获取海洋数据的陆基监测平台

1）沿岸海洋台站观测数据

海洋台站是建立在沿海、岛屿、海上平台或其他海上建筑物上的海洋观测站的统称［6］。海洋台站自动观测系统是最基本的海洋观测装备，观测的参数与服务对象有关，其主要任务是在人们经济活动最活跃、最集中的滨海区域进行水文气象要素的观测和资料处理，以便获取能反映观测海区环境的基本特征和变化规律的基础资料，为沿岸和陆架水域的科学研究、环境预报、资源开发、工程建设、军事活动和环境保护提供可靠的依据，具有连续性、准确性、时效性的特点［2］

美国是建立海洋观测站进行海洋环境监测的国家之一［7］，1981年就开始建设海洋环境自动观测服务系统。目前，美国的沿岸海洋气象观测网（C-MAN）约有70个，与锚系浮标网一起，由美国国家资料浮标中心（The National Data Buoy Center，NDBC）管理，主要为气象预报服务。美国国家资料浮标中心拥有1 042个观测平台（图2-7）的观测数据，其中758个能够提供实时资料。

图2-7　美国国家资料浮标中心拥有的观测平台

日本作为一个岛国，四面环海，受海洋影响巨大，日本非常重视海洋环境的观测、监测工作。20世纪60年代中后期以来，日本对海洋的关注越来越强烈，并推动其海洋政策的屡次调整。由于海洋政策的导向作用，日本的海洋监测事业迅速发展，根据1994年的参考资料，日本沿岸有综合海洋站70余个，潮汐站150余个，波浪站200多个。

根据日本海洋学数据中心（Japan Oceanographic Data Center，JODC）［8］资料，目前，日本近岸海域环境监测站数量多，基本覆盖了其近岸海域特别是人口比较稠密、海洋开发度高、经济比较发达的沿海地区。图2-8所示为日本JODC所属观测站点上CTD设备的分布情况。

图2-8　日本JODC所属观测站点上CTD设备的分布情况（蓝色点为分布情况）

我国在古代就开展了潮位的定点观测，这就是中国最早的海洋观测站。1905年，德国人首先在青岛港一号码头修建验潮站开始海洋观测，到1949年新中国成立前夕，在中国沿海建立的海洋观测站约有20个。1958年，国务院批准了国家科委统一建设海洋观测站的报告，从1959年开始，在全国沿岸布设了119个水文气象站。截至1997年，我国有各种海滨观测站524个，其中海洋站61个、验潮站191个、气象台站113个、地震观测站158个、雷达站1个。全国联网监测的海洋污染监测站248个。2007年，根据国家海洋局新闻信息办公室发布的信息，我国有海洋站65个、固定验潮站70多个、监测台风雷达站6个、测冰站1个。

目前，我国先后建在沿海同时进行海浪、温盐、气象等多要素观测的站约有108个，包括14个中心海洋站，其中东海区有50个，可进行潮汐、海浪、温盐、海冰、气象和污染等项目的观测、监测，海洋站观测系统初具规模。图2-9显示了其中一个海洋站自动观测到的海洋水文数据的展示界面，图2-10为东海某区域观测站获取的海洋信息展示系统界面。

图2-9　海洋水文气象自动监测系统运行界面

图2-10　东海观测站获取的海洋信息展示系统界面

2）岸基雷达观测数据

岸基雷达观测又称岸基遥感观测，主要是通过在海岸上安装雷达设备实施对海洋要素的监测，主要包括高频地波雷达（high frequence surface wave radar，HFSWR）和X波段雷达（X band radar，XBR）。

在海洋环境监测领域，地波超视距雷达具有覆盖范围大、全天候、实时性好、功能广、性价比高等特点，在气象预报、防灾减灾、航运、渔业、污染监测、资源开发、海上救援、海洋工程、海洋科学研究等方面有广泛的应用前景。

图2-11　雷声加拿大公司研制并应用的HFSWR-503　型高频地波雷达的天线阵列

图2-12　美国CODAR公司生产的著名SeaSonde地波雷达

美国、英国、加拿大、俄罗斯等国都相继研制了高频地波雷达［9］，如图2-11所示为雷声加拿大公司研制并应用的HFSWR-503型高频地波雷达的天线阵列，图2-12所示为美国CODAR公司生产的著名SeaSonde地波雷达。其数据和数据产品有原始测量数据、径向流数据、表面流合成矢量数据、表面流合成矢量图等。

国内哈尔滨工业大学于20世纪80年代初开始开展高频地波雷达的研制工作。武汉大学在1993年完成高频地波雷达OSMAR样机的研制并在广西北海进行了海流探测试验；2001年以来，西安电子科技大学也开展了综合脉冲孔径体制高频地波超视距雷达的研究；国产高频地波雷达分别于2000年10月、2004年4月、2005年8月、2007年8月和2008年8月在东海等地组织进行了对高频地波雷达海洋动力学参数探测能力的五次海上现场对比验证试验，全面验证了国产高频地波雷达流场探测性能，其中2008年8月在福建示范区进行的比测试验证明国产高频地波雷达具备常规业务化运行能力。

X波段雷达是对火控、目标跟踪雷达的统称，其波长在3cm以下。X波段雷达有上下左右各50°的视角，并且该雷达能够360°旋转侦察各个方向的目标。X波段雷达将用于弹道导弹防御、测试、演习、训练，并协同观测比如太空碎片、航天飞机等的运动。X波段雷达发射和接收一个很窄的波束，绝大部分能量都集中在主波束中，每一束波都包含一系列的电磁脉冲信号。X波段雷达的波束将在环雷达360°角内，但是不会引导到与地平线水平位置。

部署在海岸上的X波段雷达称为海基X波段雷达，它由一个安装在海上平台的先进雷达系统所构成。X波段雷达具有天线波束窄、分辨率高、频带宽、抗干扰能力强等特点，主要用于对弹道导弹、巡航导弹和隐形飞机等空中目标的探测。图2-13所示为美国的一个海基X波段雷达。

图2-13　美国海基X波段雷达

3）海洋浮标观测数据

海洋浮标观测是指利用具有一定浮力的载体［7］，装载相应的观测仪器和设备，被固定在指定的海域，随波起伏，进行长期、定点、定时、连续观测的海洋环境监测系统，图2-14～图2-16分别显示了常见的三种不同尺度的海洋浮标。海洋浮标根据其在海面上所处的位置分为锚泊浮标、潜标和漂流浮标。锚泊浮标用锚把浮标系留在海上预定的地点，具有定点、定时、长期、连续、较准确地收集海洋水文气象资料的能力，被称为“海上不倒翁”。潜标可潜于水下，对水下海洋环境要素进行长期、定点、连续、同步剖面观测，不易受海面恶劣海况的影响及人为（包括船只）破坏，海洋潜标系统可以观测水下多种海洋环境参数。漂流浮标可以在海上随波逐流收集大面积有关海洋资料，其体积小、重量轻，没有庞大复杂的锚泊系统，具有简单、经济的特点，有表面漂流浮标、中型浮标、各种小型漂流器等。

图2-14　大型海洋气象浮标

图2-15　中型海洋气象浮标

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图2-16　小型温盐检测浮标

1998年，美国和日本等国家的大气、海洋科学家推出了一个全球性的海洋观测计划——ARGO（Array for Real-time Geostrophic Oceanography）计划，目的是借助最新开发的一系列高新海洋技术（如ARGO剖面浮标、卫星通信系统和数据处理技术等），建立一个实时、高分辨率的全球海洋中、上层监测系统，以便能快速、准确、大范围地收集全球海洋上层的海水温度和盐度剖面资料，以便了解大尺度实时海洋的变化，提高气候预报的精度，有效防御全球日益严重的气候灾害（如飓风、龙卷风、台风、冰雹、洪水和干旱等）给人类造成的威胁。

ARGO计划的推出，迅速得到了包括澳大利亚、加拿大、法国、德国、日本、韩国等10余个国家的响应和支持，并已成为全球气候观测系统（Global Climate Observing System，GCOS）、全球海洋观测系统（Global Ocean Observing System，GOOS）、全球气候变异与预测试验（Climate Variability and Predictability，CLIVAR）和全球海洋资料同化试验（Global Ocean Data Assimilation Experiment，GODAE）等大型国际观测和研究计划的重要组成部分。

中国海洋资料浮标的研制始于20世纪60年代中期。1965—1975年是中国海洋浮标的起步阶段，在此期间共研制了H23和2H23两个型号的海洋浮标。1975—1985年是中国海洋浮标研究试验阶段，在此期间共研制出HFB-1、“南浮1”号、“科浮2”号等自动化程度较高的海洋资料浮标。“七五”期间是中国海洋浮标的发展阶段，在此期间研制出适用于水深200 m以内海域的Ⅱ型海洋资料浮标4套，适用于近海陆架海区的小型海洋资料浮标4套，适用于水深4 000 m以内海域的深海海洋资料浮标2套。与此同时，国家海洋局从英国引进MAREX浮标6套，中国海洋石油总公司引进2套。

图2-17　我国首座部署在渤海海峡的海洋气象浮标站

2005年11月22日，由福建省海洋与渔业厅组织福建省海洋环境与渔业资源监测中心、国家海洋局闽东海洋环境监测中心站在蕉城区三都镇青山岛白基湾深水网箱养殖区边缘海域布放了海水水质监测生态浮标。2008年12月16日，我国渤海海峡首座海洋气象浮标站在烟台海域建成（图2-17）。2009年，“福建省海洋灾害监测与预警预报系统”研制的3号大浮标和海床基，成功布放于台湾海峡北部海域（东引岛外侧）。目前，大浮标和海床基运行状况良好，数据接收正常。2009年5月，中国科学院海洋研究所黄海海洋观测研究站建设中的第一个海洋科学观测研究浮标系统，一个2m垂直剖面立体观测研究浮标成功布放并开始试运行。另外，1个3m综合观测研究浮标和3个2m常规观测研究浮标也在6月初完成海上布放。2009年8月14日，东海海洋科学综合观测浮标锚泊就位于东海嵊山以东预定位置（图2-18），浮标系统观测数据采集、实时发送以及陆基数据接收站实时数据接收正常。

图2-18　东海海洋科学综合观测浮标

4）调查船及走航断面观测数据

海洋调查船指专门从事海洋科学调查研究的船只，用于运载海洋科学工作者和海洋仪器设备到特定的海域上，对海洋现象进行观测、测量、采样分析和数据初步处理等研究工作。海洋调查船种类很多，划分种类的方法也有数种。依据海洋调查的任务和用途来分，有综合调查船、专业调查船和特种海洋调查船。

综合调查船又有“海洋研究船”之称，其主要任务是进行基础海洋学的综合调查，如美国的“海洋学家”号、苏联的“库尔恰托夫院士”号、日本的“白凤丸”号、法国的“让·夏尔科”号等。在船上除了具备系统观测和采集海洋水文、气象、物理、化学、生物和地质的基本资料和样品所需要的仪器设备之外，还应具备整理分析资料、鉴定处理标本样品和进行初步综合研究工作所需要的条件和手段。

专业调查船只承担海洋学某一分支学科的调查任务，与综合调查船相比，具有任务单一、重点突出、工作深入等优点，船体也较小。比较常见的专业调查船有以下几种：①海洋测量船，如美国的“威尔克斯”号和联邦德国的“彗星”号；②海洋物理调查船，如美国的“海斯”号和苏联的“罗蒙诺索夫”号；③海洋气象调查船，如日本的“启凤丸”号和苏联的“海洋”号；④海洋地球物理调查船，如日本的“白岭丸”号和美国的“测量员”号；⑤海洋渔业调查船，如美国的“M·弗里曼”号和日本的“昭洋丸”号。

特种海洋调查船是为了解决某项任务，专门建造的构造特殊的调查船。目前最引人注目的有以下几种：宇宙调查船、极地考察船、深海采矿钻探船。

世界海洋调查船的发展已经有100多年的历史，1872—1876年英国海洋调查船“挑战者”号（H.M.S.Challenger）（图2-19）所进行的全球大洋调查，将人类研究海洋的进程推进到新的时代。“挑战者”号是世界第一艘海洋调查船。此后，其他海洋国家也相继改装成一些海洋调查船进行大洋调查。

图2-19　世界第一艘海洋调查船“挑战者”号

20世纪60年代，海洋调查船大发展。1962年，美国建造“阿特兰蒂斯Ⅱ”号（AtlantisⅡ）（图2-20），首次安装了电子计算机，标志着现代化高效率海洋调查船的诞生。

图2-20　首艘现代化海洋调查船“阿特兰蒂斯Ⅱ”号

我国第一艘海洋调查船为“金星”号（图2-21），是1956年由一艘远洋救生拖轮改装而成的，适用于浅海综合性调查。60年代开始，中国先后建造和引进了大批大、中、小型调查船。1960年，设计建成800 t的“气象1号”，1978年11月建成4 000 t级海洋综合调查船“向阳红9号”（图2-22）。1979年，又建成1.3万t的“向阳红10号”海洋调查船（图2-23），其航速20 kn（1 kn=1.852 km/h），设有24间实验室和研究室，可进行多学科综合考察。

图2-21　我国第一艘海洋调查船“金星”号

图2-22　向阳红9号

图2-23　向阳红10号

“大洋一号”为中国第一艘现代化的综合性远洋科学考察船，也是我国远洋科学调查的主力船舶，可进行海洋水文物理、海洋气象、海洋化学、海洋地质地貌、海洋生物、海底锰矿等科学调查研究工作。图2-24所示为“大洋一号”及船上的现代化设备。

图2-24　“大洋一号”及船上现代化设备

“雪龙”号是我国最大的极地考察船（图2-25），也是目前我国唯一能在极地破冰前行的船只。“雪龙”号耐寒，能以1.5 kn航速连续冲破1.2 m厚的冰层（含0.2 m雪），主要执行赴南极、北极科学考察与补给运输任务。2010年8月6日，“雪龙”号“轻松”打破了中国航海史最高纬度纪录——北纬85度25分。

图2-25　中国“雪龙”号科考船

从1994年10月首次执行南极科考和物资补给运输起，“雪龙”号已先后31次赴南极，至2014年7月已6次赴北极执行科学考察与补给运输任务，足迹遍布五大洋，创下了中国航海史上多项新纪录。