作者:李荔 来源:北京科技报 发布时间:2011-4-18 16:20:35
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中国拟建首个海底观测系统
届时不仅能实时监控海洋信息,还能记录地震和海啸等数据
 
面对神秘的海底世界,海洋科学家正在规划一项“巨大的工程”——海底观测系统。近日,这一重大海洋项目有了最新消息,“东海海底观测网”将在未来五年内建成。届时,东海海底观测网不仅能实时监控海洋信息,还能记录地震和海啸等数据。一旦海底有任何的风吹草动,海底观测网立刻就能洞察识别,获取第一手的资料。
 
“除了地面与空中的遥测遥感以外,海底观测网就是我们建立的第三个观测平台。”这一项目的领军人物中国著名海洋学者、中国科学院院士汪品先说,“有了这个平台,我们可以从海底回头向上观测海洋世界。”
 
记者了解到,该项目由同济大学牵头,上海交通大学、华东师范大学、浙江大学、国家海洋局东海分局等机构共同承担。不仅在东海,今后我国还将在南海海底也建立功能较为完善的海底观测网。
 
东海海底观测网项目组成员之一徐昌伟表示,此前,做深海海洋监测时,科研人员会采取两种方法,一是直接把海洋观测仪器抛投到海里,过段时间打捞上来,分析记录数据或将采集到的样本带回实验室研究。二是在海上投一个直径大约10米的大浮标,把探测仪器装在浮标上。但这两种办法都有缺点。因为仪器的电量是有限的,最多只能在海底支持几个月到一年,不够持久。同时,仪器收集到的信息要往外发送,那么无线方式传输信息还要面临卫星传输速率低的问题,即使在远海区域,使用海事卫星进行传输,伴随的通信费用也非常高。
 
针对这些现状,汪品先院士在国内最先提出了建立海底观测系统的设想。同济大学海洋与地球科学学院翦知湣教授告诉记者,海底观测系统实际上就是把陆地实验室“搬进”了海底,它是观测海洋最安全的去处——不受海洋风浪、能源等限制,能长期连续实时原位地观测海底以下地震、地壳内流体和生物等的活动。科学家通过声学设备、水下质谱仪、微型基因组探头以及海底井下实验装置、海底化学与生物学实验室等,来监测海底地震,观测“海底下的海洋”及其生物地球化学过程,实现实时观测。
 
目前,海底观测网可应用于重大科学问题研究、海洋技术与海洋工程问题,灾害与环境预防和保护、航海以及军事等方面。
 
徐昌伟说,之所以会率先选择在东海建设观测网,是由东海的海洋环境决定的,东海是赤潮、长江口冲淡水(长江口外核心区的盐度在26以下的混合水团)聚集的地点,有很多的科学问题可以研究。另外东海比较浅,平均深度为370米,等技术成熟以后,可以应用到其他海域,比如:水域较深的南海。
 
而要想建成海底观测网也并非易事,翦知湣举例说,海洋观测需要把高压电传送到海底进行转换,这就需要转换的插头,我们叫接驳盒。在正常环境下,插头都可能会碰到问题,等到了海里,有盐水的腐蚀渗漏,有高压,这就对仪器设备提出了更高的要求。
 
另外,一些自然灾害,比如地震会使得地质、海底地形发生形变,这样就有可能会把海缆震断拉断。如何在地震的情况下,保护海底电缆以及海底观测网的正常运行。目前,这也是科研人员正在研究的问题。
 
日前,国内若干深海观测网络的关键技术获得了重大突破。项目组研制了海底接驳盒、水下原位化学和动力环境监测系统等样机和配套软件,并于2010年9月成功在嵊山岛进行了浅海试验。
 
虽然现在还无法看到东海观测网的全景,但是可以看到雏形——东海海底观测小衢山试验站。有了小衢山的成功范例,东海海底观测网将会陆续完善。徐昌伟介绍,小衢山试验站由搭载太阳能蓄电池及无线通信设备的海上平台、1100米长的海底光电复合缆、电源与通信管理接驳盒和多种海洋观测仪器组成。去年2月27日,智利发生8.8级强震后,小衢山试验站传回的数据显示,2010年2月28日下午3时,该海域的海平面高度出现异常,研究人员判断,此次异常是由智利地震海啸引起的。这一监测结果,有助于我国海啸预报模型的验证与改进。至今,该试验站已正常运行700多天,数据完整率达95%以上。
 
“未来有了东海海底观测网,我们可以更细致地研究长江泥沙的运输和沉积。”徐昌伟表示,来自长江的大量沉积泥沙会影响到航道和海上工程的稳定性,这些数据对相关部门颇为重要。同时,该区域泥沙流向何处,这也是海洋沉积学非常感兴趣的问题。那么通过海底观测网检测获得的数据,就可以了解某个区域海水搬运泥沙的过程,也可以借此推测出其他区域的情况。此外,对渔业而言,监测网还能观测到赤潮、水底缺氧等信息。目前,有关赤潮的预报,还没有成熟的办法。而赤潮对于舟山渔业来说,影响比较大。倘若今后通过长期监测,能推论出赤潮发生前的预兆,则能给渔业带来极大的便利。
 
徐昌伟对记者说,实际上,海底观测站、海底观测网、海底观测链在国际上有很多的案例。例如:美国的“海王星”海底观测网络计划,欧洲海底观测网ESONET、日本新型实时海底观测网、美国LEO-15生态环境海底观测网等。其中,最早应用海底观测的是美国海军,他们的水声监听系统既可以监听鲸鱼和地震,也可以监听潜艇。经过十多年的讨论,美国在2006年通过了由近海、区域、全球三大海底观测系统组成的“海洋观测计划”(OOI)。该计划于2009开始建设,计划使用30年。其中最为重要的是区域性海底观测网,即东北太平洋的加拿大“海王星”(NEPTUNE)计划,能将上千个海底观测设备联网。加拿大的NEPTUNE海底观测网已于2009年12月8日建成,目前有6个基站,海缆长度达800千米。
 
“美国和加拿大的海底观测网技术比较成熟,他们研究、积累试验相关技术用了20年。”徐昌伟说,“而我国从开始到现在还不到10年,有很多的工程技术经验不足,一些配套的工艺也跟不上,比如,材料和精密加工工艺。”
 
现在,小衢山实验站正计划升级改造,希望今后能担当起“测试员”的职责,对一些国内研发的海洋仪器及接头,提供一个验证、试运行的场所。今后,随着相关科技水平的不断提高,在海底设立观测网将会成为我国海洋科学发展的新标记。
 
 
 
 
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