傳統(tǒng)的海洋觀測主要是以調(diào)查船、潛浮標(biāo)為主的海基觀測或以衛(wèi)星遙感、航空觀測為基礎(chǔ)的天基觀測。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性和獨(dú)特性,已有海洋觀測數(shù)據(jù)存在的短暫、不連續(xù)等問題一直制約著海洋科學(xué)的發(fā)展。源自冷戰(zhàn)時(shí)期美國海軍水聲監(jiān)視系統(tǒng)的海底觀測網(wǎng)是人類建立的第三種海洋科學(xué)觀測平臺(tái)。在現(xiàn)代傳感器、水下機(jī)器人、海底光纖電纜、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)的推動(dòng)下,海底觀測網(wǎng)融合物理海洋、海洋化學(xué)、海洋地球物理、海洋生態(tài)等學(xué)科,解決深海、極端環(huán)境下高分辨率和實(shí)時(shí)獲取海洋觀測數(shù)據(jù)的技術(shù)難題,可以深入到海洋內(nèi)部觀測和認(rèn)識(shí)海洋,實(shí)現(xiàn)從海底到海面全天候、長期、連續(xù)、綜合、實(shí)時(shí)、原位觀測。 美國、日本、加拿大以及歐洲各國的著名海洋研究機(jī)構(gòu)一直引領(lǐng)海洋科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,憑借在海洋觀測領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢,紛紛投入巨資開展海底觀測網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究,建設(shè)海底觀測網(wǎng)絡(luò)。我國在“十一五”“十二五”期間,陸續(xù)開展海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān),以及海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的研究和建設(shè)工作(表1)。鑒于當(dāng)前海洋科技發(fā)展,在國務(wù)院 2013 年出臺(tái)的《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃(2012—2030年)》中指出,將優(yōu)先安排包括海底科學(xué)觀測網(wǎng)在內(nèi)的16項(xiàng)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),為資源與能源開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)、國家海洋安全等研究提供支撐。 表1 各國海底觀測網(wǎng)現(xiàn)狀
一、海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀 ⒈美國海底觀測網(wǎng) 美國國家科學(xué)基金會(huì)在2016年宣布,歷時(shí)10年、耗資3.86億美元的“海洋觀測網(wǎng)”(OOI)計(jì)劃正式啟動(dòng)運(yùn)行。OOI是一個(gè)長期的科學(xué)觀測系統(tǒng),由區(qū)域網(wǎng)(RSN)、近岸網(wǎng)(CSN)和全球網(wǎng)(GSN)三大部分構(gòu)成(圖1)。850個(gè)觀測儀器分布式布放在大西洋和太平洋的觀測系統(tǒng)中,包括1個(gè)由 880km海纜連接7個(gè)海底主節(jié)點(diǎn)(每個(gè)節(jié)點(diǎn)可提供 8kW能量和10Gb 帶寬雙向通訊)的區(qū)域觀測系統(tǒng)、2個(gè)近岸觀測陣列以及4個(gè)全球觀測陣列(由錨系、深海實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和移動(dòng)觀測平臺(tái)構(gòu)成)。OOI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)海洋的觀測范圍從陸地延伸到深海,從海底到海面的全方位立體觀測;實(shí)現(xiàn)從厘米級到百公里級,從秒級到年代級尺度過程的系統(tǒng)測量。該系統(tǒng)整體使用壽命大于25年,深入觀測包括生物地球化學(xué)循環(huán)、漁業(yè)與氣候作用、極端環(huán)境中的生命、板塊構(gòu)造過程、海洋動(dòng)力、海嘯在內(nèi)的各種關(guān)鍵性海洋過程,觀測結(jié)果可用于研究洋中脊、海氣交換、氣候變化、大洋循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)、湍流混合、水巖反應(yīng)、地球動(dòng)力學(xué)、地球內(nèi)部構(gòu)造和生物地球化學(xué)循環(huán)等科學(xué)問題。 圖1 美國海底觀測網(wǎng)(OOI) OOI 系統(tǒng)正常運(yùn)行以來獲取的數(shù)據(jù)均向科學(xué)家、教育工作者以及公眾免費(fèi)開放,目前已經(jīng)產(chǎn)生2500多種科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品,10萬多種科學(xué)與工程數(shù)據(jù)產(chǎn)品,而且可用的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)下載工具以及可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的圖像數(shù)量還在持續(xù)穩(wěn)定增長。OOI觀測數(shù)據(jù)有效推動(dòng)了海洋科學(xué)研究的進(jìn)步,提升科學(xué)家對海洋科學(xué)的認(rèn)識(shí);同時(shí),一系列海洋觀測數(shù)據(jù)可視化與視頻推廣也提高了公眾對海洋的認(rèn)識(shí)。 ⒉加拿大海底觀測網(wǎng) 加拿大海底觀測網(wǎng)(ONC)是由東北太平洋的NEPTUE Canada觀測網(wǎng)(2009年建成)和 VENUS海底實(shí)驗(yàn)站(2006年建成)在2013年合并組建而成(圖2)。目前,ONC由維多利亞大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營和管理。ONC的戰(zhàn)略目標(biāo)是:①滿足日益增長的用戶需求;②提供可靠的海洋觀測技術(shù)與設(shè)備;③通過商業(yè)化運(yùn)作和新技術(shù)研發(fā),推動(dòng)海洋觀測技術(shù)不斷革新。 圖2 加拿大觀測網(wǎng)(ONC) ONC系統(tǒng)通過對地震信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、快速模擬計(jì)算提高了海嘯預(yù)警能力,對海底多年的連續(xù)原位觀測揭示了熱通量在時(shí)間序列的變化與海底地震活動(dòng)間的響應(yīng)關(guān)系,以及海底地震活動(dòng)、區(qū)域海洋學(xué)、風(fēng)暴天氣等對甲烷及其他化學(xué)參數(shù)的影響。 NEPTUNE Canada觀測網(wǎng)由5個(gè)海底主節(jié)點(diǎn)(單個(gè)節(jié)點(diǎn)具有10kW供電能力和2.5Gb帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力)構(gòu)成的800km環(huán)形主干網(wǎng)絡(luò),覆蓋了離岸300km范圍內(nèi)從20~2660m不同水深的典型海洋環(huán)境。VENUS海底實(shí)驗(yàn)站位于薩利什海沿岸,搭載的傳感器用于研究300m水深內(nèi)的海洋和生物作用以及三角洲動(dòng)力學(xué);同時(shí),作為一個(gè)海洋技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái), 可以對海洋觀測研究技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行原型測試。位于維多利亞大學(xué)的運(yùn)行管理中心匯集了ONC系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù),面向全世界用戶免費(fèi)開放,可提供每天24小時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),包括數(shù)字、圖形、圖像、視頻在內(nèi)的各類測量數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理工具;同時(shí),科學(xué)家可以和水下觀測儀器進(jìn)行交互,調(diào)整設(shè)備觀測活動(dòng)。 ONC主要利用海底光電纜構(gòu)建的具備觀測和數(shù)據(jù)采集、能源供給和數(shù)據(jù)傳輸、交互式遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)管理和分析等功能的軟硬件集成系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對不同深度的海底、地殼板塊運(yùn)動(dòng)、生態(tài)環(huán)境變化、海洋生物群落長期、實(shí)時(shí)、連續(xù)觀測,并可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)直播。ONC不僅為加拿大和世界各地的科研人員提供創(chuàng)新型研究平臺(tái),同時(shí)在諸如海洋和氣候變化、地震和海嘯、海洋污染、港口安全和海上運(yùn)輸、資源開發(fā)、國家主權(quán)與安全、海洋技術(shù)創(chuàng)新等方面發(fā)揮了重要作用。 ⒊歐洲海底觀測網(wǎng)絡(luò) 歐洲海底觀測系統(tǒng)全稱為歐洲多學(xué)科海底及水體觀測系統(tǒng)(EMSO),是一個(gè)分布在歐洲的大范圍、分散式科研觀測設(shè)施(圖3)。EMSO由一系列具有特定科學(xué)目標(biāo)的海底及水體觀測設(shè)施組成,主要用來實(shí)時(shí)、長期觀測海洋巖石圈、生物圈、水圈的環(huán)境過程及其相互關(guān)系,服務(wù)于自然災(zāi)害、氣候變化和海洋生態(tài)系統(tǒng)等研究領(lǐng)域。EMSO 由歐洲13個(gè)成員國共同承擔(dān),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署覆蓋歐洲主要水域——從北冰洋穿過大西洋和地中海,一直到黑海,包含 11 個(gè)深海節(jié)點(diǎn)和4個(gè)淺海試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。EMSO將成為 COPERNICUS(原GMES-Global環(huán)境安全觀測系統(tǒng))海底的一部分,將顯著提高歐洲成員國的科學(xué)觀測能力。 圖3 歐洲海底觀測網(wǎng)絡(luò)(EMSO)節(jié)點(diǎn)分布圖 從技術(shù)角度來看,EMSO最引人注目的特色是對海洋多學(xué)科、多目標(biāo)、多時(shí)空尺度的觀測研究。觀測目標(biāo)從海底、底棲生物、水柱和海洋表面。根據(jù)應(yīng)用需求,海底原位觀測設(shè)備和儀器通過連接光電復(fù)合纜,實(shí)現(xiàn)為海底儀器設(shè)備、固定觀測平臺(tái)和移動(dòng)觀測平臺(tái)持續(xù)供電。目前,EMSO受限于經(jīng)費(fèi)、環(huán)境許可等因素的影響,項(xiàng)目尚未全部完成,但部分測試點(diǎn)已在運(yùn)行過程中,并獲得了大量科研數(shù)據(jù)。 ⒋日本海底觀測網(wǎng)絡(luò) 作為一個(gè)地震多發(fā)國家,為實(shí)現(xiàn)對地震、海嘯的實(shí)時(shí)觀測和預(yù)警,日本先后建設(shè)了地震和海嘯海底觀測密集網(wǎng)絡(luò)(DONET)、DONET 2以及日本海溝海底地震海嘯觀測網(wǎng)(S-net)等海底觀測網(wǎng)絡(luò),覆蓋了日本從近岸到南海海槽的廣大海域。 DONET系統(tǒng)(地震和海嘯海底觀測密集網(wǎng)絡(luò))通過以15~20km為間隔布設(shè)的22個(gè)密集觀測點(diǎn)和以有線方式連接的部分綜合大洋鉆探計(jì)劃(IODP)海底鉆孔觀測點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳;DONET 2系統(tǒng)由450km光電復(fù)合纜、2個(gè)登陸站,7個(gè)科學(xué)節(jié)點(diǎn)和29個(gè)觀測平臺(tái)組成(圖4)。這兩個(gè)系統(tǒng)覆蓋了從近岸到海溝的廣大海域,為日本南邊海域的地震和海嘯提供了海底預(yù)警裝置,實(shí)現(xiàn)對日本東部海域地震情況的高精度、寬頻帶實(shí)時(shí)監(jiān)測,并且和綜合大洋鉆探計(jì)劃(IODP)相結(jié)合,為研究板塊俯沖帶的地震機(jī)制提供科學(xué)設(shè)施。 圖4 日本的DONET1 和DONET2 海底觀測網(wǎng) 2015年建成的 S-net觀測網(wǎng)(日本海溝海底地震海嘯觀測網(wǎng))沿日本海溝布設(shè),纜線總長5700km,覆蓋了從海岸到海溝總計(jì)250000km2的廣大區(qū)域(圖5)。該網(wǎng)由6個(gè)系統(tǒng)組成,每個(gè)系統(tǒng)包括 800km纜線和25個(gè)觀測站,觀測站之間南北相距約50km,東西相距約30km,做到每個(gè)里氏(M)7.5級的地震源區(qū)有1個(gè)觀測站。 圖5 日本S-net海底地震海嘯觀測網(wǎng) 以日本學(xué)者為主體的研究團(tuán)隊(duì)基于觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)開展了扎實(shí)的研究工作,通過對海底信號(hào)長期監(jiān)測結(jié)果的研究分析,揭示了日本南部海槽板塊構(gòu)造的次級結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律,暗示了孕震機(jī)制的新線索,推動(dòng)了區(qū)域精細(xì)結(jié)構(gòu)和地震機(jī)制的科學(xué)研究。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)值模擬研究揭示出海底水壓變化與海嘯波高的關(guān)聯(lián),提高了海嘯預(yù)警的實(shí)效性和精確度,使地震預(yù)警有望提前 30s,海嘯預(yù)警提前 20min。 ⒌我國海底觀測網(wǎng)技術(shù)發(fā)展 近十幾年來,我國在國家“863”等計(jì)劃和地方科技計(jì)劃的推動(dòng)下,開展了海底觀測網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)研究,為我國海底長期觀測網(wǎng)的建設(shè)提供了重要的技術(shù)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)積累。 “十一五”期間,在科技部“863”計(jì)劃的資助下,同濟(jì)大學(xué)等高校承擔(dān)了“海底長期觀測網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目,研制完成的科學(xué)觀測節(jié)點(diǎn)在美國蒙特里加速研究系統(tǒng)(MARS)系統(tǒng)開展了半年的海試。 “十二五”期間,中國科學(xué)院南海海洋研究所、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所聯(lián)合研制的“南海海底觀測實(shí)驗(yàn)示范網(wǎng)”在海南三亞海域建設(shè)完成。三亞海底觀測示范系統(tǒng)由岸基站、海底光電纜(2km)、水下節(jié)點(diǎn)(直流10kV)、3套觀測設(shè)備、含聲學(xué)網(wǎng)關(guān)在內(nèi)的4個(gè)觀測節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,接駁盒布放水深20m。系統(tǒng)研制過程中在高壓直流輸配電技術(shù)、水下可插拔連接器應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸與信息融合技術(shù)、穩(wěn)健的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、水聲通信網(wǎng)與主干網(wǎng)協(xié)同機(jī)制等方面取得了重要突破。 “十二五”期間,在科技部“863”計(jì)劃的支持下,2012年正式啟動(dòng)重大項(xiàng)目“海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”。該項(xiàng)目由中國科學(xué)院聲學(xué)研究所牽頭,聯(lián)合國內(nèi)12家優(yōu)勢涉海研究機(jī)構(gòu)共同承擔(dān),分別在我國南海和東海建設(shè)海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)。南海深海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)以海南為岸基站,通過150km海底光電復(fù)合纜連接的多套海洋化學(xué)、地球物理和海底動(dòng)力觀測平臺(tái)布放在水深1800m處(圖6)。該系統(tǒng)自2016年9月建成運(yùn)行以來,獲取了近9TB的海底視頻、地球物理、海底動(dòng)力及深?;瘜W(xué)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行以來觀測到國際上多個(gè)地震信息,獲取了相關(guān)海域溫、鹽、流的年度變化、地磁、硫酸根離子濃度以及深海生物視頻。 圖6 中國南海深海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng) 南海深海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的建成,實(shí)現(xiàn)了觀測網(wǎng)關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控,攻克了海底觀測網(wǎng)總體技術(shù)、制定了我國首個(gè)海底觀測網(wǎng)技術(shù)規(guī)范,突破了水下高電壓(10kV級)遠(yuǎn)程供電與通信(千兆級帶寬)、大深度高精度(亞米級)定位布放與回收、深水高電壓(10kV級)光電復(fù)合纜、深水遙控?zé)o人潛水器(ROV)水下濕插拔作業(yè)、新型傳感器(激光拉曼光譜儀、微顆粒流速儀)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),國產(chǎn)化率達(dá)到了90%。 東海淺海海底觀測網(wǎng)以舟山為岸基站,布設(shè)33km 海底光電復(fù)合纜,實(shí)現(xiàn)海洋化學(xué)、物理海洋學(xué)、地球物理等多參數(shù)指標(biāo)的原位、實(shí)時(shí)和高分辨率監(jiān)測,積累了適用于東海寬陸架、高混濁、通航密度大等海區(qū)特點(diǎn)環(huán)境下的海底觀測網(wǎng)布設(shè)工程以及海底海面設(shè)施安全防護(hù)的成熟技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。 二、海底觀測網(wǎng)發(fā)展趨勢 海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)針對不同的觀測需求,配置固定觀測平臺(tái)、表面錨系、自動(dòng)升降剖面錨系、移動(dòng)觀測設(shè)備(無纜水下機(jī)器人、水下滑翔機(jī))等觀測平臺(tái);通過建設(shè)在海底的網(wǎng)絡(luò)(光電纜)為觀測設(shè)備/平臺(tái)提供長期、持續(xù)的能源供給和信息傳輸通道,實(shí)現(xiàn)從海底到海面、從厘米級到百公里級、從秒級到年代級的系統(tǒng)觀測。各國根據(jù)國情以國家需求為目標(biāo)發(fā)展海底觀測網(wǎng)技術(shù),開展海底觀測網(wǎng)建設(shè)。可以預(yù)見,在世界范圍內(nèi)海底觀測網(wǎng)技術(shù)將日益受到重視,新時(shí)期海底觀測網(wǎng)將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。 ⒈綜合性立體觀測 建立分布式、網(wǎng)絡(luò)化、互動(dòng)式、綜合性智能立體觀測網(wǎng)是海洋科學(xué)觀測的發(fā)展趨勢。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用,通過統(tǒng)一、通用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)整合分散在各處的觀測站、觀測節(jié)點(diǎn)、衛(wèi)星遙感、無人水面艇等觀測手段進(jìn)行協(xié)同工作,形成覆蓋近岸、區(qū)域及全球海域的層次化、綜合化與智能化的空-天-海洋一體化立體觀測網(wǎng)絡(luò)。 基于海底觀測網(wǎng)固定觀測平臺(tái)實(shí)現(xiàn)水下航行器的充電或信息交互接入,利用水聲無線通信技術(shù)拓展觀測范圍,并對水下航行器進(jìn)行導(dǎo)航、定位。充分發(fā)揮水下航行器機(jī)動(dòng)、靈活的特點(diǎn)開展大尺度觀測,針對目標(biāo)海域的突發(fā)事件迅速響應(yīng)和精細(xì)化高密度觀測,利用水聲無線可靈活部署的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。實(shí)現(xiàn)“有線與無線相結(jié)合、固定與移動(dòng)相結(jié)合”,從觀測空間范圍和節(jié)點(diǎn)接入靈活性等方面顯著拓展海底觀測網(wǎng)的能力。 人工智能技術(shù)在海底觀測網(wǎng)中的應(yīng)用,突破傳統(tǒng)海洋觀測中人與機(jī)器交互方式,實(shí)現(xiàn)觀測平臺(tái)間的自動(dòng)組網(wǎng)、自主觀測,對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)、可持續(xù)的處理,海底觀測網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)化、可視化和智能化。 ⒉海洋數(shù)據(jù)的深度發(fā)掘 數(shù)據(jù)中心是海底觀測網(wǎng)的神經(jīng)中樞,匯集海底視頻、地球物理、海底動(dòng)力及海洋化學(xué)等多學(xué)科海洋觀測數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)在時(shí)間、區(qū)域和空間等尺度的交互融合和地理關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)本身的時(shí)間屬性、空間屬性、傳感器的多通道特征以及科學(xué)數(shù)據(jù)分析伴隨原理模型導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)處理分析異常復(fù)雜,其內(nèi)在機(jī)理和新的發(fā)現(xiàn)需要深入研究。 多元、立體、實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)以每年PB級增長。為實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)從“數(shù)據(jù)大”到“大數(shù)據(jù)”的轉(zhuǎn)變,需開展海洋觀測、機(jī)理、預(yù)測三位一體的研究。充分利用大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能、交互可視等多學(xué)科高新技術(shù)對海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行深度發(fā)掘,揭示海洋現(xiàn)象后面的運(yùn)行機(jī)理;利用真實(shí)數(shù)據(jù)建立海洋系統(tǒng)的各類模型,模擬預(yù)測海洋空間發(fā)展變化情況,對人類活動(dòng)和決策進(jìn)行指導(dǎo);同時(shí),利用觀測數(shù)據(jù)提升模型的準(zhǔn)確程度和預(yù)測能力,為海洋認(rèn)知、防災(zāi)預(yù)警、資源利用、儀器研發(fā)提供支撐服務(wù)。 ⒊多種觀測計(jì)劃綜合交叉融合發(fā)展 為滿足在海洋科學(xué)研究、災(zāi)害研究和預(yù)報(bào)、環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)保護(hù)、能源資源開發(fā)利用及海洋安全的需求,近年來世界許多國家和地區(qū)紛紛加強(qiáng)了對深海技術(shù)的研發(fā),先后有針對性地推出和實(shí)施了熱帶海洋與全球大氣實(shí)驗(yàn)計(jì)劃(TOGA)、綜合大洋鉆探計(jì)劃(IODP)、國際大洋中脊計(jì)劃(InterRidge)、Argo計(jì)劃等一系列的深海、遠(yuǎn)洋探測和考察計(jì)劃,新的綜合性研究計(jì)劃還將不斷涌現(xiàn)。 學(xué)科間的交叉融合往往導(dǎo)致重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新興學(xué)科的產(chǎn)生,也是科學(xué)研究中最活躍的部分之一。海底觀測網(wǎng)觀測計(jì)劃與國際綜合性研究計(jì)劃相融合,對于整個(gè)國際深海技術(shù)的發(fā)展也起到了至關(guān)重要的推動(dòng)作用。IODP 的海底鉆孔觀測點(diǎn)以有線方式接入日本的 DONET觀測網(wǎng),實(shí)時(shí)獲取太平洋板塊俯沖地震帶數(shù)據(jù),對地震預(yù)警及揭示地震機(jī)理具有重要的意義。 全球海洋觀測系統(tǒng)(GOOS)由聯(lián)合國政府間海洋學(xué)委員會(huì)(IOC)、世界氣象組織、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署等聯(lián)合發(fā)起建立,是當(dāng)前全球最大、綜合性最強(qiáng)的海洋觀測系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成觀測衛(wèi)星、浮標(biāo)等多種傳感器并實(shí)現(xiàn)全球業(yè)務(wù)化運(yùn)營。各海洋強(qiáng)國基于GOOS積極發(fā)展和建設(shè)海洋觀測系統(tǒng),如歐洲已成立了歐洲海洋觀測系統(tǒng)(EUROGOOS),美國和加拿大聯(lián)合建立了美加GOOS。 三、結(jié)語 面對世界海洋科技的發(fā)展趨勢以及國家海洋安全、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對海洋科技的強(qiáng)烈需求,世界各臨海國家紛紛推出了海洋發(fā)展戰(zhàn)略和海洋科技發(fā)展規(guī)劃,加大海洋科技研究與開發(fā)的投入力度。如:美國的“美國海洋行動(dòng)計(jì)劃”、英國的“海洋科學(xué)戰(zhàn)略2010-2025”、加拿大的“加拿大海洋行動(dòng)計(jì)劃”、俄羅斯的“2020年前俄羅斯聯(lián)邦海洋學(xué)說”、日本的“海洋基本計(jì)劃”、韓國的“韓國21世紀(jì)海洋”等。 中國海洋科技的發(fā)展與美國、日本等海洋強(qiáng)國相比仍有較大差距,《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》《中國至2050年海洋科技發(fā)展路線圖》和《未來10年中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略:海洋科學(xué)》對我國海洋科技發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測和規(guī)劃,并對關(guān)鍵領(lǐng)域的科學(xué)問題研究進(jìn)行了前瞻布局;其中,海洋的海底觀測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將成為未來海洋科技發(fā)展的重要技術(shù)支撐。 國際上的OOI、ONC、DONET、S-net等海底觀測網(wǎng)均已建成運(yùn)行。我國在海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)過程中,應(yīng)根據(jù)我國的實(shí)際情況,充分借鑒國際海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)據(jù)管理及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),主要包括以下3個(gè)方面。 ⑴根據(jù)“海洋強(qiáng)國”“一帶一路”“海陸統(tǒng)籌”等國家戰(zhàn)略和倡議,結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ),面向國家重大需求,充分考慮大型海底觀測網(wǎng)長期運(yùn)行情況,合理選擇觀測站點(diǎn)和配備探測儀器,創(chuàng)造性地解決數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、跨學(xué)科數(shù)據(jù)管理、安全防護(hù)等問題,建立開放共享的數(shù)據(jù)管理理念,為全方位數(shù)據(jù)挖掘、應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 ⑵以海底觀測網(wǎng)建設(shè)為平臺(tái),聯(lián)合研究所、高校、企業(yè)等行業(yè)優(yōu)勢單位,發(fā)揮學(xué)科技術(shù)優(yōu)勢,系統(tǒng)解決基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)中關(guān)鍵器件、信息感知和數(shù)據(jù)傳輸?shù)让嫦驀抑卮笮枨箨P(guān)鍵技術(shù),提高海洋數(shù)據(jù)感知—傳輸—處理—應(yīng)用能力,構(gòu)建一支高效穩(wěn)定的海底觀測科研團(tuán)隊(duì)和技術(shù)人才梯隊(duì)。 ⑶加強(qiáng)頂層協(xié)調(diào)和設(shè)計(jì),建立海底觀測網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系。海底觀測網(wǎng)缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)難以應(yīng)對海洋觀測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智技術(shù)等應(yīng)用在海底觀測網(wǎng)建設(shè)中面臨的突出問題,迫切需要海底觀測網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支持。同時(shí),通過標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)國際同類裝置的互聯(lián)互通,推動(dòng)中國的海洋裝備、技術(shù)和服務(wù)“走出去”。 1 END 1 【作者簡介】文/李風(fēng)華 路艷國 王海斌 郭永剛 張飛,均來自中國科學(xué)院聲學(xué)研究所聲場聲信息國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;第一作者李風(fēng)華,中國科學(xué)院聲學(xué)研究所副所長,研究員,西太平洋聲學(xué)委員會(huì)主席,中國聲學(xué)學(xué)會(huì)副理事長,從事水聲物理、水聲探測新原理與新算法、海洋探測理論與技術(shù)等研究工作,負(fù)責(zé)多項(xiàng)國家科技項(xiàng)目,獲2012年度國家自然科學(xué)基金委國家杰出青年科學(xué)基金資助,2013年入選首批國家高層次人才特殊支持計(jì)劃(萬人計(jì)劃)科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。本文為基金項(xiàng)目,國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2012AA09A400)、國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)(2013YQ12035207);文章來自《中國科學(xué)院院刊》(2019年第3期),參考文獻(xiàn)略,用于學(xué)習(xí)與交流,版權(quán)歸作者及出版社共同擁有,轉(zhuǎn)載也請備注由“溪流之海洋人生”微信公眾平臺(tái)編輯整理。 |
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