青島日?qǐng)?bào)社/觀海新聞12月17日訊 得益于小型化、低成本、無(wú)人操作、布放簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，僅僅依靠岸基指令就可以在海洋中實(shí)現(xiàn)自主沉浮、連續(xù)實(shí)時(shí)大范圍觀測(cè)的Argo浮標(biāo)，20年來(lái)已在全球海洋觀測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。
與西方國(guó)家相比，我國(guó)雖然在Argo浮標(biāo)的研發(fā)上起步較晚、發(fā)展相對(duì)滯后，但多年來(lái)也在不斷追趕、縮小著差距。目前，國(guó)內(nèi)研發(fā)Argo浮標(biāo)的涉海高校、院所有6家左右，其中，青島的研發(fā)力量占到了一半以上，極大推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)Argo浮標(biāo)從近海到深海的發(fā)展。
等待布放HM2000型Argo浮標(biāo)。
青島研制的HM2000型Argo浮標(biāo)，是唯一獲得Argo組織認(rèn)證的國(guó)產(chǎn)化浮標(biāo)
Argo浮標(biāo)，是通過(guò)Argo組織認(rèn)證的自持式剖面探測(cè)漂流浮標(biāo)（還未得到Argo認(rèn)證的浮標(biāo)統(tǒng)稱為“自持式剖面浮標(biāo)”），其研發(fā)初衷與Argo計(jì)劃息息相關(guān)。1998年，西方科學(xué)家計(jì)劃在全球大洋中每隔300公里布放一個(gè)由衛(wèi)星跟蹤的剖面漂流浮標(biāo)，總計(jì)為3000個(gè)，組成一個(gè)龐大的Argo全球海洋觀測(cè)網(wǎng)。通過(guò)快速、準(zhǔn)確、大范圍地收集全球海洋上層（0~2000米）的海水溫度、鹽度等剖面資料，以提高氣候預(yù)報(bào)的精度，有效防御氣候?yàn)?zāi)害給人類造成的威脅。
自 2000年實(shí)施以來(lái)，Argo計(jì)劃在30多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織的共同努力下，已經(jīng)在全球海洋中布放了超過(guò)16000個(gè)Argo浮標(biāo)，累計(jì)獲取了約160萬(wàn)條溫、鹽度剖面和部分涉及生物地球化學(xué)要素（如溶解氧、葉綠素、pH和硝酸鹽）的觀測(cè)剖面。這些數(shù)據(jù)量比過(guò)去100年通過(guò)船載現(xiàn)場(chǎng)考察獲取的總數(shù)據(jù)量還要多4倍。
HM2000型Argo浮標(biāo)。
截止到2020年2月中旬，在海上正常工作的Argo浮標(biāo)已經(jīng)接近4000個(gè)，每年能新增約14萬(wàn)條觀測(cè)剖面。目前，布放Argo浮標(biāo)是以美國(guó)、澳大利亞、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家為主，我國(guó)在2002年才正式加入Argo計(jì)劃，起步較晚，布放量相對(duì)較少。
據(jù)了解，國(guó)內(nèi)研發(fā)自持式剖面浮標(biāo)的單位主要是國(guó)家海洋技術(shù)中心、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、山東大學(xué)（青島校區(qū)）、中國(guó)海洋大學(xué)、天津大學(xué)和中船重工710研究所。總體來(lái)看，位于天津的國(guó)家海洋技術(shù)中心研制的2000米級(jí)自持式剖面浮標(biāo)已經(jīng)比較成熟，并實(shí)現(xiàn)了近100%的國(guó)產(chǎn)化率；而在青島的中船重工710研究所旗下的全資子公司青島海山海洋裝備有限公司，其自研的HM2000型Argo浮標(biāo)，是國(guó)內(nèi)唯一獲得國(guó)際Argo組織認(rèn)可的國(guó)產(chǎn)化浮標(biāo)，已經(jīng)在Argo計(jì)劃中得到應(yīng)用。
“Argo 計(jì)劃中Argo 浮標(biāo)觀測(cè)信息收集主要依賴于美國(guó)NOAA 衛(wèi)星，各國(guó)布放的Argo 浮標(biāo)獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)由位于世界各地的NOAA 衛(wèi)星地面站統(tǒng)一接收，隨后將浮標(biāo)數(shù)據(jù)傳送至位于美國(guó)和法國(guó)的數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)集中處理后再發(fā)送至最終用戶。”據(jù)青島海山相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，青島海山研發(fā)的國(guó)產(chǎn)HM2000型Argo浮標(biāo)可以根據(jù)北斗和銥星進(jìn)行定位和數(shù)據(jù)傳輸，隨著該型號(hào)被Argo組織認(rèn)可，北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)也已成為Argo組織推薦使用的衛(wèi)星通信方式。
目前，青島海山正在大力發(fā)展海洋裝備事業(yè)，已建有海洋裝備柔性生產(chǎn)線，具備國(guó)產(chǎn)Argo浮標(biāo)、實(shí)時(shí)/定時(shí)通信潛標(biāo)、CTD等產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。
浮星半實(shí)物仿真系統(tǒng)。
青島牽頭研發(fā)的“浮星4000”，在國(guó)內(nèi)率先將探測(cè)深度提高到4000米
隨著對(duì)全球海洋認(rèn)知的不斷深入，如今，Argo計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)新的時(shí)代。
“最早提出Argo計(jì)劃時(shí)，是針對(duì)全球海洋上層（0~2000米）進(jìn)行觀測(cè)。不過(guò)，2000米以下的深海，也暗藏著熱量交換和物質(zhì)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程，亟待深入研究。”據(jù)海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室相關(guān)負(fù)責(zé)人徐佳毅介紹，目前活躍在全球海洋中的Argo浮標(biāo)，基本只能下潛到 2000 米，能夠到深海的Argo浮標(biāo)不超過(guò)200個(gè)。因此，Argo 組織希望向深海拓展，在4000個(gè)Argo浮標(biāo)里發(fā)展出 1500個(gè)左右深海Argo浮標(biāo)。
從2000米到4000米，Argo浮標(biāo)的工作水深發(fā)生了變化，設(shè)備受到的水深壓力也隨之而變。不過(guò)，從20MPa到40MPa的壓力變化導(dǎo)致的關(guān)鍵技術(shù)要求，并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性疊加，而是指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。如何在高壓的條件下精確地進(jìn)行浮力調(diào)節(jié)，成為深海Argo浮標(biāo)研發(fā)的重點(diǎn)。換句話說(shuō)，浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是深海Argo浮標(biāo)研發(fā)的核心技術(shù)。
“浮星-4000”自持式剖面浮標(biāo)。
不止于此，深海Argo浮標(biāo)的運(yùn)行深度不斷增加，但Argo組織對(duì)浮標(biāo)的壽命需求并沒(méi)有降低。因此，要想讓深海Argo浮標(biāo)保持運(yùn)行壽命超過(guò)三年、完成觀測(cè)剖面數(shù)超過(guò)100個(gè)的目標(biāo)，就必須保證浮標(biāo)在海水中處于一個(gè)低功耗的狀態(tài)，這也是深海Argo浮標(biāo)需要突破的重點(diǎn)。
2016年，在“問(wèn)海計(jì)劃”項(xiàng)目的依托下，由海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭，聯(lián)合天津大學(xué)、中船重工710研究所、中國(guó)海洋大學(xué)和山東大學(xué)（青島校區(qū)）四家單位，共同參與和開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)深海自持式剖面浮標(biāo)研制的先河。
去年研制成功并進(jìn)行了海試的“浮星4000”深海自持式剖面浮標(biāo)就是其重要成果之一。該浮標(biāo)利用內(nèi)部的浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變外部的油囊，通過(guò)改變排水體積，實(shí)現(xiàn)等效密度的變化，從而完成上浮和下潛過(guò)程。這種浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在國(guó)際上認(rèn)可度最高，在小型海洋儀器設(shè)備中最為可行。
經(jīng)過(guò)一年發(fā)展和改進(jìn)，目前“浮星4000”已經(jīng)發(fā)展到第三代。在能耗方面，只有第二代浮標(biāo)的1%；在穩(wěn)定性及可靠性上，也獲得了大幅度提升。
據(jù)介紹，這離不開(kāi)天津大學(xué)青島海洋技術(shù)研究院聯(lián)合海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的深海自持式半實(shí)物模擬仿真平臺(tái)的支撐。在減少出海測(cè)試的條件下，該平臺(tái)可以模擬海洋壓力參數(shù)，讓“浮星4000”在實(shí)驗(yàn)室里就可以模擬真實(shí)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，如此不僅可以測(cè)試浮標(biāo)的硬件單元，而且可以驗(yàn)證浮力驅(qū)動(dòng)單元，通過(guò)提高硬件單元和浮力驅(qū)動(dòng)單元的可靠性，來(lái)提高浮標(biāo)的壽命。
“針對(duì)‘浮星4000’深海自持式剖面浮標(biāo)，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)布局，可以在實(shí)驗(yàn)室里完成從設(shè)計(jì)到加工、組裝、調(diào)試和水池測(cè)試等過(guò)程。4000米之外，6000米級(jí)的深海自持式剖面浮標(biāo)樣機(jī)也已經(jīng)研制出來(lái)，預(yù)計(jì)明年進(jìn)行海試。” 徐佳毅說(shuō)，接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)將針對(duì)浮標(biāo)的外殼材料和加工工藝以及儀器艙等方面尋求突破，力爭(zhēng)盡早實(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)化率。于此同時(shí)，還將推動(dòng)“浮星4000”在國(guó)際組織上的認(rèn)定，不僅實(shí)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)科研院所推廣使用，而且爭(zhēng)取服務(wù)于我國(guó)的Argo計(jì)劃觀測(cè)需求。（青島日?qǐng)?bào)/觀海新聞?dòng)浾?李勛祥）
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