海洋环境适应性保障技术研究进展

原位观测是海洋环境观监测与安全保障的基础手段,对提升海洋环境时空变化规律的认识和数值预报水平起着至关重要的作用。但是实施基于原位观测的海洋环境保障措施存在覆盖范围有限、观测成本高昂,以及非常时期实施困难等问题。随着海洋强国战略的深入推进,未来国家海洋利益空间将不断拓展,海洋环境保障的立体性、复杂性、未知性将不断增强,这对系统化、信息化、智能化的海洋环境保障提出了更高要求。当前有效解决方案之一是通过实施环境适应性保障对有限的原位观测资源布局进行优化设计,最大化海洋环境观测网建设效益。本文系统介绍了美国海军在海洋环境适应性保障建设方面的成果与经验,通过海上试验展现了实施海洋环境适应性保障措施的必要性和优越性,随后梳理了高分辨率海洋水文环境数值模拟技术、海洋水文环境适应性观测敏感区诊断技术、无人移动平台协同组网观测技术及无人移动平台观测资料同化技术等海洋环境适应性保障建设涉及的关键技术及其发展现状,最后总结了我国在海洋环境适应性保障建设方面的研究进展。作为一项复杂的系统工程,海洋环境适应性保障将有助于颠覆传统海洋环境保障模式,牵引我国海洋环境保障装备发展,推动相关研究领域理论和技术进步,对我国海洋环境保障体系建设产生深远影响。     

无动力海面移动观测平台特点、进展与发展趋势分析

本文以表层漂流浮标、漂流式波浪浮标和漂流式海气界面浮标为代表介绍了无动力海面移动观测平台的观测需求、特点、最新进展和发展趋势。无动力海面移动观测平台除具备重量轻、体积小、随波性好等特点外,相比其他观测平台最大的优势在于成本低、实时性强,可有效弥补定点观测在全球大洋空间分辨率的不足。随着海洋与气象环境观测传感器的自动化、小型化和低功耗化,尤其是在可再生能源供应和卫星数据通讯技术的支撑下,这一类型平台观测能力的可拓展性非常强。除可直接开展海洋环境声学、光学和电磁学要素的观测外,还可成为海洋化学、海洋生物、海洋地质等海洋学科的专属平台,并具备海上目标探测识别能力。随着无动力海面移动平台观探测能力的不断提高、使用成本的降低和快速投放技术的发展,此类平台在海洋观探测领域尤其是深远海区域观探测快速响应方面将有非常广阔的应用前景。     

针对事件链的溢油监测需求分析及组网观测方案初探

本文针对普遍关注的溢油事件,分析了重大溢油事件应急监测中迫切需要解决的七个问题:溢油源确认核查、溢油面积准确估算、水下溢油探查、针对溢油应急过程的海洋环境监测、针对重点海域的溢油凝视监测、服务于溢油事件过程的次生事件风险观测;总结了溢油监测传感器的技术特点,分析了卫星、航空、固定式观测平台、移动式观测平台、水下固定和移动观测平台等5类溢油观测平台的技术现状与不足,提出了溢油跨学科组网观测构想,并初步设计了观测网络的组成及运行模式,以期对溢油组网观测系统的建设有所推动。     

海洋环境观测预报技术需求与“十三五”发展重点——以北海区为例

发展海洋环境观测预报技术是认识海洋、开发海洋的一项基础性工作,是发展海洋经济、开发海洋资源的必然要求,具有迫切的国家需求。我国提出了建设海洋强国的宏伟目标,在新的形势下如何进一步提升我国海洋环境观测预报技术水平及业务应用能力,满足海洋事业全面发展的迫切需求,值得我们深入思考和研究。以我国北海区为例,概述了我国海洋环境观测预报技术体系的发展现状,指出了面临的突出技术问题,据此提出了"十三五"期间我国海洋环境观测预报发展的重点,主要包括:数据考古、研发新型观测技术与装备、推动新型观测技术的业务应用、发展智能化的海洋观测数据管理技术、海洋环境组网观测、海洋环境预报精细化、加强国际合作、产学研用结合的业务化支撑体系建设等方面。     

大数据理念在海洋环境观测数据共享中的应用研究

随着海洋观测技术、科学调查手段、信息技术等的发展,海洋观测数据量日益庞大、观测要素的种类日益繁多,而我国海洋观测平台的条块管理模式造成了观测数据的分布式和区域化,使得资料共享成为近海研究的大障碍,影响了对数据价值的挖掘。文章介绍了近年来蓬勃发展的大数据的概念及其核心价值,并分析了当前海洋环境观测数据共享的需求。在此基础上,提出了一种基于大数据理念的海洋环境观测数据共享平台框架及相应的共享技术方案,并重点探讨了分布式的数据存储结构,以及从数据级和应用级两个层次进行信息共享的机制,数据更新和维护策略等。     

海洋环境定点平台观测技术概述及发展态势分析

针对新时期海洋环境监测定点平台观测技术面临的新要求、新任务和新挑战,对所涉及的核心关键技术及其发展态势进行分析。详细阐述了海洋资料浮标、潜标和海床基观测技术的国内外现状,并进行了对比分析,指出了我国的优势和不足。在此基础上,综合海洋科技发展的趋势、我国的现有基础以及当前的迫切需求,探讨我国在定点平台观测技术方面的发展趋势,为我国海洋环境监测技术的发展提供了重要参考。     

波浪能直接驱动机动浮标的推进机构设计

移动观测平台是海洋环境立体观测系统的重要组成部分。遥控水下机器人(ROV)、自治水下机器人(AUV)等移动平台由于需要支持船只和能源供给的限制,影响了它们长时间和大范围使用。本文利用波浪垂荡运动设计一种新型波浪能驱动的机动浮标,该系统由水上浮体和水下推进机构两部分组成,利用波浪垂荡运动,推动水下推进机构叶片的摆动,引起水下推进机构在水平方向向前的升力,使水下推进机构以及水上浮体实现无外在能源供给的自主运动。本文设计制造了波浪驱动机动浮标的实验样机,并进行了海试。实验表明,在中等海况条件下可以实现机动浮标的无动力前进。该设计为海洋环境调查、海洋生态监测和溢油跟踪等提供了一种有效的移动监测平台。     

海上锚定抗冰环境监测平台技术研究

海上锚定环境监测平台是海洋环境长期定点立体实时观测的基本手段,是海洋环境监测的重要技术装置。它可以在无冰海域实现无人值守的全天候、全天时观测,不仅可以观测海面附近的环境参数,还可观测水下剖面环境参数。冬季海洋结冰区域的环境监测数据长期缺失,一定程度上影响了海洋观测和海上资料的连续性,给预警预报、科研生产、国防建设和海洋开发等人类活动带来重大影响。文中提出了困扰我国科研及预报等部门的冬季冰期海洋环境监测数据缺失的问题,通过对锚定抗冰平台工作载荷的理论分析和结构设计计算,可为具有抗冰能力的平台结构设计和锚泊系统设计提供依据,完成海上相对固定抗冰平台系统的样机研制,对实时获取海上冰期和非冰期连续现场数据,以及海上抗冰平台的产业化具有重要意义。     

海洋环境观测信息分类编码研究

从海洋环境观测信息分类编码对海洋环境观测信息化建设的重要性,以及海洋环境观测信息多渠道、多层次、多时效、多格式的特点出发,结合海洋环境观测数据管理工作现状,研究了海洋环境观测信息的分类与编码的原则和方法,通过对海洋环境观测数据业务链以及应用需求的分析,确定了海洋环境观测信息基本框架和分类对应的类型编码,以期为海洋数据管理的创新与发展提供参考。     

水下滑翔机的海洋应用

<正>水下滑翔机是一种依靠浮力驱动、以锯齿形轨迹航行的新型水下移动观测平台,具有制造成本与使用费用低、续航能力强、自主可控等特点,已经逐渐成为一种有效的海洋观测平台[1]。水下滑翔机是一种新型的海洋环境观测平台,近年来在国内外受到了极大的关注。1995年以来,美国先后研制出Slocum[2]、Seaglider[3]和Spray[4]等多种水下滑翔机,并于2003年前后逐步实现产品化。     

我国海洋探测技术五十年发展的回顾与展望(三)

在中化地亿共和国成立五十周年之际。本文综述我国海洋探测技术五十年发展的主要成就,展望我国海洋探测高技术的近期发展。本文涉及的海洋探测技术包括：海洋环境自动观测技术,海洋遥感技术,水声技术,水下工程探测技术,海洋地质和地球物理勘探技术。     

我国海洋探测技术五十年发展的回顾与展望（一）

今年是中华人民共和国成立五十周年。本文综述我国海洋探测技术五十年发展的主要成就,展望我国海洋探测高技术的近期发展。本文涉及的海洋探测技术包括：海洋环境自动观测技术、海洋遥感技术、水声技术、水下工程探测技术、海洋地质和地球物理勘探技术。     

我国海洋探测技术五十年发展的回顾与展望(二)

今年是中华人民共和国成立五十周年。本文综述我国海洋探测技术五十年发展的主要成就,展望我国海洋探测高技术的近期发展。本文涉及的海洋探测技术包括：海洋环境自动观测技术、海洋遥感技术、水声技术、水下工程探测技术、海洋地质和地球物理勘探技术。     

物理海洋传感器现状及未来发展趋势

文中对目前我国物理海洋要素观测传感器技术发展现状进行了分析。在国家科技计划支持下,我国的物理海洋观测传感器技术取得了快速发展,但与国际上先进的传感器技术水平相比,国内具有自主知识产权的传感器仍有较大差距。随着未来海洋观测需求的不断发展,小型、轻重量、低功耗、高精度、高灵敏、智能化新型传感器必将是今后5~10年研究与开发的重点。     

海底有缆在线观测系统研究与应用综述

获取高质量海洋观测数据是维护国家安全和权益、保障人类生存与可持续发展、应对全球气候变化、开发利用海洋资源、防灾减灾等的重要基础。随着海底观测技术的发展,海底有缆观测已成为地球观测的第三个平台。通过借鉴国内外海底观测网的成熟技术,设计研发单节点海底有缆在线观测系统,主要包含海底观测、电力信息传输和陆上人机交互信息管理等三个子系统,具有高度可扩展性,可根据监测需求集成安装常用的各类海洋观测仪器和水下高清摄像头,从而实现海洋环境和水下生物资源的原位、长期、连续、稳定的在线观测。研发的海底有缆在线观测系统构造简单、扩展性强、经济成本低,已广泛应用于山东省海洋牧场观测网的海洋生态环境和渔业资源、辽东湾的冬季海冰、海洋牧场与海上风电的融合效应、河流入海口水质、海上溢油等不同领域的业务化监测中,为我国海洋生态环境保护与修复、海洋资源开发利用、海洋防灾减灾等提供了高质量的科学数据支撑。海底有缆在线观测系统是业务化海洋在线观测技术领域里的创新研究,具有重要科学意义和广泛应用前景。     

海底观测系统关键技术研究

为实现海底观测系统长期连续观测,设计一套基于水下接驳技术的的海底观测系统水槽工程样机,通过分析海底观测系统的体系结构,结合在研项目的技术经验,详细论述的开发过程中涉及到的海底观测系统关键技术如电能传输与转换技术、信息传输与管理技术、机电集成封装技术、状态监测与控制技术、防护结构的三防设计等关键技术,通过水槽试验,验证了海底观测系统工程样机可以在水槽环境下吃寻正常工作,并得到了具有指导意义的结论,为实现海况的海底观测网络的连续观测提供了技术支撑。     

海水温盐深剖面测量技术综述

温盐深是反应海洋物理学特性的重要参数,是海洋水文观测的基本要素。CTD剖面仪(Conductivity-Temperature-Depth profiler)是进行海水温盐剖面观测的主要仪器,利用CTD剖面仪可精确测得水下不同深度上海水的温度和电导率参数,进而能够推算出海水盐度、密度、声速等相关信息,对于海洋经济开发、海上国防建设、海洋环境保护等都具有非常重要的意义。本文介绍了温盐深剖面测量技术的基本原理与发展现状,对几种典型的温盐深测量设备及各种海洋观测平台中搭载的CTD传感器进行了介绍,论述了CTD传感器的标定和测试技术,并对其发展趋势进行了分析。     

水下自航式海洋观测平台技术发展研究

水下自航式海洋观测平台是一种新型海洋观测平台，主要用于无人、大范围、长时间水下环境监测，包括物理学参数、海洋地质学和地球物理学参数，海洋化学参数、海洋生物学参数及海洋工程方面的现场接近观测。其特点是：成本低，环境适应性强，可冲破人工潜水极限而进入现场进行接近观测，免除了ROV需要水面支援母船的累赘，减少作业经费，体积小，使用方便，便于布放回收；可根据水声信号摇控或预置程序控制，按要求进行相关项目观测；有自主动力，水下运行时间相对较长，有源噪声低，可进行隐弊观测，正是基于以上的优点，近几年颇得海洋环境监测和海军方面的青睐，本文介绍了国际上水下自动观测平台的发展历史和现状，提出了我国开展研究水下自动观测平台的重要性及研究的面容。