趙聰蛟，周 燕

（1．浙江省海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心 杭州 310007；2．浙江省水產(chǎn)技術(shù)推廣總站 杭州 310012）

國(guó)內(nèi)海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究概況*

趙聰蛟1，周 燕2

（1．浙江省海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心 杭州 310007；2．浙江省水產(chǎn)技術(shù)推廣總站 杭州 310012）

文章介紹了國(guó)內(nèi)海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的類(lèi)型、系統(tǒng)組成、監(jiān)測(cè)資料的質(zhì)量控制和應(yīng)用概況。將國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)劃分為8個(gè)類(lèi)型。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由浮標(biāo)系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)和岸站系統(tǒng)3部分組成，其中浮標(biāo)系統(tǒng)通常包括浮體、標(biāo)架、供電設(shè)備、防護(hù)設(shè)備和各類(lèi)傳感器等。近年來(lái)研制開(kāi)發(fā)集水文氣象水質(zhì)生物監(jiān)測(cè)于一體的多參數(shù)海洋自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)是一個(gè)重點(diǎn)，但已有浮標(biāo)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)資料的質(zhì)量控制和應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

海洋；監(jiān)測(cè)；浮標(biāo)；類(lèi)型；系統(tǒng)組成

海洋浮標(biāo)是海洋環(huán)境自動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)，是現(xiàn)代海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。它具有自動(dòng)、長(zhǎng)期、連續(xù)收集海洋環(huán)境資料的能力，即使在惡劣環(huán)境，在其他現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段都難以或無(wú)法實(shí)施監(jiān)測(cè)的時(shí)候，海洋浮標(biāo)仍能有效工作［1］。我國(guó)的海洋浮標(biāo)研究起步于20世紀(jì)60年代，代表性成果是HFB－1型海洋水文氣象浮標(biāo)［2］。2002年初我國(guó)正式加入國(guó)際Argo計(jì)劃，并成立中國(guó)Argo實(shí)時(shí)資料中心［3］，承擔(dān)中國(guó)Argo浮標(biāo)的布放、實(shí)時(shí)資料的接收和處理、資料質(zhì)量控制技術(shù)／方法的研究與開(kāi)發(fā)等。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)先后以國(guó)家 “863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部國(guó)際科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目前期研究專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家海洋局青年基金項(xiàng)目、中科院裝備項(xiàng)目和創(chuàng)新項(xiàng)目等形式，以及山東、上海、廣東、浙江等省市科技支撐項(xiàng)目等形式，投入大量專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)用以支持海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究。這些項(xiàng)目吸引了國(guó)內(nèi)許多科研院所和高等院校來(lái)承擔(dān)或參與海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，主要有國(guó)家海洋局系統(tǒng)單位、中國(guó)科學(xué)院系統(tǒng)單位，科研院所和高等院校。在取得了一系列科研成果和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也開(kāi)發(fā)了一些測(cè)波、流、光以及海洋通信等的專(zhuān)用浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［4－7］。近年來(lái)國(guó)家和沿海省、市、自治區(qū)開(kāi)始著手研究集成水文氣象水質(zhì)生物等指標(biāo)于一體的海洋在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，可獲取近海常規(guī)水文、氣象、水質(zhì)、生物等指標(biāo)數(shù)據(jù)，用以反映海洋環(huán)境狀況。

浙江省海洋與漁業(yè)局于2011年正式啟動(dòng)“浙江省近岸海域浮標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目，計(jì)劃在5年內(nèi)基本建成能覆蓋浙江省近岸海域的浮標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以獲取常規(guī)水文、氣象、水質(zhì) （含營(yíng)養(yǎng)鹽）、海洋生物以及油類(lèi)等參數(shù)數(shù)據(jù)，為海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和防災(zāi)減災(zāi)提供決策支撐，為社會(huì)公眾提供海洋生態(tài)環(huán)境狀況實(shí)時(shí)信息服務(wù)，為節(jié)能減排提供環(huán)境基礎(chǔ)資料。本文在查閱歷史文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，介紹了國(guó)內(nèi)海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的類(lèi)型、系統(tǒng)組成、監(jiān)測(cè)資料的質(zhì)量控制和應(yīng)用概況，為 “浙江省近岸海域浮標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)”以及國(guó)內(nèi)同類(lèi)項(xiàng)目建設(shè)提供技術(shù)參考。

1 海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的類(lèi)型

1.1 按大小劃分

按浮體大小可劃分為大型浮標(biāo)、中型浮標(biāo)、小微浮標(biāo)。大型浮標(biāo)，直徑通常大于或等于10 m，造價(jià)高，容量大、壽命長(zhǎng)、抗惡劣環(huán)境、抗破壞性強(qiáng)，適合長(zhǎng)期定點(diǎn)測(cè)量。中型浮標(biāo)，直徑通常為1～5 m，造價(jià)較低、運(yùn)輸、布放和維護(hù)方便，適用于近岸海域水文氣象或短期專(zhuān)題監(jiān)測(cè)。小微浮標(biāo)，直徑通常在1 m以下，體積小、重量輕、成本低，便于快速布放回收，也可用于一次性拋棄式波浪監(jiān)測(cè)。

1.2 按功能劃分

按浮標(biāo)主要功能用途可劃分為水文氣象浮標(biāo)、水質(zhì)浮標(biāo)、導(dǎo)航浮標(biāo)、波浪浮標(biāo)、海洋光學(xué)浮標(biāo)、海冰浮標(biāo)、聲吶浮標(biāo)、通信浮標(biāo)等。

1.2.1 水文氣象浮標(biāo)

海洋水文氣象浮標(biāo)通常是指直徑不小于10 m，能夠全天候、連續(xù)、自動(dòng)采集和傳輸海上水文氣象資料的圓盤(pán)型浮標(biāo)［8］，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由浮體、錨系和岸站接收裝置組成，浮體上承載各類(lèi)傳感器。主要觀測(cè)項(xiàng)目包括：風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、濕度、氣壓、降水、能見(jiàn)度、水溫、鹽度、波浪、海流、葉綠素和濁度等。觀測(cè)資料可用于長(zhǎng)期和短期的天氣預(yù)報(bào)、海象預(yù)報(bào)以及自然災(zāi)害 （如颶風(fēng)、海嘯）警報(bào)等［9－12］。在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中，海洋水文氣象浮標(biāo)是世界上應(yīng)用最早，也是使用數(shù)量最多的一類(lèi)浮標(biāo)。回顧世界各國(guó)海洋浮標(biāo)的發(fā)展歷史，幾乎無(wú)一例外都是從研制水文氣象浮標(biāo)起步的［1］。我國(guó)海洋水文氣象浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制起步最早，技術(shù)也最為成熟，目前尚在服役期的海洋水文氣象浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多為山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所研制。因浮體較大，可加載多種儀器設(shè)備，在開(kāi)展海洋綜合監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面潛力較大，例如可開(kāi)展定點(diǎn)定位水文氣象業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)，或者可作為一些特殊儀器設(shè)備的海上工作平臺(tái)等。

1.2.2 水質(zhì)浮標(biāo)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)是一種監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境和海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)污染狀況的浮標(biāo)系統(tǒng)，由浮標(biāo)、錨系和接收站等部分組成，監(jiān)測(cè)要素包括磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鹽度、p H、溶解氧、水溫等，可自動(dòng)完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)及傳輸。浮標(biāo)上還可以加載葉綠素、濁度、深度、電導(dǎo)率等監(jiān)測(cè)儀器，用于海洋環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、港灣工程、水產(chǎn)養(yǎng)殖、赤潮預(yù)報(bào)以及海洋研究［13－16］。國(guó)家海洋技術(shù)中心和國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心等單位對(duì)海洋水質(zhì)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)做了大量工作。

1.2.3 導(dǎo)航浮標(biāo)

導(dǎo)航浮標(biāo)是保障海上船舶安全航行的重要設(shè)施，為海上船舶在夜間或霧天、陰天等惡劣條件下提供可視信號(hào)，為海上船舶安全導(dǎo)航。通常由浮體、塔架、錨泊系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備和動(dòng)力系統(tǒng)組成。導(dǎo)航浮標(biāo)多為大型浮標(biāo)，浮體直徑一般大于10 m，布置于航道的兩側(cè)，當(dāng)能見(jiàn)度低于某一設(shè)定值時(shí)，航標(biāo)燈將以某一個(gè)相同的閃爍頻率同步導(dǎo)航。浮標(biāo)塔架上還可以加載某些測(cè)量?jī)x器，以搜集海洋水文氣象數(shù)據(jù)資料［17－19］。導(dǎo)航浮標(biāo)的主要用途是為船舶安全航行導(dǎo)航，船舶碰撞、臺(tái)風(fēng)過(guò)境都會(huì)造成的其位置偏移，為船舶安全航行造成威脅。因此，導(dǎo)航浮標(biāo)的定位和偏移報(bào)警成為其開(kāi)發(fā)研究的關(guān)鍵技術(shù)。中山市探海儀器有限公司以中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所從事浮標(biāo)研究的技術(shù)班底為骨干，開(kāi)展浮標(biāo)的研究和設(shè)計(jì)制造，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航浮標(biāo)的產(chǎn)品化生產(chǎn)。

1.2.4 波浪浮標(biāo)

波浪浮標(biāo)是一種無(wú)人值守的能自動(dòng)、定點(diǎn)、定時(shí) （或連續(xù)）地對(duì)海面波浪的高度、波浪周期及波浪傳播方向等要素進(jìn)行遙測(cè)的小型浮標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)［20］，主要由浮體、錨系和岸站3部分組成。浮體多為橢球形，直徑通常在1 m以下，承載波高傾斜一體化傳感器、數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、電池和錨燈；錨系多采用單U形環(huán)系留結(jié)構(gòu)，便于水面浮體的固定；岸站部分包括岸站接收機(jī)和上位機(jī)，用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收、處理［21－22］。波浪浮標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋波浪的長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、定點(diǎn)觀測(cè)，目前主要用于近海海洋監(jiān)測(cè)站、近海海洋工程測(cè)量及海洋調(diào)查考察等領(lǐng)域。中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所、中國(guó)海洋大學(xué)、山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所等單位對(duì)波浪浮標(biāo)都進(jìn)行了比較深入的研究和探索，取得了豐富的成果和寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化生產(chǎn)，如SZF型波浪浮標(biāo)和OSB系列波浪浮標(biāo)。

1.2.5 海洋光學(xué)浮標(biāo)

海洋光學(xué)浮標(biāo)是對(duì)海洋光學(xué)特性進(jìn)行時(shí)間序列上的綜合性檢測(cè)的一種工具，由標(biāo)體系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、錨系和岸站接收中心組成。為減小浮標(biāo)體及其上層建筑的陰影效應(yīng)對(duì)光輻射測(cè)量的影響，保證高海況條件下浮標(biāo)體的穩(wěn)定性，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所研究設(shè)計(jì)出了由子、母浮標(biāo)組成的海洋光學(xué)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［23］，母標(biāo)體直徑2～2．8 m，子標(biāo)體略小；承載的主要設(shè)備是光學(xué)儀器，可用于連續(xù)觀測(cè)海面、海水表層、真光層乃至海底的光學(xué)特性，以獲取相應(yīng)層面的太陽(yáng)輻射高光譜數(shù)據(jù)；也可加載實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海面與水體實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的圖像可視化［24］。海洋光學(xué)浮標(biāo)在海洋水色遙感現(xiàn)場(chǎng)輻射定標(biāo)和數(shù)據(jù)真實(shí)性檢驗(yàn)、海洋科學(xué)觀測(cè)、近海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和海洋軍事科學(xué)方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

1.2.6 海冰浮標(biāo)

海冰浮標(biāo)是一種能夠在北極和南極海域進(jìn)行海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)裝備，由浮體、錨系和傳感器組成［4］。浮體直徑小于1 m；氣象傳感器安裝在冰面以上，溫鹽深傳感器分別安裝在冰下5 m、25 m和50 m深處；錨系配重，以減少水下系統(tǒng)的漂移［25］。該浮標(biāo)可以在惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的全天候、全天時(shí)、長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)，不僅可以監(jiān)測(cè)海 （冰）氣交換界面的環(huán)境參數(shù) （如表層冰溫、氣溫、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速），還可監(jiān)測(cè)水下環(huán)境剖面參數(shù) （如溫度剖面和鹽度剖面）；對(duì)于研究海冰生成與融化過(guò)程的環(huán)境條件、探測(cè)極區(qū)的氣象與水文參數(shù)、追蹤浮冰的漂流方向和路徑以及對(duì)洋流的研究均具有重要價(jià)值［26］。我國(guó)在海冰浮標(biāo)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面均投入了大量科研力量，推動(dòng)了極地海冰浮標(biāo)觀測(cè)研究的進(jìn)程，如2003年國(guó)家海洋技術(shù)中心就在北極布放了自行研制的極區(qū)衛(wèi)星跟蹤水文氣象觀測(cè)浮標(biāo)，并取得了寶貴連續(xù)的海冰和氣象等數(shù)據(jù)資料［27］。

1.2.7 聲吶浮標(biāo)

聲吶浮標(biāo)是探測(cè)水下目標(biāo) （潛艇）的浮標(biāo)式聲吶儀，是一種水聲遙感探測(cè)器。它與浮標(biāo)信號(hào)接收處理設(shè)備等組成浮標(biāo)聲吶系統(tǒng)，用于軍事領(lǐng)域航空反潛探測(cè)和固定聲吶監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)水下潛艇的預(yù)警。聲吶浮標(biāo)通常分為航空聲吶浮標(biāo)和錨系聲吶浮標(biāo)兩大類(lèi)。航空聲吶浮標(biāo)裝備于反潛巡邏機(jī)、反潛直升機(jī)和某些水上飛機(jī)上，由機(jī)上的投放裝置以一定陣式逐個(gè)有序地布放在潛艇可能存在的區(qū)域四周，或遮攔在其航線前，形成浮標(biāo)陣；反潛機(jī)布標(biāo)后，在浮標(biāo)區(qū)上空盤(pán)旋，監(jiān)聽(tīng)浮標(biāo)發(fā)來(lái)的信號(hào)，可獲知某個(gè)浮標(biāo)附近是否存在潛艇，并測(cè)得其位置和運(yùn)動(dòng)信息。航空聲吶浮標(biāo)又分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種，一般初始探測(cè)時(shí)主要使用被動(dòng)浮標(biāo)，進(jìn)入攻擊階段再使用主動(dòng)浮標(biāo)對(duì)目標(biāo)精確定位［28］。錨系聲吶浮標(biāo)是在航空聲吶浮標(biāo)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由飛機(jī)或艦船布設(shè)錨定于海底，用于彌補(bǔ)固定聲吶監(jiān)視系統(tǒng)的探測(cè)盲區(qū)。中船重工集團(tuán)第715研究所和海軍航空工程學(xué)院為我國(guó)聲吶浮標(biāo)的研制和應(yīng)用做了大量工作。

1.2.8 通信浮標(biāo)

通信浮標(biāo) （拖曳浮標(biāo)）作為潛艇在水下實(shí)現(xiàn)和外界通信的媒介，是一種典型的通過(guò)一種組合的系留／傳輸線與潛艇相連接的水面下方的運(yùn)載工具，可實(shí)現(xiàn)潛艇與戰(zhàn)斗群的信息互通，大大提升潛艇的隱蔽通信功能［29］。另一種通信浮標(biāo)，主要由浮體、錨系組成，用以完成水下測(cè)量裝置與水面艦船平臺(tái)或岸基平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸和指令中繼［30］。

1.3 按錨系劃分

按是否有錨系，可以劃分為有錨系留浮標(biāo)、無(wú)錨浮標(biāo)。有錨系留浮標(biāo)多為大型浮標(biāo)，如導(dǎo)航浮標(biāo)、水文氣象浮標(biāo)、水質(zhì)浮標(biāo)等，錨系置于海底，用以浮標(biāo)定位，防止走標(biāo)；少數(shù)為中小型浮標(biāo)，錨系懸浮于水體中，用以浮體的定位和減少水下系統(tǒng)的漂移，如波浪浮標(biāo)和海冰浮標(biāo)。無(wú)錨浮標(biāo)，浮標(biāo)沒(méi)有錨系，懸浮于水體之上，在指令控制下上下運(yùn)動(dòng)，如潛艇通信浮標(biāo)，可通過(guò)系留／傳輸線與潛艇相連接，實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

2 海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由浮標(biāo)系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)和岸站系統(tǒng)3部分組成。

2.1 浮標(biāo)系統(tǒng)

包括浮體、標(biāo)架、供電設(shè)備、防護(hù)設(shè)備和各類(lèi)傳感器等。

2.1.1 浮體

浮體是塔架和各類(lèi)儀器設(shè)備在海上的承載體，形狀有圓盤(pán)形、圓柱形、船形、球形、橢球形、圓臺(tái)形等［31］。考慮到牢固耐用和減輕自身重力，浮體材質(zhì)多采用復(fù)合型材料，如造船鋼 （3C）、PVC、鋁合金、超強(qiáng)離子聚合膠、玻璃鋼等，且除設(shè)備艙外其他艙室均填充浮力材料。目前浮體生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，如國(guó)家海洋技術(shù)中心、山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所、中船重工集團(tuán)第715研究所 （杭州應(yīng)用聲學(xué)研究所）等科研單位已經(jīng)有浮體產(chǎn)品化生產(chǎn)。今后的研究重點(diǎn)要向質(zhì)輕、防腐、防生物附著、耐用等方向發(fā)展。

2.1.2 標(biāo)架

標(biāo)架通常采用普通鋼 （A3）、不銹鋼材質(zhì)，上面安裝氣象傳感器、警示燈、GPS定位儀、雷達(dá)反射器、太陽(yáng)能電池板等。近年來(lái)又選用鋁合金材料，在確保標(biāo)架堅(jiān)固耐用的同時(shí)減輕標(biāo)體重量。

2.1.3 供電系統(tǒng)

浮標(biāo)通常被布放于遠(yuǎn)離岸邊的海水中，這就要求其具有獨(dú)立的供電系統(tǒng)。小型浮標(biāo)一般配備一次性鋰－錳干電池或堿性電池提供能量。中型浮標(biāo)均采用太陽(yáng)能電池和蓄電池組合供電，例如廈門(mén)灣海洋水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)配置3塊MSX20R型海洋級(jí)超強(qiáng)太陽(yáng)能電池板，儲(chǔ)電系統(tǒng)選用100AH／20 HR LCX1265CH型高性能蓄電池，整個(gè)系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、保護(hù)電路和蓄電池組成。大型導(dǎo)航浮標(biāo)因其結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)而采用柴油發(fā)電機(jī)供電，同時(shí)也配備蓄電池組。當(dāng)前的常規(guī)方式是為海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配備太陽(yáng)能電池，考慮到陰雨天氣和風(fēng)浪的影響，除常規(guī)太陽(yáng)能電池以外，還可以考慮研制配備風(fēng)力發(fā)電機(jī)、波浪發(fā)電機(jī)等，采用風(fēng)光波能互補(bǔ)供電，保障海上長(zhǎng)期陰雨天氣、惡劣海況下的不間斷供電。

2.1.4 防護(hù)設(shè)備

為避免浮體及設(shè)備受外力 （如漁船）沖擊而損壞，在標(biāo)架上安裝警示燈和雷達(dá)反射器，同時(shí)在浮體最大直徑外圍及標(biāo)架周邊設(shè)置防撞橡膠圈。為能實(shí)時(shí)掌握浮標(biāo)錨泊位置，浮標(biāo)上還裝有GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，浮標(biāo)一旦發(fā)生漂移或丟失，可及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)修正或按移動(dòng)軌跡找尋。

2.1.5 防污損措施

為避免和減少海水侵蝕和生物附著對(duì)浮體的負(fù)面影響，保障正常工作，對(duì)浮體及水下儀器和錨系進(jìn)行防污損處理是十分必要的。傳統(tǒng)的做法是涂覆防污涂料，如氧化亞銅、氧化汞等無(wú)機(jī)毒物和有機(jī)錫化合物、有機(jī)鉛等［32］。近年來(lái)，通常采取對(duì)浮標(biāo)水線以下部分設(shè)置犧牲陽(yáng)極進(jìn)行陰極保護(hù)的措施［33］，并對(duì)浮標(biāo)全部外表面進(jìn)行噴鋁防腐處理，在浮標(biāo)下水前，水線以下表面涂覆長(zhǎng)效防污漆，以防止海洋生物的附著。對(duì)浮標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)并清除附著生物也是一種有效的防護(hù)辦法。

2.1.6 傳感器

不同功能的浮標(biāo)承載不同類(lèi)型、不同數(shù)量的傳感器。水文氣象浮標(biāo)承載水文氣象傳感器，可監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫、流速、流向、水溫等參數(shù)；水質(zhì)浮標(biāo)承載水質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)鹽傳感器，可監(jiān)測(cè)水溫、p H、鹽度、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)鹽（磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽）、氨氮等參數(shù)，還可以加測(cè)濁度、葉綠素和藍(lán)綠藻等參數(shù)。此外，一些專(zhuān)項(xiàng)浮標(biāo)承載溫鹽傳感器、波浪傳感器、光學(xué)儀器等，可獲取深海溫鹽剖面數(shù)據(jù)、波浪數(shù)據(jù)、海洋光學(xué)特征數(shù)據(jù)等。目前，光照、水深傳感器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)，但水質(zhì)、氣象、營(yíng)養(yǎng)鹽傳感還主要依賴(lài)進(jìn)口，如美國(guó)Wetlabs公司生產(chǎn)的水質(zhì)和磷酸鹽傳感器，芬蘭Vaisala公司的六要素氣象傳感器，意大利Systea公司生產(chǎn)的三通道 （氨氮、硝氮和亞硝氮）傳感器。進(jìn)口傳感器不僅價(jià)格昂貴，且試劑更換、儀器檢修周期長(zhǎng)，一旦發(fā)生故障，容易造成監(jiān)測(cè)中斷。雖然水質(zhì)、氣象、營(yíng)養(yǎng)鹽傳感器也有國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，但相關(guān)技術(shù)參數(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在一定差距，還需要國(guó)內(nèi)相關(guān)科研單位繼續(xù)努力。

2.1.7 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸

海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集普遍采用了高可靠性、低能耗微處理機(jī)作為數(shù)據(jù)采集控制的核心，各傳感器在指令控制下開(kāi)展自動(dòng)、長(zhǎng)期、連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，如美國(guó)Campbell Scientific Instrument公司的CR10X型測(cè)試與控制系統(tǒng)。浮標(biāo)上裝有大容量存儲(chǔ)卡或存儲(chǔ)硬盤(pán)，可將各測(cè)量項(xiàng)目采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速存儲(chǔ)。浮標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要采用無(wú)線通信方式，目前應(yīng)用較多有：GSM、CDAM和GPRS通信方式、Inmarsat－C海事衛(wèi)星以及銥星衛(wèi)星通信方式。海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸可同時(shí)進(jìn)行，數(shù)據(jù)傳輸采用加密模塊處理，確保數(shù)據(jù)傳輸安全，通過(guò)數(shù)據(jù)軟件可瀏覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)表；存儲(chǔ)系統(tǒng)可采用太陽(yáng)能和電池雙相供電，不會(huì)因連續(xù)陰雨天氣造成數(shù)據(jù)丟失；快閃存儲(chǔ)器容量大，并可根據(jù)要求擴(kuò)展容量，確保數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全。一旦遇到惡劣天氣，可通過(guò)主控平臺(tái)切斷數(shù)據(jù)傳輸，但數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)仍能正常工作，不會(huì)造成惡劣天氣時(shí)的數(shù)據(jù)漏測(cè)。

2.2 錨泊系統(tǒng)

錨泊系統(tǒng)由錨、錨鏈和系鏈環(huán)組成，它是浮標(biāo)定位的重要設(shè)施。大型導(dǎo)航浮標(biāo)定位常采用鋼筋混凝土錨旋和大抓力錨，以防止走錨。中型水文氣象、水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)通常采用全錨鏈單點(diǎn)系泊，錨錠為水泥沉塊或鋼錠，以鋼絲繩或有檔鑄鋼錨鏈與浮體相連。也有少數(shù)采用三錨系留，以加強(qiáng)浮體的穩(wěn)定性。錨泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)，不只與錨、鏈組成有關(guān)，更與所投放浮標(biāo)海域環(huán)境有關(guān)。海況良好的海域，風(fēng)浪較小，錨由纜繩或鋼絲繩系留固定；海況惡劣的海域，風(fēng)浪大，除了增加錨重外，還要考慮選用彈性錨鏈系留，以緩沖風(fēng)浪的沖擊力，確保錨泊系統(tǒng)位于預(yù)定區(qū)域。淤泥底質(zhì)海域可選用三叉抓錨，便于錨系抓陷固定；砂石底質(zhì)海域通常選用錨定固定，可以是單錨、雙錨或多錨。

2.3 岸站系統(tǒng)

岸站系統(tǒng)由岸站計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星通信機(jī)、打印機(jī)和電源等設(shè)備組成，完成浮標(biāo)傳輸數(shù)據(jù)的接收、處理和存儲(chǔ)。按照通信方式可分兩類(lèi)：一類(lèi)是短波通信接收岸站，接收短波通信機(jī)發(fā)來(lái)的信息，如FZF2－1型及FZF2－2型海洋資料浮標(biāo)系統(tǒng)的接收岸站；另一類(lèi)是衛(wèi)星通信接收岸站，如FZF2－3型浮標(biāo)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的接收岸站。

3 海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

浮標(biāo)承載的各類(lèi)儀器設(shè)備和傳感器受海水侵蝕、生物附著污染、漁船等外力碰撞，容易導(dǎo)致傳感器靈敏度受損，使監(jiān)測(cè)值產(chǎn)生較大偏差。因此，必須對(duì)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。國(guó)際Argo計(jì)劃資料組根據(jù)不同的Argo資料用戶(hù)，建立了兩個(gè)資料質(zhì)量控制模式：實(shí)時(shí)質(zhì)量控制模式和延時(shí)質(zhì)量控制模式。由于實(shí)際海況的復(fù)雜多變，這兩種模式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)都需要進(jìn)行完善和訂正。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法研究較少，目前普遍采用的一種方法是進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)和偏差分析，即人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與浮標(biāo)監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行，再將兩種方法獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差分析。張彩云等以廈門(mén)西海域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)采集的葉綠素資料為例，通過(guò)建立域值初檢驗(yàn)、異常值檢驗(yàn)和均方差檢驗(yàn)剔除其中的不良數(shù)據(jù)，同時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)浮標(biāo)葉綠素資料進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明二者的變化趨勢(shì)相當(dāng)一致，但浮標(biāo)測(cè)量的葉綠素值只約為現(xiàn)場(chǎng)葉綠素值的1／2。孫喜艷等選取溫度、風(fēng)向和風(fēng)速3個(gè)參數(shù)，計(jì)算偏差，進(jìn)行比對(duì)分析，結(jié)果表明：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定溫度高于浮標(biāo)測(cè)定值，而風(fēng)速稍小于浮標(biāo)測(cè)定值，風(fēng)向的轉(zhuǎn)變比較一致［12］。

4 海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)資料的應(yīng)用

我國(guó)目前已完成投放的浮標(biāo)種類(lèi)多，數(shù)量大，每年獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也非常豐富，浮標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用自然成為一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)利用參與國(guó)際Argo計(jì)劃的機(jī)會(huì)，利用Argos漂流浮標(biāo)資料對(duì)南海、東海和西太平洋黑潮入侵的主要特征及其季節(jié)變化進(jìn)行了較好的研究，對(duì)海流水團(tuán)變化、海水溫－鹽度分布特征、混合層深度變化、反氣旋渦特征、水層對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)境的響應(yīng)等的也進(jìn)行了較好的研究。

近幾年，山東、廣東、廣西、海南、天津、浙江等沿海省、市、自治區(qū)陸續(xù)在所轄海域投放了水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，對(duì)其監(jiān)測(cè)資料也進(jìn)行了一些探索應(yīng)用，但研究成果較少，難度也較大。目前僅在應(yīng)用浮標(biāo)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行赤潮預(yù)報(bào)方面取得了較好的效果［16］，赤潮暴發(fā)前往往會(huì)出現(xiàn)一些前兆，如溶解氧、p H值會(huì)出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，葉綠素會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)的異常現(xiàn)象，再監(jiān)測(cè)浮游生物量是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，就可進(jìn)行赤潮發(fā)生情況的判斷，進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)。集水文氣象水質(zhì)傳感器于一體的多參數(shù)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)資料的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

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浙江省近岸海域浮標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目和 “浙江近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與服務(wù)平臺(tái)技術(shù)研究及應(yīng)用示范”（201305012）．