美國(guó)國(guó)家業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃及其對(duì)我們的啟示

高艷波，朱光文，白毅平，劉玉新

（1.國(guó)家海洋技術(shù)中心，天津 300112；2.國(guó)家海洋局南海預(yù)報(bào)中心，廣東 廣州 510300）

美國(guó)國(guó)家業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃及其對(duì)我們的啟示

高艷波1，朱光文1，白毅平2，劉玉新1

（1.國(guó)家海洋技術(shù)中心，天津 300112；2.國(guó)家海洋局南海預(yù)報(bào)中心，廣東 廣州 510300）

海浪是海上生產(chǎn)作業(yè)和軍事活動(dòng)都特別關(guān)注的海洋環(huán)境要素之一，災(zāi)害性海浪會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)作業(yè)和軍事活動(dòng)，并造成重大損失。因此，建立完善的海浪觀測(cè)系統(tǒng),提高災(zāi)害性海浪的預(yù)測(cè)和預(yù)警水平，對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)都有重要意義。文章介紹了美國(guó)國(guó)家業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃，分析了我國(guó)海浪觀測(cè)現(xiàn)狀，并從中得到一些啟示，提出了幾點(diǎn)對(duì)策建議。

海浪觀測(cè)；啟示；對(duì)策建議

海浪對(duì)海上交通運(yùn)輸和生產(chǎn)作業(yè)及軍事活動(dòng)有重大影響，災(zāi)害性海浪對(duì)船舶和油氣平臺(tái)具有破壞作用，提高對(duì)海浪特別是災(zāi)害性海浪的預(yù)報(bào)能力和預(yù)報(bào)水平，對(duì)防災(zāi)和減災(zāi)有重要意義。根據(jù)國(guó)家海洋局公布的《中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》，近些年來(lái)，我國(guó)平均每年因海浪災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到億元以上，死亡上百人。例如，1999年11月發(fā)生在煙臺(tái)附近海域的海浪災(zāi)害導(dǎo)致“大舜”號(hào)沉沒(méi)，造成280人死亡或失蹤；2005年，我國(guó)近海共發(fā)生66起海浪災(zāi)害，死亡、失蹤人數(shù)234人，直接經(jīng)濟(jì)損失1.91億元。因此,學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)海洋國(guó)家波浪觀測(cè)的成功經(jīng)驗(yàn)，建立我國(guó)完善的海浪觀測(cè)系統(tǒng),提高災(zāi)害性海浪的預(yù)警、預(yù)報(bào)能力和水平，提高波浪能的利用效率，對(duì)海上經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)都有重要意義。在美國(guó)，波浪是要重點(diǎn)觀測(cè)的海洋環(huán)境要素之一，排在鹽度、溫度、水深、海平面之后居第五位，2009年3月，NOAA和USACE在綜合海洋觀測(cè)系統(tǒng)（IOOS）框架下和已有工作的基礎(chǔ)上，提出了國(guó)家業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃（National Operational Wave Observation Plan，NOWOP），努力加強(qiáng)對(duì)沿海波浪的觀測(cè)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。本文介紹了該計(jì)劃的要點(diǎn)，并從該計(jì)劃的制訂和實(shí)施及與我國(guó)海浪觀測(cè)能力的對(duì)比分析中，得到一些啟示。

1 美國(guó)國(guó)家業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃[2-4]

1.1 概況

美國(guó)的國(guó)家業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃由美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局（NOAA）和美國(guó)陸軍工程部（USACE）共同提出和合作完成，并得到國(guó)家沿海技術(shù)聯(lián)盟和波浪觀測(cè)共同體的支持。該計(jì)劃的目標(biāo)是，在IOOS框架下建立一個(gè)覆蓋國(guó)家全海域的、準(zhǔn)確而且持久的、高質(zhì)量的海表波浪（含波高、波向）觀測(cè)網(wǎng)，以滿(mǎn)足國(guó)家海洋用戶(hù)共同體對(duì)海浪觀測(cè)和預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的需求。國(guó)家波浪觀測(cè)計(jì)劃的持續(xù)性目標(biāo)是挽救生命、減少成本、確保海上交通安全和優(yōu)化海洋資源。在美國(guó)，海上捕魚(yú)業(yè)人員的平均致死率為0.155%，而全美所有職業(yè)的平均致死率僅為0.004%，在這些致死率中，79%是由天氣原因?qū)е碌?，大約40%是由大浪引起的；USACE的所有海上作業(yè)，要求實(shí)時(shí)的含波向的海浪數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的知識(shí)；海上作業(yè)要求國(guó)家提供近海精確的波浪預(yù)測(cè)信息，而波浪預(yù)測(cè)模型的改進(jìn)在很大程度上又取決于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的精度和數(shù)量。全方位的波浪觀測(cè)是唯一的對(duì)波浪的自然變化、風(fēng)暴氣候及其他氣候變化進(jìn)行定量化研究的途徑，長(zhǎng)期的波浪觀測(cè)數(shù)據(jù)也可以用來(lái)校準(zhǔn)和驗(yàn)證含有波浪要素的氣候模型。準(zhǔn)確的波浪信息還可以提高波浪能的利用效率和降低波浪能電力的成本。因此，NOWOP成為美國(guó)IOOS的重要組成部分。

該計(jì)劃的重點(diǎn)是觀測(cè)風(fēng)生重力波（帶波向），因?yàn)镹OAA目前已有水位（潮汐）觀測(cè)網(wǎng)和海嘯觀測(cè)網(wǎng)。實(shí)施該計(jì)劃的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)、可測(cè)波向的波浪觀測(cè)儀器設(shè)備，這是為創(chuàng)建與深海、大陸架、中陸架、沿岸直接相關(guān)的國(guó)家周界線(xiàn)所需要的，也是波浪預(yù)測(cè)建模和波浪預(yù)報(bào)所需要的。

美國(guó)有海岸線(xiàn)約17 000 n mile，20世紀(jì)90年代初開(kāi)始在資料浮標(biāo)上配置帶波向測(cè)量的波浪傳感器，2005年開(kāi)始又進(jìn)行了擴(kuò)展。原有實(shí)時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)波浪觀測(cè)點(diǎn)181個(gè)，其中帶波向測(cè)量的觀測(cè)點(diǎn)有111個(gè)，這些工作為新計(jì)劃的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。新計(jì)劃實(shí)施后，將在美國(guó)沿海形成一個(gè)覆蓋深水和淺水海域的、更準(zhǔn)確的、帶波向參數(shù)的海浪觀測(cè)網(wǎng)，觀測(cè)站點(diǎn)達(dá)到296個(gè)，比原有觀測(cè)網(wǎng)站點(diǎn)增加了63.5%。該觀測(cè)網(wǎng)包括4個(gè)子網(wǎng)，遵循海浪產(chǎn)生、傳播和變化的規(guī)律，設(shè)置觀測(cè)站點(diǎn)，布放觀測(cè)儀器設(shè)備。該觀測(cè)網(wǎng)預(yù)計(jì)每月能提供20萬(wàn)組以上的波浪觀測(cè)數(shù)據(jù)，比原有波浪觀測(cè)網(wǎng)增加了約35%的數(shù)據(jù)量，將觀測(cè)數(shù)據(jù)與建模相結(jié)合，可以提高海浪預(yù)測(cè)和海浪數(shù)據(jù)應(yīng)用水平。

1.2 觀測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案的基本設(shè)想是將觀測(cè)系統(tǒng)與波浪建模結(jié)合在一起，達(dá)到顯著改善波浪預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的目的。波浪觀測(cè)儀器設(shè)備要符合“前五”的要求，“前五”特性和波向觀測(cè)將不僅提供對(duì)預(yù)測(cè)模型建模工作的檢驗(yàn)，而且將促進(jìn)數(shù)據(jù)融合和技術(shù)消化，提高和擴(kuò)大波浪觀測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量和范圍，并充當(dāng)下一代波浪預(yù)測(cè)模型和基于衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的波浪觀測(cè)的地面實(shí)況。

總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是在全美沿海和五大湖區(qū)建立一個(gè)定點(diǎn)、高質(zhì)量、可持續(xù)、實(shí)時(shí)的波浪觀測(cè)網(wǎng)。該網(wǎng)由4個(gè)子網(wǎng)組成（圖1）：

（1）近海子網(wǎng)（offshore）：這是負(fù)責(zé)觀測(cè)海浪由深海傳入沿海邊界流（如墨西哥灣流）的深海前哨觀測(cè)臺(tái)站網(wǎng)，它能對(duì)風(fēng)暴海浪發(fā)展情況提供早期預(yù)警。

（2）外大陸架子網(wǎng)（outer shelf）：這是沿著大陸坡深水邊緣設(shè)置的波浪觀測(cè)站陣列。

（3）內(nèi)大陸架子網(wǎng)（inner shelf）：布設(shè)在大范圍的大陸架上（特別是大西洋和墨西哥灣沿岸海灣）；另外在沿岸的淺水區(qū)（20～30 m水深）布置觀測(cè)陣列，用來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)大陸架底部的波動(dòng)及風(fēng)生海浪。

（4）沿海子網(wǎng)（Coastal）：這是由項(xiàng)目或本地需求驅(qū)動(dòng)而建立的沿海淺水海浪觀測(cè)陣列，這些觀測(cè)提供具體地點(diǎn)的海浪信息。

這些子網(wǎng)的海浪觀測(cè)站能夠監(jiān)測(cè)從外海產(chǎn)生和演化的海浪，并監(jiān)測(cè)海浪通過(guò)海岸邊流和島嶼、穿越大陸架并最后到達(dá)海灘和港口入口處的變化過(guò)程。

圖1 美國(guó)海浪觀測(cè)計(jì)劃的4個(gè)子網(wǎng)

1.3 波浪觀測(cè)儀器設(shè)備的技術(shù)要求與測(cè)試評(píng)估

2007年3月沿海技術(shù)聯(lián)盟(ACT)主辦了海浪觀測(cè)儀器專(zhuān)題討論會(huì)，將海浪觀測(cè)儀器設(shè)備制造商和海浪數(shù)據(jù)使用者組織在一起，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研討，并達(dá)成了以下共識(shí)：一個(gè)帶波向測(cè)量的海浪觀測(cè)網(wǎng)，其成功與否主要取決于可靠和有效的波浪觀測(cè)儀器設(shè)備（例如傳感器、平臺(tái)）；當(dāng)前缺乏對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在現(xiàn)有條件下的技術(shù)性能的充分而且全面的了解；需要對(duì)波浪觀測(cè)儀器性能進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)試。為此，該觀測(cè)計(jì)劃及其工作組，特別強(qiáng)調(diào)和特別重視波浪觀測(cè)儀器設(shè)備/傳感器的可靠性及其性能測(cè)試和評(píng)估。業(yè)務(wù)化波浪觀測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)測(cè)試與評(píng)估成為該計(jì)劃的基本組成部分，它的重要性等同于新儀器設(shè)備的布放。

為滿(mǎn)足IOOS所有用戶(hù)的要求，國(guó)家波浪觀測(cè)網(wǎng)要準(zhǔn)確提供有方向譜的波浪場(chǎng)的細(xì)節(jié)。因此，海浪觀測(cè)計(jì)劃要求海浪觀測(cè)儀器設(shè)備符合“前五”（First 5）標(biāo)準(zhǔn)，已有的儀器設(shè)備要按要求進(jìn)行性能升級(jí)?！扒拔濉敝傅氖且粋€(gè)特定波浪頻率（或周期）的5個(gè)變量。第1個(gè)變量是波浪能量，它與波高有關(guān)；另外4個(gè)變量規(guī)定為描述該波浪能量方向譜的傅立葉級(jí)數(shù)的系數(shù)。在每個(gè)頻帶上，不僅規(guī)定了波浪的方向，而且規(guī)定了波浪的傳播速度（二次矩）、偏度（三次矩）和峰度（四次矩）。

按照新的業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃建設(shè)的海浪觀測(cè)網(wǎng)，將包括296個(gè)（套）波浪觀測(cè)儀器設(shè)備，其中56個(gè)在近海，60個(gè)在外大陸架，47個(gè)在內(nèi)大陸架，133個(gè)在沿海。在深度小于10 m的海區(qū)，用波浪浮標(biāo)、坐底式測(cè)波儀、電容或電阻式測(cè)波桿觀測(cè)波浪。測(cè)波桿不常用，使用時(shí)安裝在建筑物上，例如近岸或近海平臺(tái)、觀測(cè)塔等。坐底式測(cè)波儀包括壓力式測(cè)波儀、可同時(shí)測(cè)量海流的聲學(xué)測(cè)波儀。所有這些測(cè)波儀器設(shè)備（波浪浮標(biāo)、測(cè)波桿、坐底式測(cè)波儀）都通過(guò)測(cè)量波浪的傳播速度、偏度和峰度來(lái)測(cè)量波向。深度大于10 m的海區(qū)的海浪觀測(cè)平臺(tái)是錨系資料浮標(biāo)，標(biāo)體形狀主要有球形、圓盤(pán)形、多柱形、船型等。觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給國(guó)家資料浮標(biāo)中心（NDBC），經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)后再傳送給國(guó)家氣象局（NWS）在各地的分支機(jī)構(gòu)和全球電信系統(tǒng)（GTS）。

儀器設(shè)備的測(cè)試與評(píng)估在計(jì)劃的第一年開(kāi)始，以確保新的或經(jīng)升級(jí)過(guò)的儀器設(shè)備能夠在購(gòu)買(mǎi)和布放以前就能滿(mǎn)足“前五”性能要求。技術(shù)測(cè)試和評(píng)估由沿海技術(shù)聯(lián)盟負(fù)責(zé)。雖然以前在內(nèi)部已對(duì)平臺(tái)進(jìn)行過(guò)測(cè)試，但傳感器和浮標(biāo)體設(shè)計(jì)的變化、新的觀測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)等都需要進(jìn)行評(píng)估。波向的觀測(cè)可用衛(wèi)星及岸基雷達(dá)遙測(cè)進(jìn)行遠(yuǎn)程估計(jì)，這些觀測(cè)相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)原位觀測(cè)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兡軌蛑苯臃从痴麄€(gè)波浪場(chǎng)的狀況。合成孔徑雷達(dá)（SAR）和先進(jìn)合成孔徑雷達(dá)（ASAR）能夠在任何天氣情況下對(duì)海洋表面進(jìn)行24 h觀測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)管理、標(biāo)準(zhǔn)及存儲(chǔ)

國(guó)家海浪觀測(cè)計(jì)劃的一個(gè)至關(guān)重要的組成部分，是觀測(cè)數(shù)據(jù)的傳送和協(xié)助將元數(shù)據(jù)從傳感器傳送到用戶(hù)。主要數(shù)據(jù)流都通過(guò)綜合海洋觀測(cè)系統(tǒng)（IOOS）的數(shù)據(jù)檔案中心（DAC）匯總。國(guó)家資料浮標(biāo)中心（NDBC）將提供必要的數(shù)據(jù)匯總并及時(shí)地將接收到的海浪數(shù)據(jù)傳送到國(guó)家氣象局（NWS）和全球電信系統(tǒng)（GTS），以支持全美和地區(qū)性的海浪預(yù)報(bào)和預(yù)警業(yè)務(wù)。NDBC也將數(shù)據(jù)傳送給其他海浪數(shù)據(jù)使用者及公眾。

該計(jì)劃的基本目標(biāo)是IOOS數(shù)據(jù)集成框架（DIF）元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式的使用。它要求IOOS和數(shù)據(jù)檔案中心（DAC）提供的數(shù)據(jù)不僅能夠滿(mǎn)足當(dāng)前需求，而且能滿(mǎn)足歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求。目前，NOAA的IOOS計(jì)劃采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIF格式。使用聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)（FGDC）的元數(shù)據(jù)和受控詞匯識(shí)別，將使得海浪數(shù)據(jù)很容易通過(guò)開(kāi)放數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)方法找到。NOAA的IOOS計(jì)劃與全美的數(shù)據(jù)提供者和11個(gè)地方性協(xié)會(huì)合作，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)內(nèi)容的格式。NOAA數(shù)據(jù)中心通過(guò)多種標(biāo)準(zhǔn)格式增加數(shù)據(jù)的可獲取性。

許多海浪數(shù)據(jù)使用者需要長(zhǎng)期的波浪記錄數(shù)據(jù)（例如，研究海浪與氣候變化的關(guān)系，研究極端風(fēng)暴條件，評(píng)估改進(jìn)的海浪模型等），為此，國(guó)家海浪觀測(cè)計(jì)劃制定了存儲(chǔ)海浪觀測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)則。存檔任務(wù)在實(shí)施計(jì)劃中詳細(xì)規(guī)定，并與美國(guó)國(guó)家海洋數(shù)據(jù)中心（NODC）和美國(guó)國(guó)家氣候數(shù)據(jù)中心（NCDC）保持協(xié)調(diào)一致。

2 我國(guó)的海浪觀測(cè)

我國(guó)的海浪觀測(cè)有較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，但受波浪數(shù)據(jù)需求、觀測(cè)儀器設(shè)備質(zhì)量、觀測(cè)系統(tǒng)管理體制、管理水平及經(jīng)費(fèi)等因素的制約，目前還沒(méi)有形成有效的波浪觀測(cè)網(wǎng)。

2.1 歷史和現(xiàn)狀

我國(guó)的沿海海浪觀測(cè)始于1953年，海軍航保部首先在黃海小麥島海浪觀測(cè)站開(kāi)始使用測(cè)波桿和羅盤(pán)，觀測(cè)波高和周期、波形、波向。1955年開(kāi)始使用進(jìn)口的“伊凡諾夫”岸用光學(xué)測(cè)波儀。從20世紀(jì)60年代中期以來(lái)，國(guó)內(nèi)先后開(kāi)發(fā)了座底式聲學(xué)測(cè)波儀、岸用光學(xué)測(cè)波儀、重力（加速度）測(cè)波儀、船用測(cè)波儀等波浪觀測(cè)儀器設(shè)備，并將重力測(cè)波儀應(yīng)用于錨系資料浮標(biāo)上，組成多參數(shù)的水文氣象錨系資料浮標(biāo)。1986年從英國(guó)MAREX公司引進(jìn)了8套DS14型3 m直徑圓盤(pán)形浮標(biāo)，結(jié)合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的直徑10 m的錨系資料浮標(biāo)，開(kāi)始建設(shè)我國(guó)的海洋水文氣象觀測(cè)浮標(biāo)網(wǎng)，觀測(cè)風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、氣溫、濕度、水溫、流向、流速、波高、波周期等環(huán)境參數(shù)。直到20世紀(jì)90年代末期，我國(guó)沿海淺水區(qū)海浪觀測(cè)主要采用岸用光學(xué)測(cè)波儀、聲學(xué)測(cè)波儀、重力測(cè)波儀（從荷蘭進(jìn)口的波浪騎士浮標(biāo)），深水區(qū)采用錨系資料浮標(biāo)觀測(cè)波浪參數(shù)。在衛(wèi)星遙感應(yīng)用方面，開(kāi)展了合成孔徑雷達(dá)（SAR）和雙天線(xiàn)合成孔徑雷達(dá)（INSAR）在海浪成像機(jī)理、理論模型、波向探測(cè)等方面的應(yīng)用研究，并取得了很好的成果。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)先后改進(jìn)或發(fā)展了幾種波浪觀測(cè)儀器設(shè)備。研制和生產(chǎn)了帶波向要素的波浪觀測(cè)浮標(biāo)；進(jìn)一步改進(jìn)了直徑3 m的中型和直徑10 m的大型錨系水文氣象資料浮標(biāo)，用海事通訊衛(wèi)星和北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星進(jìn)行浮標(biāo)定位和數(shù)據(jù)通訊，提高了觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲得率，波浪是其中的主要觀測(cè)參數(shù)；進(jìn)口的X波段雷達(dá)也試驗(yàn)性的應(yīng)用于岸基波浪觀測(cè)，國(guó)內(nèi)研制和生產(chǎn)的Osmar中程高頻地波雷達(dá)也被試驗(yàn)性的應(yīng)用于海表動(dòng)力環(huán)境觀測(cè)。

目前，全國(guó)的海洋水文氣象觀測(cè)站數(shù)量沒(méi)有確切的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，國(guó)家海洋局系統(tǒng)有107個(gè)海洋水文氣象自動(dòng)觀測(cè)站（含與地方共建的觀測(cè)站），其中有約30%的海洋站點(diǎn)配備了重力測(cè)波浮標(biāo)或聲學(xué)測(cè)波儀，深水區(qū)有20個(gè)錨系資料浮標(biāo)站，其中15個(gè)大型浮標(biāo)站、4個(gè)中型浮標(biāo)站、1個(gè)深海錨系海嘯波觀測(cè)浮標(biāo)站，實(shí)有浮標(biāo)33套。有12個(gè)岸基雷達(dá)站，其中有兩套德國(guó)進(jìn)口的WaMoSII型X波段雷達(dá)用于波浪觀測(cè)。

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)大致有55個(gè)波浪觀測(cè)站。近年來(lái)，因人為因素或技術(shù)故障，沿岸淺水區(qū)測(cè)波儀幾乎全部停用，目前實(shí)際上只有20個(gè)左右波浪觀測(cè)站在有效運(yùn)行，主要是錨系資料浮標(biāo)觀測(cè)獲得的深水域波浪數(shù)據(jù)，長(zhǎng)時(shí)間序列的連續(xù)近岸淺水域波浪觀測(cè)數(shù)據(jù)近乎為零。因受淺海地形等因素的影響，在淺水域應(yīng)用X波段雷達(dá)的有效性還有待試驗(yàn)研究。

2.2 波浪觀測(cè)儀器設(shè)備

目前，近岸區(qū)海洋站所用的測(cè)波儀器設(shè)備主要是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的SZF型波浪浮標(biāo)和座底式SBA3-2型聲學(xué)測(cè)波儀。SZF型波浪浮標(biāo)屬于重力測(cè)波，內(nèi)有加速度計(jì)和傾斜傳感器，可測(cè)量波高、波周期和波向，具體指標(biāo)見(jiàn)表1。聲學(xué)測(cè)波儀只能測(cè)波高和波周期，不能測(cè)波向。深水區(qū)主要用錨系資料浮標(biāo)觀測(cè)波浪。國(guó)內(nèi)曾研制過(guò)聲學(xué)多普勒技術(shù)測(cè)波和GPS技術(shù)測(cè)波，但都沒(méi)有取得最終可實(shí)用的成果。曾進(jìn)口和使用過(guò)荷蘭的波浪騎士測(cè)波浮標(biāo)，因經(jīng)費(fèi)和安全等方面的原因沒(méi)有批量應(yīng)用。深水區(qū)都使用錨系資料浮標(biāo)，包括直徑3 m和直徑10 m的資料浮標(biāo)。

2.3 海浪觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用與管理

海浪觀測(cè)數(shù)據(jù)支持了海浪預(yù)報(bào)，支持了海浪預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)模型的研究和開(kāi)發(fā)，支持了海洋環(huán)境信息庫(kù)的建設(shè)和應(yīng)用。

表1 SZF型海浪浮標(biāo)技術(shù)指標(biāo)

海浪預(yù)報(bào)方法有基于觀測(cè)資料的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法、半經(jīng)驗(yàn)半理論方法、數(shù)值預(yù)報(bào)方法。國(guó)內(nèi)先后研究和開(kāi)發(fā)出譜模式淺水海浪數(shù)值預(yù)報(bào)模式（WENM）、西北太平洋海域（10°N～45°N，105°E～155°E）和我國(guó)近海（長(zhǎng)江口、北部灣、渤海）海域深、淺水業(yè)務(wù)化海浪數(shù)值預(yù)報(bào)模式，其水平空間分辨率分別為 0.5°×0.5°和 1/30°×1/30°。通過(guò)引進(jìn)國(guó)外 SWAN海浪模式，結(jié)合我國(guó)海浪數(shù)值化預(yù)報(bào)系統(tǒng)的工作經(jīng)驗(yàn)，建立了全球海浪數(shù)值預(yù)報(bào)模式，實(shí)現(xiàn)了在高性能計(jì)算機(jī)上自動(dòng)運(yùn)行。從2006年10月起開(kāi)展了全球海浪準(zhǔn)業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報(bào)，水平空間分辨率為1°×1°，預(yù)報(bào)時(shí)效為72 h，從而使我國(guó)海浪預(yù)報(bào)范圍由近海和西北太平洋擴(kuò)大到全球，成為繼美國(guó)、日本、歐洲中心等海洋預(yù)報(bào)發(fā)達(dá)國(guó)家和國(guó)際組織之后，世界上少數(shù)幾個(gè)可以發(fā)布全球海浪數(shù)值預(yù)報(bào)的國(guó)家之一，基本滿(mǎn)足遠(yuǎn)洋活動(dòng)對(duì)全球海浪預(yù)報(bào)的要求。

我國(guó)已逐步建設(shè)和完善了“中國(guó)海洋信息網(wǎng)”?！昂Ｑ蟓h(huán)境與災(zāi)害子系統(tǒng)”集海洋環(huán)境與災(zāi)害數(shù)據(jù)的收集和傳輸、數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品制作和應(yīng)用服務(wù)為一體，實(shí)現(xiàn)了包括海洋環(huán)境資料、資料出版物、海洋數(shù)據(jù)庫(kù)、臺(tái)站資料及統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品、海洋環(huán)境圖集等的海洋環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，例如，每日發(fā)布海浪信息，提供海洋波浪海洋環(huán)境可視化信息產(chǎn)品等。

近海海浪資料數(shù)據(jù)庫(kù)，是將每日08時(shí)的海浪數(shù)據(jù)資料，應(yīng)用逐步訂正法插值到近海網(wǎng)格點(diǎn)上 (1°×1°)，采用ORA CLE6.0版管理系統(tǒng)，建立的中國(guó)近海多海區(qū)(6個(gè))、多站位(最多151個(gè)站)的海浪數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣不僅可以彌補(bǔ)海上資料的不足，還可以為整理統(tǒng)計(jì)海浪歷史資料，計(jì)算獲得多種波浪信息產(chǎn)品，例如，各海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)、緯度網(wǎng)格點(diǎn)上的海浪重現(xiàn)期，波高 H≥3 m，4 m，6 m，9 m海浪旬、月、年出現(xiàn)天數(shù)，旬、月、年平均波高和最大波高等。

目前，通過(guò)海洋數(shù)據(jù)共享門(mén)戶(hù)網(wǎng)站（http：//mds.coi.gov.cn），已實(shí)現(xiàn)了海洋資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、災(zāi)害及海洋基礎(chǔ)地理等信息的網(wǎng)上共享發(fā)布服務(wù)。

3 啟示和對(duì)策建議

從以上美國(guó)國(guó)家海浪觀測(cè)計(jì)劃介紹和我國(guó)海浪觀測(cè)現(xiàn)狀的分析中，我們得到一些啟示，并提出幾點(diǎn)對(duì)策建議。

（1）需求是第一位的

波浪觀測(cè)網(wǎng)，特別是帶波向的波浪觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)，首先要從滿(mǎn)足用戶(hù)需求出發(fā)。減少海洋商業(yè)捕魚(yú)人員的死亡率、提高海上工程的作業(yè)效率、提高海洋工程設(shè)施的安全性、改進(jìn)氣候預(yù)測(cè)模型和提高氣候預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)水平、提高海上軍事活動(dòng)和海上交通運(yùn)輸?shù)陌踩?、減少沿岸區(qū)在災(zāi)害性海浪中的人員和財(cái)產(chǎn)損失、提高波浪能開(kāi)發(fā)利用的效率、等等，都是用戶(hù)的潛在或明確的需求。但要把這些需求變?yōu)闈M(mǎn)足需求的行動(dòng)，要有相應(yīng)和高效的平臺(tái)。美國(guó)有波浪信息用戶(hù)共同體，所以容易征集波浪數(shù)據(jù)用戶(hù)的需求，形成統(tǒng)一的意見(jiàn)，推動(dòng)波浪觀測(cè)計(jì)劃的制訂和組織實(shí)施。因此，要推動(dòng)我國(guó)海浪觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)，除了政府的努力外，還應(yīng)有相應(yīng)的類(lèi)似波浪數(shù)據(jù)用戶(hù)共同體等民間機(jī)構(gòu)來(lái)協(xié)助和推動(dòng)國(guó)家波浪觀測(cè)計(jì)劃的制訂。

（2）重視波浪觀測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)和管理

美國(guó)業(yè)務(wù)化波浪觀測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)和觀測(cè)儀器的使用，首先是滿(mǎn)足國(guó)家、地方、企事業(yè)機(jī)構(gòu)等各方面用戶(hù)的需求。該觀測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)不僅增加了觀測(cè)站位，而且能觀測(cè)波向，并且從近海，經(jīng)外大陸架和內(nèi)大陸架，再到沿岸區(qū)，共設(shè)置了4個(gè)子網(wǎng)，形成了陣列，能觀測(cè)到從深海區(qū)發(fā)生的經(jīng)大陸架傳播到沿岸淺水區(qū)的風(fēng)生浪的發(fā)展變化全過(guò)程。同時(shí)，為波浪觀測(cè)儀器規(guī)定了“前五”標(biāo)準(zhǔn)，以便對(duì)波浪觀測(cè)儀器設(shè)備進(jìn)行升級(jí)和測(cè)評(píng)，并且根據(jù)海區(qū)的水深和特點(diǎn)配備觀測(cè)儀器設(shè)備。在觀測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，沿海技術(shù)聯(lián)盟（ACT）發(fā)揮了重要作用。

（3）使用可靠和合適的觀測(cè)儀器設(shè)備

美國(guó)的業(yè)務(wù)化波浪觀測(cè)網(wǎng)并沒(méi)有使用特殊的儀器設(shè)備，10 m水深以下海域，根據(jù)離岸距離和水深，使用常規(guī)的波浪浮標(biāo)（如Waverider）、座底式聲學(xué)測(cè)波儀和聲學(xué)多普勒測(cè)波儀、壓力式測(cè)波儀，而在沿岸淺水區(qū)甚至還使用了測(cè)波桿，10m以上水深海域使用錨系資料浮標(biāo)。德國(guó)產(chǎn)的X波段雷達(dá)WaMoSII并沒(méi)有被使用，因?yàn)?007年WaMoS II在美國(guó)示范使用時(shí)并不成功，沒(méi)有通過(guò)測(cè)評(píng)。因此，波浪觀測(cè)網(wǎng)使用的觀測(cè)儀器設(shè)備重在可靠和適用，不在其先進(jìn)。應(yīng)用星載合成孔徑雷達(dá)可以得到有波向的波浪場(chǎng)，但它目前還不是業(yè)務(wù)化的海浪觀測(cè)計(jì)劃中的波浪觀測(cè)手段。將來(lái)動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星會(huì)成為業(yè)務(wù)化海洋觀測(cè)的重要手段，但它仍然需要準(zhǔn)確、可靠的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)提供地面真實(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)為其校準(zhǔn)服務(wù)，目前它只用于現(xiàn)場(chǎng)波向儀器觀測(cè)的校驗(yàn)手段。

（4）重視觀測(cè)儀器設(shè)備的評(píng)估和管理

美國(guó)有沿海技術(shù)聯(lián)盟（ACT），把與沿海技術(shù)相關(guān)的管理者、技術(shù)專(zhuān)家、儀器設(shè)備制造商、數(shù)據(jù)使用者、數(shù)據(jù)管理者組織在一起，研究和評(píng)估相關(guān)的技術(shù)和裝備，組織檢測(cè)、試驗(yàn)和評(píng)估，確保了觀測(cè)儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)的質(zhì)量。X波段雷達(dá)在美國(guó)沿海示范使用時(shí)不成功，因此他們就不使用X波段雷達(dá)。美國(guó)原有海浪觀測(cè)站點(diǎn)181個(gè)，按現(xiàn)計(jì)劃建設(shè)的海浪觀測(cè)網(wǎng)觀測(cè)站點(diǎn)將達(dá)到296個(gè)，可見(jiàn)美國(guó)對(duì)波浪觀測(cè)的重視，而且該觀測(cè)網(wǎng)是在國(guó)家綜合海洋觀測(cè)系統(tǒng)（IOOS）框架下建設(shè)的，因此，觀測(cè)數(shù)據(jù)能滿(mǎn)足國(guó)家、地方、部門(mén)、企事業(yè)的需要，能達(dá)到最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

從這些啟示中我們對(duì)我國(guó)海浪觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行提出如下對(duì)策建議：

（1）制定國(guó)家海浪觀測(cè)規(guī)劃（計(jì)劃）

我國(guó)波浪觀測(cè)站位少，而且近岸淺水區(qū)觀測(cè)站位因儀器可靠性和安全性差而近乎沒(méi)有連續(xù)的時(shí)序觀測(cè)數(shù)據(jù)，這對(duì)海洋管理、海上經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)都十分不利。鑒于波浪觀測(cè)數(shù)據(jù)的重要性，建議制訂國(guó)家海浪觀測(cè)規(guī)劃（計(jì)劃），科學(xué)設(shè)計(jì)觀測(cè)站網(wǎng)，科學(xué)應(yīng)用觀測(cè)儀器設(shè)備，推動(dòng)海浪觀測(cè)事業(yè)的發(fā)展。

（2）強(qiáng)化海浪觀測(cè)儀器設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。海浪觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和業(yè)務(wù)化運(yùn)行，其關(guān)鍵是可靠、適用、經(jīng)濟(jì)的海浪觀測(cè)儀器設(shè)備。國(guó)內(nèi)在用的波浪觀測(cè)儀器設(shè)備主要是錨系資料浮標(biāo)、重力測(cè)波浮標(biāo)和座底式聲學(xué)測(cè)波儀，除了錨系資料浮標(biāo)外，其它幾種儀器的可靠性不是太好。也研究過(guò)GPS測(cè)波浮標(biāo)技術(shù)、座底式聲學(xué)多普勒測(cè)波技術(shù)、壓力式測(cè)波技術(shù)，并且在海床基自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用了壓力式測(cè)波儀，但因種種原因這些技術(shù)都沒(méi)有得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。因此，要強(qiáng)化國(guó)內(nèi)海浪觀測(cè)儀器設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，支持業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)。要依靠國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備來(lái)建設(shè)和維持觀測(cè)網(wǎng)，否則海浪觀測(cè)網(wǎng)難以持續(xù)。

（3）重視波浪觀測(cè)儀器設(shè)備的應(yīng)用與管理

除了強(qiáng)化海浪觀測(cè)儀器設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)以外，要維持觀測(cè)網(wǎng)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，還需要重視海浪觀測(cè)儀器設(shè)備的應(yīng)用與管理。美國(guó)業(yè)務(wù)化海浪觀測(cè)計(jì)劃特別重視觀測(cè)儀器的應(yīng)用與管理，所有觀測(cè)儀器都經(jīng)過(guò)測(cè)試和評(píng)估，儀器的適用性和可靠性是擺在首位的。沿岸淺水區(qū)甚至使用了測(cè)波桿，因?yàn)樗涯軡M(mǎn)足當(dāng)?shù)赜脩?hù)的需要；而X波段雷達(dá)雖技術(shù)先進(jìn)，但沒(méi)有被采用，因?yàn)樵谠囉脮r(shí)效果不好。日本有69個(gè)波浪觀測(cè)站，使用常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)儀器設(shè)備，其中水深在20～50 m的近岸區(qū)應(yīng)用聲學(xué)多普勒測(cè)波儀、超聲測(cè)波儀、壓力式測(cè)波儀；水深在100～300 m的離岸10～20 km的深水區(qū)使用GPS測(cè)波儀，沒(méi)有使用X波段雷達(dá)，而且超聲測(cè)波儀用得很好，因?yàn)橹匾暅y(cè)波儀水下安裝平臺(tái)的建設(shè)。有消息報(bào)導(dǎo)，我國(guó)在“十二五”期間將建設(shè)60個(gè)以上X波段雷達(dá)和中程地波雷達(dá)站，觀測(cè)波浪和海流。筆者認(rèn)為，美國(guó)和日本的經(jīng)驗(yàn)值得重視，在沒(méi)有充分試驗(yàn)驗(yàn)證和評(píng)估的情況下，不宜在岸基臺(tái)站大量使用岸基X波段雷達(dá)測(cè)波浪，否則可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）盡快建立海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)共享機(jī)制。海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的共享和社會(huì)化服務(wù)，是推動(dòng)海洋觀測(cè)網(wǎng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的動(dòng)力。美國(guó)有海洋數(shù)據(jù)用戶(hù)共同體，能及時(shí)獲得相關(guān)資料或數(shù)據(jù)，能對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及時(shí)反饋意見(jiàn)和建議；日本有69個(gè)海浪觀測(cè)站，其中有66個(gè)站位的波浪數(shù)據(jù)進(jìn)入專(zhuān)題因特網(wǎng)站為公眾服務(wù)。我國(guó)也應(yīng)建立相應(yīng)的機(jī)制，推動(dòng)海洋觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和數(shù)據(jù)共享。

[1] 國(guó)家海洋局.中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)［M/OL］.北京：國(guó)家海洋局，2010［2010-05-30］.http：//www.coi.gov.cn/hygb/index.html.

[2]NOAA.ANational Operational Wave Observation Plan，et al.2010［2010-05-30］.http：//ioos.gov/library/wave_plan_final_03122009.pdf.

[3]Willis,Zdenka,Jensen,et al.First National Operational Wave Observation Plan.2010［2010-05-30］.http：//findarticles.com/p/articles/mi_qa5367/is_200905/ai_n32127698/.

[4]唐欽能,編譯.王金平,校對(duì).美國(guó)國(guó)家海浪觀測(cè)計(jì)劃.科學(xué)研究動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)快報(bào).蘭州：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家科學(xué)圖書(shū)館蘭州分館，2010（2）：1-8.

National Operational Wave Observation Plan of U.S.and Its Enlightenment to China

GAO Yan-bo1,ZHU Guang-wen1,BAI Yi-ping2,LIU Yu-xin1
(1.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China;2.South China Sea Marine Prediction Center,State Ocean Administration,Guangzhou Guangdong 510300,China)

The wave is one of particularly concerned ocean environmental elements for offshore operations and military activities,which can result in significant loss of life and property.Therefore,the establishment of a wave observation system and improvement of forecasting and warning level of wave has great significance to military activities and marine economy.National Operational Wave Observation Plan of US is introduced and the status of China’s wave observation is analyzed and some suggestions are put forward.

wave observation;enlightenment;suggestions

P71

C

1003-2029（2011）04-0118-05

2011-05-20

高艷波（1965-），女，碩士，高工，主要從事海洋技術(shù)戰(zhàn)略研究。Email：notcgao@163.com