海洋氣象觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化路徑:以船舶氣象儀為例

馬樂天,郭曉維,漆隨平,馮旭文,花衛(wèi)東

(1.自然資源部第二海洋研究所,浙江 杭州 310012; 2.自然資源部海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310012; 3.中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì),北京 100088; 4.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院),山東 青島 266001; 5.山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所,山東 青島 266001; 6.航天新氣象科技有限公司,江蘇 無(wú)錫 214127)

0 引言

海洋水文氣象觀測(cè)作為海洋觀測(cè)技術(shù)的重要組成部分,在預(yù)警海洋災(zāi)害、保障船舶安全航行、預(yù)報(bào)天氣以及為全球氣象觀測(cè)領(lǐng)域的科學(xué)研究提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等方面具有不可替代的作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,船載的自動(dòng)化氣象觀測(cè)系統(tǒng)——船舶氣象儀成為了世界各國(guó)海洋水文氣象觀測(cè)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。與此同時(shí),制定基于共識(shí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)直接或間接地影響未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向,是在國(guó)際市場(chǎng)上擴(kuò)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要途徑。因此海洋水文氣象觀測(cè)這一新興技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究成為了各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),也是世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)重點(diǎn)推進(jìn)的事項(xiàng)之一。

我國(guó)作為一個(gè)擁有廣闊海域面積的海洋大國(guó),對(duì)海洋氣象觀測(cè)儀器的需求量巨大,形成了國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)商都關(guān)注的市場(chǎng)。近年來(lái)我國(guó)船舶氣象儀研制進(jìn)展較快,縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平間的差距,基本形成了國(guó)產(chǎn)船舶氣象儀裝備的研發(fā)、生產(chǎn)能力。然而,由于美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在海洋氣象觀測(cè)方面的研究起步較早,無(wú)論在船舶氣象儀的數(shù)量上還是儀器性能上都具有一定優(yōu)勢(shì)[1-4]。一方面我國(guó)需要突破制約國(guó)產(chǎn)船舶氣象儀研發(fā)、生產(chǎn)的瓶頸,提升我國(guó)海洋氣象觀測(cè)儀的技術(shù)研發(fā)、檢驗(yàn)、產(chǎn)業(yè)化水平,促進(jìn)國(guó)內(nèi)海洋儀器生產(chǎn)商的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面,由于世界各國(guó)船舶氣象儀產(chǎn)品及其數(shù)據(jù)格式存在多樣性和差異性,需要在國(guó)際背景下建立船舶氣象儀的通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),以確保不同國(guó)家產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、測(cè)量數(shù)據(jù)在交換和共享過程中的便利性。因此,推進(jìn)由我國(guó)主導(dǎo)的船舶氣象儀關(guān)鍵性技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定,是在國(guó)際市場(chǎng)上擴(kuò)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)、發(fā)出“中國(guó)制造的聲音”的必然要求。

船舶氣象儀標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化研究是對(duì)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)如何銜接國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系的探索,也是借助國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)推動(dòng)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)“走出去”的一次實(shí)踐。由我國(guó)提出、經(jīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization, ISO)技術(shù)管理局批準(zhǔn)成立的海洋技術(shù)分委會(huì)(ISO/TC8/SC13)致力于開展海洋觀測(cè)、資源勘探和海洋保護(hù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定,搭建了國(guó)際涉海組織和海洋技術(shù)產(chǎn)業(yè)界之間的橋梁,為我國(guó)實(shí)質(zhì)性參與海洋水文氣象觀測(cè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了平臺(tái)[5-8]。

1 國(guó)外船舶氣象儀標(biāo)準(zhǔn)研制工作現(xiàn)狀

國(guó)際組織非常注重對(duì)占地球表面71%的海洋的狀況進(jìn)行系統(tǒng)觀測(cè)和預(yù)報(bào)。1992年,世界氣象組織、政府間海洋委員會(huì)(Intergovernmental Oceanographic Commission, IOC)、聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(United Nations Environment Programme, UNEP)和國(guó)際科學(xué)協(xié)會(huì)理事會(huì)(International Council for Science, ICSU)共同發(fā)起并成立了全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)(Global Ocean Observing System, GOOS),旨在建立一個(gè)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、能夠?qū)崿F(xiàn)資料和產(chǎn)品共享的國(guó)際觀測(cè)系統(tǒng)[9-10]。GOOS近期發(fā)布的《全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)2030戰(zhàn)略》指出,將加強(qiáng)對(duì)大氣和海洋重要過程及其相互作用的監(jiān)測(cè)和了解[11],船舶氣象儀在這一過程中將發(fā)揮不可或缺的作用。

世界氣象組織為船舶氣象儀的使用及其需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作出了重要貢獻(xiàn)。一方面,最初出版于1954年、已經(jīng)多次再版的WMO No.8 《氣象儀器和觀測(cè)方法指南》是國(guó)際認(rèn)可的海洋觀測(cè)指南[12-14],涉及到觀測(cè)程序和技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。它按不同的觀測(cè)平臺(tái)進(jìn)行分類,例如志愿船觀測(cè)、無(wú)人船觀測(cè)、浮標(biāo)觀測(cè)、海上平臺(tái)觀測(cè)等。WMO No.8第二部分“觀測(cè)系統(tǒng)”第四章“海洋觀測(cè)”中規(guī)定了船舶氣象儀的觀測(cè)內(nèi)容,包括觀測(cè)要素、設(shè)備要求、觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸自動(dòng)化等,并對(duì)風(fēng)、氣壓、云和天氣、能見度、氣溫和濕度、降水、海面溫度的觀測(cè)規(guī)范作出詳細(xì)說(shuō)明[14]。另一方面,2001年世界氣象組織和聯(lián)合國(guó)教科文組織聯(lián)合建立國(guó)際志愿觀測(cè)船(Voluntary Observation Ship, VOS)計(jì)劃,旨在招募協(xié)議國(guó)家的有氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的船舶,并且將這些氣象觀測(cè)結(jié)果(最關(guān)鍵的是氣壓、氣溫、海面溫度、 風(fēng)和海況) 傳送到世界氣象組織數(shù)據(jù)庫(kù)。由于志愿觀測(cè)船上的氣象儀來(lái)自不同國(guó)家和部門的生產(chǎn)廠家,其元數(shù)據(jù)解碼、資料傳輸需要進(jìn)行協(xié)調(diào)管理,WMO No.8規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)方法在該計(jì)劃的實(shí)踐過程中發(fā)揮了重要作用。

另外,《船舶與海洋技術(shù)—船用風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計(jì)》(ISO 10596:2009)[15]、《船舶與海洋技術(shù)—船用電磁羅盤》(ISO 11606:2022)[16]、《海上導(dǎo)航和無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)—通用要求—測(cè)試方法及要求的測(cè)試結(jié)果》(IEC 60945:2002)[17]對(duì)船舶氣象儀標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)設(shè)定也具有一定的參考價(jià)值。這些標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織船舶與海洋技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC8)和國(guó)際電工委員會(huì)海上導(dǎo)航和無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)(IEC/TC80)制定。

從具體標(biāo)準(zhǔn)的層面來(lái)看,國(guó)際組織致力于通過制定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的兼容性,進(jìn)而確保海洋水文氣象觀測(cè)的準(zhǔn)確性。目前已發(fā)布的ISO或IEC標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)針對(duì)船舶氣象儀的具體標(biāo)準(zhǔn),WMO No.8《氣象儀器和觀測(cè)方法指南》規(guī)定了船舶氣象儀傳感器可接受的技術(shù)指標(biāo)及其應(yīng)用原則[14],但未涉及如何保證儀器滿足標(biāo)稱的技術(shù)指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。因此,制定一部同時(shí)面向船舶氣象儀生產(chǎn)廠商和海洋氣象數(shù)據(jù)用戶的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),為世界氣象組織指南的應(yīng)用提供一種可靠的儀器設(shè)備檢驗(yàn)測(cè)試方法,顯得尤為重要。

從標(biāo)準(zhǔn)化組織的層面來(lái)看,世界氣象組織下設(shè)的儀器和觀測(cè)方法委員會(huì)(Commission for Instruments and Methods of Observation, CIMO)致力于在儀器和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域提供全球服務(wù),鼓勵(lì)對(duì)氣象、水文、海洋等領(lǐng)域的儀器和觀測(cè)方法進(jìn)行研發(fā),與包括國(guó)際計(jì)量局、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在內(nèi)的組織合作,推廣標(biāo)準(zhǔn),制訂和出版儀器和觀測(cè)方法的相關(guān)指南。IEC/TC80致力于制定海上導(dǎo)航與無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)在電工、電子、電聲、光電及數(shù)據(jù)處理方面的標(biāo)準(zhǔn)。ISO/TC8是船舶領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的主體機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)船舶建造和營(yíng)運(yùn)過程中設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)、舾裝、設(shè)備、方法、技術(shù)及海洋環(huán)境保護(hù)相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作,海洋技術(shù)分委會(huì)(ISO/TC8/SC13)是其下設(shè)的分技術(shù)委員會(huì)之一。

2 我國(guó)船舶氣象儀標(biāo)準(zhǔn)研制工作現(xiàn)狀

船舶氣象儀主要由數(shù)據(jù)采集器、測(cè)量傳感器和通信模塊組成,用于自動(dòng)、實(shí)時(shí)、連續(xù)地測(cè)量?jī)x器所在海區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、海水表面溫度等氣象信息,對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,并將結(jié)果傳輸?shù)酱皩?dǎo)航系統(tǒng)[18]。自1979年山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所研制出我國(guó)第一臺(tái)螺旋槳式數(shù)字氣象儀以來(lái)[2],我國(guó)船舶氣象儀的發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平間的差距。然而,在研制、生產(chǎn)過程中,除了滿足船舶氣象儀測(cè)量參數(shù)的技術(shù)要求之外,如何保證儀器的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、可維修性以及與世界氣象組織地面氣象系統(tǒng)的可兼容性成為了制約國(guó)內(nèi)船舶氣象儀整體水平提升的瓶頸。

針對(duì)以上問題,自20世紀(jì)90年代開始,我國(guó)逐步完善船舶氣象儀的檢驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法,提高產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的可靠性,制定了試驗(yàn)大綱和檢驗(yàn)細(xì)則,發(fā)布了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程《船舶氣象儀檢定規(guī)程》(JJG 876—2019)規(guī)定了船舶氣象儀測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等要素的檢定方法,也對(duì)檢定的術(shù)語(yǔ)、計(jì)量單位、計(jì)量器具控制等進(jìn)行了規(guī)范,適用于船舶氣象儀的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查[19]。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《船載自動(dòng)氣象站》(QX/T 521—2019)[20]和《志愿船自動(dòng)測(cè)報(bào)儀》(HY/T 144—2011)[21]是與船舶氣象儀相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。前者通過規(guī)范船載自動(dòng)氣象站的分級(jí)、產(chǎn)品組成、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志和隨行文件以及包裝、運(yùn)輸和貯存等要求,來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶氣象觀測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化,保證海洋氣象觀測(cè)資料質(zhì)量的一致性,為海洋氣象服務(wù)和氣候變化研究提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)[20]。后者針對(duì)安裝在志愿船上的自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備的產(chǎn)品組成、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存進(jìn)行了規(guī)范,適用于志愿船自動(dòng)測(cè)報(bào)儀的設(shè)計(jì)、制造、出廠檢驗(yàn)及型式檢驗(yàn)[21-22]。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海洋調(diào)查規(guī)范 第3部分 海洋氣象觀測(cè)》(GB/T 12763.3—2020)[23]和《船舶海洋水文氣象輔助測(cè)報(bào)規(guī)范》(GB/T 17838—2017)[24]規(guī)范了船舶氣象儀數(shù)據(jù)處理的流程。前者規(guī)定了海洋氣象觀測(cè)的項(xiàng)目、技術(shù)指標(biāo)、觀測(cè)方法、記錄整理和提交成果的要求,適用于海洋環(huán)境基本要素調(diào)查中的海洋氣象觀測(cè)[23]。后者規(guī)定了船舶海洋水文氣象輔助測(cè)報(bào)的觀測(cè)項(xiàng)目、技術(shù)要求、觀測(cè)方法、報(bào)告電碼及資料處理,適用于基于船舶的海洋水文氣象觀測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸[24]。上述兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)適用范圍廣、不是僅針對(duì)船舶氣象儀器,而上述檢定規(guī)程和志愿船行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)僅是針對(duì)測(cè)量參數(shù)的技術(shù)要求。2018年中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)發(fā)布團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《船舶氣象儀通用技術(shù)規(guī)范》(T/CIS 47001—2018)[18],規(guī)定了船舶氣象儀的術(shù)語(yǔ)和定義、要求和檢驗(yàn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)范儀器測(cè)量參數(shù)技術(shù)要求的同時(shí),結(jié)合《船載自動(dòng)氣象站》(QX/T 521—2019)[20]中環(huán)境條件、電磁兼容性、試驗(yàn)方法等內(nèi)容,對(duì)如何控制和保證產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、與世界氣象組織技術(shù)要求的兼容性等指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定,適用于船舶氣象儀的研制、生產(chǎn)、驗(yàn)收等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。從具體標(biāo)準(zhǔn)的層面來(lái)看,以上這些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容覆蓋了從海洋水文氣象觀測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)到針對(duì)性更強(qiáng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),梳理了船舶氣象儀的通用要求、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)、測(cè)試環(huán)節(jié)和過程、成果產(chǎn)出等方面的內(nèi)容。這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有利于促進(jìn)海洋水文氣象觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展和成果轉(zhuǎn)化,規(guī)范工作程序,滿足我國(guó)船舶氣象儀行業(yè)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性、可維修性等方面的需求,促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

表1 船舶氣象儀相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或指南

從標(biāo)準(zhǔn)化組織機(jī)構(gòu)的層面來(lái)看,全國(guó)海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC283)成立于2005年,負(fù)責(zé)海洋經(jīng)濟(jì)類、海洋產(chǎn)業(yè)管理類、海洋預(yù)報(bào)減災(zāi)、海洋領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)測(cè)試分析等自然資源海洋領(lǐng)域(不包含漁業(yè)經(jīng)濟(jì)和漁業(yè)產(chǎn)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。其下設(shè)海洋調(diào)查觀測(cè)監(jiān)測(cè)分委會(huì)(SC2),致力于積極推動(dòng)海洋觀測(cè)領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。GB/T 12763.3—2020[23]和 GB/T 17838—2017[24]均歸口于SAC/TC283。全國(guó)海洋專用計(jì)量器具計(jì)量技術(shù)委員會(huì)(MTC28)成立于2012年,致力于保證海洋特殊量值的準(zhǔn)確、一致,JJG 876—2019[19]歸口于MTC28。全國(guó)氣象儀器與觀測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC507)成立于2010年,負(fù)責(zé)氣象儀器、技術(shù)裝備和觀測(cè)方法等領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作,與世界氣象組織相關(guān)聯(lián),QX/T 521—2019[20]歸口于SAC/TC507。另外,國(guó)家氣象計(jì)量站、國(guó)家海洋計(jì)量站等建立了海洋氣象計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),開展氣溫、氣壓、空氣濕度和風(fēng)等氣象要素測(cè)量設(shè)備的計(jì)量檢定工作[25]。

3 推動(dòng)我國(guó)船舶氣象儀標(biāo)準(zhǔn)走向國(guó)際化的實(shí)踐探索

結(jié)合國(guó)際組織指南和國(guó)內(nèi)外行業(yè)發(fā)展方向,以國(guó)內(nèi)成熟產(chǎn)品和優(yōu)勢(shì)技術(shù)為依托,在我國(guó)與船舶氣象儀相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程的基礎(chǔ)上,主動(dòng)將我國(guó)在船舶氣象儀海洋環(huán)境適應(yīng)性等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)推向國(guó)際市場(chǎng),推動(dòng)我國(guó)船舶氣象儀標(biāo)準(zhǔn)“走出去”,對(duì)于提升我國(guó)在海洋水文氣象觀測(cè)領(lǐng)域的影響力具有重要意義,可為維護(hù)我國(guó)行業(yè)權(quán)益提供重要支撐。未來(lái)船舶氣象儀標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化工作,將從比對(duì)國(guó)內(nèi)外已有標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)行差異性分析研究、優(yōu)化關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)和借助國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)推進(jìn)我國(guó)主導(dǎo)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兩方面來(lái)進(jìn)行。

3.1 比對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn), 優(yōu)化關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)

相對(duì)風(fēng)向和視風(fēng)速是最典型的船舶氣象儀測(cè)量指標(biāo)。在WMO No.8《氣象儀器和觀測(cè)方法指南》中,規(guī)定的風(fēng)向測(cè)量不確定度為5°[14],此不確定度即為風(fēng)向傳感器測(cè)量不確定度。關(guān)于風(fēng)速測(cè)量不確定度,在WMO No.8《氣象儀器和觀測(cè)方法指南》中要求一般自動(dòng)氣象站的風(fēng)速測(cè)量不確定度是0.5 m/s(當(dāng)風(fēng)速≤5 m/s時(shí))和觀測(cè)值的10% (當(dāng)風(fēng)速>5 m/s時(shí))[14]。受船舶航行過程中搖晃、振動(dòng)、傾斜的影響,船舶上的風(fēng)傳感器測(cè)量不確定度會(huì)更大;船體結(jié)構(gòu)的影響也會(huì)進(jìn)一步增大風(fēng)測(cè)量的不確定度。另外,真風(fēng)和視風(fēng)、船風(fēng)之間是矢量合成關(guān)系,相對(duì)風(fēng)向、航向、艏向、航速的測(cè)量不確定度對(duì)真風(fēng)計(jì)算不確定度的影響也是十分顯著的。綜合考慮上述因素,在新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案中,優(yōu)化后的技術(shù)指標(biāo)擬規(guī)定用風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器的測(cè)量不確定度作為相對(duì)風(fēng)向、視風(fēng)速的測(cè)量不確定度要求,與WMO No.8保持一致,即相對(duì)風(fēng)向不確定度為5°,視風(fēng)速不確定度為0.5 m/s(當(dāng)風(fēng)速≤5 m/s時(shí))和觀測(cè)值的10% (當(dāng)風(fēng)速>5 m/s時(shí));擬規(guī)定真風(fēng)向不確定度為10°,真風(fēng)速不確定度為0.5 m/s+10%×實(shí)際風(fēng)速(表2)。

表2 風(fēng)要素觀測(cè)準(zhǔn)確度

由于WMO No.8《氣象儀器和觀測(cè)方法指南》主要面向的是海洋氣象數(shù)據(jù)的用戶,規(guī)定的是船舶氣象儀傳感器可接受的技術(shù)指標(biāo)以及其適用場(chǎng)景的應(yīng)用原則,未重點(diǎn)關(guān)注如何保證儀器設(shè)備能夠滿足這些技術(shù)指標(biāo)。因此,制定一部同時(shí)面向生產(chǎn)廠商和數(shù)據(jù)用戶的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),將船舶氣象儀作為一套整體系統(tǒng)(WMO No.8關(guān)注的是傳感器),規(guī)范儀器的組成、測(cè)量參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和面向各種類型船舶氣象儀的性能和環(huán)境適應(yīng)性的測(cè)試方法,保證儀器滿足標(biāo)稱的技術(shù)指標(biāo)十分必要。在新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中,將重點(diǎn)規(guī)范船舶氣象儀以下幾方面的測(cè)試要求。

1)環(huán)境適應(yīng)性的要求。要能夠適應(yīng)海洋高溫、高濕、鹽霧等惡劣條件,適應(yīng)船舶振動(dòng)、搖擺環(huán)境。

2)電磁兼容性等要求。應(yīng)當(dāng)符合船舶電氣設(shè)備特殊的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),避免對(duì)船舶其他電氣設(shè)備造成影響,同時(shí)可承受其他電氣設(shè)備對(duì)本身的電磁干擾。

3)定點(diǎn)觀測(cè)與運(yùn)動(dòng)中觀測(cè)的氣象數(shù)據(jù)差異。特別對(duì)于風(fēng)向、風(fēng)速測(cè)量,定點(diǎn)觀測(cè)時(shí)從風(fēng)傳感器測(cè)得的風(fēng)向、風(fēng)速即是真風(fēng)向、真風(fēng)速;而在運(yùn)動(dòng)中觀測(cè)時(shí)從風(fēng)傳感器測(cè)得的風(fēng)向、風(fēng)速是視風(fēng)速和相對(duì)風(fēng)向,需要結(jié)合風(fēng)傳感器與船舶運(yùn)動(dòng)參量,才能計(jì)算得到真風(fēng)向、真風(fēng)速。在運(yùn)動(dòng)中觀測(cè)的另一個(gè)不同是需要同時(shí)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)的位置信息。

4)安裝條件的特殊性。船舶類型的多樣性決定了船載自動(dòng)氣象儀安裝平臺(tái)的多樣性,安裝結(jié)構(gòu)要能夠適應(yīng)不同船舶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和空間限制。

3.2 借助國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái),主導(dǎo)制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織船舶與海洋技術(shù)委員會(huì)海洋技術(shù)分委會(huì)(ISO/TC8/SC13)成立于2014年,是船舶與海洋技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC8)最年輕的分委會(huì),全面從事海洋技術(shù)領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制修訂的工作。SC13首屆主席和秘書處均由我國(guó)承擔(dān),其主要任務(wù)是在海洋觀測(cè)、資源勘探和海洋保護(hù)等領(lǐng)域開展基礎(chǔ)通用、設(shè)施設(shè)備、測(cè)試方法、過程控制、數(shù)據(jù)處理和精度要求等方面的標(biāo)準(zhǔn)制修訂[5-8]。

ISO/TC8/SC13目前有11個(gè)參與成員國(guó)和7個(gè)觀察成員國(guó),設(shè)有“海洋水文氣象觀測(cè)”工作組。SC13目前已在ISO正式出版標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng),包括2項(xiàng)海洋觀測(cè)儀器標(biāo)準(zhǔn),分別是由我國(guó)主導(dǎo)制定的《海洋技術(shù)—海洋觀測(cè)系統(tǒng)—海洋水文氣象觀測(cè)系統(tǒng)復(fù)用與交互設(shè)計(jì)規(guī)范》(ISO 21851:2020)[26]和由加拿大主導(dǎo)制定的《海洋環(huán)境傳感器性能—規(guī)范、測(cè)試和報(bào)告—通用要求》(ISO 22013:2021)[27]。這些標(biāo)準(zhǔn)有助于提升海洋水文氣象儀器的產(chǎn)業(yè)化水平。同時(shí),SC13與世界氣象組織建立了聯(lián)絡(luò)組織關(guān)系,可為海洋水文氣象觀測(cè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)支撐,并通過組織優(yōu)勢(shì)為我國(guó)實(shí)質(zhì)性參與海洋觀測(cè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定提供良好的平臺(tái)。

由中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)組織,聯(lián)合山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所、航天新氣象科技有限公司、中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心等單位共同起草的《船舶氣象儀通用規(guī)范》已進(jìn)入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案階段(圖1)。該標(biāo)準(zhǔn)擬通過規(guī)范船舶氣象儀的數(shù)據(jù)格式、 環(huán)境適應(yīng)性、防護(hù)等級(jí)、電磁適應(yīng)性等技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法要求,將船舶氣象儀觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容和實(shí)施過程進(jìn)行條理化、程序化和規(guī)范化。這是對(duì)目前國(guó)內(nèi)外船舶氣象儀已有標(biāo)準(zhǔn)和指南的統(tǒng)一和提高,同時(shí)為海洋水文氣象數(shù)據(jù)的使用方和船舶氣象儀的生產(chǎn)廠商提供技術(shù)支撐,有助于保證不同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)質(zhì)量、通用性和即時(shí)性。

圖1 海洋氣象觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化技術(shù)路線圖

在標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)研究方面,標(biāo)準(zhǔn)編制組將聚焦船載氣象儀器應(yīng)用需求及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),組織開展海洋高溫、高濕、鹽霧和船舶振動(dòng)搖擺、電磁干擾等環(huán)境條件動(dòng)態(tài)分析工作,遵循“理論模型搭建—試驗(yàn)驗(yàn)證分析—專家研究論證—技術(shù)方案修正”的迭代研究思路,提出最優(yōu)指標(biāo)模型和技術(shù)解決方案,進(jìn)而完成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的固化。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制的推進(jìn)方面,標(biāo)準(zhǔn)編制組將依托國(guó)內(nèi)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展基礎(chǔ),嚴(yán)格按照ISO導(dǎo)則和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化議事規(guī)則開展國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究成果的轉(zhuǎn)化。具體包括:分析國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系及關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀,為構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)原則與內(nèi)容提供依據(jù);整理、分析、提取、驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)要素,明確標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍,構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)框架;征求行業(yè)專家意見,在此基礎(chǔ)上提出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)各階段材料;同時(shí),在船舶海洋工程裝備重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)照驗(yàn)證過程中反映出來(lái)的問題,進(jìn)一步修改,形成更為成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)的投票環(huán)節(jié)及發(fā)布實(shí)施過程中,我國(guó)將充分發(fā)揮ISO/TC8/SC13的平臺(tái)優(yōu)勢(shì),保障我國(guó)專家在海洋技術(shù)和工程裝備領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)中的持續(xù)參與,與各成員國(guó)積極溝通,支撐相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的研制和推進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是參與國(guó)際治理、提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。近年來(lái),我國(guó)在海洋觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足發(fā)展,致力于打造從海面到海底的立體觀測(cè)網(wǎng)。海洋水文氣象觀測(cè)作為其組成部分,對(duì)實(shí)現(xiàn)全球海洋同步觀測(cè)發(fā)揮著重要作用,而該領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量和覆蓋范圍的不足會(huì)減弱觀測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果的可對(duì)比性,進(jìn)而影響到產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)的發(fā)展。船舶氣象儀的測(cè)量數(shù)據(jù)是全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)不可或缺的組成部分。針對(duì)種類繁多的船舶氣象儀產(chǎn)品和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的儀器安裝、操作流程,借助ISO/TC8/SC13這一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái),我國(guó)主導(dǎo)提出了《船舶氣象儀通用規(guī)范》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案,明確全球不同國(guó)家生產(chǎn)的船舶氣象儀須達(dá)到的性能要求,規(guī)定面向各種類型船舶氣象儀產(chǎn)品的性能和環(huán)境適應(yīng)性的統(tǒng)一測(cè)試方法。這不僅有利于促進(jìn)船舶氣象儀產(chǎn)品所提供的數(shù)據(jù)在安全航行、氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣候變化、科學(xué)研究等領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用,也有助于推動(dòng)我國(guó)海洋水文氣象觀測(cè)技術(shù)通過標(biāo)準(zhǔn)化形式“走出去”。

致謝筆者撰寫本文時(shí)得到馬邦梁、王中秋等同仁在指導(dǎo)文章結(jié)構(gòu)、提供參考信息等方面的幫助,在此一并致謝。