國(guó)際海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及現(xiàn)狀

李德威,丁忠軍,景春雷,史先鵬,楊雷,李寶鋼

(1.國(guó)家深?；毓芾碇行?青島 266237;2.哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院 哈爾濱 150001)

海洋覆蓋地球表面積70.8%的區(qū)域,對(duì)地球環(huán)境有著非常廣泛的影響[1-2],了解海洋及其內(nèi)部的物理、生物、化學(xué)和地質(zhì)系統(tǒng)是人類研究、探索海洋,開發(fā)和利用海底資源并最終認(rèn)知地球、預(yù)測(cè)地球發(fā)展的重要基礎(chǔ),同時(shí)也是全球經(jīng)濟(jì)越來(lái)越依靠海洋的必然選擇[3-4]。

海底觀測(cè)系統(tǒng)作為探索和研究海洋的最重要手段之一,通過對(duì)海洋乃至海底的動(dòng)力參數(shù)、構(gòu)造參數(shù)和溫鹽深、溶解氧等物理、化學(xué)和生物量一系列觀測(cè),為研究高緯度深海對(duì)流、海底地震、熱液口地區(qū)的熱液活動(dòng)和生物量變化等多種多樣的、相互關(guān)聯(lián)的過程提供新的機(jī)會(huì)。同時(shí),也在海底生物資源、礦產(chǎn)資源勘探和記錄人類活動(dòng)給海洋帶來(lái)的影響等方面有著不可替代的作用。

1 海底觀測(cè)系統(tǒng)在科學(xué)中的應(yīng)用

了解海洋和地球需要在變化發(fā)生時(shí)記錄和調(diào)查整個(gè)過程,海底觀測(cè)站的出現(xiàn)為某個(gè)位置長(zhǎng)時(shí)間序列多種可變參數(shù)的采集提供了可能,而這種長(zhǎng)期的、多學(xué)科的數(shù)據(jù)集為改變傳統(tǒng)方法,給研究地球物理、物理海洋和海洋生物等科學(xué)問題帶來(lái)了極大的推動(dòng)力[5-7]。如:地球結(jié)構(gòu)和大洋巖石圈動(dòng)力學(xué)、海岸動(dòng)力學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)、紊流混合和生物物理的相互作用、海洋地殼的流體和生命、海洋、氣候和生物地球化學(xué)循環(huán)等。

2 海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程

從1960年安裝用于核爆炸和定位的地震觀測(cè)站開始,伴隨著海洋對(duì)板塊構(gòu)造起關(guān)鍵作用這一理論被現(xiàn)代海洋學(xué)廣泛的接受,以及1970年開始的微電子和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展,地震學(xué)逐漸成為地球物理學(xué)的一個(gè)重要分支。也是從那時(shí)開始,通過建立海底觀測(cè)站、觀測(cè)鏈和觀測(cè)網(wǎng),世界上各個(gè)國(guó)家開始海洋地球科學(xué)的探測(cè)和研究。幾十年來(lái),海底觀測(cè)這一方式已經(jīng)被應(yīng)用于除地震監(jiān)測(cè)之外的熱液現(xiàn)象、海嘯預(yù)報(bào)、海洋環(huán)境變化、全球氣候、地球動(dòng)力學(xué)等科學(xué)研究和監(jiān)測(cè)。

2.1 美國(guó)

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)在過去幾十年里資助了許多利用新型接駁技術(shù)和光纖電纜通信協(xié)議的試驗(yàn)性小型海底觀測(cè)站,并且通過這些觀測(cè)站發(fā)展了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)。

1996年,長(zhǎng)期環(huán)境觀測(cè)站(LEO-15)率先推出海底接駁盒的概念,主要目標(biāo)是通過發(fā)展實(shí)時(shí)能力用于近海的快速環(huán)境評(píng)估和物理學(xué)/生物學(xué)預(yù)測(cè)[8]。隨后相繼建設(shè)了:蒙特利灣海底地震試驗(yàn)網(wǎng)MOISE,通過在圣安地列斯斷層西側(cè)安裝和布放地球物理學(xué)和海洋學(xué)的儀器設(shè)備來(lái)推進(jìn)全球海底觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展[9];夏威夷海底火山觀測(cè)網(wǎng)HUGO,是世界上第一個(gè)海底火山觀測(cè)網(wǎng)絡(luò),主要用于監(jiān)測(cè)地震、火山噴發(fā)和其他海底地質(zhì)活動(dòng);夏威夷-2觀測(cè)站(H2O),是世界上第一個(gè)海底地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);Ne MO,該觀測(cè)鏈位于距離美國(guó)俄勒岡州海岸402 km,海面下方1 520 m處的Axial火山,并且將成為“海王星”海底觀測(cè)網(wǎng)的一部分;馬薩葡萄園島海岸帶觀測(cè)網(wǎng)MVCO是在馬撒葡萄園島南岸建造的用于監(jiān)測(cè)沿岸大氣和海洋狀況的沿岸觀測(cè)系統(tǒng);蒙特利海底寬帶觀測(cè)站(MOBB)通過持續(xù)遙測(cè)連接到岸臺(tái),使MOBB成為伯克利數(shù)字地震網(wǎng)絡(luò)(BDSN)的一部分,促成北加州實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。以上觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)為海底觀測(cè)計(jì)劃(OOI)的提出和實(shí)施奠定了重要的基礎(chǔ)。

2.2 日本

日本從1970年開始進(jìn)行基于海底電纜的地震監(jiān)測(cè),1996年地震研究推進(jìn)總部建議在5個(gè)海域安裝基于海底電纜的地震觀測(cè)系統(tǒng)以加強(qiáng)地震監(jiān)測(cè)。目前為止,已經(jīng)有8條科學(xué)海底電纜[10],其中2條歸日本氣象廳(JMA)、2條歸東京大學(xué)地震研究學(xué)院(ERI)、1條歸地球科學(xué)和災(zāi)害預(yù)防國(guó)家研究所(NIED)、3條歸日本海洋科學(xué)技術(shù)中心(JAMSTEC)。

2003年日本提出了新型實(shí)時(shí)海底監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(ARENA)方案[11],在日本周邊部署光纖電纜,并將8條科學(xué)海底電纜也包括在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中。ARENA的主體結(jié)構(gòu)將基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接海底觀測(cè)站和地面電臺(tái),全面運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)將裝備320個(gè)觀測(cè)節(jié)點(diǎn),總電纜長(zhǎng)度達(dá)到16 000 km。此外,日本還分別于1997年和1999年利用2條退役的日本-美國(guó)海底電纜TPC-1、TPC-2實(shí)施了GEO-TOC和VENUS項(xiàng)目[12]。1996—2002年,日本教育部、科技部、體育部和文化部創(chuàng)新科學(xué)基金資助的海洋半球網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(OHP),通過觀測(cè)站網(wǎng)絡(luò)來(lái)研究和建立全新的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力的概念[13]。

2.3 歐洲

歐盟從20世紀(jì)90年代初期開始進(jìn)行相關(guān)的可行性研究,目的在于確認(rèn)發(fā)展海底觀測(cè)的科學(xué)需要和技術(shù)可行性。1995年開始,通過歐洲研究框架計(jì)劃(FP計(jì)劃)資助了一系列不同規(guī)模的項(xiàng)目來(lái)發(fā)展海底觀測(cè)系統(tǒng)。

地球物理學(xué)和海洋學(xué)深海研究站(GEOSTAR)項(xiàng)目的目的是發(fā)展和測(cè)試在真正的深海環(huán)境下用于長(zhǎng)期(1年)多學(xué)科綜合監(jiān)測(cè)的單框架海底自治觀測(cè)站性能,1998年在拉文納東部40 km處42 m深的亞德里亞海部署了第一個(gè)示范性任務(wù),通過440個(gè)小時(shí)持續(xù)運(yùn)行,證實(shí)了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。2000—2001年在第勒尼安海南部2 000 m深的區(qū)域完成了第一個(gè)長(zhǎng)期深海觀測(cè)任務(wù)。

中微子地中海觀測(cè)站-海底網(wǎng)絡(luò)1(NEMOSN1)是第一個(gè)基于GEOSTAR技術(shù)的地震和海洋學(xué)測(cè)量綜合學(xué)科的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)是歐洲第一個(gè)實(shí)時(shí)海底網(wǎng)絡(luò),也是ESONET和EMSO項(xiàng)目中第一個(gè)運(yùn)行的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

長(zhǎng)期海床地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)傳感器陣列(ASSEM)是為了在最大1 km2的海床區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)巖土工程、大地測(cè)量和化學(xué)參數(shù)而發(fā)展的海底網(wǎng)絡(luò)。2004年節(jié)點(diǎn)分別布置在科林斯(Corinth)灣、佩特雷(Patras)灣和芬尼峽(Finneridfjord)灣,同時(shí)在Patras灣42 m深的地方布放了用于持續(xù)和長(zhǎng)期測(cè)量海底邊界層海水中氣體濃度的氣體監(jiān)測(cè)模塊。

海洋研究綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)-地球物理學(xué)和海洋學(xué)深海研究站-3(ORION-GEOSTAR-3)是在地球物理學(xué)和海洋學(xué)深海研究站(GEOSTAR)項(xiàng)目成果的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展的海底網(wǎng)絡(luò),在項(xiàng)目的支持下,GEOSTAR海底觀測(cè)站、表面浮標(biāo)和水下科學(xué)移動(dòng)基站都進(jìn)行了升級(jí),并且增加了能夠通過聲學(xué)設(shè)備與海底觀測(cè)站通信的新觀測(cè)點(diǎn)(SN3、SN4),該項(xiàng)目的結(jié)果是開辟了用于安全和相對(duì)節(jié)省成本管理海底觀測(cè)站的新視角,以及提高在海底邊界層進(jìn)程認(rèn)識(shí)綜合方法上的可能性。

歐洲站點(diǎn)(EuroSITES)該網(wǎng)絡(luò)于2008年4月正式啟動(dòng),目的是整合和增強(qiáng)歐洲附近9個(gè)已有的進(jìn)行多學(xué)科研究及物理、生物地球化學(xué)和地質(zhì)各種變量原位觀測(cè)的深海觀測(cè)站。該網(wǎng)絡(luò)是海洋站點(diǎn)(oceanSITES)深海觀測(cè)站國(guó)際網(wǎng)絡(luò)歐洲組成部分,并最終為全球綜合地球觀測(cè)系統(tǒng)(GEOSS)提供原位實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。

3 海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的最近進(jìn)展

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),隨著無(wú)人遙控潛水器(ROV)、無(wú)人無(wú)纜潛水器(AUV)、通信、能源和傳感器等技術(shù)的快速發(fā)展,海底觀測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)際海洋領(lǐng)域的又一個(gè)研究熱點(diǎn),各海洋強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)先制定、調(diào)整海洋發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃和科技政策,在政策、研發(fā)和投入等方面給予強(qiáng)力支持,以確保在新一輪海洋競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)先機(jī)[14]。

3.1 加拿大海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)

加拿大海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)(Ocean Networks Canada,ONC)是2007年由維多利亞大學(xué)創(chuàng)建的用于發(fā)展、運(yùn)行和管理世界領(lǐng)先的“海王星”海底觀測(cè)網(wǎng)(NEPTUNE)與維多利亞海底實(shí)驗(yàn)網(wǎng)(VENUS)的非營(yíng)利組織,這些觀測(cè)站收集了長(zhǎng)期的生物、化學(xué)、地質(zhì)和物理海洋數(shù)據(jù)以支持復(fù)雜的海洋和地球進(jìn)程的研究,并將這些研究成果應(yīng)用在地震和海嘯、海洋污染、資源開發(fā)和海洋管理等方面。

目前,加拿大海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)由2個(gè)區(qū)域性、4個(gè)社區(qū)性以及7個(gè)傳統(tǒng)岸基觀測(cè)站組成。超過850 km的海底主干電纜支持這些觀測(cè)站,包括750個(gè)儀器平臺(tái),7個(gè)移動(dòng)平臺(tái),400套儀器,5 000余個(gè)傳感器,在一年當(dāng)中持續(xù)地收集、存檔和分發(fā)大量的數(shù)據(jù)。

“海王星”海底觀測(cè)網(wǎng)是全球第一個(gè)區(qū)域性光纜連接的洋底觀測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)[15],鋪設(shè)在胡安·德富卡洋脊到不列顛哥倫比亞海岸帶的板塊區(qū)域。“海王星”海底觀測(cè)網(wǎng)于2009年完成設(shè)備安裝,并于同年12月底開始正式運(yùn)轉(zhuǎn)。它主要包括6個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)各有特征,研究范圍包括:陸海相互作用、物理和近岸物理海洋學(xué)、海洋生物地球化學(xué)、沉積動(dòng)力學(xué)、海底地震、海洋動(dòng)物和生物多樣性等。其中:Folger Passage節(jié)點(diǎn)位于Barkley sound大陸架,深度17～100 m,主要研究目標(biāo)為沿岸地區(qū)的物理海洋學(xué)、浮游植物、浮游動(dòng)物和魚類、海洋哺乳動(dòng)物;Barkley Canyon節(jié)點(diǎn)位于shelf/slope break海底峽谷,深度400～653 m,主要研究目標(biāo)為天然氣水合物及相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)、沉積物的沉淀和運(yùn)動(dòng),以及它們對(duì)魚類和海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響;Middle Valley節(jié)點(diǎn)位于胡安·德富卡洋脊北部深2 400 m的地震活躍區(qū)域,主要研究板塊構(gòu)造、深海熱液口生態(tài)系統(tǒng)、海洋/氣候動(dòng)態(tài)、氣候變化影響;Endeavour節(jié)點(diǎn)位于2 300 m的大洋中脊,主要研究深海生態(tài)系統(tǒng)、熱液口系統(tǒng)和板塊構(gòu)造、地震與火山運(yùn)動(dòng)。

維多利亞海底實(shí)驗(yàn)網(wǎng)是世界上首個(gè)運(yùn)行的可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的海岸帶海底光纖觀測(cè)網(wǎng),通過互聯(lián)網(wǎng)、電纜網(wǎng)絡(luò)和儀器能夠提供實(shí)時(shí)海底生物、海洋和地址數(shù)據(jù)[16-17]。整個(gè)系統(tǒng)包括6個(gè)儀器平臺(tái)、3個(gè)中心節(jié)點(diǎn)、3個(gè)東部節(jié)點(diǎn)等,支持水流和海洋混合、魚類和海洋哺乳動(dòng)物等研究。

3.2 海底觀測(cè)計(jì)劃

海底觀測(cè)計(jì)劃(Ocean Observatories Initiative,OOI)是一套由科學(xué)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)和傳感器系統(tǒng)組成的用于觀察和測(cè)量海面到海底的生物、化學(xué)、地質(zhì)、物理海洋等信息的海洋研究集成觀測(cè)網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)作為海洋研究交互觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)(ORION)計(jì)劃的一部分,是為了提供一種擁有全新的、持續(xù)的、交互式海洋科學(xué)觀察能力的整體物理氣象平臺(tái)[18]。近岸/全球網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(CGSN)和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(RSN)是組成該系統(tǒng)的主要成員[19],海底觀測(cè)信息基礎(chǔ)設(shè)施是組成OOI的另一個(gè)重要成員,它主要負(fù)責(zé)將近岸/全球網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)觀測(cè)到的結(jié)果整合為一體,并深入數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、服務(wù)、研究等。

近岸/全球網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中全球網(wǎng)(Global Scale Nodes,GSN)的4個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為位于阿拉斯加海灣的Station Papa節(jié)點(diǎn)、丹麥格陵蘭島南部的Irminger Sea節(jié)點(diǎn)、智利南部的Southern Ocean節(jié)點(diǎn)以及阿根廷的Araentine Basin節(jié)點(diǎn)。而近岸網(wǎng)(Coastal Scale Nodes,CSN)主要由位于美國(guó)東部的太平洋海灣處Pioneer Array節(jié)點(diǎn)和美國(guó)西部俄勒岡州新港的Endurance Array節(jié)點(diǎn)組成。在整個(gè)OOI計(jì)劃中,現(xiàn)在已經(jīng)開始建設(shè)的是主要用于海洋地震觀測(cè)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(RSN)系統(tǒng),在東北太平洋鋪設(shè)1 000 km左右的海底電纜,包括7個(gè)海底觀測(cè)主節(jié)點(diǎn)和“海王星”海底觀測(cè)網(wǎng)一起構(gòu)成對(duì)Juan De Fuca版塊的整體觀測(cè),該系統(tǒng)2011—2012年開展電纜鋪設(shè),2013年開始聯(lián)調(diào)測(cè)試,目前,該系統(tǒng)可為7個(gè)主要的科學(xué)節(jié)點(diǎn)提供高達(dá)200 k W功率,240 Gbps的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信能力。

3.3 美國(guó)蒙特雷灣加速研究系統(tǒng)項(xiàng)目

美國(guó)蒙特雷灣加速研究系統(tǒng)(Monterey Accelerated Research System,MARS)項(xiàng)目開始于2002年,主要目的:①提供方便的深海設(shè)施,研究人員可以測(cè)試儀器和設(shè)備,而這些設(shè)備將有可能成為美國(guó)海底觀測(cè)計(jì)劃(OOI)的一部分;② 為研究者提供可能用于世界上其他節(jié)點(diǎn)海洋觀測(cè)設(shè)備的測(cè)試;③MARS為研究者提供實(shí)驗(yàn)和收集MARS附近海洋環(huán)境獨(dú)有的物理、生物、地質(zhì)和化學(xué)數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。

MARS的特點(diǎn)是可通過遙控技術(shù)對(duì)安裝在該深海觀測(cè)平臺(tái)上的各種海洋儀器進(jìn)行控制,系統(tǒng)單個(gè)海底節(jié)點(diǎn)布放在891 m深的海底,光電混合傳輸電纜總長(zhǎng)52 km,傳輸速度為100 Mbits/s,海底的儀器艙大小1.2 m×4.6 m,可提供實(shí)時(shí)觀測(cè),并且由ROV完成安裝和維護(hù)維修。

3.4 地震和海嘯海底觀測(cè)密集網(wǎng)絡(luò)

作為海洋半臺(tái)網(wǎng)計(jì)劃(OHP)的延續(xù),地震和海嘯海底觀測(cè)密集網(wǎng)絡(luò)(Dense Oceanfloor Network System for Earthquakes and Tsunamis,DONET)是日本國(guó)立海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAMSTEC)為主要參加單位且最具有代表性的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃。項(xiàng)目2011年完成建設(shè),在日本南海海槽的To-Nankai地區(qū)設(shè)置,目的是建立海底大尺度實(shí)時(shí)研究和監(jiān)測(cè)地震、海底地形和海嘯的基礎(chǔ)設(shè)施。從2010年開始,日本啟動(dòng)了DONET2的建設(shè),目的是監(jiān)測(cè)初始網(wǎng)絡(luò)西部更大范圍的區(qū)域。目前,該觀測(cè)站擁有450 km的主干纜線,2個(gè)陸基站,7個(gè)科學(xué)節(jié)點(diǎn)以及29個(gè)監(jiān)測(cè)站,并且增加2個(gè)監(jiān)測(cè)站和2個(gè)鉆探監(jiān)測(cè)站與DONET1連接。

3.5 歐洲海洋觀測(cè)網(wǎng)

歐洲海洋觀測(cè)網(wǎng)(European Sea Observatory NETwork,ESONET)計(jì)劃提議開始于2007年3月,其前身是歐洲海洋觀測(cè)網(wǎng)第一階段(ESONET CA)和歐洲海洋觀測(cè)網(wǎng)實(shí)施模型(ESONIM),2007年6月歐洲海洋觀測(cè)網(wǎng)卓越網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(ESONET NOE)啟動(dòng),通過鋪設(shè)大約5 000 km的海底纜線及相關(guān)觀測(cè)設(shè)備,圍繞歐洲從大陸架到深淵,形成覆蓋300萬(wàn)km2海底地形的監(jiān)測(cè),系統(tǒng)通過海底終端接線盒將觀測(cè)站與陸地連接起來(lái)并利用電纜IP協(xié)議為觀測(cè)儀器提供能源、實(shí)現(xiàn)雙向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)遙感勘測(cè)從而進(jìn)行全球變化、自然災(zāi)害警報(bào)等信息的傳送和歐洲海域的基本管理[20-22]。

歐洲多學(xué)科海底觀測(cè)計(jì)劃(European Multidisciplinary Seafloor Observation,EMSO)是歐洲用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)、氣候變化和地質(zhì)災(zāi)害等環(huán)境過程海底觀測(cè)站的大型基礎(chǔ)設(shè)施[23],其觀測(cè)范圍從北冰洋延至黑海,目前共有11個(gè)深海節(jié)點(diǎn),4個(gè)淺水節(jié)點(diǎn)。EMSO的節(jié)點(diǎn)安裝了大量的傳感器用于探測(cè)鹽度、溫度、海流方向與密度、海床運(yùn)動(dòng)等參數(shù),部分節(jié)點(diǎn)與岸基連接,部分通過衛(wèi)星自動(dòng)傳輸。該研究基礎(chǔ)設(shè)施將利用科學(xué)界和工業(yè)的協(xié)同優(yōu)勢(shì),推動(dòng)海洋技術(shù)的重大進(jìn)步,提升歐洲在海洋科學(xué)和技術(shù)方面的發(fā)展戰(zhàn)略及競(jìng)爭(zhēng)力,增強(qiáng)歐洲海洋觀測(cè)網(wǎng)(ESONET)觀測(cè)數(shù)據(jù)的可獲得性,并且成為全球環(huán)境和安全監(jiān)測(cè)(GMES)及全球綜合地球觀測(cè)系統(tǒng)(GEOSS)的重要組成部分[24]。

3.6 其他觀測(cè)站

3.6.1 ACO

Aloha觀測(cè)系統(tǒng)(Aloha Cabled Observatory,ACO)于2011年部署在夏威夷瓦胡島北約100 km的ALOHA站上,是世界上最深的海底觀測(cè)站(4 728 m),也是夏威夷長(zhǎng)時(shí)間序列觀測(cè)項(xiàng)目(HOT)的重要節(jié)點(diǎn)之一。該觀測(cè)站由5個(gè)海底模塊連接而成,包括接線盒、觀測(cè)站模塊、三腳架相機(jī)、底部節(jié)點(diǎn)和1個(gè)系泊,該站位的傳感器能提供視頻和壓力、鹽度、聲速、溫度等信息。

3.6.2 澳大利亞集成海洋觀測(cè)系統(tǒng)

集成海洋觀測(cè)系統(tǒng)(Integrated Marine Observing System,IMOS)是澳大利亞建設(shè)的用于近岸生物和物理海洋參數(shù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的國(guó)家觀測(cè)網(wǎng)絡(luò),目前共有7個(gè)國(guó)家參考站(NRS),每個(gè)站點(diǎn)都安裝有原位系泊傳感器,用于營(yíng)養(yǎng)鹽、微生物、浮游植物、小型浮游動(dòng)物等環(huán)境變量參數(shù)的采集。同時(shí),聲學(xué)監(jiān)聽站可提供海洋環(huán)境噪聲、水下事件、魚類和哺乳動(dòng)物、海洋生產(chǎn)等聲音的監(jiān)測(cè)。

4 我國(guó)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展展望

近10余年來(lái),我國(guó)建設(shè)了一批具有代表性的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)或試驗(yàn)平臺(tái)。其中:2009年同濟(jì)大學(xué)完成中國(guó)第一套海底觀測(cè)組網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)驗(yàn)收[25],該試驗(yàn)站由海洋登陸平臺(tái)及控制傳輸模塊,以及1.1 km的海底光電復(fù)合纜及多種外接儀器等組成;2016年“南海深海海底觀測(cè)網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”建成投入使用,該試驗(yàn)系統(tǒng)通過150 km海底主干纜線在海底1 800 m深處安裝了多套海洋化學(xué)、地球物理和海底動(dòng)力觀測(cè)的平臺(tái)與傳感器,用于海洋科學(xué)長(zhǎng)期測(cè)量與監(jiān)測(cè)。

經(jīng)過50余年的發(fā)展,海底觀測(cè)技術(shù)已經(jīng)由單一的觀測(cè)站發(fā)展到可以覆蓋區(qū)域性海域的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò),主要研究目標(biāo)也由最初的地震檢測(cè)發(fā)展到對(duì)多學(xué)科科學(xué)研究及全球氣候、海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警。隨著各國(guó)在資金投入和關(guān)注程度上的增長(zhǎng),越來(lái)越多的新技術(shù)應(yīng)用于海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò),為多學(xué)科間數(shù)據(jù)的采集和各種邊緣學(xué)科的發(fā)展、研究創(chuàng)造了很好的條件。隨著國(guó)際間合作的加強(qiáng),各國(guó)的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再是獨(dú)立的系統(tǒng),而成為各種全球觀測(cè)計(jì)劃的子系統(tǒng)或一部分。充分借鑒國(guó)際各國(guó)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),未來(lái)我國(guó)在海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)過程中應(yīng)加強(qiáng)如下幾方面。

(1)跟蹤國(guó)際海洋觀測(cè)先進(jìn)技術(shù),自主創(chuàng)新發(fā)展用于深海環(huán)境的新型傳感器技術(shù),具備功耗低、穩(wěn)定性高、接口化等特點(diǎn),并繼續(xù)優(yōu)化和完善海底接駁、水下濕插拔等關(guān)鍵技術(shù)。

(2)在海底固定式觀測(cè)平臺(tái)/網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮無(wú)人遙控潛水器(ROV)、無(wú)人無(wú)纜潛水器(AUV)、載人潛水器(HOV)等水下運(yùn)載器在平臺(tái)建設(shè)、精細(xì)化定點(diǎn)作業(yè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢(shì),加強(qiáng)其在海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用中的信息與技術(shù)融合,實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的大尺度、長(zhǎng)時(shí)間的序列觀察。

(3)建設(shè)和完善海洋觀測(cè)規(guī)章制度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,建立海底觀測(cè)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系,為今后更多新傳感器、新觀測(cè)裝備投入使用,以及實(shí)現(xiàn)規(guī)范化的研制應(yīng)用提供技術(shù)準(zhǔn)則,推動(dòng)更多裝置與國(guó)際海底觀測(cè)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。