《海洋环境检测》课件-项目四 主流海洋环境监测技术

海洋环境监测

04知识点4-1-1中国海洋卫星历程项目四主流海洋环境监测技术一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果2012年国务院批复了《陆海观测卫星业务发展规划（2011—2020年）》，确定了在“十二五”末及“十三五”期间将发射8颗海洋观测业务卫星，其中包括海洋水色星座4颗，海洋动力环境星座2颗和主用于海洋的雷达星座2颗。陆海观测卫星业务发展规划的出台，确立了海洋卫星在我国对地观测体系中的重要地位，也加速了后续海洋业务卫星的发展进程。2015年10月我国发布了《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》。关于海洋观测卫星的主要内容如下：服务我国海洋强国战略在海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面的重大需求，兼顾陆地、大气观测需求，发展多种光学和微波观测技术，建设海洋水色、海洋动力卫星星座，发展海洋监视监测卫星，不断提高海洋卫星综合观测能力。6．“十二五”期间两部规划确定未来发展，首颗动力环境卫星发射一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果海洋水色卫星星座。发展高信噪比的可见光、红外多光谱和高光谱等观测技术，建设上、下午星组网的海洋水色卫星星座，提高观测时效性。海洋动力卫星星座。发展微波辐射计、散射计、高度计等观测技术，建设海洋动力卫星星座。海洋环境监测卫星。发展高轨凝视光学和高轨合成孔径雷达（SAR）技术，并结合低轨SAR卫星星座能力，实现高、低轨光学和SAR联合观测。2011年8月16日，我国首颗海洋动力环境卫星海洋二号A（HY-2A）卫星成功发射，创造了我国遥感卫星领域首次实现厘米级高精度测定轨、首次实现主被动微波遥感器于一体等多个第一，引起了国内外的广泛关注和巨大反响，标志着我国海洋系列卫星体系初步形成。2014年海洋二号卫星地面应用系统建设项目（第一期）获得批复。6．“十二五”期间两部规划确定未来发展，首颗动力环境卫星发射一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果2017年国家海洋局和国家国防科技工业局联合发布《海洋卫星业务发展“十三五”规划》，提出到2020年我国将研制与发射海洋水色卫星星座、海洋动力卫星星座和海洋监视监测卫星3个系列海洋卫星，并实现同时在轨组网运行、协同观测，基本建成系列化的海洋卫星观测体系、业务化的地面基础设施和定量化的应用服务体系。“十三五”期间9颗海洋卫星获得批复立项，包括海洋水色业务卫星HY-1C/1D、海洋动力业务卫星HY-2B/2C、两颗1米C-SAR卫星、HY-2D动力环境卫星、新一代水色卫星以及海洋盐度卫星。7．“十三五”期间卫星组网业务化运行，星地系统同步建设，成效显著一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果“十三五”期间共发射6颗海洋卫星，包括HY-1C/1D、HY-2B/2C、CFOSAT以及高分三号（GF-3）卫星。其中2016年8月10日GF-3卫星成功发射改善了我国民用天基高分辨率SAR图像全部依赖进口的状态，并在引领我国民用高分辨率微波遥感卫星应用中起到重要示范作用。2018年10月29日CFOSAT成功发射，CFOSAT工程是中法两国在航天工程与海洋科学领域高水平合作的重要成果。2020年6月11日、9月21日以及2021年5月19日发射了HY-1D、HY-2C、HY-2D卫星，海洋水色、动力环境业务卫星组网观测终于实现，“九五”期间制定的规划全部实现。7．“十三五”期间卫星组网业务化运行，星地系统同步建设，成效显著“十三五”期间地面系统基础建设不断夯实，国家民用空间基础设施“十二五”“十三五”海洋观测卫星地面系统、定标与真实性检验场网项目获批。建立了包括北京、海南（三亚、陵水）、牡丹江三个地面站和雪龙船载接收系统组成的地面接收站网、定标场网与海洋卫星数据处理中心。一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果祝贺！我国成功发射海洋一号C星，助力海洋强国建设2018年9月7日一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果现场！我国成功发射海洋一号D卫星搭载长征二号火箭冲破夜空2020年6月11日一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果现场！我国成功发射海洋二号D卫星搭载长征二号火箭冲破夜空2020年6月11日一、中国海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果祝贺！刚刚，我国成功发射海洋二号C卫星2020年9月22日04知识点4-1-2我国在轨海洋卫星用途与特点项目四主流海洋环境监测技术二、目前在轨海洋卫星用途与特点从2002年5月15日发射第一颗海洋卫星至今，已经发射了10颗海洋卫星，包括HY-1A/1B/1C/1D、HY-2A/2B/2C/2D、CFOSAT、GF-3卫星，目前HY-1A/1B已经停止工作，HY-2A降级工作，其余卫星在轨正常工作。海洋卫星根据不同要素的探测技术能力与特点、时间与空间分辨率、覆盖范围与监测频次要求设计，按用途分为三类，包括海洋水色环境、海洋动力环境、海洋监视监测系列。海洋一号系列卫星用于海洋水色、水温、海岸带观测，HY-1A/1B为试验星，配置海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪。HY-1C/1D为业务星，配置海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、定标光谱仪、船舶自动识别系统，上、下午组网观测，陆海兼顾，载荷具有多种空间分辨率、高信噪比、高动态范围与宽刈幅等优点。1．在轨海洋卫星用途二、目前在轨海洋卫星用途与特点海洋二号系列卫星用于全球全天候海面风场、浪高、海面高度、海面温度等多种海洋动力环境参数监测，直接为灾害性海况预警预报提供实测数据，为海洋防灾减灾、海洋权益维护、海洋资源开发、海洋环境保护、海洋科学研究以及国防建设等提供支撑服务，载荷为雷达高度计、微波散射计、微波辐射计、双频全球定位系统、船舶自动识别系统、数据收集系统、双向数据通信等，HY-2A为试验星，HY-2B/2C/2D三星实现业务化组网观测。1．在轨海洋卫星用途二、目前在轨海洋卫星用途与特点海洋监视监测系列卫星用于全天候全球海洋和陆地信息的监视监测，载荷为C频段多极化合成孔径雷达，用于海洋、减灾、水利及气象等多个领域，是我国实施海洋开发、进行陆地环境资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑，试验卫星即为GF-3卫星，后续卫星1米C-SAR两颗与GF-3卫星组网，将分别在2021年与2022年发射。1．在轨海洋卫星用途国际合作试验卫星：CFOSAT为中法两国合作的科研试验卫星，中方提供散射计，法方提供波谱仪，主要任务是获取全球海面波浪谱、海面风场、南北极海冰信息，进一步加强对海洋动力环境变化规律的科学认知；提高对巨浪、海洋热带风暴、风暴潮等灾害性海况预报的精度与时效；同时获取极地冰盖相关数据，为全球气候变化研究提供基础信息。二、目前在轨海洋卫星用途与特点三颗卫星成功组网！我国首个海洋监视监测雷达卫星星座建成2022年4月8日二、目前在轨海洋卫星用途与特点根据任务使用需求、探测手段与约束条件配置载荷，已配置的载荷包括海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、定标光谱仪、雷达高度计、微波散射计、微波辐射计、校正辐射计、合成孔径雷达、波谱仪、全球定位系统、船舶自动识别系统、数据收集系统、激光测距系统、多普勒雷达和无线电定位组合系统近20种载荷，探测手段覆盖紫外、可见光、近红外、红外以及主被动微波遥感，品种多，定量化精度高，研制难度大。2．卫星载荷配置、轨道与工作模式二、目前在轨海洋卫星用途与特点在轨的海洋卫星HY-1C/1D、HY-2B、CFOSAT、GF-3为太阳同步轨道，每天对全球探测的地方时间基本相同，分别在凌晨、早晨、上午、下午和晚上5个时间段经过我国海域，各卫星每天24小时工作，每天绕南北两极方向飞行14或15圈。HY-2C/2D卫星为倾斜轨道，与HY-2B组网以提高海洋动力环境参数的观测时效。2．卫星载荷配置、轨道与工作模式各卫星24小时工作，各载荷大部分全球开机探测，实现对全球、南北极、海岸带、海岛探测，每个载荷覆盖宽度从10～3000km，覆盖周期1～3天，扫描幅宽大的遥感载荷覆盖全球的周期短，而扫描幅宽小的遥感载荷覆盖全球周期就要长一些。覆盖最宽的是海洋水色水温扫描仪，扫描幅宽为3000km,每天白天、晚上覆盖全球一次，散射计幅宽1300～1750km，早晚观测一次，实现对全球两天一次观测。二、目前在轨海洋卫星用途与特点海洋卫星不仅可以监测海洋，在经过陆地时获取的信息也十分丰富，其中GF-3卫星本身就是陆海兼顾的卫星，可全天候监测水体与陆地地表。HY-1C/1D卫星的载荷扫描幅宽大，数据获取周期短，针对水体设计，动态范围大，信噪比高，辐射性能好，也是陆地自然资源普查、生态环境与洪涝灾害、森林火灾监测的有力工具。3．海洋卫星可兼顾大尺度陆地监测，为快速普查与应急救灾提供支撑二、目前在轨海洋卫星用途与特点海洋卫星运行由国家卫星海洋应用中心统一负责，从卫星探测计划与管控、多个地面站数据实时接收、数据通信传输、标准基础产品制作、数据定标与产品真实性检验、产品存档与分发全过程自主控制，多卫星业务化生产链条完整，海洋卫星星地一体化运行体系日趋完善，海洋卫星组网业务化运行能力基本形成。在海洋卫星处理过程中，针对境内探测数据，当轨接收之后一小时内完成产品制作；境外数据通过延迟回放处理，延迟2小时到12小时之间。4．星地系统一体化管理，获取数据时效快04知识点4-1-3我国海洋卫星未来发展建议项目四主流海洋环境监测技术三、海洋卫星未来发展建议根据国家需求与科技创新成果，继续推进国家空间基础设施建设，一是推动原来规划的各类卫星如期立项研制、发射，确保国家空基规划圆满完成；二是跟踪监督正在研制的卫星过程，做好协调，保证质量，按期发射；三是做好在轨卫星的管理，确保卫星安全稳定连续与延寿工作，发挥每颗卫星的效能、效益，在轨卫星若出现故障或停止工作时，有备份卫星及时发射补充，保持数据连续性与完整性。加大研发力度，推动高轨海岸带卫星和高轨SAR卫星立项，进一步提高卫星观测时效和全天候工作时间。推进激光雷达及高分辨率海流观测载荷研发，拓展海洋卫星观测手段。三、海洋卫星未来发展建议充分利用最新技术手段与成果，对几十年来的历史卫星数据进行整理归档与重处理，形成标准的基础数据集，利用大数据分析工具挖掘可用信息，提高历史数据价值和利用率。开展多源数据融合研究，提取更丰富的信息，一是不同探测手段之间的信息融合；二是不同时空尺度的要素信息融合；三是不同类卫星包括陆地、气象、国外卫星、商业卫星数据之间的融合使用。完善地面系统能力建设，确保数据质量，丰富产品品种，加强应用系统建设，建立各类应用平台，拓展应用领域，推动地方区域应用，打通数据产品到应用信息服务最后一公里，提高数据利用率和定量化水平。三、海洋卫星未来发展建议我国将按海洋水色环境卫星、海洋动力环境卫星、海洋雷达卫星3个海洋卫星系列发展，使其达到业务化、长寿命、不间断稳定运行；建立海上辐射校正与真实性检验场；建立极地遥感接收系统；健全与完善北京、三亚、牡丹江、杭州地面接收站；逐步实现以自主海洋卫星为主导的海洋立体观测系统。建成天地协调、布局合理、功能完善、产品丰富、信息共享、服务高效的覆盖我国近海、兼顾全球的国家海洋卫星地面应用系统，实现产品多样化、数据标准化、应用定量化、运行业务化，满足海洋监视监测现代化、科学化、信息化、全球化的要求，为实施海洋开发战略与发展海洋产业提供强有力的技术支撑，提高海洋环境预报和海洋灾害预警的准确性和时效性，有效实施海洋环境与资源监测，为维护海洋权益、防灾减灾、国民经济建设和国防建设提供服务。04知识点4-2海洋遥感的特点与应用

项目四主流海洋环境监测技术三、海洋遥感的特点海洋遥感与陆地遥感相比，具有明显的特点。1、海洋反射信号弱，现象间光谱差异小。海洋遥感探测中，大气影响是一个不可忽略的因素。在传感器所接收的辐射能中，大气路程辐射比海洋本身辐射高一个数量级，占据了信息的绝大部分。故大气校正是开展海洋卫星遥感的一个必不可少的步骤。在陆地遥感中，陆地上的地物波谱差异较大，不同地物具有不同的“地物谱”，加之地物反射或发射电磁波的能力较强，传感器能够接收到较强的信号，并能在传感器上得到很好的反映。在同一大气条件下，大气对不同地物辐射的影响是一致的。因此，如不作绝对定量研究，即使不做大气校正工作，仍可以提取到满足应用要求的地物信息。2、海洋遥感理论性强。海洋遥感从数据的预处理到专题信息提取都是理论性很强的工作。在信息处理中，大气辐射理论、海洋各种要素的遥感机理、反演模式等，都涉及海洋学、物理学、地理学等众多学科，是理论性很强的科学。三、海洋遥感的特点3、影响海洋要素遥感信息的因素多。海洋要素处于广阔的动态空间中，受到众多因素的影响。比如泥沙含量就受许多海况要素的影响，海面风会阻止悬浮泥沙下沉；波浪则会掀起海底沉积物；潮流能使海水挟沙混合运动增强；温差则会造成海水上下涡动；沉积物和底质会影响悬浮泥沙的浓度。这些因素影响了海水泥沙含量，最终影响到所获取的泥沙遥感信息。因此，海洋要素随时受到不同因素的影响，遥感信息呈现很强的时态性。这使得在海洋要素遥感信息分析时，必须考虑探测周围环境中的主要影响因素，如所研究海区的特征和探测时的海况条件(如海面风、浪、流等)，以便得到正确的结论；在海洋遥感信息提取时，海洋要素的反演模式也变得较为复杂。三、海洋遥感的特点4、海洋遥感的特性描述方法不同于陆地遥感。陆地地物因光谱差异明显，往往具有特定的“地物光谱”。而海洋表层性质较为均一，反射度和对比度都较小，难以发现不同海洋要素的特征光谱。海洋遥感是通过其它参数反映海洋要素特征的。其中海水吸收系数、体散射函数、散射系数、衰减系数、相函数和单次散射反射比是几个重要的海洋参量，可用来描述海水本身特征的，我们称之为海洋要素的“地物谱”。比如海水吸收系数,是描述电磁波在传播过程中由于海水的吸收引起强度衰减的一个物理量，它随海水成分如盐、叶绿素及悬浮物等的变化而变化。不同的海水吸收系数，反映了成分或成分含量不同的海水。三、海洋遥感的特点5、海洋遥感要求传感器有较高的时间分辨力。广阔的海洋是时刻处于运动中的水体，比如海洋动力环境要素中的海面风场、浪场、流场、潮汐及涡旋等等，都是瞬息变化的要素。因此，海洋遥感的时域特性是很重要的，只有保持海洋观测很好的动态性，才能及时准确地反映海洋要素的变化过程。相对而言，陆地遥感中，往往地物变化周期要长得多，动态性要差得多。6、海洋遥感对传感器的光谱分辨率要求高。因为不同海洋要素光谱差异很小，故只有把传感器波段细化，才能使海洋要素得到很好的反映。如SeaWiFS就把可见光分为7个波段(波长分别为443nm,490nm,510nm，520nm,550nm,670nm,750nm)，波段范围较窄，以适应不同水色要素的探测要求。四、海洋遥感技术的应用海洋遥感技术是海洋环境监测的重要手段。卫星遥感技术的突飞猛进，为人类提供了从空间观测大范围海洋现象的可能性。目前，美国、日本、俄罗斯等国已发射了10多颗专用海洋卫星，为海洋遥感技术提供了坚实的支撑平台。海洋声学遥感技术是探测海洋的一种十分有效的手段。利用声学遥感技术，可以探测海底地形、进行海洋动力现象的观测、进行海底地层剖面探测，以及为潜水器提供导航、避碰、海底轮廓跟踪的信息。四、海洋遥感技术的应用目前遥感技术已应用于海洋学各分支学科的各个方面。海洋遥感主要应用于调查和监测大洋环流、近岸海流、海冰、海洋表层流场、港湾水质、近岸工程、围垦、悬浮沙、浅滩地形、沿海表面叶绿素浓度等海洋水文、气象、生物、物理及海水动力、海洋污染、近岸工程等方面。近年来对于海岸带及海岛的遥感尤为活跃，它可以提供跟踪大尺度洋流、中尺度涡流实时调查信息(包括风浪场的准确信息)、海面上空的云图和风暴潮及台风信息、海洋初级生产力和海洋生物环境方面的信息、有关重力场、海平面、大地水准面等海面地形的测高资料及快速大尺度监测和区分海面溢油及其它海面污染的方法与图像等方面信息。但是，某些传感器的测量精度和空间分辨力还不能满足需要，很难做到定量测量；有的遥感资料不够直观，分析解译难度很大；传感器主要利用电磁波传递信息，穿透海水的能力较弱，很难直接获得海洋次表层以下的信息。04知识点4-3-1岛屿自动气象站项目四主流海洋环境监测技术二、岛屿自动气象站建在岛上的自动气象站具有风力大、盐度高、湿度大的特点，比陆地上的自动气象站更难建设，必须高起点、高质量地建设，以保证岛上自动气象站的安全稳定运行。岛屿自动气象站的选择应直接反映当地的气候特征，符合“三性”(代表性、准确性、可比性)条件的站应根据气象观测环境的要求进行选择。特别需要选择能代表当地气候特征的大气环流的逆风侧。需要考虑是否受地形影响，尽量排除特殊地形对气象记录的影响。岛上的空气湿度大，含盐量高。海浪经常携带海水微滴，直接随风袭击气象仪器和设施。大量咸砂、灰尘、湿气等。会直接附着和驻留在仪器和设施上，在短时间内导致金属物体氧化，对仪器和设施造成明显的腐蚀。即使使用不锈钢，也很难抵抗海水侵蚀。二、岛屿自动气象站DZH3海滨（海岛）自动气象站DZH3海滨（海岛）自动气象站是针对海滨、海岛、石油平台等滨海地区的观测应用需求，结合多年的经验积累而设计、研发的一款自动气象观测站。产品特点1、拥有自主知识产权的海滨（海岛）自动气象站，通过国家气象局考核并取得气象装备许可证，其稳定性和可靠性得到充分验证2、满足常规六要素与能见度的观测要素需求，还可扩展辐射、水文等要素；3、适应海洋环境的结构设计，抗风强度达到75m/s、IP65防水等级、316不锈钢材质4、可根据不同安装地点（海滨、海岛、海上石油平台等）提供相对应的结构设计5、具有多种供电方式：如交流或风光互补供电6、具有电源系统充放电状态监控的功能7、支持本地和远程通信方式，远程通信支持4G全网通移动网络和北斗卫星通信方式8、采集系统软件支持远程在线升级，整机系统支持远程重启9、具有远程诊断功能，可以对自动站运行状况和数据质量进行远程监控和诊断资料链接/ztbd/2022zt/20220901/2022090103/202209010301/20220901030103/202209/t20220902_5066750.html04知识点4-3-2岸基高频地波雷达项目四主流海洋环境监测技术三、岸基高频地波雷达高频地波雷达作为一种新兴的海洋监测技术，具有超视距、大范围、全天候以及低成本等优点，被认为是一种能实现对各国专属经济区(EEZ)监测进行有效监测的高科技手段。各临海发达国家均进行了研发投入，并实施了多年的对比验证和应用示范。高频地波雷达是我国海洋环境立体监测网的重要组成部分，利用其超视距、全天候、大范围、高分辨率、低成本的优点，实现了传统“点探测”到“面探测”的突破。1、简介岸基地波雷达探测原理示意图三、岸基高频地波雷达1、简介一种高频地波雷达的任意工作周期同步组网方法及设备与流程本发明涉及地波雷达主机系统、雷达组网技术领域，具体涉及一种高频地波雷达的任意工作周期同步组网方法及设备。/zhuanli/62/202110203627.html三、岸基高频地波雷达高频地波雷达(HighFrequenceRadar,HFR)利用短波(3-30MHz)在导电海洋表面绕射传播衰减的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，其作用距离可达300km以上。。高频地波雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。1、简介在海洋环境监测领域，地波超视距雷达具有覆盖范围大、全天候、实时性好、功能多、性价比高等特点，在气象预报、防灾减灾、航运、渔业、污染监测、资源开发、海上救援、海洋工程、海洋科学研究等方面有广泛的应用前景。三、岸基高频地波雷达无线电波朝海面发射时，在海水表面会存在一种电磁波传播模式，称为地波(GroundWave)，是一种表面波(SurfaceWave)，因此高频地波雷达也叫做高频表面波雷达(HFSurfaceWaveRadar)。在中波和短波段海水表面的地波传播衰减很小，而且地波在一定程度上会沿着弯曲的地球表面传播，到达地平线以下很远的地方，即实现超视距传播。因此利用地波超视距传播特性进行探测的高频地波雷达也称为地波超视距雷达(Over-The-HorizonRadar)，探测距离根据发射功率和频率的不同通常可达到200～500km。另外两种类型的超视距雷达分别是天波超视距雷达和利用大气波导特征的微波雷达，前者通过电离层对高频无线电波的反射实现对数千公里外目标的探测，后者可以对一两百公里外的目标进行探测。2、工作原理三、岸基高频地波雷达二十世纪四、五十年代人们发现在海岸担任探测和警戒任务的雷达总是受到来自海面不明原因的“干扰”。1955年，Crombie关注这一现象，进行实验研究，发现“数十米波长的电磁波与海洋表面的相互作用，将产生Bragg绕射现象”。原来那些干扰是波长等于无线电波波长一半、传播方向平行于（接近或远离）雷达发射波束方向的海浪与无线电波“谐振”散射所产生的回波。3、发展历史Crombie的研究揭示了上述“干扰”的物理来源，同时使地波雷达超视距探测海面状态成为可能。冷战期间美、苏部署了为数不少的超视距雷达用于探测对方的军事动态，客观上也为科学家研究无线电波与海洋粗糙面相互作用提供了很好的实验条件。为依托，所以建站相对容易些，风险也较小。三、岸基高频地波雷达1968～1972年，在美国国家海洋大气局（NOAA）工作的D.E.Barrick定量解释了海面对无线电波的一阶散射和二阶散射的形成机制，为高频雷达探测海洋表面状态建立了坚实的理论基础。Barrick和美国国家海洋大气局（NOAA）电波传播实验室（EPL）经过十多年理论和实验研究，于1970年代末研制成功用于探测海洋表面状态的CODAR(CoastalOceanDynamicsApplicationRadar)系统，并于1983年成立CODAR公司，实现了高频地波雷达的商品化。3、发展历史与军用高频超视距雷达动辄数公里长的天线阵不同，Barrick创造性地运用一组交叉环/单极子天线（三个接收通道）即可获取大面积海流的分布信息。这一技术的确是非常天才式的发明，他的该项成果获得1979年美国商务部的金质奖章。在他的论文中声称这种基本不占地的接收天线的海流探测性能“等同于数百米阵列接收天线的性能”。三、岸基高频地波雷达当然这种“等同”只是在某种意义上的近似等同，从探测理论和信号处理的角度看，在探测精度、空间分辨率和时间分辨率上还是不能跟“数百米阵列天线”的性能相提并论，而且不能提供大面积风场和浪场的探测信息。但是Barrick对高频雷达海洋探测的贡献无论怎么说都是无与伦比的，他的理论奠定了高频雷达海洋探测的基础，他的紧凑式雷达天线技术大大降低了地波雷达购置和安装成本，直接导致了高频地波雷达的规模化推广应用，为海洋学家和沿岸防灾减灾及环境保护提供了新型观测手段。以3、发展历史04项目四主流海洋环境监测技术知识点4-4-1海洋资料浮标的组成及分类1海洋资料浮标的组成及分类海洋资料浮标主要由浮标体、锚系、传感器、数据采集器、通信系统、供电系统、安全系统、浮标检测仪等部分组成。浮标体包括标体、桅杆(塔架)、小平台、配重等组成部分，与锚系相连，为浮标正常工作提供漂浮浮力，并为水下测量传感器、水上测量传感器、数据采集器、蓄电池等提供搭载支撑。锚系包括锚、锚链、缆绳、浮子等组成部分，连接浮标体和海底，是浮标在不同深度海区长期定点工作的基础，为浮标在恶劣海洋环境下不跑锚、不断链提供可靠支撑。1．1海洋资料浮标的组成传感器包括气温计、气压计、风速计、湿度计、波浪传感器、海流计等，用于获取水文、气象等各类参数。数据采集器包括各类传感器接口和功能模块，按照一定的时序完成数据的自动采集、处理、存储、传输和控制等功能，是浮标系统的数据处理和控制中枢。通信系统包括天线、通信模块或一体化通信设备，采用卫星、短波、超短波、蜂窝移动通信等无线方式将观测数据传输到陆地数据接收站。1海洋资料浮标的组成及分类供电系统由太阳能电池板、蓄电池组和充放电控制器等组成，为浮标通信系统、数据采集器、传感器等各类仪器设备长期连续工作提供电源。安全系统包括卫星定位系统、避雷针、雷达反射器、雷达应答器、锚灯、开舱检测装置、进水传感器等组成部分，具有浮标移位、防雷、警示、应答、避险、舱门状态预警、进水报警等功能。浮标检测仪包括各类检测应答接口，用于对浮标进行设置、调试和检测。我国研制的大型海洋资料浮标组成示意图如图2所示。1．1海洋资料浮标的组成1海洋资料浮标的组成及分类图2海洋资料浮标组成示意图Fig．2Componentsofanoceandatabuoy1．1海洋资料浮标的组成1海洋资料浮标的组成及分类海洋资料浮标按照不同的分类方法，具有不同的名称，通常按照应用需求、浮标体结构形式、锚泊方式、浮标体尺度(尺寸)测量功能等进行分类。按照应用需求，浮标分为通用型和专用型。通用型浮标测量的环境参数多，能够满足对布放海域水文、气象、生态环境的综合监测;专用型浮标对某个或某类海洋环境参数进行测量(如波浪浮标、水质浮标、核辐射浮标、海啸浮标、海气通量浮标等)，可实现对特定海域特殊海洋环境的重点监测。1．2海洋资料浮标的分类参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.1海洋资料浮标的组成及分类按照浮标体结构形式，浮标分为圆盘形、球形、船形、柱形等类型。圆盘形、球形浮标具有结构对称、机械强度大、有效空间和利用面积大、随波性好、抗沉性好等特点;船形浮标具有体形线性好、重量轻、运输拖曳方便、抗风浪流的能力强、不易倾翻、适于在强海流的海区工作等特点;柱形浮标具有吃水线深、水动阻力大、升沉横摇运动稳定性好、不易倾翻等特点。1．2海洋资料浮标的分类参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.1海洋资料浮标的组成及分类按照锚泊方式，浮标分为锚系型和漂流型。锚系型浮标通过锚系连接海底与浮标体，锚系克服海流作用将浮标限定于一定位置范围内工作，主要用于获取海洋特定位置长时间序列水文和气象变化实况信息，适合对关键海区布设长期观测网从而对海洋进行监测和研究。1．2海洋资料浮标的分类漂流浮标没有锚系的限制，可以在海洋中随风、波浪、洋流作用自由漂移或升沉，在运动过程中收集大范围的海洋表层、次表层环境数据，具有体积小、重量轻、布放机动灵活、成本低、工作可靠性高等优点，适合在全球海洋大规模投放，进行海洋环流、气候变化等监测和研究。参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.1海洋资料浮标的组成及分类按照浮标体尺度，可以分为大型、中型、小型等不同类型。浮标尺度越大，其稳定性越好、更不易倾覆、抗破坏性和抗恶劣海况的能力更强，但浮标的设计难度更大、建造价格更高、周期更长，运输、拖航、布放回收难度也会更大。为保障浮标在海况特别恶劣海区正常工作，可以研制、布放一定数量的大型浮标;根据成本控制、布放回收的方便，在海况不太恶劣海区，可以考虑布放中小型浮标。1．2海洋资料浮标的分类参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.1海洋资料浮标的组成及分类按照浮标测量功能，可分为气象水文监测浮标、水质浮标、波浪浮标、光学浮标、核辐射监测浮标等类型。根据搭载的测量传感器不同，浮标能够实现对海洋水文、气象、生态、光学等环境参数的测量。1．2海洋资料浮标的分类海洋水文参数主要有水温、盐度、波高、波周期、波向、流速、流向、透明度等;海洋气象参数主要有气温、气压、相对湿度、风速、风向、辐射、降雨量、能见度、云高、云量等;海洋生态参数主要有叶绿素含量、溶解氧含量、总有机碳含量、叶绿素a含量、酚含量、黄色物质含量、石油含量、硝酸盐含量、亚硝酸盐含量、磷酸盐含量、二氧化碳分压、化学需氧量、放射性物质含量等;海洋光学参数主要有向下光谱辐照度、向上光谱辐亮度、海面入射光辐照度、向下光谱辐照度漫射衰减系数、向上光谱辐亮度漫射衰减系数等。参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.1海洋资料浮标的组成及分类不同浮标的分类往往有所交叉，可根据习惯、用途、某一方面突出特点进行命名，如波浪浮标，同时也是球形、锚系型、小型浮标;船形浮标，同时也是通用型、锚系型、中型浮标;而大型、中型浮标，同时也是通用型、圆盘形、锚系型浮标。目前我国浮标已经发展出了十几种类型，形成了系列化浮标。1．2海洋资料浮标的分类参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.1海洋资料浮标的组成及分类1．2海洋资料浮标的分类我国研发的系列化浮标，大部分为锚系型，已经在我国渤海、黄海、东海、南海广泛应用，并布放到北极及印度洋等相关海域。参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.04知识点4-4-2海洋资料浮标的主要理论项目四主流海洋环境监测技术2海洋资料浮标的主要理论及技术体系海洋资料浮标涉及力学、系统理论、材料学、机械设计技术、传感技术、微电子技术、计算机技术、通信技术、可靠性技术等多学科的交叉、集成，主要由锚系、浮标体、电子系统(传感器、数据采集、通信、供电)等部分组成。浮标体是锚系和电子系统的浮力载体，锚系是浮标系统定点工作的基础，电子系统是获取海洋资料的关键，这三者是浮标总数效能中最重要的三个部分，任何一个部分的失效，都会造成整个系统的失效。浮标所处的工作环境极为恶劣，面临气象、水文、生态等环境参数多、变化范围大、冲击强度剧烈、持续作用时间长等特点，这就要求浮标在设计时需充分考虑测量范围、测量精度、浮性、稳性、抗沉性、风载荷、波浪载荷、海流载荷、结构形式、密封性、可靠性等因素，才能保证浮标系统的正常工作。2海洋资料浮标的主要理论及技术体系2．1．1浮标力学理论浮标力学理论分为自由浮体静力学、自由浮体动力学和约束浮体水动力学。自由浮体静力学主要研究不受约束的自由浮体在流体中所受浮力、完全浸没在流体中的静力平衡、水面浮体静力平衡，是确定浮体浮心位置、稳心位置并分析其受外力作用稳定的理论分析基础，对于设计出在任何海况条件下不发生倾覆的浮标体提供理论依据。2．1理论体系自由浮体动力学主要研究自由浮体对波浪激励的动态响应，包括浮标在简谐波中的升沉运动、纵荡和横摇，当波浪的频率接近浮标固有频率时，浮标将发生谐振，浮标升沉振幅、横摇角将变得很大。约束浮体水动力学主要研究分析浮在水面的浮体所受平滑流体表面摩擦阻力即流体阻力与流体密度、速度、浸湿表面积的关系以及浮体在振动流体中所受惯性力与阻力的关系，对于浮体几何形状与特性尺度确定、浮体与海底锚系方法选择以及浮体海上拖航速度确定等具有重要理论指导意义参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.2海洋资料浮标的主要理论及技术体系2．1．2系留索力学理论系留索力学理论分为系留索静力学和系留索动力学。系留索静力学主要研究稳态条件下流体对系留索的负荷及其产生的影响，可以从单点系留索和多点系留索两种情况进行研究，为预知系留索的几何形状和应力沿系留索的稳态分布提供理论基础。系留索动力学主要研究系留索对波浪激励的响应，可以预知波浪动力激励沿绳索的幅度和分布以及研究谐振的条件，当波浪与系留索产生谐振会使系留索产生巨大的位移，从而引起系留索承受很高的受力峰值负荷或绳索松弛，造成跑锚或系留索结构疲劳甚至断裂。2.1.3海洋动力环境浮标监测理论海洋动力环境浮标监测理论是山东省科学院海洋仪器仪表研究所根据海洋动力环境、环境特征监测而进行浮标设计的一个理论体系，主要包括基于波浪理论的浮标系统随波性分析、动力分析技术、软测量技术等，为研制系列化、工程化、随波性好的海洋监测浮标提供必要的理论支撑。04知识点4-4-3海洋资料浮标的主要技术体系项目四主流海洋环境监测技术2海洋资料浮标的主要理论及技术体系2．2．1信息处理技术信息处理技术是指可以扩展信息功能的所有技术，包括信息的变换、监测、提取、识别、传递、控制、分析、处理、存储等。在海洋资料浮标研制过程中，采用了信息熵模型、噪声模型、随机数据以及多源数据处理等方面的信息处理技术。2．2技术体系2．2．2软测量技术软测量技术是通过辅助变量来获得对主导变量的最佳估计的数学模型处理技术，其本质上是完成由辅助变量构成的可测信息集(各辅助变量)到主导变量估计的映射。海洋资料浮标开发中采用的软测量方法有回归分析、状态估计、人工神经网络方法等。参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.2海洋资料浮标的主要理论及技术体系2．2．3传感器及弱小信号处理技术传感器技术是关于传感器原理、结构、材料、设计、制造及应用的综合技术，是浮标系统获得海洋各类信息的重要手段。传感器直接感受被测海洋环境的气象、水文、生态参数变化，并将变化的被测参数转换成易于传送的物理量。弱小信号处理技术是通过抑制噪声和提高信噪比，从强噪声中检测出有用弱小信号的一种技术。浮标上的弱小信号处理技术是极为重要且难度较高的关键技术。2．2技术体系2．2．4通信技术浮标上采用的信息编码方法主要有发送端数据压缩、接收端数据译码等技术，包括北斗通信、短波通信、Inmarsat-C卫星通信、GPＲS(generalpacketradioservice)以及CDMA(codedivisionmultipleaccess)等。2海洋资料浮标的主要理论及技术体系2．2．5可靠性设计及相关技术浮标所采取的可靠性设计及技术包括开展可靠性设计(包括建立可靠性模型、可靠性分配、可靠性预计、故障模式和影响及其危害度分析、划分可靠性关键件及重要件等)，提高工艺水平，通过可靠性增长试验改进设计和工艺，进行环境应力筛选，强化可靠性管理等。2．2技术体系2．2．6海洋资料浮标观测网络技术海洋资料浮标观测网络技术是实现海洋监测数据共享的基本技术。随着各类海洋资料浮标的广泛应用，在海洋海况预报、海洋气象预报及海洋科学探索等领域的资料数据共享成为一种必然。目前海洋资料浮标观测网络的拓扑结构已形成，可以通过包括卫星通信组网(海事卫星组网、北斗通信组网)、移动通信组网(CDMA、GPＲS)以及无线通信组网(地浪、天波等)等方式单独或同时运行来实现。04知识点4-4-4我国海洋浮标技术发展历程项目四主流海洋环境监测技术3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展我国近海地处亚洲大陆和太平洋结合处，是大陆和大洋的过渡带，在大陆、大洋、大气三方面的作用和影响下，天气和气候系统较为复杂，一年四季受到热带气旋、寒潮和冷空气、温带气旋等天气系统的影响，容易引起近海狂风、霜冻、雨雪、风暴潮、巨浪等恶劣天气及海况的产生，给浮标的正常工作造成较大的冲击。这就要求浮标在各类环境中适应性要足够强，特别是对于浮标体稳性、抗沉性、随波性、结构强度，锚系抗拉伸拉断强度、尺寸、姿态等，以及电子系统的抗震动、抗冲击等的设计提出了很高的要求。浮标是涉及学科广泛、技术密集的综合性工程装备，要保证其在复杂恶劣海洋环境条件下正常工作，研制难度大。由于海洋气候特点、不同阶段科技发展水平以及工程技术经验积累等原因，我国浮标技术发展经历了比较漫长的过程。伴随着科技水平的提升和实践经验的积累，我国浮标技术正在走向成熟。参考文献：王军成,厉运周.我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J].山东科学,2019,32(05):1-20.3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展我国的海洋浮标技术在世界上起步较早，通过不断摸索逐渐走向了满足业务应用的成熟阶段。1966年，我国第一台浮标H23诞生，浮标体为艇式，可以测量7个水文气象要素，通过二极管组合器输出莫尔斯码，并由发报机发出，海上通信距离为50km，当时在近海试运行了27d。1968年，我国在H23浮标原理样机基础上进行改进，研制出第二台浮标2H23，整机及程序控制电路采用晶体管，当时在海上试验了24d。3．1我国浮标技术发展历程1978年，我国研制出第一台大型浮标HFB-1，属于我国第一代大型浮标科研样机，浮标体直径为10m圆盘形，排水量为50t，采用三锚固定，主控系统采用了小规模集成电路，可以测量11个水文气象要素，海上通信距离为150km，当时在海上试验95d，其中海上连续工作时间58d。1979年，我国研制出第一个用数字传输的全自动浮标“南浮”1号，浮标体为6m圆盘形，排水量13t，控制系统采用单板微处理机取代小规模集成电路，测量12个水文气象参数，通信距离500km，当时海上试用13个月，其中海上连续工作时间90d，属于第一代向第二代过渡的科研样机。1983年，我国研制了科研样机“科浮”2号，浮标体直径为5m圆盘形，排水量13．58t，测量要素12个，通信距离1000km，海上试用4个月，也属于第一代向第二代过渡科研样机。3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展1984年，在HFB-1浮标基础上改进研制出HFB-1A浮标，将原来分立元件改为小规模集成电路，对电子仪器系统进行了可靠性设计，海上试用连续工作325d;3．1我国浮标技术发展历程1986年，在HFB-1A浮标基础上改进研制出HFB-1B浮标，三锚改为单锚固定，增加了测波项目，测量要素11个，通信距离400km，海上试用3年，海上连续工作时间351d，是当时国内海洋浮标海上连续工作时间最长、获得海洋水文气象资料最多的浮标系统，浮标可靠性的提高，使我国浮标从试验阶段进入实用阶段。1987年和1989年，我国自行研制出自动化程度高、实用的大型海洋资料浮标FZF2-1，又称Ⅱ型海洋资料浮标，浮标体为10m圆盘形，排水量52t，单锚固定，数据采集系统采用CMOS低功耗微机，测量要素9个，通信距离400km，海上连续工作时间500余天，浮标综合技术性能和指标处于国内领先水平，达到了20世纪80代初期国际水平，属于我国第二代大型浮标。1989年，我国研制了第一台小型资料浮标FZS1-1，浮标体为3m圆盘形，排水量3t，单锚固定，数据采集系统采用CMOS低功耗微机，测量要素9个，通信距离150km，海上试用80d，整机性能达到20世纪80年代国际同类产品水平，填补了我国小型资料浮标空白，属于我国第一代小型浮标。3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展1990年，我国研制了第一台深海浮标FZS2-1，浮标体为10m圆盘形，排水量54t，倒S单锚固定，布放水深4000m，数据采集控制及通信系统沿用FZF2-1浮标，测量要素15个，国内首次采用太阳能复充蓄电池供电方式，通信距离600km，海上试用332d，海上连续工作时间75d，属于我国第二代大型浮标。3．1我国浮标技术发展历程1992年—1994年，我国对原FZF2-1浮标系统(不包括浮标体及锚系部分)进行改进，研制了FZF2-2浮标系统，显著提高了可靠性和测量准确度，实现了当时我国海洋资料浮标网大型浮标设备、结构、软件的统一标准化，国内首次应用大容量固态存储器代替数据磁带机，使用AＲGOS卫星传输数据，浮标在技术性能、工作可靠性、实用性、数据准确性和回收率等综合性能处于当时国内领先地位，达到了20世纪80年代末国际先进水平，3套浮标海上业务应用7a。1995年—1996年，我国利用FZF2-2浮标技术对FZS2-1浮标的数据采集、控制、通信、传感器、岸站系统进行重新设计后，研制成功FZF2-3海洋资料浮标系统，国内首次应用INMAＲSAT-C海事卫星通信，彻底解决了我国浮标信息接收率低的问题，实现了2套南海深海浮标长期业务运行，填补了我国南海海域无浮标的空白。3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展1997年—1998年，我国利用FZF2-3浮标技术对两台FZS2-1浮标技术改造，采用工控机作为主控微机统一传感器等部件接口，系统具有故障诊断和自测试功能，实现了东海海域的业务监测。1999年，我国研制了第一台深海船形浮标XHZ01，浮标体为船形，排水量10t，采用倒S单锚固定，数据采集系统采用工控机，测量要素9个，通信距离1500km，布放于我国南海海域试用了1a。3．1我国浮标技术发展历程2001年，我国研制了FZF3-1浮标，浮标体为为10m圆盘形，排水量52t，单锚固定，数据采集系统改用工控机，海上连续工作时间18个月，测量要素10个，通信距离600km，是我国第三代大型浮标，成为我国海洋资料浮标网主力浮标，满足了海上业务应用需要。2008年，我国研制了第四代大型浮标FZF4-1，浮标体为为10m圆盘形，排水量52t，单锚固定，测量要素20余个，海上连续工作时间2a，成为我国海洋资料浮标网主力浮标。04项目四主流海洋环境监测技术知识点4-5-1我国海洋浮标技术突破与进展3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展浮标观测要实现长期、稳定、可靠的业务化运行，需要在诸多方面进行技术突破。我国自“七五”以来的多个国家和省部科研计划都对海洋资料浮标领域进行资助，目前已经在多个方面取得了多项突破。3．2我国浮标技术突破与进展3．2．1平台基础技术突破山东省科学院海洋仪器仪表研究所多年来在海洋资料浮标技术方面进行研究，相关技术的突破为我国海洋资料浮标观测网业务化运行提供重要技术支撑和业务保障。该所从浮标的抗恶劣环境、多通道通信、远程维护、深海系留等关键技术入手，逐步解决了浮标长期运行的稳定性和可靠性问题，使国产浮标的性能得到大幅度提高，并且研制了系列化的海洋环境观测浮标。3．2．2观测数据的长期连续性、准确性、稳定性突破研制可靠性高、兼容性强的海洋资料浮标双机并行控制系统，是提高浮标及浮标观测网长期观测数据连续性、准确性和稳定性的有效措施。3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展3．2．3检测传感新方法突破随着技术的不断进步，对环境参数的要求也越来越高，传统的测量方式已经不能满足需求。传感器的测量要素种类、参数范围、测量精确性需要不断提高，如波浪测量除需要测量波高外，还需精确测量波向。随着海洋开发的进行，海水富营养化、海洋污染加剧，海洋生态监测传统上采集海水样品到实验室检测分析已不再满足需要，因而亟需研究新的检测传感方法解决现场测量难题。针对浮标对海洋生态参数监测功能的不足，提出用超声波、紫外光协同臭氧消解光度法测量水体中总氮总磷和流动注射臭氧氧化方式、臭氧氧化紫外扫描光谱积分方式测量总有机碳等方法，研制了检测总磷总氮、总有机碳、营养盐等多种传感器。3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展3．2．4传统浮标体结构设计突破目前大型浮标是海洋业务化监测最常用的长期现场观测平台，具有抗环境冲击能力强、倾覆概率小、海上工作寿命长和在位率突出的优势。但大中型浮标的浮标体结构尺度大，给制造、安装、布放、回收带来极大的不便。鉴于大型浮标只能依靠船舶拖运，存在成本高、时间长、难度大等问题，且受陆路运输条件限制，在改变传统浮标体结构，保持原来浮标体尺度不变前提下，设计新型的浮标体，使其便于运输、现场安装、布放成为一项需要突破的重要技术。3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展3．2．5浮标锚系技术突破

浮标应用于大陆架浅海监测，海水深度通常为数十米至数百米，但在深海大洋，海水深度通常达数千米。锚系的设计是决定浮标在布放海域定点长期工作的重要因素。海上波浪无时无刻都对链、缆系留索产生动力冲击，极容易使系留索疲劳而造成断裂，造成浮标随波浪、海流漂移从而使定点监测失效。根据浮标布放海区极限环境

条件和深度，浅水区采用全锚链的悬链线状锚系，中深水区采用链缆混合的半张紧状锚系，深水区采用倒S形锚系。随着浮标在深远海观测应用的需要，山东省科学院海洋仪器仪表研究所基于倒S深海锚系结构，采用深水系留水动力建模与计算仿真、缩比模型水池试验相结合的方法优化深水锚系方案，设计开发直读式浮标柔性温盐链监测技术及水下传感器链的快速布放装置，采用高强度、防鱼咬的新型高分子聚乙烯缆绳和深水耐压玻璃浮球等新材料，开发了尼龙缆绳防磨损保护新工艺，突破深远海浮标安全可靠系留技术以及水下传感器链的快速安装与回收技术，解决浮标系泊点抗疲劳及抗冲击、钢制锚链与尼龙缆绳可靠对接、包塑钢缆水密数据转环信号传输等技术难题。3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展深水区采用倒S形锚系3我国海洋资料浮标技术取得的突破和进展3．2．6实现系列浮标研发的标准化山东省科学院海洋仪器仪表研究所历经几十年研究与实践，制定了海洋环境监测浮标行业标准，研发了12种不同规格的系列资料浮标，实现我国浮标自主研发和产业化，为国家海洋浮标监测网提供系列产品。04知识点4-5-2海洋漂流浮标与潜标监测技术项目四主流海洋环境监测技术二、海洋漂流浮标监测技术漂流浮标技术以拉格朗日漂流(SVP浮标)技术为主,研究经久耐用、成本低廉、投放方便的漂流浮标是该技术的发展焦点。同时研究满足特殊需求的特种漂流浮标是发展主体,如近期为满足海洋气象学研究的需求,研制出了可测气压的气象漂流浮标、风速风向漂流浮标以及可同时测量风速、风向、气温、气压和表层水温及加速度,且加装了Argos发射机和GPS的多功能漂流浮标等。三、海洋潜标监测技术潜标主要位于水面以下,用以对海洋环境实现长期、定点、连续、多层次、同步的观测,具有隐蔽性好、不易被破坏的优点。对潜标技术的研究始于20世纪60年代,初期的潜标是在单点绷紧型系留系统上分层悬挂各类自容式传感器。近年来,潜标技术向在水下可上下运动、实现自动剖面测量等方向发展。已开发出的潜标按驱动形式分为水下绞车式、电机驱动沿锚系缆爬行式和净浮力式等3种,可实现海洋剖面的实时观测。如由加拿大、美国等国合作研制的SeaCycler等水下绞车式潜标技术可实现在5.5m波浪海况下系统工作正常,并进行数据传输;由俄罗斯和德国研制的基于电机驱动和基于浮力驱动的新型潜标在技术方面处于领先地位。我国在该领域发展较晚,目前尚处在仿制阶段,关键的核心技术尚未取得突破。未来潜标技术将向生存能力更强、测量参数更多等方向发展。04项目四主流海洋环境监测技术知识点4-6-1国内外海洋调查船概况海洋科学考察船是海洋能力建设的关键组成部分，也是我国海洋强国战略及“一带一路”顺利实施的重要保障，更是一个国家综合国力的重要体现。作为海洋探测与研究的重要平台，海洋科考船能够运载海洋科学工作者亲临现场，应用专门仪器设备直接观测海洋、采集样品和研究海洋，并对海洋气象、地球物理、地质勘探等诸多学科进行研究，为海洋科考事业蓬勃发展发挥了重要的作用。截至2018年，美国拥有海洋科考船252艘，欧盟拥有148艘，俄罗斯拥有116艘，日本拥有107艘。可是，相比之下，同时期我国各种海洋科考船总和不足百艘。1国内外海洋调查船概况1.1美国海洋调查船概况二战后，美国作为具有代表性的海洋强国，为满足在全球海域活动的需要，成系列建造海洋调查船，装备建设重点突出综合调查能力的整体优化，设计趋向安静化、模块化和信息化。现拥有的联邦海洋学船队，是世界上总体性能最强的调查船队。据不完全统计，目前联邦海洋学船队有70余艘船长大于30m的船舶，分别由大学－国立海洋学实验室系统（UN-OLS）、美国海洋与大气局（NOAA）、美国海岸警备队（USCG）、美国地质调查局（USGS）、国家科学基金会（NSF）和美国海军（USNAVY）等机构船舶共同构成。2011年，为实现高效的船舶调度与管理，将船舶分为四级，全球级、大洋级、近岸级和沿岸级，承担的特别任务包括为支撑海军海战场环境保障日常对气象、水文等海洋学数据的测量，以及为军事领域扩张而进行的水道测量、水声环境监测、预警探测等。参考文献：孙月明,李茂林,姚忠山.海洋调查船装备建设发展趋势研究[J].舰船科学技术,2022,44(19):170-174.1国内外海洋调查船概况船基海洋监测技术是指以船舶为平台,利用船载各类传感器实现海洋环境监测。船舶具备长时间续航能力、大容量承载力及灵活机动性等特点,作为海洋环境监测平台的船主要有海洋调查船、科学考察船、地质勘察船、海洋监视船等。船基海洋监测技术是指以船舶为平台,利用船载各类传感器实现海洋环境监测。参考文献：漆随平,厉运周,2019.海洋环境监测技术及仪器装备的发展现状与趋势[J].山东科学,32(5):21-30.1国内外海洋调查船概况1.2日本海洋调查船概况2005年，日本提出“海洋立国”战略目标。一方面，作为资源匮乏的岛国，海洋是其生存和发展的命脉；另一方面，近年来日本意图谋求东亚海上主导权，配合美国亚太战略调整。总之，日本特别注重中远海和极地的海洋调查船的发展，至今约有数十艘，排水量从几十吨到数万吨不等，主要分布在日本海上保安厅、日本海上自卫队、日本海洋科学技术中心、日本气象厅、各个海洋科研机构、各所大学等。日本21世纪新建调查船吨位较大，性能先进，大部分调查船担负军民两用多项任务，既能够在大洋和深海进行水深和地形测量、地球物理勘探以及深海地质取样等海洋基础学科调查，又能够收集海流、潮汐等水文资料，为绘制海图、编撰航海资料和保障海军舰船海上行动提供依据。参考文献：孙月明,李茂林,姚忠山.海洋调查船装备建设发展趋势研究[J].舰船科学技术,2022,44(19):170-174.1国内外海洋调查船概况1.3欧洲海洋调查船概况欧洲海洋战略大多局限于某个区域，故其以发展近岸作业的小型调查船为主。截至2021年，欧洲调查船主要分布在27个国家，共计300余艘，船长小于55m的近岸调查船占比70%以上[11]。欧洲海洋调查船队组织形式包括海洋船队互换集团（OFEG）和欧洲海洋调查船运作组织（ERVO）以及欧洲海事局等。欧洲海洋调查船及欧洲部分国家组建的船队，总体规模大、区域分布广，在功能定位、运行模式和技术发展上更具极为丰富的多样性。参考文献：孙月明,李茂林,姚忠山.海洋调查船装备建设发展趋势研究[J].舰船科学技术,2022,44(19):170-174.1国内外海洋调查船概况1.4我国海洋调查船队概况国家海洋局2012年4月18日正式成立国家海洋调查船队，比美国UNOLS海洋调查船队的建立晚了41年，其调度、更新、运营、资源共享、发展路线等各方面管理机制尚不完善，在航率相对美国低。船队成员隶属单位，包括国家海洋局、中科院、教育部、地质调查局、农业部、水科院、地方海洋研究所等，部分船舶参数及隶属单位如表1所示。调查船数量和船龄已经不再制约我国当前海洋调查事业发展，这些渔业、极地、教学、地质、综合调查船等承担了近年来国家多项重大海洋调查专项任务，在提高船舶使用率、海洋数据的积累、船队管理评估等方面进行了实质性的探索工作。参考文献：孙月明,李茂林,姚忠山.海洋调查船装备建设发展趋势研究[J].舰船科学技术,2022,44(19):170-174.1国内外海洋调查船概况1.4我国海洋调查船队概况1国内外海洋调查船概况1.4我国海洋调查船队概况参考文献：孙月明,李茂林,姚忠山.海洋调查船装备建设发展趋势研究[J].舰船科学技术,2022,44(19):170-174.1国内外海洋调查船概况1.4我国海洋调查船队概况截至2017年6月，国家海洋调查船队共有50艘成员船，其中远洋调查船24艘、近海调查船26艘，其主要分布在大连、天津、烟台等沿海城市。不过，海洋调查船队网站有关船队介绍的信息自2017年6月后未见更新，暂无法获知我国现役海洋科考船是否全部加入了国家海洋调查船队。通过对现役近80艘海洋科考船停泊城市分布的统计分析发现，我国海洋科考船总数的约37.31%分布在青岛，约19%分布在上海，约16.42%分布在广州，而温州、三亚和湛江等城市的分布则相对较少。我国海洋科考船大多分布在政府职能部门和科研院所，而高等院校和其他企业单位相对较少。参考文献：曹刚,胡海豹,林磊等.我国海洋科考船发展分析[J].中国科技资源导刊,2021,53(05):18-25.04知识点4-6-2我国典型海洋科考船与其代表性成果（上）项目四主流海洋环境监测技术2我国典型海洋科考船与其代表性成果2.1综合调查船与其代表性成果1957年第一艘海洋科考船金星号投入使用，揭开了我国海洋研究工作崭新的一页；1981年，我国自主设计建造了首艘专业的3000吨级海洋科学考察船科学一号；2012年，被称为中国划时代海洋综合考察船“长子”的4000吨级海洋科学综合考察船科学号交付使用，如图1a所示；2019年，我国排水量最大、综合科考性能最强、创新设计亮点最多的海洋综合科考实习船中山大学号开工建造，2021年交付使用，如图1b所示。近年来，我国在综合性海洋资源调查方面取得了以下具有代表性的成果。（1）依托科学一号科考船，科学家在远航太平洋考察中，发现了“棉兰老潜流”，改变了有关太平洋西边界流动力学结构的传统认识；在中国陆架考察中，发现了中尺度涡“东海冷涡”，推进了中国陆架环流的研究。2我国典型海洋科考船与其代表性成果2.1综合调查船与其代表性成果参考文献：曹刚,胡海豹,林磊等.我国海洋科考船发展分析[J].中国科技资源导刊,2021,53(05):18-25.图1代表性综合科考船a.科学号b.中山大学号2我国典型海洋科考船与其代表性成果2.1综合调查船与其代表性成果（2）依托科学号科考船，科学家首次实现基于北斗卫星的深海6000米大水深数据实时传输，克服了深海潜标载荷容积小、供电量少和数据量大等困难，改变了以往依赖国外通信卫星的历史，显著提高了深海数据实时传输的安全性、自主性和可靠性，成功破解了深海潜标数据实时传输世界难题。（3）依托嘉庚号科考船，科学家研究了南海经由吕宋海峡与西北太平洋的物质交换过程，验证了“大洋主控型边缘海”碳循环理论框架的应用，建立了关键功能类群的生物量群落结构—有机碳表征—新陈代谢通路的内在联系，阐明了经典食物链、微食物环、病毒回路对储碳过程的调控机理。参考文献：曹刚,胡海豹,林磊等.我国海洋科考船发展分析[J].中国科技资源导刊,2021,53(05):18-25.2我国典型海洋科考船与其代表性成果2.2渔业调查船与其代表性成果我国大型科研渔业科考船主要有北斗号和南锋号。北斗号系挪威建造并赠送给我国，于1984年抵达青岛港，由黄海水产研究所管理使用，如图2a所示；南锋号则是2010年建成交付的我国第一艘自行设计、自行建造、拥有自主知识产权的综合性海洋渔业资源与环境科学调查船，如图2b所示。此外，我国自主设计建造了“蓝海”系列和“中渔科”系列的海洋科考船。近年来，我国渔业资源科考船取得了以下具有代表性的成果。（1）依托北斗号科考船，科学家首次成功用声学方法评估了黄、东海鳀鱼资源量和可捕量，查明了黄、东海鳀鱼渔业生物学特征、洄游分布规律及渔场海洋学特征，建立了一套网位控制及瞄准捕捞技术。这项成果填补了我国在该领域的空白，使我国的渔业资源调查研究水平进入世界先进行列。2我国典型海洋科考船与其代表性成果2.2渔业调查船与其代表性成果参考文献：曹刚,胡海豹,林磊等.我国海洋科考船发展分析[J].中国科技资源导刊,2021,53(05):18-25.图2代表性渔业资源科考船a.北斗号b.南峰号2我国典型海洋科考船与其代表性成果2.2渔业调查船与其代表性成果（2）依托北斗号科考船，我国科学家首次在白令海公海区探察到当年生幼鱼的密集分布区，得到了美国、日本、俄罗斯、波兰、韩国等国家科学家的重视和认同，填补了我国北太平洋狭鳕远洋渔业资源研究的空白，也在国际上维护我国重大渔业利益方面发挥了重要作用，并产生显著的经济效益和社会效益。（3）依托南锋号科考船，科学家系统研究了大量经济鱼类生物学及生活史，首次发现并验证了外海蕴藏巨大的中层鱼资源，其有关成果得到相关领导的充分肯定，获得“延续、增资、扩项、升级”的有力支持。参考文献：曹刚,胡海豹,林磊等.我国海洋科考船发展分析[J].中国科技资源导刊,2021,53(05):18-25.2我国典型海洋科考船与其代表性成果2.3深潜调查船与其代表性成果1986年我国第一艘载人潜水器7103救生艇研制成功；2010年7月我国第一艘自主设计和集成研制的载人潜水器蛟龙号（图3a）下潜深度达到了3759米，标志着我国成为继美、法、俄、日之后，世界上第五个掌握3500米大深度载人深潜技术的国家；2012年6月蛟龙号7000米级载人潜水器完成了它的终极挑战，最终将记录保持在了7062米；2020年11月10日，我国奋斗者号（图3b）载人潜水器在世界第一深渊——马里亚纳海沟成功坐底10909米的深度。近年来，我国深海探测调查取得了以下具有代表性的成果。（