【海洋科考船】欧洲海洋科考船都有哪些？其现状及发展...

科考船是世界各国研究和了解海洋必需的重要基础设施。一般来说，科考船主要包括由政府或研究机构建造运营的用来从事水文研究及测绘、海洋学研究、渔业研究、极地研究、海军研究的船舶，还包括由油气公司建造运营的从事石油勘探的地球物理地震调查船等。美国联邦海洋学设施委员会（FOFC）根据船的大小、续航力及调查能力等制定了海洋科考船分级规则，将科考船分为全球级（Global）、大洋级（Ocean）、区域级（Regional）和近岸级（Coastal）等4个级别。科考船的一般预期寿命为30年，随着时间的推移，船只不断老化，船上设备逐步陈旧，迫切需要进一步投资更新科考船，以继续达到科学界所期望和要求的效率和能力。近10年来，虽然船舶行业发展速度逐渐趋缓，但由于世界各国对海洋研究的重视，科考船的设计和船队能力建设一直在快速发展。

在科考船的发展方面，美国和欧洲走在了技术的前列。据统计，美国现拥有超过250艘科考船、欧盟拥有302艘、俄罗斯和日本也分别超过100艘。自2012年我国开始组建国家海洋科考船队以来，科考船的数量已从最初的19艘增至现今50多艘。国内有很多研究人员在关注国外的科考船发展，并提出我国科考船的发展方向。苏振东等将中国与美国的科考船管理体系、运行机制及船舶性能进行分析对比，提出了我国科考船的发展启示。孔宪才等对美国伍兹霍尔海洋研究所的科考船的运行管理进行分析与总结。

一、欧洲海洋科考船的现状

⒈海洋观测系统及研究基础设施的长远规划

欧洲海事局于2010年在比利时奥斯坦德举行的欧洲海洋观测系统会议上成立，2017年第八届EuroGOOS国际会议介绍了欧洲海洋观测系统（EOOS）中的最新技术。

海洋科考船在海洋观测中发挥着重要作用，因为科考船可以从大气、海面、水下、海床以及其海底以下收集各种数据和样本。大多数科考船收集和传输气象数据及其他数据，如电导率、温度和深度数据，而且数据收集基本上可以达到实时提供。为了改善对海洋观测界的服务，科考船运营商还在不断地寻求更广泛地实施快速获取收集数据的途径。

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⒉科学的管理流程

欧洲海洋科考船队是一个庞大的船队，欧洲60多个不同的科考船运营商管理着来自20多个国家的百余艘科考船。有的机构拥有并运营一艘或多艘科考船，大多数的欧洲科考船属于公共机构(即政府、大学、联邦国家和部委或海军)。

科考船的运营资金主要来自各国政府，但各国的资金计划有所不同，一些机构拥有全额资助的研究基础设施，其中包括与船上进行的科学研究相关的所有费用。在一些国家，除船舶固定运营成本之外的部分或全部费用，如船上使用的设备运输、研究人员往返船舶的旅费等，都必须由用户承担。

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⒊有目的性地进行船员培训

无论是基础科学研究，还是帮助新兴经济活动的应用研究都高度依赖于所有相关人员的操作经验。田中法对科考船的船舶管理和船员培训的重要性进行论述。欧洲层面的协作和伙伴关系则提高科考研究的效率和互操作性，为欧洲乃至全球科考做出贡献。

为了更好地提高管理科考船的能力，并满足科学界的支撑要求，作为欧洲海洋科考船队项目的重要部分，欧洲海洋科考船队共举办了8期船员培训课程。有的项目培训活动的重点已经转移到科学家，甚至海洋技术员和科考船经理。在船队技能培训计划中，实验室将重点放在ROV操作、AUV操作、地震勘测设备和远程呈现技术使用领域的科学家和海洋技术人员的岸上培训。

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⒋建设强大的船队并配备先进的设备

欧洲现有的海洋科考船队能力强，能够为欧洲海洋科学和更广泛的科学研究提供良好的支持，在世界上处于领先地位。1999年，欧洲科考船营运组织ERVO成立，这是一个无盈利的非官方组织，汇集科考研究及科考船管理人员，定期组织研讨论坛，参加该组织的国家已发展到18个以上。

ERVO允许科考船管理者和操作员共享船队的信息，并确定科学研究需求和解决方案，使科考船能够更好地为海洋科学研究服务，并提供最优的服务。Binot等提出在未来15年，欧洲将采取行动增加科考船队的规模。

欧洲科考船营运组织(ERVO)提出的3条科考船划分标准：⑴被公认为用于公用科学研究；⑵至少在区域规模内营运（不包括按日运行的船只）；⑶不用于公共研究的私有船只除外。按照上述第1条标准，欧洲现有科考船278艘；同时满足上述3条标准的欧洲科考船为119艘。欧洲科考船队将科考船分为5个级别，比美国联邦海洋学设施委员会（FOFC）的分类多出了一个地方级，如表1所示。

表1 欧洲科考船队分级情况

近2年欧洲已建成多艘科考船并下水，例如英国的“RRS Sir David Attenborough”号极地科考船，在极地区域自持力达60天，船长128m，宽24m，定员为30名以上船员和60名科学家。该船采用柴电混合动力推进系统，主机由4台柴油发电机组成，以及配备了2组2500kW电池，使用双轴桨叶调距螺旋桨，艏艉各有2个推进器。最大航速可达到17.2kn，13kn航速下的最大航程为19000nm。3kn航速下可破1m厚冰，破冰等级为PC4（推进系统为PC5）。

德国“AtairII”号是全球首艘以LNG为燃料的科考船，该船主要用于水文研究及测绘和沉船搜索，承担北海和波罗的海的海洋环境观察任务，同时也是导航和雷达系统的技术测试平台。

瑞典的“Svea”号科考调查船，主要用于鱼群调查及水质监测，也用于收集相关的环境变化数据，对海洋生物多样性、海水富营养化、CO2对海水酸化的影响以及海水氧化和脱氧等进行研究。其船长为69.5m，船宽15.8m，吃水5.4m，定员为15名船员和13名科学家。为布置多波束/单波束回声测深仪和声纳设置了2个升降鳍板（DropKeel）仪器舱。

欧洲海洋科考船队发展的规模相对稳定，在2020～2022年又将有7艘科考船建成，其中6艘为替换原来的旧船，分别属于比利时、冰岛、荷兰和爱尔兰等国家；还有1艘新建，为挪威的沿岸级科考船。

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二、欧洲海洋科考船的先进性能

新建的欧洲海洋科考船可以同时进行研究和监测活动，具有更多的用途。新建的欧洲海洋科考船的先进性主要表现在以下方面。

⒈耐波性、舒适性等性能不断提高

通常需要释放水下机器人，或者各种取样设备、测量设备等用以对海洋生物、海洋地质等进行调查作业，这些调查作业要求船舶具有一定的定位能力和定位精度。较好的低速航行性能是科考船能够进行海洋地球物理调查以及深海环境探测的必要条件。比如在约5kn航速下进行深海拖曳操作、气爆测量以及地震勘测等，要求提高船舶的耐波性能和操纵性能。因此，新建的海洋科考船采用动力定位系统，使得船舶具有更好的操纵性能；有的科考船舶还采用双体船设计，大大提高船舶的耐波性能，如图1所示。有的船舶放弃传统的柴油燃料，而采用清洁燃料。对船舶进行优化设计，降低船舶的振动与噪声指标。另外在科考船甲板布置更大的装置，起吊和回收能力更强。为保证科考船上配置的科考设备正常工作，科考船电站配备有足够的冗余度。同时，为提高科考船的先进性，需要研究人员、船舶运营人员与船舶设计、建造及科学设备与仪器商之间的密切合作。

图1  西班牙科考船RVSOCIB

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⒉新型科考船配备更先进的水下机器人

自2007年以来，随着欧洲对海洋科学研究的不断深入，科考船更多地配备自动水下机器人（AUV）、远程操作机器人（ROV）、自动或无人水面航行器（ASV/USV）、混合遥控机器人（HROV）、载人潜水器（HOV），以及搭载水下滑翔机（Glider）。ROV功能强大且灵活，可携带高清摄像机和模块化工具底座，可配置多种任务，从收集沉积物岩心到取样热液喷口，再到利用激光进行生物扫描。AUV具有更大的机动性，在无人参与的情况下，机器人自行做出反应，而且非常适合完成长时间、重复性和定义明确的任务。AUV在海洋科学中的实际和潜在应用范围很大。随着可部署科学仪器范围的增加和运营成本的降低，AUV可能会成为海洋勘探和采样的重要常规工具。图2为6000m水深AUV，图3为新一代长距离AUV，图4为KONGSBERG的水下滑翔机在挪威大陆架投放，执行为期连续6个月的任务。随着各种水下机器人设备在欧洲科考船上的应用，可以更高效地进行海水采样、水下成像及各种水下作业，水下机器人已成为海洋学研究中越来越重要的工具，并配备在科考船上。

图2  6000m水深AUV

图3  新一代长距离AUV

图4  水下滑翔机投放

⒊数据管理、数据处理和数据通讯能力增强

采用水下声学技术进行水下通信，采用卫星技术实现与陆地的通信。利用更新的软件和更高配置的硬件设备，提高系统的数据存储和处理能力。同时科考船的水下噪声更低，更有利用水下通信的进行。

三、科考船的发展趋势

⒈将实验室建在海上进行实时分析

新建的科考船的标志之一是开发用于现场进行实时分析的技术，船上搭载更大规模的便携式和可拆换的实验仪器。新建的欧洲海洋科考船搭载了更多用于现场测试的分析仪器，例如环境样品处理机、移动式流式细胞仪、原位紫外分光光度计和水中呼吸计系统等。

在深海中对甲烷水合物和二氧化碳进行的原位实验证明了在环境条件下进行测量的必要性。同样，开发用于观察自然状态中的海洋生物的工具也有了许多发现，而这些发现是使用传统方法是不可能实现的。配备有生物地球化学传感器的仿形浮标提供了一种方法，可以在多年的时间内自动检测穿过广阔海洋的物质通量，而无需回收和使用。环境样品处理器（ESP）可用于对天然存在的核酸和其他生物化学特征进行实时定量分析。这样，目标都是在自然条件下直接从现场获取信息而实时测试分析，从而改变了从海中取样再回陆地实验对样品进行分析的传统做法，大大提高了研究分析的准确性。

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⒉系统性地进行深海探测

科学界对深海的研究已经有一个多世纪的历史，近年来世界范围内深海区域的科学研究和商业价值不断增长，更激发了人类对深海探测的兴趣。目前欧洲深海科考船的使用寿命正处于中期，其中85%的船只将在2020～2050年期间到达使用寿命的终点。Lieven介绍到服役34年之久的RVA962 Belgica将被一艘新的多学科科考船替代，以继续为在北海的比利时以及从挪威到爱尔兰再到摩洛哥的海洋领域工作。为满足日益增长、集多学科综合考察的科考船需求，欧洲国家计划投资，在未来5到15年保持深海探测研究船队的数量，更好开展大规模科学海洋研究。

在未来的15～20年欧洲需要大量的投资来维持、更新和扩大这支船队。因此，更新和扩展必须伴随着创新的设计和概念，以确保这些科考船仍然能够支持尖端的深海测绘、研究和监测，甚至对海底矿藏进行探测，同时保持低碳影响。如图5所示，为RVL’Atalante深海科考船进行6000m水深ROV释放。

图5  RVL’Atalante科考船进行6000m水深ROV释放

一般科考船在船侧或船艉布置小于10t的吊机，而为了进行深海探测，欧洲85%的全球级和50%大洋级科考船上装备了超过10t的吊机。同时随着轻便的合成电缆和绳索的使用，减少了缆索的重量，从而提高了有效负载，可以允许使用更重的深海采样设备。另外还有一些科考船甚至在其他部位安装吊机或发射与回收系统，如图6所示。

图6  科考船上通常使用的释放与回收系统

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⒊加大极地区域的海洋研究

极地地区是世界上气候变化最脆弱的地区，被视为全球气候变化的驱动力，因此极地地区小的变化会严重影响全球环境。由于北大西洋和北冰洋之间的海洋环流相互作用，在北半球产生了重大的气候异常，致使欧洲和北极的气候和环境尤其令人担忧。许多欧洲国家不仅支持北极研究而且支持南极研究。Dañobeitia等在2016年国际海洋技术研讨会上指出，目前欧洲依然缺乏足够的海洋科考船来应对当今海洋极地研究。图7为2019年科考船IBOden在格陵兰岛西北部含有浮冰的极地水域中航行。

图7  在极地水域中航行的科考船IBOden

近年来，随着一些新的海洋科考船的建成，极地研究能力得到了提高。国际海事组织(IMO)极地规则在2017年的引入和通过，使得极地科考船的数量增加，并为极地作业做好了更好的准备。如今，欧洲极地科考船船队由24艘加固过的船只组成，但其中只有9艘是能够全年在各种冰况下航行或破冰的船只。大部分新的破冰船是后勤和科研船的结合，这意味着必须把可用的时间分配给科学研究和为南极洲的研究站提供后勤支持。

四、对我国科考船发展的启示

目前的欧洲海洋科考船队能力很强，能够为欧洲海洋科学和更广泛的科学研究提供出色的支持，并能够在世界舞台上领先。随着自动化和人工智能技术的发展、新型推进系统的采用和人们对低碳和可持续发展的日益关注，以及自动驾驶和数字技术及更小、更轻、更强大的传感器将在不同大小、类别和能力的科考船上的创造应用，新一代科考船的设计和运营方式将会产生重大变革。

我国科考船队的发展，不仅要满足科研单位的研究与测量，全球海洋调查常态化、业务化和广泛开展海洋调查国际合作也至关重要。随着“海洋强国”战略不断落实，我国加大了对科考船的建设投入，目前我国科考船新建及在建数量均居世界第一。在我国科考船的设计、建造和管理过程中，一定要借鉴国外先进的经验，提高我国科考船舶的设计水平和建造质量，关注国外科学考察的研究方向，加快提升我国船舶和科考设备的自主研发能力，配备更多的先进仪器和设备，同时还要加强科考船的组织与管理，管好、用好我国的科考船，为建设海洋强国的目标做出更大贡献。