青島日報社/觀海新聞12月17日訊 得益于小型化、低成本、無人操作、布放簡單等優勢，僅僅依靠岸基指令就可以在海洋中實現自主沉浮、連續實時大范圍觀測的Argo浮標，20年來已在全球海洋觀測中得到廣泛應用。
與西方國家相比，我國雖然在Argo浮標的研發上起步較晚、發展相對滯后，但多年來也在不斷追趕、縮小著差距。目前，國內研發Argo浮標的涉海高校、院所有6家左右，其中，青島的研發力量占到了一半以上，極大推動了國產Argo浮標從近海到深海的發展。
等待布放HM2000型Argo浮標。
青島研制的HM2000型Argo浮標，是唯一獲得Argo組織認證的國產化浮標
Argo浮標，是通過Argo組織認證的自持式剖面探測漂流浮標（還未得到Argo認證的浮標統稱為“自持式剖面浮標”），其研發初衷與Argo計劃息息相關。1998年，西方科學家計劃在全球大洋中每隔300公里布放一個由衛星跟蹤的剖面漂流浮標，總計為3000個，組成一個龐大的Argo全球海洋觀測網。通過快速、準確、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，以提高氣候預報的精度，有效防御氣候災害給人類造成的威脅。
自 2000年實施以來，Argo計劃在30多個國家和國際組織的共同努力下，已經在全球海洋中布放了超過16000個Argo浮標，累計獲取了約160萬條溫、鹽度剖面和部分涉及生物地球化學要素（如溶解氧、葉綠素、pH和硝酸鹽）的觀測剖面。這些數據量比過去100年通過船載現場考察獲取的總數據量還要多4倍。
HM2000型Argo浮標。
截止到2020年2月中旬，在海上正常工作的Argo浮標已經接近4000個，每年能新增約14萬條觀測剖面。目前，布放Argo浮標是以美國、澳大利亞、日本等發達國家為主，我國在2002年才正式加入Argo計劃，起步較晚，布放量相對較少。
據了解，國內研發自持式剖面浮標的單位主要是國家海洋技術中心、青島海洋科學與技術試點國家實驗室、山東大學（青島校區）、中國海洋大學、天津大學和中船重工710研究所。總體來看，位于天津的國家海洋技術中心研制的2000米級自持式剖面浮標已經比較成熟，并實現了近100%的國產化率；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，是國內唯一獲得國際Argo組織認可的國產化浮標，已經在Argo計劃中得到應用。
“Argo 計劃中Argo 浮標觀測信息收集主要依賴于美國NOAA 衛星，各國布放的Argo 浮標獲取的觀測數據由位于世界各地的NOAA 衛星地面站統一接收，隨后將浮標數據傳送至位于美國和法國的數據處理中心，經集中處理后再發送至最終用戶。”據青島海山相關負責人介紹，青島海山研發的國產HM2000型Argo浮標可以根據北斗和銥星進行定位和數據傳輸，隨著該型號被Argo組織認可，北斗衛星通信系統也已成為Argo組織推薦使用的衛星通信方式。
目前，青島海山正在大力發展海洋裝備事業，已建有海洋裝備柔性生產線，具備國產Argo浮標、實時/定時通信潛標、CTD等產品的生產能力。
浮星半實物仿真系統。
青島牽頭研發的“浮星4000”，在國內率先將探測深度提高到4000米
隨著對全球海洋認知的不斷深入，如今，Argo計劃已經進入到一個新的時代。
“最早提出Argo計劃時，是針對全球海洋上層（0~2000米）進行觀測。不過，2000米以下的深海，也暗藏著熱量交換和物質運輸的過程，亟待深入研究。”據海洋試點國家實驗室相關負責人徐佳毅介紹，目前活躍在全球海洋中的Argo浮標，基本只能下潛到 2000 米，能夠到深海的Argo浮標不超過200個。因此，Argo 組織希望向深海拓展，在4000個Argo浮標里發展出 1500個左右深海Argo浮標。
從2000米到4000米，Argo浮標的工作水深發生了變化，設備受到的水深壓力也隨之而變。不過，從20MPa到40MPa的壓力變化導致的關鍵技術要求，并不是一個簡單的線性疊加，而是指數級的增長。如何在高壓的條件下精確地進行浮力調節，成為深海Argo浮標研發的重點。換句話說，浮力驅動系統是深海Argo浮標研發的核心技術。
“浮星-4000”自持式剖面浮標。
不止于此，深海Argo浮標的運行深度不斷增加，但Argo組織對浮標的壽命需求并沒有降低。因此，要想讓深海Argo浮標保持運行壽命超過三年、完成觀測剖面數超過100個的目標，就必須保證浮標在海水中處于一個低功耗的狀態，這也是深海Argo浮標需要突破的重點。
2016年，在“問海計劃”項目的依托下，由海洋試點國家實驗室牽頭，聯合天津大學、中船重工710研究所、中國海洋大學和山東大學（青島校區）四家單位，共同參與和開創了國內深海自持式剖面浮標研制的先河。
去年研制成功并進行了海試的“浮星4000”深海自持式剖面浮標就是其重要成果之一。該浮標利用內部的浮力調節系統改變外部的油囊，通過改變排水體積，實現等效密度的變化，從而完成上浮和下潛過程。這種浮力驅動系統，在國際上認可度最高，在小型海洋儀器設備中最為可行。
經過一年發展和改進，目前“浮星4000”已經發展到第三代。在能耗方面，只有第二代浮標的1%；在穩定性及可靠性上，也獲得了大幅度提升。
據介紹，這離不開天津大學青島海洋技術研究院聯合海洋試點國家實驗室在國內首創的深海自持式半實物模擬仿真平臺的支撐。在減少出海測試的條件下，該平臺可以模擬海洋壓力參數，讓“浮星4000”在實驗室里就可以模擬真實環境進行測試，如此不僅可以測試浮標的硬件單元，而且可以驗證浮力驅動單元，通過提高硬件單元和浮力驅動單元的可靠性，來提高浮標的壽命。
“針對‘浮星4000’深海自持式剖面浮標，我們已經實現產業化生產布局，可以在實驗室里完成從設計到加工、組裝、調試和水池測試等過程。4000米之外，6000米級的深海自持式剖面浮標樣機也已經研制出來，預計明年進行海試。” 徐佳毅說，接下來，團隊將針對浮標的外殼材料和加工工藝以及儀器艙等方面尋求突破，力爭盡早實現100%國產化率。于此同時，還將推動“浮星4000”在國際組織上的認定，不僅實現在國內科研院所推廣使用，而且爭取服務于我國的Argo計劃觀測需求。（青島日報/觀海新聞記者 李勛祥）
責任編輯：王鳳一
