。随着观测网络数据的逐年连续积累，对科学家研究解读深海大洋所起的支撑作用将呈指数型增长。
潜标记录最强厄尔尼诺事件
王凡介绍，本航次历时54天，航程7800余海里，成功回收2015年布放在这个海域的11套深海潜标和300余件观测设备，并重新布放14套深海潜标和440余件观测设备，再次刷新了单一航次布放、回收深海潜标观测设备数量最多的世界纪录，实现了潜标布放和回收作业常态化。 “在前几年，我们一个航次大概只能完成一到两套潜标系统的作业，根据这几年的经验积累，我们用自己设计的流程大大提高了科研效率。 ”据汪嘉宁介绍，之前的潜标设计都是由国外完成的，经过这几年国内海洋科研的发展，我们自主研发设计了潜标设备搭载系统，平均一个潜标我们可以配置57件科研设备，这大大提高了效率，我们的搭载系统都是国产的。现在我们一个航次平均可以实现25套次的作业，效率提高了十余倍。 ”汪嘉宁说，此次航行，科考队员还进行了30余个观测点的温度、盐度、溶解氧、营养盐、洋流和湍流等综合观测。据了解，本航次潜标回收数据恰逢本世纪最强厄尔尼诺事件生成、发展、消亡和向拉尼娜事件转换的全过程，将会为科学家解读气候变化和其与暖池、大洋环流的关系等提供最新最直接的数据支撑。
本版撰稿摄影 记者 徐栋 通讯员 王敏
【对话】
实时传输难在哪里
出场人物：“科学号”本航次首席科学家汪嘉宁
记者：为何以前的数据只能一年回收一次?
汪嘉宁：海洋实时观测数据长期依靠卫星遥感和浮标，科学家从中获取数据，无法像卫星遥感和浮标那样获得实时数据，因为潜标最上面一个浮体距离海平面还有四五百米，这些数据无法穿透海水传输到卫星上。记者：实现实时传输的技术难点在哪?
汪嘉宁：此次技术攻关的难点在于浮体与潜标之间要建立稳定的联系，而在茫茫大海上施工也有很大的不确定性和难度。为了能破解难题，研发人员设置了一套特殊的浮体，而这个浮体另有乾坤，因为里面放置了一个数据实时传输的设备，这个航次中，科考队员在水面上放置了这个包含数据实时传输的浮体，它与潜标通过无线和有线两种方式连接。潜标将数据传输给浮体，浮体发射到卫星上，卫星再反馈回陆地实验室。浮体设计的是上圆下尖，外形像个图钉，这种外形设计可以让浮体克服海上的风浪巨力，牢牢“钉”在海面上，也方便固定标示海底潜标的位置。记者：请介绍一下无线水声通信和有线数据传输两种方案。
汪嘉宁：在无限通信方案中，科研人员是利用声呐技术，让信号以声呐为载体通过水传到水面上，而有限数据传输的实现则得益于我们自主研发的海用线缆。我们的浮体和潜标之间还有线缆连接，这个线缆必须要有很好的破断力，不管在怎么恶劣的大海天气中，都可以保证它不出现问题，韧性十足，另外，我们的线缆里还有一根通讯线缆，我们的通讯线缆也是破断力很好。能够实现实时传输，这些技术都是不可或缺的。此次布防的深海潜标中，有两组潜标每3个小时就会往回发送8封邮件，其中一封状态邮件，7封数据邮件。记者：如何保证潜标的电量工作一整年?
汪嘉宁：为了保证这些潜标能工作一整年，科研人员在设计时使用了大容量的电池，而这些设备在工作时，也设计了十分严谨的工作流程。采集数据是十分消耗电量的，为了提高设备的功能效率，降低了采集数据的功耗，给设备加了自我识别工作系统，潜标可以自我识别当下的环境，避免无效和重复的采集，这大大降低了电量浪费率。我们的设备还可以智能地压缩数据，实验室里收到的数据都是压缩过的，这也缩短了传输时间减少了能耗。
[编辑：亚麦]分享
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