海底觀測網(wǎng)的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢

李風(fēng)華 路艷國 王海斌 郭永剛 張 飛

中國科學(xué)院聲學(xué)研究所 聲場聲信息國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100190

傳統(tǒng)的海洋觀測主要是以調(diào)查船、潛浮標(biāo)為主的?；^測或以衛(wèi)星遙感、航空觀測為基礎(chǔ)的天基觀測。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性和獨(dú)特性，已有海洋觀測數(shù)據(jù)存在的短暫、不連續(xù)等問題一直制約著海洋科學(xué)的發(fā)展。源自冷戰(zhàn)時(shí)期美國海軍水聲監(jiān)視系統(tǒng)的海底觀測網(wǎng)是人類建立的第三種海洋科學(xué)觀測平臺(tái)。在現(xiàn)代傳感器、水下機(jī)器人、海底光纖電纜、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)的推動(dòng)下，海底觀測網(wǎng)融合物理海洋、海洋化學(xué)、海洋地球物理、海洋生態(tài)等學(xué)科，解決深海、極端環(huán)境下高分辨率和實(shí)時(shí)獲取海洋觀測數(shù)據(jù)的技術(shù)難題，可以深入到海洋內(nèi)部觀測和認(rèn)識(shí)海洋，實(shí)現(xiàn)從海底到海面全天候、長期、連續(xù)、綜合、實(shí)時(shí)、原位觀測。

美國、日本、加拿大以及歐洲各國的著名海洋研究機(jī)構(gòu)一直引領(lǐng)海洋科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，憑借在海洋觀測領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢，紛紛投入巨資開展海底觀測網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究，建設(shè)海底觀測網(wǎng)絡(luò)。我國在“十一五”“十二五”期間，陸續(xù)開展海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，以及海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的研究和建設(shè)工作（表 1）。鑒于當(dāng)前海洋科技發(fā)展，在國務(wù)院 2013 年出臺(tái)的《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃（2012—2030 年）》中指出，將優(yōu)先安排包括海底科學(xué)觀測網(wǎng)在內(nèi)的 16 項(xiàng)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為資源與能源開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)、國家海洋安全等研究提供支撐。

表1 各國海底觀測網(wǎng)現(xiàn)狀

1 海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 美國海底觀測網(wǎng)

美國國家科學(xué)基金會(huì)在 2 0 1 6 年宣布，歷時(shí) 10 年、耗資 3.86 億美元的“海洋觀測網(wǎng)”（OOI）計(jì)劃正式啟動(dòng)運(yùn)行。OOI 是一個(gè)長期的科學(xué)觀測系統(tǒng)，由區(qū)域網(wǎng)（RSN）、近岸網(wǎng)（CSN）和全球網(wǎng)（GSN）三大部分構(gòu)成（圖 1）。850 個(gè)觀測儀器分布式布放在大西洋和太平洋的觀測系統(tǒng)中，包括 1 個(gè)由 880 km 海纜連接 7 個(gè)海底主節(jié)點(diǎn)（每個(gè)節(jié)點(diǎn)可提供 8 kW 能量和 10 Gb 帶寬雙向通訊）的區(qū)域觀測系統(tǒng)、2 個(gè)近岸觀測陣列以及4個(gè)全球觀測陣列（由錨系、深海實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和移動(dòng)觀測平臺(tái)構(gòu)成）。OOI 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)海洋的觀測范圍從陸地延伸到深海，從海底到海面的全方位立體觀測；實(shí)現(xiàn)從厘米級(jí)到百公里級(jí)，從秒級(jí)到年代級(jí)尺度過程的系統(tǒng)測量。該系統(tǒng)整體使用壽命大于 25 年，深入觀測包括生物地球化學(xué)循環(huán)、漁業(yè)與氣候作用、極端環(huán)境中的生命、板塊構(gòu)造過程、海洋動(dòng)力、海嘯在內(nèi)的各種關(guān)鍵性海洋過程，觀測結(jié)果可用于研究洋中脊、海氣交換、氣候變化、大洋循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)、湍流混合、水巖反應(yīng)、地球動(dòng)力學(xué)、地球內(nèi)部構(gòu)造和生物地球化學(xué)循環(huán)等科學(xué)問題。

OOI 系統(tǒng)正常運(yùn)行以來獲取的數(shù)據(jù)均向科學(xué)家、教育工作者以及公眾免費(fèi)開放，目前已經(jīng)產(chǎn)生 2 500 多種科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，10 萬多種科學(xué)與工程數(shù)據(jù)產(chǎn)品，而且可用的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)下載工具以及可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的圖像數(shù)量還在持續(xù)穩(wěn)定增長。OOI 觀測數(shù)據(jù)有效推動(dòng)了海洋科學(xué)研究的進(jìn)步，提升科學(xué)家對(duì)海洋科學(xué)的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，一系列海洋觀測數(shù)據(jù)可視化與視頻推廣也提高了公眾對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)。

1.2 加拿大海底觀測網(wǎng)

加拿大海底觀測網(wǎng)（ONC）是由東北太平洋的NEPTUE Canada 觀測網(wǎng)（2009 年建成）和 VENUS 海底實(shí)驗(yàn)站（2006 年建成）在 2013 年合并組建而成（圖 2）。目前，ONC 由維多利亞大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營和管理。ONC 的戰(zhàn)略目標(biāo)是：① 滿足日益增長的用戶需求；② 提供可靠的海洋觀測技術(shù)與設(shè)備；③ 通過商業(yè)化運(yùn)作和新技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)海洋觀測技術(shù)不斷革新。ONC 系統(tǒng)通過對(duì)地震信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、快速模擬計(jì)算提高了海嘯預(yù)警能力，對(duì)海底多年的連續(xù)原位觀測揭示了熱通量在時(shí)間序列的變化與海底地震活動(dòng)間的響應(yīng)關(guān)系，以及海底地震活動(dòng)、區(qū)域海洋學(xué)、風(fēng)暴天氣等對(duì)甲烷及其他化學(xué)參數(shù)的影響。

NEPTUNE Canada 觀測網(wǎng)由 5 個(gè)海底主節(jié)點(diǎn)（單個(gè)節(jié)點(diǎn)具有 10 kW 供電能力和 2.5 Gb 帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力）構(gòu)成的 800 km 環(huán)形主干網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了離岸 300 km 范圍內(nèi)從 20—2 660 m 不同水深的典型海洋環(huán)境。VENUS 海底實(shí)驗(yàn)站位于薩利什海沿岸，搭載的傳感器用于研究 300 m 水深內(nèi)的海洋和生物作用以及三角洲動(dòng)力學(xué)；同時(shí)，作為一個(gè)海洋技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以對(duì)海洋觀測研究技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行原型測試。

位于維多利亞大學(xué)的運(yùn)行管理中心匯集了 ONC 系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)，面向全世界用戶免費(fèi)開放，可提供每天 24 小時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，包括數(shù)字、圖形、圖像、視頻在內(nèi)的各類測量數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理工具；同時(shí)，科學(xué)家可以和水下觀測儀器進(jìn)行交互，調(diào)整設(shè)備觀測活動(dòng)。

圖1 美國海底觀測網(wǎng)（OOI）引自 https：//oceanobservatories.org

ONC 主要利用海底光電纜構(gòu)建的具備觀測和數(shù)據(jù)采集、能源供給和數(shù)據(jù)傳輸、交互式遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)管理和分析等功能的軟硬件集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度的海底、地殼板塊運(yùn)動(dòng)、生態(tài)環(huán)境變化、海洋生物群落長期、實(shí)時(shí)、連續(xù)觀測，并可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)直播。ONC 不僅為加拿大和世界各地的科研人員提供創(chuàng)新型研究平臺(tái)，同時(shí)在諸如海洋和氣候變化、地震和海嘯、海洋污染、港口安全和海上運(yùn)輸、資源開發(fā)、國家主權(quán)與安全、海洋技術(shù)創(chuàng)新等方面發(fā)揮了重要作用。

1.3 歐洲海底觀測網(wǎng)絡(luò)

圖3 歐洲海底觀測網(wǎng)絡(luò)（EMSO）節(jié)點(diǎn)分布圖引自 http：//www.emso-eu.org/

歐洲海底觀測系統(tǒng)全稱為歐洲多學(xué)科海底及水體觀測系統(tǒng)（European Multidisciplinary Seafloor and Water-Column Observatory，EMSO)，是一個(gè)分布在歐洲的大范圍、分散式科研觀測設(shè)施（圖3）。EMSO 由一系列具有特定科學(xué)目標(biāo)的海底及水體觀測設(shè)施組成，主要用來實(shí)時(shí)、長期觀測海洋巖石圈、生物圈、水圈的環(huán)境過程及其相互關(guān)系，服務(wù)于自然災(zāi)害、氣候變化和海洋生態(tài)系統(tǒng)等研究領(lǐng)域。EMSO 由歐洲 13 個(gè)成員國共同承擔(dān)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署覆蓋歐洲主要水域——從北冰洋穿過大西洋和地中海，一直到黑海，包含 11 個(gè)深海節(jié)點(diǎn)和 4 個(gè)淺海試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。EMSO 將成為 COPERNICUS（原 GMES-Global 環(huán)境安全觀測系統(tǒng)）海底的一部分，將顯著提高歐洲成員國的科學(xué)觀測能力。

從技術(shù)角度來看，EMSO 最引人注目的特色是對(duì)海洋多學(xué)科、多目標(biāo)、多時(shí)空尺度的觀測研究。觀測目標(biāo)從海底、底棲生物、水柱和海洋表面。根據(jù)應(yīng)用需求，海底原位觀測設(shè)備和儀器通過連接光電復(fù)合纜，實(shí)現(xiàn)為海底儀器設(shè)備、固定觀測平臺(tái)和移動(dòng)觀測平臺(tái)持續(xù)供電。目前，EMSO 受限于經(jīng)費(fèi)、環(huán)境許可等因素的影響，項(xiàng)目尚未全部完成，但部分測試點(diǎn)已在運(yùn)行過程中，并獲得了大量科研數(shù)據(jù)。

1.4 日本海底觀測網(wǎng)絡(luò)

作為一個(gè)地震多發(fā)國家，為實(shí)現(xiàn)對(duì)地震、海嘯的實(shí)時(shí)觀測和預(yù)警，日本先后建設(shè)了地震和海嘯海底觀測密集網(wǎng)絡(luò)（DONET）、DONET 2 以及日本海溝海底地震海嘯觀測網(wǎng)（S-net）等海底觀測網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了日本從近岸到南海海槽的廣大海域。

DONET 系統(tǒng)（地震和海嘯海底觀測密集網(wǎng)絡(luò)）通過以 15—20 km 為間隔布設(shè)的 22 個(gè)密集觀測點(diǎn)和以有線方式連接的部分綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP）海底鉆孔觀測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳；DONET 2 系統(tǒng)由 450 km 光電復(fù)合纜、2 個(gè)登陸站，7 個(gè)科學(xué)節(jié)點(diǎn)和 29 個(gè)觀測平臺(tái)組成（圖 4）。這兩個(gè)系統(tǒng)覆蓋了從近岸到海溝的廣大海域，為日本南邊海域的地震和海嘯提供了海底預(yù)警裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)日本東部海域地震情況的高精度、寬頻帶實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且和綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP）相結(jié)合，為研究板塊俯沖帶的地震機(jī)制提供科學(xué)設(shè)施。

圖4 日本的DONET1和DONET2海底觀測網(wǎng)引自 http：//www.jamstec.go.jp/donet/e

2015 年建成的 S-net 觀測網(wǎng)（日本海溝海底地震海嘯觀測網(wǎng)）沿日本海溝布設(shè)，纜線總長 5 700 km，覆蓋了從海岸到海溝總計(jì) 250 000 km2的廣大區(qū)域（圖 5）。該網(wǎng)由 6 個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)包括 800 km 纜線和 25 個(gè)觀測站，觀測站之間南北相距約 50 km，東西相距約 30 km，做到每個(gè)里氏（M）7.5 級(jí)的地震源區(qū)有 1 個(gè)觀測站。

以日本學(xué)者為主體的研究團(tuán)隊(duì)基于觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)開展了扎實(shí)的研究工作，通過對(duì)海底信號(hào)長期監(jiān)測結(jié)果的研究分析，揭示了日本南部海槽板塊構(gòu)造的次級(jí)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，暗示了孕震機(jī)制的新線索，推動(dòng)了區(qū)域精細(xì)結(jié)構(gòu)和地震機(jī)制的科學(xué)研究。通過對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)值模擬研究揭示出海底水壓變化與海嘯波高的關(guān)聯(lián)，提高了海嘯預(yù)警的實(shí)效性和精確度，使地震預(yù)警有望提前 30 s，海嘯預(yù)警提前 20 min。

1.5 我國海底觀測網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

近十幾年來，我國在國家“863”等計(jì)劃和地方科技計(jì)劃的推動(dòng)下，開展了海底觀測網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)研究，為我國海底長期觀測網(wǎng)的建設(shè)提供了重要的技術(shù)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)積累。

“十一五”期間，在科技部“863”計(jì)劃的資助下，同濟(jì)大學(xué)等高校承擔(dān)了“海底長期觀測網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，研制完成的科學(xué)觀測節(jié)點(diǎn)在美國蒙特里加速研究系統(tǒng)（MARS）系統(tǒng)開展了半年的海試。

“十二五”期間，中國科學(xué)院南海海洋研究所、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所聯(lián)合研制的“南海海底觀測實(shí)驗(yàn)示范網(wǎng)”在海南三亞海域建設(shè)完成。三亞海底觀測示范系統(tǒng)由岸基站、海底光電纜（2 km）、水下節(jié)點(diǎn)（直流 10 kV）、3 套觀測設(shè)備、含聲學(xué)網(wǎng)關(guān)在內(nèi)的 4 個(gè)觀測節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，接駁盒布放水深 20 m。系統(tǒng)研制過程中在高壓直流輸配電技術(shù)、水下可插拔連接器應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸與信息融合技術(shù)、穩(wěn)健的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、水聲通信網(wǎng)與主干網(wǎng)協(xié)同機(jī)制等方面取得了重要突破。

圖5 日本S-net海底地震海嘯觀測網(wǎng)引自 http：//www.seaf l oor.bosai.go.jp/S-net/

“十二五”期間，在科技部“863”計(jì)劃的支持下，2012 年正式啟動(dòng)重大項(xiàng)目“海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”。該項(xiàng)目由中國科學(xué)院聲學(xué)研究所牽頭，聯(lián)合國內(nèi) 12 家優(yōu)勢涉海研究機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)，分別在我國南海和東海建設(shè)海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)。南海深海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)以海南為岸基站，通過 150 km 海底光電復(fù)合纜連接的多套海洋化學(xué)、地球物理和海底動(dòng)力觀測平臺(tái)布放在水深 1 800 m 處（圖 6）。該系統(tǒng)自 2016 年 9 月建成運(yùn)行以來，獲取了近 9 TB 的海底視頻、地球物理、海底動(dòng)力及深?；瘜W(xué)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行以來觀測到國際上多個(gè)地震信息，獲取了相關(guān)海域溫、鹽、流的年度變化、地磁、硫酸根離子濃度以及深海生物視頻。

南海深海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的建成，實(shí)現(xiàn)了觀測網(wǎng)關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控，攻克了海底觀測網(wǎng)總體技術(shù)、制定了我國首個(gè)海底觀測網(wǎng)技術(shù)規(guī)范，突破了水下高電壓（10 kV 級(jí)）遠(yuǎn)程供電與通信（千兆級(jí)帶寬）、大深度高精度（亞米級(jí)）定位布放與回收、深水高電壓（10 kV 級(jí)）光電復(fù)合纜、深水遙控?zé)o人潛水器（ROV）水下濕插拔作業(yè)、新型傳感器（激光拉曼光譜儀、微顆粒流速儀）等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，國產(chǎn)化率達(dá)到了 90%。

東海淺海海底觀測網(wǎng)以舟山為岸基站，布設(shè) 33 km 海底光電復(fù)合纜，實(shí)現(xiàn)海洋化學(xué)、物理海洋學(xué)、地球物理等多參數(shù)指標(biāo)的原位、實(shí)時(shí)和高分辨率監(jiān)測，積累了適用于東海寬陸架、高混濁、通航密度大等海區(qū)特點(diǎn)環(huán)境下的海底觀測網(wǎng)布設(shè)工程以及海底海面設(shè)施安全防護(hù)的成熟技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。

2 海底觀測網(wǎng)發(fā)展趨勢

海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)針對(duì)不同的觀測需求，配置固定觀測平臺(tái)、表面錨系、自動(dòng)升降剖面錨系、移動(dòng)觀測設(shè)備（無纜水下機(jī)器人、水下滑翔機(jī)）等觀測平臺(tái)；通過建設(shè)在海底的網(wǎng)絡(luò)（光電纜）為觀測設(shè)備/平臺(tái)提供長期、持續(xù)的能源供給和信息傳輸通道，實(shí)現(xiàn)從海底到海面、從厘米級(jí)到百公里級(jí)、從秒級(jí)到年代級(jí)的系統(tǒng)觀測。各國根據(jù)國情以國家需求為目標(biāo)發(fā)展海底觀測網(wǎng)技術(shù)，開展海底觀測網(wǎng)建設(shè)?？梢灶A(yù)見，在世界范圍內(nèi)海底觀測網(wǎng)技術(shù)將日益受到重視，新時(shí)期海底觀測網(wǎng)將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。

2.1 綜合性立體觀測

建立分布式、網(wǎng)絡(luò)化、互動(dòng)式、綜合性智能立體觀測網(wǎng)是海洋科學(xué)觀測的發(fā)展趨勢。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用，通過統(tǒng)一、通用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)整合分散在各處的觀測站、觀測節(jié)點(diǎn)、衛(wèi)星遙感、無人水面艇等觀測手段進(jìn)行協(xié)同工作，形成覆蓋近岸、區(qū)域及全球海域的層次化、綜合化與智能化的空-天-海洋一體化立體觀測網(wǎng)絡(luò)。

基于海底觀測網(wǎng)固定觀測平臺(tái)實(shí)現(xiàn)水下航行器的充電或信息交互接入，利用水聲無線通信技術(shù)拓展觀測范圍，并對(duì)水下航行器進(jìn)行導(dǎo)航、定位。充分發(fā)揮水下航行器機(jī)動(dòng)、靈活的特點(diǎn)開展大尺度觀測，針對(duì)目標(biāo)海域的突發(fā)事件迅速響應(yīng)和精細(xì)化高密度觀測，利用水聲無線可靈活部署的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。實(shí)現(xiàn)“有線與無線相結(jié)合、固定與移動(dòng)相結(jié)合”，從觀測空間范圍和節(jié)點(diǎn)接入靈活性等方面顯著拓展海底觀測網(wǎng)的能力。

人工智能技術(shù)在海底觀測網(wǎng)中的應(yīng)用，突破傳統(tǒng)海洋觀測中人與機(jī)器交互方式，實(shí)現(xiàn)觀測平臺(tái)間的自動(dòng)組網(wǎng)、自主觀測，對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)、可持續(xù)的處理，海底觀測網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)化、可視化和智能化。

2.2 海洋數(shù)據(jù)的深度發(fā)掘

數(shù)據(jù)中心是海底觀測網(wǎng)的神經(jīng)中樞，匯集海底視頻、地球物理、海底動(dòng)力及海洋化學(xué)等多學(xué)科海洋觀測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在時(shí)間、區(qū)域和空間等尺度的交互融合和地理關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)本身的時(shí)間屬性、空間屬性、傳感器的多通道特征以及科學(xué)數(shù)據(jù)分析伴隨原理模型導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)處理分析異常復(fù)雜，其內(nèi)在機(jī)理和新的發(fā)現(xiàn)需要深入研究。

多元、立體、實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)以每年 PB 級(jí)增長。為實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)從“數(shù)據(jù)大”到“大數(shù)據(jù)”的轉(zhuǎn)變，需開展海洋觀測、機(jī)理、預(yù)測三位一體的研究。充分利用大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能、交互可視等多學(xué)科高新技術(shù)對(duì)海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行深度發(fā)掘，揭示海洋現(xiàn)象后面的運(yùn)行機(jī)理；利用真實(shí)數(shù)據(jù)建立海洋系統(tǒng)的各類模型，模擬預(yù)測海洋空間發(fā)展變化情況，對(duì)人類活動(dòng)和決策進(jìn)行指導(dǎo)；同時(shí)，利用觀測數(shù)據(jù)提升模型的準(zhǔn)確程度和預(yù)測能力，為海洋認(rèn)知、防災(zāi)預(yù)警、資源利用、儀器研發(fā)提供支撐服務(wù)。

2.3 多種觀測計(jì)劃綜合交叉融合發(fā)展

為滿足在海洋科學(xué)研究、災(zāi)害研究和預(yù)報(bào)、環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)保護(hù)、能源資源開發(fā)利用及海洋安全的需求，近年來世界許多國家和地區(qū)紛紛加強(qiáng)了對(duì)深海技術(shù)的研發(fā)，先后有針對(duì)性地推出和實(shí)施了熱帶海洋與全球大氣實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（TOGA）、綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP）、國際大洋中脊計(jì)劃（InterRidge）、Argo 計(jì)劃等一系列的深海、遠(yuǎn)洋探測和考察計(jì)劃，新的綜合性研究計(jì)劃還將不斷涌現(xiàn)。

學(xué)科間的交叉融合往往導(dǎo)致重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新興學(xué)科的產(chǎn)生，也是科學(xué)研究中最活躍的部分之一。海底觀測網(wǎng)觀測計(jì)劃與國際綜合性研究計(jì)劃相融合，對(duì)于整個(gè)國際深海技術(shù)的發(fā)展也起到了至關(guān)重要的推動(dòng)作用。IODP 的海底鉆孔觀測點(diǎn)以有線方式接入日本的 DONET 觀測網(wǎng)，實(shí)時(shí)獲取太平洋板塊俯沖地震帶數(shù)據(jù)，對(duì)地震預(yù)警及揭示地震機(jī)理具有重要的意義。

全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）由聯(lián)合國政府間海洋學(xué)委員會(huì)（IOC）、世界氣象組織、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署等聯(lián)合發(fā)起建立，是當(dāng)前全球最大、綜合性最強(qiáng)的海洋觀測系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成觀測衛(wèi)星、浮標(biāo)等多種傳感器并實(shí)現(xiàn)全球業(yè)務(wù)化運(yùn)營。各海洋強(qiáng)國基于 GOOS 積極發(fā)展和建設(shè)海洋觀測系統(tǒng)，如歐洲已成立了歐洲海洋觀測系統(tǒng)（EUROGOOS），美國和加拿大聯(lián)合建立了美加 GOOS。

3 結(jié)語

面對(duì)世界海洋科技的發(fā)展趨勢以及國家海洋安全、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)海洋科技的強(qiáng)烈需求，世界各臨海國家紛紛推出了海洋發(fā)展戰(zhàn)略和海洋科技發(fā)展規(guī)劃，加大海洋科技研究與開發(fā)的投入力度。如：美國的“美國海洋行動(dòng)計(jì)劃”、英國的“海洋科學(xué)戰(zhàn)略2010—2025”、加拿大的“加拿大海洋行動(dòng)計(jì)劃”、俄羅斯的“2020 年前俄羅斯聯(lián)邦海洋學(xué)說”、日本的“海洋基本計(jì)劃”、韓國的“韓國 21 世紀(jì)海洋”等。

中國海洋科技的發(fā)展與美國、日本等海洋強(qiáng)國相比仍有較大差距，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》《中國至 2050 年海洋科技發(fā)展路線圖》和《未來 10 年中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略：海洋科學(xué)》對(duì)我國海洋科技發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測和規(guī)劃，并對(duì)關(guān)鍵領(lǐng)域的科學(xué)問題研究進(jìn)行了前瞻布局；其中，海洋的海底觀測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將成為未來海洋科技發(fā)展的重要技術(shù)支撐。

國際上的 OOI、ONC、DONET、S-net 等海底觀測網(wǎng)均已建成運(yùn)行。我國在海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)過程中，應(yīng)根據(jù)我國的實(shí)際情況，充分借鑒國際海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)據(jù)管理及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，主要包括以下 3 個(gè)方面。

（1）根據(jù)“海洋強(qiáng)國”“一帶一路”“海陸統(tǒng)籌”等國家戰(zhàn)略和倡議，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，面向國家重大需求，充分考慮大型海底觀測網(wǎng)長期運(yùn)行情況，合理選擇觀測站點(diǎn)和配備探測儀器，創(chuàng)造性地解決數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、跨學(xué)科數(shù)據(jù)管理、安全防護(hù)等問題，建立開放共享的數(shù)據(jù)管理理念，為全方位數(shù)據(jù)挖掘、應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

（2）以海底觀測網(wǎng)建設(shè)為平臺(tái)，聯(lián)合研究所、高校、企業(yè)等行業(yè)優(yōu)勢單位，發(fā)揮學(xué)科技術(shù)優(yōu)勢，系統(tǒng)解決基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)中關(guān)鍵器件、信息感知和數(shù)據(jù)傳輸?shù)让嫦驀抑卮笮枨箨P(guān)鍵技術(shù)，提高海洋數(shù)據(jù)感知—傳輸—處理—應(yīng)用能力，構(gòu)建一支高效穩(wěn)定的海底觀測科研團(tuán)隊(duì)和技術(shù)人才梯隊(duì)。

（3）加強(qiáng)頂層協(xié)調(diào)和設(shè)計(jì)，建立海底觀測網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系。海底觀測網(wǎng)缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)難以應(yīng)對(duì)海洋觀測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智技術(shù)等應(yīng)用在海底觀測網(wǎng)建設(shè)中面臨的突出問題，迫切需要海底觀測網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支持。同時(shí)，通過標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)國際同類裝置的互聯(lián)互通，推動(dòng)中國的海洋裝備、技術(shù)和服務(wù)“走出去”。