高科技浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)海洋環(huán)境監(jiān)測

新京報(bào)訊（記者張建林）2月6日，記者從自然資源部**海洋研究所（以下簡稱“海洋一所”）獲悉，在聯(lián)合國“海洋十年”海洋與氣候無縫預(yù)測（OSF）大科學(xué)計(jì)劃支持下，該所科研團(tuán)隊(duì)成功研制出低成本、高精度、智能型的新一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）海洋表層漂流浮標(biāo)，為大幅提升海洋觀測和監(jiān)測能力提供了新的重大契機(jī)。

據(jù)介紹，OSF項(xiàng)目首席科學(xué)家、海洋一所喬方利研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主研制的新一代GNSS表層漂流浮標(biāo)，利用GNSS衛(wèi)星信號(hào)，可以精準(zhǔn)獲取浮標(biāo)的空間位置、時(shí)間、波高、周期、波向、表層流速、表層流向、表層海洋溫度、表層海洋鹽度、大氣水汽含量等10個(gè)參數(shù)。

新一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）海洋表層漂流浮標(biāo)。自然資源部**海洋研究所供圖

海洋一所表示，這一成果得益于聯(lián)合國“海洋十年”咨詢委員會(huì)成員——喬方利研究員團(tuán)隊(duì)多年的原創(chuàng)性研究。其研究表明，小尺度海浪通過調(diào)制上層海洋混合和海氣通量，在大尺度海洋環(huán)流以及全球氣候變化中扮演著重要角色。因此，海浪觀測不僅本身具有重要意義，其對(duì)大尺度海洋環(huán)流和全球氣候變化精準(zhǔn)預(yù)測也至關(guān)重要。

自2016年開始，通過海洋多學(xué)科深度合作，利用北斗、GPS、GLONASS、Galileo等GNSS衛(wèi)星，該團(tuán)隊(duì)攻克了浮標(biāo)硬件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理系列關(guān)鍵技術(shù)，包括低成本GNSS單站實(shí)時(shí)在線高精度測速定位、波浪要素和水汽含量等多要素實(shí)時(shí)在線反演、波浪譜寬譜拓展捕獲、融合北斗短報(bào)文通信的多要素編碼回傳與控制、低功耗高性能算法優(yōu)化、浮標(biāo)小型化隨波性優(yōu)化等，這些自主技術(shù)突破極大提高了海浪與大氣水汽含量的反演精度，不但避免了精密差分定位的服務(wù)成本，而且大幅度降低了衛(wèi)星通訊負(fù)擔(dān)。

截至目前，該團(tuán)隊(duì)已開展了十余次現(xiàn)場觀測實(shí)驗(yàn)，并與目前通用的海洋經(jīng)典觀測設(shè)備進(jìn)行了多次比對(duì)。結(jié)果顯示，該浮標(biāo)的觀測精度與精密測浪設(shè)備如“波浪騎士”的差別僅厘米量級(jí)，但觀測成本卻大幅降低，新一代GNSS浮標(biāo)的成本只有國際通用觀測設(shè)備的10%。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了多個(gè)型號(hào)的GNSS浮標(biāo)。基礎(chǔ)型浮標(biāo)為基本配置，可以同時(shí)獲得上述10個(gè)參數(shù)；通過增加觀測海面大氣的風(fēng)溫濕壓等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全球大范圍海氣通量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且在計(jì)算海氣通量中能夠考慮波浪的貢獻(xiàn)，從而獲得更準(zhǔn)確的海氣通量數(shù)據(jù)；通過增配溫鹽鏈，可測量上層海洋的溫度和鹽度結(jié)構(gòu)，再結(jié)合人工智能技術(shù)則能精準(zhǔn)捕獲海洋內(nèi)波；還可以測量水聲，用于海洋哺乳動(dòng)物的監(jiān)測與海洋生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)等。

海洋一所表示，研發(fā)的新型GNSS浮標(biāo)具有智能性，可以根據(jù)客觀需求（比如大浪區(qū)、內(nèi)波、海洋災(zāi)害等）隨時(shí)自主加密觀測。未來通過進(jìn)一步技術(shù)攻關(guān)，還可能探測渦旋以及精密測量全球的潮位等，從而加強(qiáng)對(duì)全球沿海地區(qū)的保護(hù)。

編輯 陳靜

校對(duì) 李立軍