海洋仪器设备 -海洋监测中心

三观道人 · 发表于海洋技术专业 2023-11-1 02:17:09

70年来，中国海洋技术与装备的研究从无到有、从引进到自主研发，取得了长足的发展。

20世纪70年代，中国组织海洋仪器会战，研制和生产的海洋仪器设备达到130多项。为推动海水淡化技术的发展，中国召开了全国海水淡化科技工作会议，制订了《1975~1985年全国海水淡化科学技术发展规划》，在天津组建了“海水淡化与综合利用研究所”，并在一些科研院所设立了海水淡化研究机构。1982年，中国在西沙建成了第一个电渗析海水淡化站。

“七五”期间，中国开发了海洋资料浮标和深海潜标系统。改革开放以来，国家“863”计划设立了海洋领域，先后研制成功6000米自容式温盐深自记仪、中国第一艘200米无人遥控潜水器“海龙一号”、第一艘1000米无缆水下机器人“探索者”号等一批海洋技术装备。“向阳红10号”大型远洋调查船研发成果获得1988年度国家科学技术进步奖特等奖。1988 年8月，中国利用自主研发的仪器设备在南沙群岛永暑礁建成了“全球海平面联测”第74号站。“九五”期间，中国膜法海水淡化技术研究取得重大突破。高从堦等完成的“国产反渗透装置及工程技术开发”获得1992年度国家科学技术进步奖一等奖。进入21世纪以来，中国自主研发的海洋技术与装备在海洋环境监测、海洋资源调查与开发、海洋工程建设、深海研究以及海洋公益服务等方面得到了广泛的应用。李华军主持的“浅海导管架式海洋平台浪致过度振动控制技术的研究及工程应用”获得2004年度国家科学技术进步奖二等奖。“十一五”期间，中国开展了万吨级海水淡化技术研究及工程示范，先后建成单套1万吨/天反渗透海水淡化工程和1.25万吨/天低温多效海水淡化工程，相关技术达到国际先进水平。侯纯扬主持的“海水循环冷却技术研究与工程示范”获得2007年度国家科学技术进步奖二等奖。中国在近海油气勘探开发方面的科研工作也取得重大进展，其中“中国近海油气勘探开发科技创新体系建设”获得2010年度国家科学技术进步奖一等奖。

“十二五”以来，中国在蒸发器、蒸汽喷射泵、膜组器和高压泵等关键装备技术研究和产业化方面取得突破性进展，全面掌握反渗透和低温多效海水淡化技术，并达到或接近国际先进水平。中国自主研发了50余项海洋能新技术、新装置，并向实用化发展，部分技术达到了国际先进水平。4.1兆瓦的江厦潮汐试验电站已稳定运行30多年，3.4兆瓦模块化大型潮流能发电系统的首套兆瓦级机组并网发电，100千瓦鹰式波浪能发电装置和60千瓦半直驱式水平轴潮流能发电装置累计发电量超过3万千瓦·时等，使中国成为世界上为数不多的掌握规模化开发利用海洋能技术的国家之一。中国自主建造的世界最先进的首座超深水圆筒型海洋钻探储油平台“希望1号”成功交付使用，其技术成果“深海高稳性圆筒型钻探储油平台的关键设计与制造技术”获得2011年度国家科学技术进步奖一等奖。2012年“海洋石油981”深水半潜式钻井平台在南海首钻成功，实现了中国海洋油气资源开发从浅水到超深水的历史性跨越。该技术成果“超深水半潜式钻井平台研发与应用”获得2014年度国家科学技术进步奖特等奖。

2017年5月，国家重大科技基础设施“国家海底科学观测网”立项，将在东海和南海的海底分别建立主要基于光电复合缆连接的海底科学观测网，实现从海底向海面的全方位、综合性、实时的高分辨率立体观测。

目前，中国自主研发、建造的海洋重要技术装备，如海洋卫星、深海运载器、海洋浮标、海洋调查船等已进入了世界先进行列。

海洋卫星

20世纪80年代以来，中国海洋卫星及其探测技术的研发与应用取得了令人瞩目的成就。潘德炉突破性地发展了中国海洋水色遥感反演算法、遥感卫星应用效果模拟仿真理论和技术，并创建了中国遥感卫星模拟仿真系统和海洋水色遥感应用技术系统。其主持完成的“近海复杂水体环境的卫星遥感关键技术研究及应用”获得2013年度国家科学技术进步奖二等奖，为提升卫星空间信息获取和综合应用能力以及卫星遥感装备的发展做出了突出贡献。蒋兴伟等提出了中国海洋卫星系列化发展规划，完成了海洋卫星地面应用系统建设，解决了卫星资料处理难题和海洋应用关键技术，推动海洋卫星遥感应用进入中国海洋主体业务。目前，中国已形成了以海洋一号（HY-1）系列卫星、海洋二号（HY-2）系列卫星及高分三号（GF-3）系列卫星为代表的海洋水色、海洋动力环境及海洋监视监测系列卫星，地面应用系统建设了北京、三亚、牡丹江站，实现了从单一型号向多个系列卫星组网、从试验应用向业务应用的跨越，建立起了具有优势互补的海洋遥感卫星观测体系，且发挥出显著的社会和经济效益。

海洋一号卫星（海洋水色卫星）系列，包括2002 年发射的HY-1A卫星、2007 年发射的HY-1B卫星、2018年发射的HY-1C卫星，重点对叶绿素浓度、海表温度、悬浮泥沙含量、可溶有机物、污染物及海岸带环境监测，并兼顾观测海冰冰情、海流特征、海面上空大气气溶胶等。

海洋二号卫星（海洋动力环境卫星）系列，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，主要使命是监测和调查海洋动力环境，获得包括海面风场、海面高度、浪高、海流、海面温度等多种海洋动力环境参数，直接为灾害性海况预警预报提供实时遥感数据。尤其是中法海洋卫星的发射成功与应用，开启了中国海洋卫星领域对外合作的新篇章，入选2018 年中国航天与海洋十大新闻、中国十大海洋科技进展。卫星发射当天，国家主席习近平同法国总统马克龙互致贺电。该星对中国获取全球海面波浪谱、海面风场、南北极海冰信息，进一步加强对海洋动力环境变化规律的科学认知，提高对巨浪、海洋热带风暴、风暴潮等灾害性海况预报的精度与时效等都具有重要科技支撑作用。

高分三号探海监测全能星（GF-3）于2016年发射，该卫星填补了中国自主高分辨率多极化合成孔径雷达遥感数据的空白，空间分辨率最高可达1米，是世界上成像模式最多的C波段多极化合成孔径雷达卫星。可应用于海洋环境监测、海洋目标监视、海域使用管理、海洋权益维护和防灾减灾等，并可对海洋进行全天时、全天候、近实时监视监测。

深海运载器

进入21世纪，中国围绕深海大洋调查观测，在前期工作积累的基础上，逐步形成了以载人潜水器、无人有缆潜水器以及无人自治航行器等适应多尺度、多环境和多学科联合的多类型海洋调查监测与观测平台。

——载人潜水器。

载人潜水器蛟龙号。2002年，徐芑南主持的国家“863”计划“7000米载人潜水器”重大专项正式启动，约100家单位联合攻关。2012年6月，蛟龙号载人潜水器在马里亚纳海沟成功下潜最大深度7062米，创造了作业型深海载人潜水器世界新纪录。自2013年起，蛟龙号载人潜水器转入试验性应用阶段，先后在南海、东太平洋、西太平洋、西南印度洋等七大海区下潜，实现100%安全下潜。“蛟龙号载人潜水器研发与应用”获得2017年度国家科学技术进步奖一等奖。

载人潜水器“深海勇士”号。在蛟龙号载人潜水器研制与应用的基础上，“深海勇士”号载人潜水器攻克以浮力材料、深海锂电池、机械手为代表的深海核心技术及关键部件研发，为后续中国载人潜水器的谱系化建设打下基础。2017年6月“深海勇士”号载人潜水器进行了海试，完成了28次下潜，验证了其高效的作业效率，2017年11月中国船级社完成了对“深海勇士”号载人潜水器入级检验。

——无人潜水器。

“海马”号无人有缆潜水器。在国家“863”计划支持下，“海马”号潜水器于2014年4月在南海通过海上验收，最大下潜深度4502米。为中国迄今自主研发的下潜深度最大、国产化率最高的无人有缆遥控潜水器，是中国深海高技术领域继“蛟龙”号载人潜水器之后又一标志性成果。

“潜龙”系列无人无缆自治潜水器。继“潜龙一号”“潜龙二号”分别于2013年、2015年下潜勘探试验成功后，2018年4月4500米级的“潜龙三号”潜水器于南海成功进行了首次综合海试，下潜深度为3900米。该潜器集成热液异常探测、温盐深探测、微地形地貌、海底照相等多种深海探测系统，将主要用于多金属硫化物等深海矿产资源的勘探作业。

“海龙”系列无人有缆深海潜水器。“海龙三号”是中国自主研发的首台6000米勘查取样型无人缆控潜水器，配备虹吸式取样器、岩石切割机、沉积物保压取样器等设备，并搭载前视声呐等特种工具，具备自动避让障碍物、深海定位以及重型设备作业能力。“海龙11000”潜水器是中国自主研发的万米级深海无人遥控潜水器，设计最大工作深度为1.1万米。2018年9月10日，“海龙11000”潜水器在西北太平洋海山区完成6000米级大深度试验潜次，最大下潜深度5630米，创造了中国无人有缆深海潜水器深潜纪录。

“海斗”号无人潜水器。2016年6~8月，“海斗”号无人潜水器在马里亚纳海沟下潜深度突破万米，并成功获得了2条9000米级（9827米和9740米）和2条万米级（10310米和10767米）水柱的温盐深数据，创造了中国无人潜水器的最大下潜及作业深度纪录，使中国成为继日、美两国之后第3个拥有研制万米级无人潜水器能力的国家。

此外，中国自主研发的“海角”号和“天涯”号深渊着陆器、“原位实验”号深渊升降器等已应用于国内外深海海域探测，取得多项突破性成果。

——水下滑翔机。

“海燕”系列水下滑翔机。该型滑翔机采用最新的混合推进技术，目前已形成工作深度为200米、1000米、4000米和10000米的谱系化产品自主研发制造能力。2018年“海燕-X”万米级水下滑翔机在马里亚纳海沟完成了潜海测试，最深的潜水深度达到8213米，刷新水下滑翔机最大下潜深度世界纪录。2018年“海燕-L”水下滑翔机实现海上无故障运行141天，最大工作深度1010米，连续剖面734个，续航里程3619公里，创造并保持了中国水下滑翔机海上工作时间最长、航程最远、观测剖面最多的新纪录。

“海翼”号滑翔机。2017年3月，中国自主研发的“海翼”号水下滑翔机在马里亚纳海沟下潜深度达到6329米，刷新了当年度水下滑翔机最大下潜深度世界纪录。该型滑翔机可以搭载温度、盐度、溶解氧、浊度、叶绿素、硝酸盐、ADCP（声学多普勒流速剖面仪）、水听器等海洋探测传感器，能满足多样化海洋观测应用需求。2018年7月，“海翼”号深海滑翔机首次应用于中国北极科学考察。

海洋浮标

海洋浮标是海上连续、长期、自动观测多学科环境参数的重要设施，是弥补船舶调查和遥感观测不足的有效手段。

——锚系浮标。

中国的锚系海洋浮标研制起步于20世纪60年代，代表性成果是HFB-1型海洋水文气象浮标。该浮标是中国在1975~1984年间研制的大型浮标。能在恶劣的海洋环境下对水文气象要素进行数据采集、处理，并以遥测方式向岸站发送实时观测资料，具有长期、定点、无人值守的特点，曾为中国海洋环境观测发挥了重要作用。1985年至今，中国大型海洋浮标发展进入黄金时代，先后研制出了FZF2-1型（后发展为FZF2-2型、FZF2-3型、FZF3-1型）、FZS2-1型（后发展为FZS2-3型）和FZF4-1型等大型锚系海洋浮标，直径均为10米。其中，“FZF2-1型海洋浮标系统”“FZF2-2型海洋资料浮标系统”先后获得国家科学技术进步奖二等奖。FZF4-1型浮标是中国研发的第四代海洋环境监测浮标，可以确保长时间、连续性、全天候的工作，每日定时测量并且发报海流、海温、潮位、风速、气压等20多种水文气象要素。目前，中国已在渤海、黄海、东海、南海，钓鱼岛海域和北极地区布设逾100套10米大型浮标。

2012年，中国自主集成研发的7000米级深海气候观测系统“白龙”浮标正式布放安达曼海，这是中国唯一一个进入全球海洋观测系统的浮标，有助于提升中国参与全球天气和气候尺度的预报、预测能力。

——Argo浮标。

2002年初中国正式加入国际Argo计划，并成立中国Argo实时资料中心。目前，中国自主研发了COPEX型剖面浮标和HM2000型剖面浮标，其中COPEX型剖面浮标突破了定深温控技术、温盐深测量技术和浮标检测技术瓶颈，实现了剖面浮标部件近100%的国产化率，有效扭转了中国剖面浮标技术受制于人的局面；HM2000型剖面浮标首次运用中国北斗导航系统进行数据传输和定位，可在水中维持4～5年的存活周期，并已获国际组织认可。截至2018年底，中国共投放Argo浮标400个，其中自主研制的北斗剖面浮标30个。中国北斗剖面浮标数据中心的建立，使中国成为继美法之后第三个为全球Argo海洋观测网提供剖面浮标数据服务的国家。

——潜标系统。

自2009年以来，中国在南海连续布放潜标观测系统，突破了沿缆往复稳定可靠运动控制和水下沿缆剖面测量等关键技术，实现了对环流、中尺度涡、内波、混合等多尺度海洋动力过程的长期观测。目前保持同时在位观测潜标42套，观测海域横跨吕宋海域、南海深海盆、南海东北部和西北部陆坡陆架区，成为目前世界上规模最大的区域海洋潜标观测网。

2017年，中国首次建成西太平洋“深海实时传输潜标系统”，研发了无线水声通讯传输方案，实时传输水深400～4000米的海水温度、盐度、环流、回声强度等数据资料，改变了传统潜标每年只能采集一次数据的状况，跻身世界海洋观测先进行列。

海洋调查船

海洋调查船的发展进程见证着中国海洋科学技术发展的深度广度。自20世纪50年代以来，中国海洋调查船的尺寸吨位从小到大，调查能力从中国沿岸浅海延伸到深海大洋、南北两极，调查作业也从单一学科调查扩展为多学科多技术多维度综合性科学考察。目前，中国拥有了“雪龙”号系列破冰科考船，“向阳红”号、“大洋”号、“科学”号、“东方红”号、“实验”号、“海洋地质”号等系列综合海洋科考船，以及“海大”号、“嘉庚”号等海洋科考船，其中大部分海洋调查船是近10年中国自主设计建造的。

“科学”号调查船是中国自主设计建造的新一代科学考察船的代表，该船于2011年11月30日下水，船体长99.8米，宽17.8米，排水量约4600吨，最大航速超过15节。具有全球航行和全天候观测能力，总体技术水平和考察能力达到国际新建和在建综合调查船的同等水平。在其后相继建造的新“向阳红10”号、“向阳红01”号、“向阳红03”号等综合调查船都是在此船基础上创新建造的。

“海洋六号”地质调查船是中国首艘以天然气水合物调查为主，集地震、地质调查等多项调查功能于一体的调查船，排水量4600吨，续航力15000海里，可在国际海域无限航区开展调查。

“雪龙2”号极地破冰科考船是中国自主建造的首艘破冰船，是全球第一艘采用船艏、船艉双向破冰技术的极地科考破冰船，于2019年7月11日交付使用。船体长122.5米，宽22.3米，排水量约13990吨，航速12～15节，续航力20000海里，能以2～3节航速在冰厚1.5米加0.2米雪的环境中连续破冰航行。该船装备了国际先进的海洋调查和观测设备，实现了科考系统的高度集成和自洽，是第一艘获得中国船级社颁发智能符号的极地破冰科考船，极大地提升了中国在极地洋区开展科学考察的能力。

2012年4月，中国组建了国家海洋调查船队。截至2019年，船队共有37 艘成员船，主要承担国家海洋基础性、综合性和专项调查等任务，以及国家重大研究项目、国际重大海洋科学合作项目和政府间海洋合作项目涉及的调查任务。

近年来，伴随自动控制技术等关联学科的发展，针对复杂海域岛礁实施海洋调查测量等任务的无人艇研制取得突破，一批各型无人艇已在海洋测绘、环境监测、管线巡视以及影像采集中得到应用。在水下避障、姿态稳定、自主航行等方面都积累了自主创新成果。其中“复杂岛礁水域无人自主测量关键技术和装备”获得2016年度国家技术发明奖二等奖，“海洋智能无人艇平台技术”获得2016年度海洋科学技术奖特等奖。

（陈连增，中国海洋学会理事长，原国家海洋局党组成员、副局长；雷波，中国海洋学会副理事长，自然资源部南海局党委书记）

来源：中国海洋报

作者：陈连增雷波

编辑：吴琼

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