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(yōu)勢，僅僅依靠岸基指令就可以在海洋中實現(xiàn)自主沉浮、連續(xù)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(fā)上起步較晚、發(fā)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(fā)Argo浮標的涉海高校、院所有6家左右，其中，青島的研發(fā)力量占到了一半以上，極大推動了國產Argo浮標從近海到深海的發(fā)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(tǒng)稱為“自持式剖面浮標”），其研發(fā)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(wèi)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(shù)據(jù)量比過去100年通過船載現(xiàn)場考察獲取的總數(shù)據(jù)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(fā)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(jù)了解，國內研發(fā)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(qū)）、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(xiàn)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(wèi)星，各國布放的Argo 浮標獲取的觀測數(shù)據(jù)由位于世界各地的NOAA 衛(wèi)星地面站統(tǒng)一接收，隨后將浮標數(shù)據(jù)傳送至位于美國和法國的數(shù)據(jù)處理中心，經集中處理后再發(fā)送至最終用戶。”據(jù)青島海山相關負責人介紹，青島海山研發(fā)的國產HM2000型Argo浮標可以根據(jù)北斗和銥星進行定位和數(shù)據(jù)傳輸，隨著該型號被Argo組織認可，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(tǒng)。
青島牽頭研發(fā)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?shù)倪^程，亟待深入研究。”據(jù)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(fā)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(fā)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(shù)級的增長。如何在高壓的條件下精確地進行浮力調節(jié)，成為深海Argo浮標研發(fā)的重點。換句話說，浮力驅動系統(tǒng)是深海Argo浮標研發(fā)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(shù)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(tài)，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(lián)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(qū)）四家單位，共同參與和開創(chuàng)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(jié)系統(tǒng)改變外部的油囊，通過改變排水體積，實現(xiàn)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(tǒng)，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(fā)展和改進，目前“浮星4000”已經發(fā)展到第三代。在能耗方面，只有第二代浮標的1%；在穩(wěn)定性及可靠性上，也獲得了大幅度提升。
據(jù)介紹，這離不開天津大學青島海洋技術研究院聯(lián)合海洋試點國家實驗室在國內首創(chuàng)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(shù)，讓“浮星4000”在實驗室里就可以模擬真實環(huán)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(xiàn)產業(yè)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(xiàn)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(xiàn)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
