我国浮标观测历史以及未来发展趋势

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01浮标观测的历史


浮标观测的历史可以追溯到20世纪50年代。早期的海洋浮标主要是利用浮力原理,将浮标固定在海洋中,通过浮标上的仪器来收集海洋数据。这些数据包括海水温度、盐度、水流、波浪等。然而,这种浮标的局限性很快就显现出来了。首先,它们只能固定在浅海区域,无法对深海进行观测。其次,浮标上的仪器只能收集到有限的海洋数据,无法满足海洋学家们对海洋环境全面了解的需求。


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图一:Argo浮标

随着科技的发展,海洋浮标的技术也得到了极大的提升。20世纪70年代,一种名为“Argo”的浮标被发明出来。这种浮标可以自动下潜到深海,然后再上浮到海面,通过卫星将收集到的海洋数据发送回岸站。这种浮标的出现,使得海洋学家们可以更加深入地了解海洋环境,也为海洋天气预报和海洋环境保护提供了重要的数据支持。


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          图二:我国首套超大型三锚式浮标综合海上平台

在我国,海洋浮标的发展始于20世纪60年代。经过几十年的发展,我国的海洋浮标技术已经达到了世界先进水平。目前,我国已经建立了由近3000个浮标组成的海洋观测网,这些浮标覆盖了我国所有的海域,为我国的海洋科学研究、海洋资源开发、海洋环境保护等提供了重要的数据支持。

02浮标观测的现状

国际上存在一些全球性的浮标观测网络,通用型海洋资料浮标观测技术已趋成熟。国外已经将锚系浮标观测技术扩展到深远海, 如印度洋、南北极、赤道附近等。随着海洋环境监测要求的不断增加和提高, 建立了大区域、高密度、多参数、多功能的海洋浮标监测网。例如Argo计划。Argo是一个由数千个浮标组成的全球网络,这些浮标在全球海域漂浮,通过自动下潜和浮升的方式测量海洋温度和盐度等参数。Argo网络为科学家提供了全球范围内的实时和三维海洋数据。

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浮标观测系统的技术不断创新。一些新型浮标配备了更多种类的传感器,有海洋剖面浮标、海上风剖面浮标、海啸浮标、波浪浮标、光学浮标、海冰浮标、海气通量观测浮标和海洋酸化观测浮标等,可以测量更多的海洋参数。一些浮标还能够采集表层以下更深层次的数据。

浮标观测系统对气候研究和监测具有重要作用。通过监测海洋温度、盐度和海流等参数,科学家们能够更好地了解全球气候系统的变化,包括海洋的热量分布和海洋环流的演变。一些国家和地区也在建立自己的浮标观测系统,以满足特定的地方需求。这些系统通常针对本地海洋环境和气象特点,为当地科学研究和应用提供支持。

03浮标观测分类

根据浮标的用途和功能,可以将浮标观测系统分为以下几类:

1

漂流浮标:这类浮标通常通过随着海洋表面海流漂动来收集数据。漂流浮标一般携带有传感器,可以测量海洋表面温度、盐度、波浪高度等参数。它们的运动轨迹可以帮助科学家研究海洋流动和表层海洋特征。


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2

定点浮标:定点浮标通过固定在特定位置上来收集数据,主要用于长期监测海洋环境的变化。定点浮标一般会固定在海底或浮标系泊锚定在海面上,通过测量海洋温度、盐度、流速等参数,提供长期的海洋环境数据。


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根据浮标所搭载的传感器类型,又可以将浮标观测系统分为海面温度浮标、海洋盐度浮标、

海洋气象浮标和生物浮标。其中海洋气象浮标搭载有气象传感器,可以测量大气参数,如风速、风向、气压、相对湿度等,这些数据对于气象预报和气候研究非常重要。

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04浮标观测的未来发展

目前全球初步建立起来了漂流浮标阵列和Argo剖面浮标阵列,已经为观测全球大洋信息提供了许多有效数据。并且利用了固定浮标观测系统实现了许多定点观测项目。未来将会持续投入更多浮标以维系或提升浮标系统的数据量。

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                  漂流浮标投放情况(截止至2024.01.01)

虽然浮标观测系统相对价格低廉,但是仍存在投放成本高以及不容易回收的问题。许多浮标仪器的能源供应难以维持长期高频的数据采集工作,不得不采取降低数据收集频率的方案。此外,许多浮标仪器大量外源采购,价格昂贵。未来的浮标观测系统将会向低成本和便利回收特性方向发展,采用强度近似但价格低廉的材料制作,加强浮标系统自身的定位功能以便回收。就能源提供问题方面,可以期待更高能量密度电池的研发,目前相对可行的方案是添加波浪能和流能转化器或者添加太阳能转化器。仪器国产化也是一项迫在眉睫的任务,实现仪器基本国产化能够方便快捷的为国内海洋调查工作提供硬件支持。

       此外除浮标观测系统本身,浮标与其他观测平台相结合也是一种前景光明的发展方向。目前已有如Smart float这种将Argo剖面浮标和水下滑翔机相结合的发展方向,该种浮标集Argo浮标功能与Glider水下滑翔机于一体的新型智能浮标,可实现Argo-Glider模式互换,能够携带绝大多数的物理、声学、生物等传感器,能够实现深海多学科传感器同步观测技术,从而实现我国深海大洋观测研究的跨越式发展。

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                                  Smart Float




图文 | 董昕昊 熊浩丞 康炳溪 席睿

排版 | 张立杨

指导老师 | 刘子洲 孙永明

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孙一震
活跃在昨天 14:56
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