党建专题“海洋科技成果巡礼”专栏—西风带环境监测浮标
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一、背景介绍
南大洋西风带是全球海、气、冰相互作用的重点海域，是全球水循环、热循环、碳循环的重要组成部分，对气候变化研究和海洋气象预报具有重要意义。但由于其气象、海洋环境恶劣，目前国际上现场资料较少，尤其是长期实时观测数据严重缺乏。
西风带环境监测浮标的重要应用场景
西风带环境监测浮标是一种适用于极端环境的水文气象自动观测平台。可根据实际需求搭载测量不同海洋环境要素的传感器，实现自动连续观测与远程数据传输。具有固定海域观测时间长期连续、复杂海洋环境适应性强、观测数据准确度高、无人值守全自动化、水面水下观测兼顾等优点。西风带环境监测浮标能够在不同时间尺度上、多种恶劣天气情况下、复杂海洋水体环境中连续获取海上资料，特别是在台风、风暴潮等恶劣环境条件下直接获取具有代表性和实时性的海洋环境过程资料，具有不可替代的重要作用。因此，西风带环境监测浮标不仅可应用于西风带海域水文气象观测，也可广泛应用于海洋环境监测、预警预报、防灾减灾、资源开发、海上交通、渔业生产、军事活动保障等方面。
二、技术发展历程
国家海洋技术中心是我国最早从事浮标技术研发的科研单位之一。在“九五863”计划支持下研制了国内首套水质浮标，获得国家科学技术进步二等奖；在“十五863”计划支持下，研制了首套小型多参数海洋环境监测浮标，国内首次实现感应耦合传输技术、弹性系留在浮标上的应用。“十三五”期间，作为项目牵头单位承担了国家重点研发计划“海气界面观测浮标国产化技术研究”，实现了海气界面观测浮标的全系统国产化和水下1000 m温盐深流剖面观测，性能指标达到国内领先水平。2018年，针对我国极端环境深海观测浮标薄弱环节，原国家海洋局委托国家海洋技术中心开展西风带环境监测浮标研制，并于2019年和2020年在我国第35、36次南极科考中成功布放于南大洋海域，在国际上首次实现“魔鬼”西风带核心区域的跨年度综合观测。
经过多年的科研攻关和不懈努力，现已研制多种尺寸规格的浮标，包括直径10 m、6 m、3 m、2.4 m和2 m等多种型号。在功能上有通用型的水文气象观测浮标，专用型的海洋生态水质监测浮标、波浪浮标和应急核辐射监测浮标等。已在国内海洋环境观测和海洋科学研究中发挥了巨大作用。
浮标发展历程
三、突破核心关键技术，实现自主创新
“咆哮西风带”是南半球西风带的形象称呼，已有观测资料记录的最大风速达35 m/s，浪高34 m。西风带的高海况不仅会导致浮标结构、供电设备和观测设备的冲击断裂失效，而且由于浮标系统长期处于复杂交变载荷状态下，还会导致浮标结构的疲劳断裂失效。浮标的数据采集控制系统长期工作在高强度多频振动环境下，其工作的可靠稳定性将直线下降。尽管困难复杂多样，且国内外的浮标工程理论资料和成功案例少，项目组成员还是在现有工程经验的基础上，深入学习中外浮标工程理论，按照先整体后个体、分阶段分层次的思路解决困难，采取理论分析与试验验证相结合的方法，突破浮标体的环境适应性技术和数据采集的稳定性技术，最终完成了环境适应性强、稳定性高的西风带环境监测浮标的研制。
该浮标于2019年和2020年在我国第35、36次南极科考中成功布放于南大洋海域，填补了国内空白。浮标在海上连续运行约20个月，观测数据符合海气相互作用规律。2021年5月成功完成了第二套浮标的回收，通过检测发现回收后的浮标主体外观良好，系统运行正常。
西风带环境监测浮标水槽测试
西风带环境监测浮标成功布放
目前只有美国的伍兹霍尔海洋研究所在西风带海域成功布放过锚系浮标，而且也处于不断探索优化过程中。国内首套西风带环境观测浮标的成功研制，标志着我国在极端环境浮标技术方面达到国际领先水平，有力提升了我国在极地极端环境下的信息感知能力。
浮标在位运行期间观测数据