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院士撰文:我国海洋监测仪器仍在“卡脖子”


  来源: 中国工程科学 时间:2023-06-09 编辑:仪器仪表WXF
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海洋观测平台是各类传感器的载体、全球海洋立体观测网建设的核心节点,我国已基本掌握固定海洋观测平台的核心技术。大型浮标平台技术相对成熟,规格系列化的海洋浮标产品供应市场,整体达到国际先进水平;特别是大型浮标,在极端恶劣海况下的可靠性达到国际领先水平,满足沿海海域业务化运行需求。潜标研制工作起步较晚但发展迅速,潜标观测系统关键技术基本获得突破,数据实时传输、长期在位观测、水声探测等技术进展良好。海底观测网已在东海海域进行示范运行,验证了相关技术成果。


水下、水面、空中无人航行器等移动观测平台发展迅速,有效载荷和续航能力进一步提高,技术层面进步显著;保持多样化发展态势,种类分布与国际主流同步。在无人潜器研制方面,波浪能滑翔器、无人水面艇、无人帆船、深海Argo,部分遥控水下机器人(ROV)、自主水下机器人(AUV)、载人水下机器人(HOV)、水下滑翔机等装备的整体性能接近或达到国际先进水平。深海环境中的水下导航与定位、浮力材料、水下高能量密度电池等技术则有待研究和突破。


在卫星平台方面,发展了海洋水色、海洋动力环境、海洋监视监测等系列海洋卫星,多颗卫星在轨运行。逐步建设由国产卫星主导的海洋空间监测网,基本实现全球海洋环境的逐日观测。此外,在水色遥感、海洋要素反演、卫星精密定轨等技术方向成果丰硕,支持了业务化监测应用与示范。


2.传感器技术


传感器技术是构建海洋观测能力的基础和前提。近年来,我国在海洋环境传感器技术方向进展显著,新型传感器不断涌现,促进海洋观测、监测、探测朝着实时、原位、精细、立体、智能方向发展;但对比国际先进,国产化海洋传感器技术整体水平仍处于“跟跑”阶段。在“十二五”“十三五”时期国家重点研发计划等渠道的支持下,约70%的近海、常规传感器实现国产化;但超过80%的深远海、高端传感器依赖进口,潜在的市场垄断和技术封锁不可忽视。国产原位在线生态传感器的长期可用性仍待提高。在传感器通用技术方面,受工业基础、原材料、关键元器件等制约,敏感元件、微弱光电信号检测与处理、功能材料等系列关键技术尚存差距。


我国海洋监测仪器装备发展方向


1 、全球海洋立体观测网建设

(1).一体化、可视化、智能化


为实现我国海洋立体观测网的能力覆盖全球化,应以需求为牵引,按照顶层规划分步实施。立足现有海洋观测网络基础,逐步扩大覆盖范围,由我国近海向中、远海拓展,重点典型海域向全球海域发展,水面向水下、海底延伸。综合应用固定观测、移动观测、遥感观测等平台,形成全球立体观测平台与能力,建成“空、天、地、海”一体化、可视化、智能化的全球海洋立体观测网,为我国周边和全球的海洋科学研究、作业活动提供全维信息支持。


(2).实时、精细、长期化


着眼全球海洋立体观测网建设需求,弥补传感器、平台、组网等技术短板,加强智能化、覆盖范围、观测方式、综合保障、数据共享等方面的能力建设。持续完善观测平台技术,如地球同步轨道海洋卫星观测,“天、空、海”“水面、水中、海底”智能组网观测;发展在全球大洋快速机动组网观测、在重点区域进行长期观测的技术能力,以立体观测部署多样化、静/动态设备组合化、观测规模扩大化支持“实时、精细、长期化”的海洋观测。积极参与国际合作计划,完善监测区域分级制度,逐步提升对全球海洋、气候、环境变化过程的监测及预测能力。


(3).智慧应用与服务连接


观测数据与应用的纽带在于全球海洋观测数据管理。发展全球海洋观测大数据实时通信与传输技术,提升全球海洋数据实时获取与自主可控水平。延续现有观测数据业务处理平台,扩充面向国际、服务不同层级用户的智慧型终端产品,进行海洋观测大数据的集中存储、处理、分发、共享;高效利用全球海洋数据,支持防灾减灾、经济发展、气候变化、环境保护、权益维护等海洋领域应用需求。


2 国家近海业务化精准观测系统建设


(1).精细化、精准化、标准化、一体化观测

构建覆盖管辖海域,“空、天、地、海”一体的业务化监测系统,提升近海业务化的精准观测能力,支持空间/时间精细化观测、多要素精准化测量。建立具有国际先进水平的区域精细化海洋监测业务系统,改善“风浪流潮”等动力要素的观测数据质量,提升观测要素精度、观测设备可靠性、观测数据准确性。同步开展观测数据协议、传感设备接口标准化建设。


(2).生态要素业务化观测

以海洋业务观测形成的水文气象参数为基础,进一步扩展观测要素种类,如生态环境要素原位自动观测、海洋碳源/碳汇观测、生物光学测量、海水表皮层光学特性测量、海水化学成分测量、海表面大气成分测量,形成精细化的海洋监测业务系统。实现生态要素的现场自动监测,融入业务化观测体系,支持海洋生态灾害预报预警、生态治理与修复。


(3).精准应用与服务

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