2010年航次首套潛標(biāo)布放過程（主浮球布放）

　　2015年西太航次王凡（二排右二）及考察隊(duì)員合影（每次過赤道，船上會(huì)有小小的儀式）

　　2016年航次潛標(biāo)實(shí)時(shí)化傳輸系統(tǒng)水面浮體布放

　　2016年12月10日，隨著一封電子郵件的到來，熱帶西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)們興奮高呼“數(shù)據(jù)成功傳回了！”。

　　這封郵件是深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)從深海中傳來的第一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，觀測網(wǎng)從最初的科學(xué)構(gòu)想變成了現(xiàn)實(shí)，攻克了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)碾y題。

　　然而，這一路走來，并非一帆風(fēng)順，可任何困難都沒有動(dòng)搖過中國科學(xué)院海洋研究所王凡研究員及其團(tuán)隊(duì)的決心。

　　攻堅(jiān)克難，潛標(biāo)布放首獲成功

　　2010年11月15日，“科學(xué)一號(hào)”自青島起航，王凡擔(dān)任航次首席科學(xué)家，帶領(lǐng)中科院海洋所的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，在熱帶西太平洋成功布放了第一套深海潛標(biāo)。

　　“所謂深海潛標(biāo)是一個(gè)自海底至海面的錨系觀測系統(tǒng)，海底處由重力錨固定位置，海底至海面由纜繩貫穿，整條纜繩的不同深度上固定有觀測設(shè)備及提供浮力的浮球，保證纜繩基本垂直狀態(tài)，各個(gè)設(shè)備就可長時(shí)間觀測不同深度的海洋水文要素。”王凡解釋潛標(biāo)的設(shè)計(jì)原理。

　　作為科學(xué)觀測網(wǎng)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，王凡從最初的第一套潛標(biāo)開始，就與他的同事們一起，對這其中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行逐一攻克。

　　“實(shí)際設(shè)計(jì)和操作過程是非常復(fù)雜的，深海大洋中，海面風(fēng)浪千變?nèi)f化顯而易見，而看不見的還有海底地形溝壑縱橫、海洋內(nèi)部激流暗涌，所以設(shè)計(jì)、布放潛標(biāo)并保證其能長時(shí)間安全運(yùn)行，可是耗費(fèi)了我們團(tuán)隊(duì)的不少心力啊。”王凡回憶起來忍不住有些感慨。

　　“第一套潛標(biāo)我們初步確定在深達(dá)萬米的菲律賓海溝西側(cè)陡坡上進(jìn)行布放，布放的理想?yún)^(qū)域只有2公里見方，在此處布放潛標(biāo)就如同在狂風(fēng)呼嘯的萬米懸崖上扔下一串石頭，而石頭必須不偏不斜地落在峭壁上的方桌上，其難度可想而知。”該航次隊(duì)長張林林介紹。

　　當(dāng)時(shí)船舶條件落后，團(tuán)隊(duì)也缺少經(jīng)驗(yàn)，他們反復(fù)觀摩了國際上其他國家的潛標(biāo)布放視頻，航次前方案的專家論證會(huì)召開了10次之多，不放過任何細(xì)節(jié)。根據(jù)潛標(biāo)布放的不同技術(shù)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了作業(yè)流程圖，并明確標(biāo)明每個(gè)隊(duì)員在不同環(huán)節(jié)的位置和工作，并據(jù)此進(jìn)行了多次“實(shí)戰(zhàn)演習(xí)”。在團(tuán)隊(duì)的共同努力下，才終于成功完成了第一套潛標(biāo)的布放，邁出了關(guān)鍵的第一步。

　　科學(xué)家團(tuán)隊(duì)攻克了潛標(biāo)的技術(shù)難題，終于乘風(fēng)破浪而出，嚴(yán)陣以待地準(zhǔn)備著潛標(biāo)布放前最后的工作，而海上惡劣的自然條件與簡陋的工作生活條件，也給他們造成了不小的困難。

　　在“科學(xué)一號(hào)”科學(xué)考察船出海大概4—5天后，經(jīng)過風(fēng)大浪急的呂宋海峽，風(fēng)浪高達(dá)4—5米，大部分隊(duì)員暈船反應(yīng)嚴(yán)重，嘔吐和難以進(jìn)食導(dǎo)致的虛弱和眩暈，折磨著隊(duì)員們緊張的神經(jīng)。

　　但潛標(biāo)布放這關(guān)鍵的最后實(shí)施怎能就此松懈，隊(duì)員們互相支持與鼓勵(lì)著克服困難，在風(fēng)浪的挑戰(zhàn)下堅(jiān)持完成了既定的任務(wù)與工作。

　　當(dāng)時(shí)的“科學(xué)一號(hào)”沒有海水淡化系統(tǒng)，船上的淡水十分寶貴，首先要保證的是基本飲水需要，個(gè)人洗漱極盡節(jié)省。熱帶西太平洋上氣溫平均37攝氏度左右、甲板溫度高達(dá)50攝氏度以上，隊(duì)員們每天在甲板上工作，烈日炎炎下轉(zhuǎn)眼就汗流浹背了，回去休息時(shí)也無法痛快地洗個(gè)澡、換套衣服。

　　“當(dāng)時(shí)宿舍里的味道可真是‘一言難盡’呀！”考察隊(duì)員王富軍笑著說起來，“潛標(biāo)布放成功以后，讓隊(duì)員們痛快地洗了一次澡那也算是‘奢侈’的獎(jiǎng)勵(lì)了。”隊(duì)員們在工作任務(wù)完成上幾近苛求，生活條件卻是能將就則將就，當(dāng)時(shí)的困難，都是現(xiàn)在他們嘴里的趣事了。

　　精益求精，科學(xué)觀測網(wǎng)初步構(gòu)建

　　2015年，在中國科學(xué)院先導(dǎo)性科技專項(xiàng)的支持下，王凡團(tuán)隊(duì)搭載了我國首艘新一代科學(xué)考察船“科學(xué)號(hào)”，回收15套深海潛標(biāo)，維護(hù)后新布放13套深海潛標(biāo)。

　　與5年前一個(gè)航次完成2套潛標(biāo)相比，目前團(tuán)隊(duì)的對于潛標(biāo)回收及布放的工作效率可謂突飛猛進(jìn)。王凡再次擔(dān)任航次首席，帶領(lǐng)考察隊(duì)員順利完成了任務(wù)，完成了初步構(gòu)建中深層潛標(biāo)觀測網(wǎng)的目標(biāo)。

　　這一航次潛標(biāo)回收、維護(hù)及布放套次突破20套，數(shù)量多是一大挑戰(zhàn)。在航次之前，王凡與中科院院士胡敦欣組織科學(xué)家團(tuán)隊(duì)就潛標(biāo)的選址、儀器的設(shè)計(jì)集成、人員的安排調(diào)配以及航線任務(wù)的規(guī)劃都進(jìn)行了反復(fù)的會(huì)商研討。

　　航次方案改了又改，為的是利用有限的設(shè)備、船上空間、人員和航次經(jīng)費(fèi)，進(jìn)行最優(yōu)的排列組合，完成需要實(shí)現(xiàn)的科學(xué)目標(biāo)的觀測。

　　相比于第一次布放的潛標(biāo)，現(xiàn)在組成觀測網(wǎng)的潛標(biāo)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，每套潛標(biāo)上的儀器設(shè)備數(shù)目由原來的幾套升級(jí)為十幾套。為了達(dá)到預(yù)期的科學(xué)目標(biāo)，從潛標(biāo)設(shè)計(jì)開始，包括不同深度觀測要素設(shè)計(jì)、儀器的布置安排、各個(gè)深度浮球的數(shù)據(jù)等全部細(xì)節(jié)都需要經(jīng)過準(zhǔn)確的計(jì)算。“差之毫厘，失之千里。”

　　王凡說：“科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)是我們必須秉承的態(tài)度，航次前的每一次研討改進(jìn)，都是我們最終能成功的基礎(chǔ)。”

　　“在這個(gè)航次中，布放1套潛標(biāo)（包括前期準(zhǔn)備及后續(xù)定位）平均用時(shí)7.76小時(shí)，回收1套平均用時(shí)5.28小時(shí)，兩組人員輪換工作，平均每組需要12人。”航次的隊(duì)長汪嘉寧對航次中每一個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)了如指掌。

　　為了對于潛標(biāo)回收布放有更科學(xué)的認(rèn)識(shí)和分析，他們在開展航次工作的同時(shí)，對潛標(biāo)工作中的各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了科學(xué)設(shè)計(jì)、合理分工，并統(tǒng)計(jì)多套潛標(biāo)操作過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

　　“科學(xué)家說話都要有根據(jù)的，數(shù)據(jù)就是我們最有力的工具，這些實(shí)際工作的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都是我們寶貴的經(jīng)驗(yàn)，我們一定要好好利用起來。”王凡組織團(tuán)隊(duì)基于大數(shù)據(jù)，對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化分析，進(jìn)而建立起一套科學(xué)有效的工作流程。

　　凝心聚力，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸實(shí)現(xiàn)

　　2016年10月—2017年1月，王凡團(tuán)隊(duì)搭載“科學(xué)號(hào)”考察船，再次進(jìn)行了西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)的維護(hù)升級(jí)，歷時(shí)54天、航程7800余海里，成功完成11套深海潛標(biāo)的回收和14套深海潛標(biāo)的布放任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)了深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化傳輸?shù)倪@一重要技術(shù)突破。

　　“2015—2016兩年來潛標(biāo)的成功回收率達(dá)到96.2%，這標(biāo)志著潛標(biāo)觀測網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了潛標(biāo)布放和回收的標(biāo)準(zhǔn)化、批量化和常態(tài)化，這在國際海洋觀測網(wǎng)建設(shè)中也是首屈一指的。”王凡自豪地介紹，“這標(biāo)志著我們的科學(xué)觀測網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行。”

　　如今，觀測網(wǎng)已成功獲取西太平洋代表性海域連續(xù)2—3年的溫度、鹽度和洋流等數(shù)據(jù)，一方面將為探索研究熱帶西太平洋環(huán)流的三維結(jié)構(gòu)、暖池變異及其對氣候變化的影響提供寶貴數(shù)據(jù)資料，提升我國海洋探測和深海科學(xué)研究能力，另一方面將加速我國海洋環(huán)境和氣候預(yù)報(bào)能力的提高，為保障國家的海洋環(huán)境安全提供科學(xué)支撐。

　　在數(shù)字化和信息化高速發(fā)展的今天，人們逐漸習(xí)慣并享受實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性帶來的便利，但在深海大洋研究上，要想獲得海洋內(nèi)部最新最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)卻并非易事，甚至被視為世界性的難題。

　　深海潛標(biāo)最上面一個(gè)浮體距離海平面還有四五百米，這些數(shù)據(jù)很難穿透海水傳輸?shù)叫l(wèi)星上。如何實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)觀測、數(shù)據(jù)水下采集和傳輸、衛(wèi)星通信等多系統(tǒng)集成，并設(shè)置好其工作程序，降低功耗實(shí)現(xiàn)長時(shí)間穩(wěn)定工作是深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)碾y點(diǎn)。

　　王凡說：“海上現(xiàn)場作業(yè)具有很大的不確定性和工程難度，潛標(biāo)的布放是一個(gè)壓力和張力快速變化的過程，如何在這一過程中保證實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)設(shè)備的正常工作是另一個(gè)難點(diǎn)。”

　　在本航次中，中科院海洋所和聲學(xué)所聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了無線水聲通信和有線數(shù)據(jù)傳輸兩種方案。最終，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬商追桨妇@試驗(yàn)成功，科學(xué)家和業(yè)務(wù)用戶可以通過電腦或手機(jī)終端實(shí)時(shí)掌握深海大洋的動(dòng)力狀況。

　　“數(shù)據(jù)每小時(shí)回傳一次，打開手機(jī)就可以看到遠(yuǎn)在西太平洋的深海潛標(biāo)剛剛傳回來的深海觀測數(shù)據(jù)，包括大洋上每8米一層的洋流的流速、流向等。”在該航次中擔(dān)任首席的汪嘉寧興奮地說，“我們也在深海大洋實(shí)現(xiàn)了‘現(xiàn)場直播’了。”

　　歷時(shí)七年，王凡帶領(lǐng)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)一步一步地向他們的目標(biāo)扎實(shí)邁進(jìn)，熱帶西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)成功構(gòu)建并升級(jí)，在世界海洋科考史上都具有重要意義，對我國深海探測能力提升意義重大。

　　而他們并沒有就此止步，在2017年的計(jì)劃中，他們將全面升級(jí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化傳輸潛標(biāo)，旨在建成我國的西太平洋實(shí)時(shí)化傳輸潛標(biāo)觀測網(wǎng)。

　　“對深海大洋的探索我們只能算是剛剛起步，要走的路還長著呢，我們的團(tuán)隊(duì)中不乏年輕的骨干力量，將會(huì)繼續(xù)投入到下一步工作中去。我們想要將這自主建設(shè)的科學(xué)觀測網(wǎng)長期運(yùn)行下去，幫助中國的科學(xué)家在世界海洋觀測研究及氣候預(yù)測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)跑。這是我們的‘野心’，更是我們的責(zé)任。”王凡對未來篤定而清晰，對理想堅(jiān)定而執(zhí)著。（李彥青）

(責(zé)編：賀迎春、熊旭)