国内海洋科学领域创新为何如此举步维艰？（二）

１、海洋观测技术领域“创新产品”不绝于耳，实际应用及成果却屈指可数

近些年来，以习近平同志为核心的党中央对海洋事业发展给予了更大关注和高度重视，提出发展海洋科研是推动我们强国战略很重要的一个方面，关键的技术要靠我们自主来研发，并希望全国科技工作者弘扬优良传统，坚定创新自信，着力攻克关键核心技术，促进产学研深度融合，勇于攀登科技高峰。

当下，全国科技界也正在从早期好大喜功、急功近利、急于求成的科研浮躁中总结汲取教训，重树创新信念，但不时还会有媒体高调为海洋观测领域的“仿制产品”或者“实验样机”鸣锣开道的，更在为一些缺乏创新自信的企事业单位涂脂抹粉。什么“冲破国外技术封锁”、“攻克卡脖子技术”、“刷新世界纪录”，以及“达到海上‘中国创新’的科技制高点”等夸张宣传，依然不绝于耳，无疑会助长这些单位“好大喜功”的心态和妨碍正在恢复营造的“潜心研究”科研氛围的进程，严重挫伤和动摇那些真正在主攻核心技术、敢于创新的科技人员的决心和信心。

殊不知，这些评价究竟出自哪个国际或者国内的科学组织、行业协会和权威机构？对此，身处海洋一线的调查、科研人员，既为我国海洋观测领域在短短十几年里能够取得如此“骄人成就”而感到茫然，但又为迟迟未见所谓的近海区域观测网而觉得沮丧，更为罕见利用组网观测资料进行基础和应用研究喜获创新成果而倍感辛酸。

在一些权高位重的行政和业务管理人员眼里，运载／搭载平台就是观测仪器设备，传感器只是一种摆设，只要能采集到数据就行。尽管这些新颖的运载／搭载平台，国际上已经在广泛应用，但却可以视而不见，只要国内还没有研制或者定型、批量生产、规模应用的，都可以归纳为“自主创新”的仪器设备。只要与国外的产品有所不同，你的外观颜色是黄的，我就用绿的或者红的；你只能用于浅海、上层，我却能做深海、甚至近万米的底层；你只能做垂直上下运动或者波浪状起伏运动，我却能两者兼顾、随心所欲；……，只要别出心裁就是“原始创新”。

明明知道是伪创新，为何就不能心照不宣地承认是仿制？只要是不侵害人家的知识产权和专利，具有应用市场，产品又符合相关规范、规定和技术指标要求，其实仿制产品同样可以创造奇迹。回顾新中国成立早期的海洋事业，即使是改革开放初期的海洋人，还不是依靠成熟的仿制产品，如颠倒采水器、颠倒温度表、机械式深度一温度计和厄克曼海流计、印刷式海流计等，获得了一批又一批浅海、近岸和河口区域的海洋环境资料，为新中国海洋事业奠定了坚实基础。尽管这些传统的观测仪器设备在海上使用时，操作辛苦些，测量精度也要稍低些，但还是能符合国内外规范所规定或者公认的观测准确度和数据质量要求。

如今，在海洋调查研究领域，一味追求先进海洋观测仪器设备和海洋调查观测的全过程质量控制，似乎已经蔚然成风，但却只注重观测仪器的出厂或者实验室测量精度，而忽视了海上现场观测精度，甚至把观测准确度和数据质量都拋到了九宵云外，才使得研制新颖运载／搭载平台及其组装海洋观测仪器设备有了可乘之机，中看不中用。这也是早些年国产海洋仪器设备的研制与应用，呈现“冰火两重天”的重要因素之一。

２、海洋新技术组网观测，全球深海大洋环境观测的发展方向

本世纪初在全球范围内实施的国际大科学计划（Argo）及其建立的实时海洋观测网，标志着当代海洋观测技术革命性运用的一个典范。它利用了以高度计为代表的卫星遥感（全球海面观测）技术，结合在全球海洋上建立起来的自动剖面浮标观测网（全球海洋中间隔约300公里布放一个浮标，每隔1-9天在上升过程中测量一个0-2000米，甚至6000米深度范围内的温、盐度等海洋环境要素剖面，且保持全年有近5000个活跃浮标在海上正常工作），并辅以由水下滑翔机（全球特定海域0-1000米深度范围内的高时空和高垂向分辨率的精细观测）组成的加密观测网，以期能大范围、长期、快速了解全球海洋的实时变化，提高气候预报精度，有效防御全球日益严重的气候灾害（如飓风/台风、龙卷风、冰暴、洪水和干旱等）给人类造成的威胁。预计到本世纪前叶（2025年），在近50个沿海国家（包括中国在内）的共同努力下，完全有可能实现这一具有里程碑意义的海洋观测愿望。

到目前为止，全球Argo实时海洋观测网中的活跃浮标数量已经接近4000个，过去20年间累计布放的自动剖面浮标数量已经多达1.65万个，包括了相同数量的观测运载平台和各种海洋传感器，收集的高质量海洋环境（如海水温度、盐度、溶解氧、叶绿素、硝酸盐和pH等）剖面资料也已超过了230万条，极大地促进了我国乃至全球海洋科学的发展。

2021年起，国际Argo计划已经进入一个崭新的全球（包含了有冰覆盖的两极海区和日本海、地中海、南中国海等主要边缘海）、全海深（0-6000米）和多学科（包括物理海洋和生物地球化学）海洋观测时代，简称“OneArgo”,即“独一无二的全球实时海洋综合观测网”。其获取的数据除了继续应用于海洋和气候等科学领域的基础研究及其在业务化预测预报中发挥越来越重要的作用外，还将成为人类关注海洋健康全球视野的基础，使得科学家能够研究海洋生态系统的基本问题，观察生态系统的健康和生产力，有能力监测每个季节海洋中碳、氧、氮和生物量的生物地球化学循环，改进气候和海洋渔业数值模型，预测海洋变暖和海洋酸化对海洋生物的影响，以及关乎到人类社会可持续发展的一系列问题。

美国早在本世纪初就已率先在加利福尼亚沿岸海域，结合自动剖面浮标（布设在外海深水区域，以大面观测为主）和水下滑翔机（设置在近岸浅水区域，以断面观测为主）两种新颖的现代海洋观测手段，构建了一个区域联合海洋观测网，进行了长达十余年的海洋观测，获得了大量宝贵的第一手海洋环境资料，并在预报和研究2015-2016年期间发生的厄尔尼诺事件中发挥了重要作用。

之后，尝到甜头的美国又发起了一个称为“TPOS-2020”计划，目的是通过国际合作的方式，至2020年在热带太平洋海域建立一个长期、可持续的新一代海洋观测系统。我国也是该计划的主要参与国，并于2020年冬季沿赤道西太平洋海域布放了首批自动剖面浮标，作为我国热带西太平洋试点观测系统的一部分，以便建立一个从赤道到北纬20度海域的多学科综合观测阵。拟以锚碇浮标、潜标等固定平台为骨架，并辅以自动剖面浮标和水下滑翔机等移动平台，实时记录上层海洋环境和海表气象等多要素观测数据。该观测阵的一部分将与现有的TPOS国际计划接轨，从而能为频繁发生在该海域的海气相互作用过程，如厄尔尼诺和拉尼娜事件的预测预报等提供重要数据源。

也就在2020年底，美国国家科学基金会在海洋科学领域又斥巨资，拓展并建立一个能够监测全球海洋健康的观测网络，其利用的观测运载平台除了配备常规的测量温度、电导率/盐度和压力/深度传感器外，还将携带包括测量海水溶解氧浓度、pH值(海洋酸度)、硝酸盐(微藻类的基本养分)、光照(藻类生长所需)、叶绿素(藻类数量的指标)和悬浮颗粒(包括微藻类)等传感器，使得科研人员可以监测海洋的健康状况，包括浮游植物(利用阳光作为能量来源的浮游藻类和微生物)的生长和呼吸作用及其控制这些过程的营养和光照，以及了解海洋酸化和低氧区扩大的趋势，研究并确定当前海洋生态系统中光合作用和营养供应的基线速率，预测未来可能发生的变化等。

可见，要在海洋科学领域里实现这些创新目标，都离不开创新的海洋观测技术，以及各种新颖的、能够精确测量生物地球化学环境要素的传感器及其能耗更小、持续时间更长、测量深度更大，以及搭载传感器更多和运行更稳定、可靠的自动剖面浮标与各种固定和移动的观测平台。

３、水下滑翔机用武之地，针对近海与外海上层海洋进行加密观测

进入新世纪以来，我国海洋技术领域曾经走过几段弯路。一些技术研发单位在某种势力及其资本的引导下，借鉴国外的自动剖面浮标（水下滑翔机的前身）技术，研制“浅海型”剖面浮标，试图在近岸、浅海区域组网观测；还有的把水下滑翔机技术运用到深层海洋观测，以求技术突破。这种把自动剖面浮标“浅用”和水下滑翔机“深用”的所谓“创新”，不仅有悖设计初衷，而且也已被事实证明是行不通的。

国外研制自动剖面浮标的目的，原本就是想解决在广阔的深海大洋区域利用调查船或锚碇浮标观测成本过高、且又无法长期、连续观测的难题；而且，这些区域受人类活动的影响小，水深、海水流动速度缓慢，深层等密度面又比较平坦，适合自动剖面浮标的平稳漂移，且移动速度不会太快，不易触底以及不会受到人为破坏等，适合大范围、大批量布放，构建长期、连续的实时海洋观测网，这也是自动剖面浮标的优点和优势所在。反之，如果将自动剖面浮标盲目地用在浅海区域，即使成批布放，能够存活3个月、半年的浮标也会是寥寥无几。可想，近岸海域不仅水深浅、潮流速度强，而且地形复杂、人类活动频繁，不用说无法长期维持观测网的运行，即使获得了数条或数十条温、盐度观测剖面，也难以验证其观测数据的准确、可靠性。

所以，研制浅海型剖面浮标、并用来观测近岸海域的海水温、盐度剖面资料，已经证实是一个违背科学常识的伪命题。而在刚开始的十多年里，浅海型剖面浮标的研制在我国却成了热门选题，关键技术突破、技术指标创新，荣获省部级、国家级奖励，形成批量生产能力等报道同样不绝于耳。但时至今日，浅海型剖面浮标观测网建在哪儿？也未见任何应用研究成果；相反，人们看到的却是成百上千个浅海型剖面浮标被长期堆放在仓库里遗弃的场景。

同样，国外研制水下滑翔机的初衷，就是为了弥补利用自动剖面浮标大范围、全深度、长时间组网观测所带来的缺陷，以便能在近岸、浅海或海洋上层等特定海域，针对特殊海洋现象进行加密观测。尽管水下滑翔机是自动剖面浮标的升级版，但它们却有明确的分工和用途。由于水下滑翔机长时间在水下滑行时，受到洋流的作用和影响，不可能保持在一条直线上滑行，故一味增加滑行距离，必然会增加对观测资料质量的控制难度，甚至无法进行有效质控；尤其是1000米水深以下的海洋环境变化本来就很小，短期、小范围内甚至没有太大变化，故一味追求下潜深度指标，对以获取海洋环境要素资料为目的的海洋观测而言，同样没有太大意义。

况且，对3000-4000米以下深度的海洋环境要素观测，即使是常规的温、盐度和压力，也要求CTD传感器有更高的稳定、可靠性，以及更高的测量分辨率和观测精度，否则就难以分辨深层海水中微小的温、盐度变化。然而，这样的高性能CTD传感器，国外还在研制和改进完善过程中，而且主要用在自动剖面浮标而不是水下滑翔机上。至于国内，连用于2000米水深以上的CTD传感器还仍在研制中，远没有达到批量生产和推广应用的目标。再者，6000米以深的海域，在全球海洋中所占的面积也极其有限。

显而易见，国内研制万米级水下滑翔机作为海洋环境观测的移动平台，并无实用性可言，不宜盲目宣传、投资，避免重蹈浅海型自动剖面浮标的覆辙。

４、海洋传感器，才是研制新一代海洋观测仪器的核心技术

在海洋监测、观测领域，利用海洋传感器可以自动测量并提供各种海洋环境要素（目前已经从温度、电导率/盐度和压力/深度等基本物理海洋学要素，扩展到包括生物地球化学等的10多个要素）的原始数据，不仅用于海洋科学研究，还是海洋交通运输和海洋渔业等资源开发领域应用研究中不可或缺的重要数据源，而且在大气等科学领域的基础研究及其业务化预测预报中也都有广泛的应用。所以，开发、研制海洋传感器，对发展海洋科学和实施国家海洋战略等都具有重大的现实意义和深远的历史意义。

测量海洋环境要素的电子传感器，是各种移动、锚碇观测平台，以及海洋观测网（阵）和海底观测网等的共同“核心技术”，也是海洋调查领域里一道长期没有跨过去的坎。尽管我国对海洋传感器（如CTD）的研制早在上世纪七、八十年代就开始了，并经历过小批量生产、应用的阶段。但到目前为止，在我国深海大洋调查领域，使用最多、也是最常规的船载CTD仪，几乎百分之百是从国外引进的；而研制中的移动观测平台（如自动剖面浮标、水下滑翔机等）、成批量应用的锚碇观测平台（海面浮标、潜标、海床基等）上使用的CTD传感器等，更是百分之百从国外进口。

我国对海洋传感器的开发、研制，曾获得从“七五”以来的多个五年计划，以及后来的863专项和近些年的重大研发计划或重大科研仪器设备研制专项的经费支持。研制的国产CTD传感器实验室精度已经与国外不相上下，与世界先进水平也已相差无几，但为何一直没有得到大规模批量生产和大范围推广应用？其重要原因之一，就是缺乏海上工作的稳定、可靠性，以及现场观测精度难以得到保证。

当今世界，科技竞争日趋激烈，每一名有良知、担当的科研（技）人员也都深知，科学和技术是一个有机统一的整体，原始性科学发现和关键技术的重大突破越来越依赖于一流的科学仪器设备。同样，海洋技术创新理应成为科学创新的主力军和先遣队。然而，在我国海洋领域，两者却是分开的，甚至在海洋技术开发研制队伍中，罕见从事海洋基础和应用研究的科研人员参与其中（个别项目团队中虽有参与，但也纯属“拉郎配”和“装门面”）。这在很大程度上与该领域观测仪器设备长期处于“跟踪”研制，而非“创新”开发有关。换句话说，在海洋调查研究领域，至今没有认识到，海洋仪器设备的创新开发应建立在创新的基础研究过程之中。这也是国内海洋观测仪器设备开发缺乏创新的重要原因。

剖析我国海洋仪器设备研制中存在的短板，还在于技术开发项目在立项和研制过程中长期存在的急功近利思维和唯创新导向，不仅要求“高大上”，而且还要“短平快”。众所周知，对于一个真正的创新技术项目，即使是跟踪的新颖技术项目，其核心技术的开发都需要较长的研发周期，且技术性能需要不断的改进和提高，故而需要一批能长期坚持不懈、甘于坐冷板凳的科研技术人员，还需要长期的资金投入，以及配套的政策和措施等，而现行的管理体制机制则难以支撑真正的“核心技术”研发。这也是造成国内海洋技术研发的重点，几乎都聚焦在相对容易取得成功的观测平台、而非传感器研发的重要原因。

不过，即使是对观测平台的研制，由于承担任务的一些技术研发单位及其技术人员，大都缺乏对海洋的了解，也没有具备基本的海洋知识，有的甚至对研制（实际是仿制）的海洋观测平台用途都没有弄清楚，导致刚取得一点技术层面上的进展或者研制出实验样机，还尚未定型，更谈不上批量生产、应用，就大肆夸大宣传，混淆视听，蛊惑人心，使得人们都误认为观测平台就是海洋观测仪器了，就可以轻而易举地得到海洋基础和应用研究所需的海洋环境数据了。

无疑，这是一种彻头彻尾的误导。既延误了我国海洋观测仪器设备的创新开发、研制及其更新换代，又妨碍了海洋基础和应用研究的创新发现、突破及其高质量全面发展。

５、国产海洋观测仪器成为“国之利器”，亟须营造研制与使用的良好生态

开发研制海洋仪器设备的一个最大特点，也是明显的劣势是：生产批量小、应用范围窄、使用寿命短（受到海水腐蚀、海洋生物附着和电子元器件容易老化等因素的影响），而稳定、可靠性和一致性，以及测量分辨率和精度等要求又特别高，需要在不断应用中改进制造工艺和提高技术性能等。虽说，我国海洋仪器设备的用户，特别是在环境监测和观测领域，主要还是以公益性和应用研究为主。换句话说，新型仪器设备的研制和使用单位的经费都主要来自中央财政拨款。按理说，这种大包大揽的科技体制机制不会带来研制与应用的脱节问题。但在改革开放的40多年里，国产高端海洋仪器设备几乎没有享受到政策红利的事实还是存在的，即在管理和政策层面上，国产海洋仪器设备的应用一直遭到无情的忽视，甚至是抛弃。

针对新颖的海洋观测技术，特别是海洋传感器等核心技术，不仅研发周期长，而且需要相应的技术积累，还严重依赖高质量、高性能的材料和元器件供应以及配套的先进检测仪器设备和制造生产工艺等。所以，不光要有重金投入，更要有长期支持的体制机制及其与工业界的密切合作；在积极支持国产仪器设备开发研制的同时，也能重视研制成果的转化与应用；并能出台相应的政策和措施，既能激励研制单位及其科技人员从只研制原理样机、实验样机和工程样机，转向通过不断试验、试用，最终能达到定型样机的方向努力，从而能为新型仪器设备的推广应用铺平道路；又能鼓励科研单位和科研人员在申报科研项目时，积极采购和使用国产海洋仪器设备。

国产海洋仪器设备真要走出研制与应用“冰火两重天”的尴尬局面，并向商业化生产和规模化应用迈进，亟须建立一个可持续开发研制国产海洋仪器设备的生态，形成一个积极使用的氛围。

６、国产剖面浮标突显“一标难求”的意外局面，唯恐凶多吉少、前途未卜

二十年来，国际上自动剖面浮标（如同地面气象观测站上使用的探空气球一样，是一种高值损耗品，即抛弃式海洋仪器设备）应用市场风生水起，每年的用量在1000－1400个之间。在品种众多的海洋仪器设备中，自动剖面浮标的使用量可谓首屈一指。

国内也有多家单位在跟踪开发研制，到目前为止，至少有2种型号（HM2000和COPEX）的自动剖面浮标已经通过国内验收，进入小批量生产和应用。其中一个型号（HM2000）还得到了国际组织的认证，用于全球Argo实时海洋观测网的建设、维护中。但在过去六年里，该型浮标真正用于全球海洋观测网中的数量还不到100个，只占全球布放总量的0.6%。而同时期，国产剖面浮标的销售量至少在500个以上，并都装备了从国外引进的专为国际Ａrgo计划定制的专用CTD传感器，其中包括了３种型号。除了上面提到的２种外，还有一种型号的真正研制单位至今尚未公开。

值得警示的是，个别浮标使用单位及其采购人员，似有假借Ａrgo计划和扶持国产海洋仪器设备研制与应用之名，大量采购未经认证或者试应用过程中已经明显发现存在质量问题（即达不到相关技术性能和指标要求）的浮标，且观测数据通常还会以“保密”为由，不对外公开共享。这就使得局外人很难了解到这些浮标的命运，似乎又在重蹈浅海型剖面浮标的覆辙。当然，这次不是被遗弃在仓库里，而是投放在深海大洋中。至于能否在海上正常工作并获得高质量的观测数据？人们可想而知。

正是由于不论浮标的技术性能及质量好坏，却都能获得纷至沓来的订单，导致一些研制单位放弃了对浮标技术性能进一步改进、提高和完善的质量至上信誉（尚需不断试验装配除CTD以外的其他生物地球化学传感器和国产传感器，探索延长浮标工作寿命和提高浮标在漂移停留层上的稳定性和数据测量精度及其可靠性等，以满足应用市场和用户对多参数、大深度剖面浮标的广泛需求），而把全部精力放在生产和销售上，致使一些重要的技术研制人员由于信念、理念不同而辞职的，也有被强行调离原岗位的，......。但此时的国产剖面浮标，却意外呈现了供不应求、加班加点生产，甚至“一标难求”的大好局面，唯恐凶多吉少，倍感担忧。

国产剖面浮标研发力量突发变故，以及所暴露的非正常采购、布放和观测数据开放、共享受到人为干预并增设门槛等问题，正呈漫延之势，孰好孰坏，前途未卜。而国产水下滑翔机的研制与应用，前景同样不容乐观。

综上，希望能及早引起政府主管部门和科技界的高度关注，尽快找到有利于国产海洋传感器、剖面浮标和水下滑翔机等新颖海洋观测仪器设备可持续开发研制、成果转化、批量生产和规模应用的良策，使之能够不断成为海洋调查领域的观测利器和中国品牌。

来自：直面海洋人生

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