我国海洋水文调查设备水平怎么样？看看发展历程

  我国海洋调查技术在各方面都取得了突破性进展，文章简要叙述了我国海洋水文调查的历史及发展，着重介绍了我国海洋水文调查中的温盐观测设备、海流 观测设备、海浪观测设备、海洋浮标和潜标设备的发展历程。

01 引言

海洋水文调查作为海洋调查的基本内容之一，也经历了从无到有，能力从弱到强的转变，调查设备不断更新换代， 许多设备从调查初期的仿制到如今自主研发，实现了从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”的跨越式发展。

海洋水文调查要素一般包括：水 温、盐 度、海流、海浪、透明度、水色、海发光等，其中透明度、水色、海发光观测较为简单，本研究着重介绍我国温盐、海流、海浪观测设备以及海洋浮标和潜标的发展历程。海洋水文调查跨度时间长，涉 及设备众多，本研究仅就所掌握的资料对重点设备进行梳理和总结。

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02 海洋水文调查的发展历程

１９５８年９月至１９６０年１２ 月开展的“全国海洋综合调查”开启了我国大规模海洋水文调查的 序幕，此次调查历时２年多，完成了９１ 条断面、６２４ 个大面站、３２７ 个连续站的调查。通过这次调查初步掌握了我国近海海洋要素的基本特征和变化规律，出版了多部专著，改变了我国缺乏基础海洋资料的局面，为我国海洋科学发展奠定了基础。全国 海洋综合调查结束后，在国家科学技术委员会海洋组领导下，在渤海、黄海海域开展了“近海海洋标准 断面调查”，并一直持续到今天。２０ 世纪７０ 年代我国开展了 “东 海大陆架调查”和 “南 海中部调查”。此后我国陆续开展了一系列的重大专项调查及国际合作调查。如１９７５—１９８０年开展的“第一次全国海洋污染基线调查”，１９８０—１９８７ 年开展的 “全国海岸带和海涂资源综合调查”，１９８５—１９９０年中美在赤道和热带西太平洋开展的海洋大气相互作 用合作科学考察，１９８６—１９９２ 年开展的“中日黑潮合作调查”，１９８８—１９９５年开展的“全国海岛资源综合调查”，１９９６—２００２年开展的“第二次全国海洋污染基线调查”，２０００—２００３ 年开展的“西北太平洋海洋环境调查与研究”，２００４—２０１２ 年开展的“中国近海资源环境综合调查与评价”专项调查等。

２０１２年国家海洋局启动实施了“全球变化与海气相互作用”专项，标志着我国的海洋调查全面进军深远海。此外，我国还开展了一系列的南北极科学考察、大洋科考调查等。我国的海洋水文调查技术在上述调查中取得了突破性进展，调 查手段不断丰富，调查设备也越来越先进。

03 海洋水文调查设备的发展历程

我国在海洋水文调查中使用的调查设备随着 科学技术的发展而不断更新换代，大致可分为３ 个阶段。第一阶段为２０ 世纪８０ 年代以前，调查设备主要是机械式的，体积普遍较大，操作较为复杂，精 度和稳定度较差，如表面温度表、颠倒温度表、双联浮筒测流装置、印刷海流计、直读式海流计、手摇 绞车等；第二阶段为２０ 世纪８０ 年代至２１ 世纪初期，随着电子技术的快速发展，逐渐开始使用以电 子计算机和自动化为主的装备，测量精度、灵敏度、稳定 度 等 大 大 提 高，如 温 盐 深 剖 面 测 量 系 统（ＣＴＤ）、声学多普勒流速剖面仪（ＡＤＣＰ）等；第三阶段为２１世纪至今，随着传感器技术、通信技术和遥感技术的发展和广泛应用，除了 ＣＴＤ、ＡＤＣＰ 等设备不断升级外，结合实时、自主式、长时间序列观测的需要，出现了船载测波雷达、自沉降式剖面测量系统 （Ａｒｇｏ 浮标）、抛 弃式温盐深剖面测量系统（ＸＢＴ、ＸＣＴＤ）以及潜标、浮标观测系统等，发展趋势呈现网络化、智能化。

3.1 温盐观测设备

２０世纪８０ 年代前，温盐观测设备主要依赖进口设备和仿制的国外某些常规产品，设备基本都是纯机械式的，如颠倒温度表、表面水银温度表、机械式深度温度计、氯 度滴定计等。１９６５—１９６６ 年和 １９７１—１９７６ 年的两次全国海洋装备会战推动了我国海洋仪器设备的发展，突破了一些关键技术，研制成功了多种设备，如 ＳＺＣ４－１ 型自容式温盐深自记仪、ＳＺＣ５－１温盐深自记仪、ＳＺＣ３－１ 温盐深探测仪等。但受制于国内的工业和电气化水平，并没有形成产品生产能力。

２０世纪８０ 年代，我国成功研制了最大工作深度分别为６０ ｍ 、１０００ ｍ 、３０００ ｍ 、６０００ ｍ 的实时传输和自容式的温盐深剖面仪。如国家海洋局 海洋技术研究所研制的 ＳＺＣ１１ 型６０００ ｍ 温盐深自记仪，在 １９８５ 年的西北太平洋锰结核调查和 １９８７ 年中日联合黑潮调查中发挥了重要作用。１９８４年，国家海洋局第三海洋研究所研制了 ＳＺＣ７－ ２型抛弃式温深仪。

“九五”以来，温盐传感器在国家“８６３”计划的支持下快速发展，攻克一些关键技术，取得了一批 高新技术成果，但距离世界先进水平还有一定的差 距，特别在深远海调查设备方面差距更大。我国深 远海调查中，温盐测量主要有船载观测、走航观测、锚系观测和抛弃式观测等４ 种方式。其中：船载观测中最常用的直读式ＣＴＤ 为ＳＢＥ９１１ｐｌｕｓＣＴＤ，自容式 ＣＴＤ 为 ＳＢＥ ９１７ ＣＴＤ；走航观测中常用的 ＣＴＤ 有 ＭＶＰ２００、ＭＶＰ３００ 等；锚系观测中常用的 ＣＴＤ 有ＳＢＥ３７、ＳＢＥ３９ 等；大范围的海洋调查中常辅以抛弃式温盐深仪 （ＸＣＴＤ）和抛弃式温深计

（ＸＢＴ）等，常 用的有日本  ＴＳＫ 公司的  ＸＣＴＤ 和 ＸＢＴ。此外，根据海洋调查的不同需求，ＣＴＤ 上一般还会搭载各类传感器，如溶解氧、ｐＨ、浊度和叶绿素等传感器。

3.2 海流观测设备

２０世纪８０ 年代前，我国的海流观测设备主要是纯机械式海流计，如厄克曼海流计、印刷海流计。代表性产品是天津气象海洋仪器厂仿制的 ＨＬＪ１ 型印刷海流计，它曾在我国早期海流观测中发挥过重 要作用并一直沿用至８０ 年代中期，其流速为３～ １４８ｃｍ／ｓ，流向为０°～３６０°（精度±５°），印刷时间间 隔为５、１０、１５、２０、３０、６０分钟６种，最长连续工作时间为５７天，最大使用深度为２５０ ｍ（ＨＬＪ１－１ 型）和 １２００ ｍ（ＨＬＪ１－２型）。

２０世纪８０年代，主要使用直读式海流计、数字式转子海流计和声学海流计。如：青岛海洋大学研制的 ＳＬＣ９－２ 型直读式海流计，适用于锚定船上进行２００ ｍ 以浅不同深度处的水流速度和流向观测，同时它还可以用浮子把探测器漂离船体测量表层流速度和方向；海洋技术研究所研制的 ＳＬＹ５－１型海流计和中国科学院海洋研究所研制的ＳＬＣ１６－１型海流计，流速测量范围分别为０．０２～２ｍ／ｓ、０．０３～３．５ｍ／ｓ，流向测量范围不变，精度略有提高，均为±４°数字式转子海流计。中国科学院海洋研究所和国家海洋局第三海洋研究所先后研制成功声学多普勒海流计。此外，国外的海流观测设备逐步进入中国市场，如挪威安德拉 ＲＣＭ 系列海流计、日本 ＡＬＥＣ 公司的  ＡＥＭ２１３－Ｄ 型直读式电磁海流计等。

２０世纪９０ 年代后，随着声学多普勒流速剖面（ＡＤＣＰ）技术的发展，ＡＤＣＰ 成为主要的海流观测设备。根据安装方式的不同，ＡＤＣＰ 可以分为走航式、坐底式、锚系式、拖曳式等几种。目前国际上领 先的 ＡＤＣＰ 生产企业有美国的 ＴＲＤＩ公司、挪威的诺泰克公司等。我国的  “雪龙２”号、“向阳红 ０１”号、“向阳红０６”号、“科学”号等远海调查船均装备 了 ＴＲＤＩ公司的 ＯＳ－３８型船载走航式 ＡＤＣＰ。定点式 ＡＤＣＰ 主要用于潜标、浮标等观测平台中，常用的调查设备有 ＴＲＩＤ 公司的  ＷＨＳ－３００ｋＨｚ、ＷＨＳ－ ６００ｋＨｚ、诺泰克公司的“阔龙”“浪龙”系列等。我国从２０世纪８０ 年代后期开始 ＡＤＣＰ 的相关技术攻关和样机研制工作，“七五”期间，中国科学院声 学所研制了拖曳式 ＡＤＣＰ 试验样机；“八五”期间，国家海洋局对走航式 ＡＤＣＰ 进行了立项研制并完成了试验样机；“九五”期间，中国科学院声学所和国家海洋局海洋技术研究所共同负责了国家“８６３”计划 ＡＤＣＰ 相关关键技术攻关和样机研制，并通过了“８６３”专家组验收。目前国产 ＡＤＣＰ 产品中，中国船舶 ７１５ 研究所生产有 ＳＬＳ 系列自容式 ＡＤＣＰ 和ＳＬＣ 系列走航式 ＡＤＣＰ，中国科学院声学所研制的 ＲＩＶ３００、ＲＩＶ６００、ＲＩＶ１２００ 系列自容式 ＡＤＣＰ 等，部分产品性能已能达到国际先进水平。

3.3 海浪观测设备

２０世纪８０ 年代之前，海浪观测手段主要依靠人工测波，利用望远镜、秒表等辅助设备，用纯人工 的方法观测波浪要素。８０ 年代中后期开始使用岸基光学测波仪，也属于人工观测。９０ 年代，随着浮标技术的不断进步，波浪浮标成为海浪观测的 主力设备，波浪浮标一般都采用球体设计，以便具 备良好的随波性。山东省科学院海洋仪器仪表研 究所、国家海洋技术中心、中国海洋大学先后研制 了ＳＢＦ３－Ｘ 型、ＳＢＡ３－２ 型、ＳＺＦ 型波浪浮标。荷兰 Ｄａｔａｗｅｌｌ 公 司 生 产 的   ＭＡＲＫ 型  “波 浪 骑 士”（Ｗａｖｅｒｉｄｅｒｓ）波浪浮标，作为国际上公认领先的测波设备也在国内广泛应用。目前，除波浪浮标外，海浪测量设备主要还有海洋卫星和测波雷达， 如“海洋二号”系列卫星，包括２０１１ 年发射的 ＨＹ－ ２Ａ 卫星、２０１８ 年发射的 ＨＹ－２Ｂ 卫星以及２０１８ 年发射的中法海洋卫星 （ＣＦＯＳＡＴ）等，可 对海面风场、海流、海浪、海面温度等海洋动力环境参数进行全天时、全天候监测。测波雷达方面，国家海洋技术中心、哈尔滨工程大学、中国海洋大学等均研制了相关的Ｘ 波段测波雷达样机，也引进了如德国ＯｃｅａｎＷａｖｅｓ公司生产的  ＷａＭｏｓⅡ 测波雷达等相关设备。

3.4 海洋浮标和潜标

我国的海洋浮标研制起步于１９６５年，首套浮标为船型结构。２０ 世纪７０ 年代，山东省科学院海洋仪器仪表研究所自主研制了 ＨＦＢ－１ 型海洋水文气象浮标，曾在我国的海洋环境观测中发挥过重要作用。２０ 世纪８０ 年代之后，在国家“８６３”计划等项目的支持下，研制成功了直径３～１０ｍ 的一系列浮标产品，如ＦＺＦ２－１型（后发展为ＦＺＦ２－２型、ＦＺＦ２－３型、ＦＺＦ３－１型）、ＦＺＦ４－１ 型等大型海洋资料浮标，直径均为１０ ｍ。海洋资料浮标能够长期、连续、全天候自动观测，可以获取海洋水文、气象、水质、生态、动力等海洋环境参数。我国的海洋资料浮标在性能上总体达到了国际先进水平，可完全满足我国近海长期业务化观测需求。２０１２ 年，由国家海洋局第一海洋研究所自主集成研发的我国首套深海浮标“白龙浮标”布放安达曼海，２０１９ 年，中国第３５ 次南极考察队在西风带布放了我国首个西风带环境监测浮标。此外，我国也研制了海洋剖面观测浮标（Ａｒｇｏ浮标）、通量观测浮标、核辐射监测浮标、海冰浮标、光学浮标、声学浮标、赤潮浮标、波浪浮标、子母浮标、通信中继浮标等专用浮标。

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潜标系统作为海洋调查的重要设备之一，一般由水下部分和水上甲板单元组成。水下部分主要包括主浮体、探测传感器、缆绳、玻璃浮球、声学释放器、重力锚等组成。我国潜标系统的研制工作始于２０世纪８０ 年代，经过３０ 余年的发展，我国的潜标技术在设计建模、布放深度、系统回收率和可靠性等方面已经达到世界先进水平。中国海洋大学首次在我国南海建设了国际上最大规模的区域潜标观测网。

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２０１７年，中国科学院深海科学与工程研究所在马里亚纳海沟“挑战者”深渊中布放回收了万米锚系潜标系统，获得了深渊中多层深度近一年的温盐和海流连续观测数据。

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