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2017-03-01 次浏览 分类:行业资讯

我国海洋水下观测网发展战略

海洋是一个濒海国家发展的重要生命线,步入新世纪,海洋在我国社会主义事业发展的地位和作用日益突出。党的“十八大”报告中明确提出“提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国。”

 

海洋观测是认识海洋的基础学科,是海洋强国建设的基础支撑。海洋经济已成为我国经济发展新的增长点,国务院先后批复设立了多个沿海经济开发区域,新常态下的海洋经济发展新形势对海洋基础环境要素观测及产品服务能力提出了新的需求;海洋资源开发、海上交通运输、海洋渔业、海洋海岛旅游、海洋工程建设等新的生产形式的增加,也使得海上突发事件日益增加,气候变化更加加剧了海平面上升、极端天气气候事件等灾害,沿海地区遭受洪涝、风暴潮、海岸侵蚀和咸潮入侵等海岸带灾害加重,登陆台风强度和破坏度增强,这些对海洋观测提出了迫切需求;同时,21世纪海上丝绸之路建设的重要战略部署对我国海洋环境安全保障能力建设提出了新要求,对我国海洋观测体系建设提出了新需求

 

1 我国海洋水下观测网的战略地位分析

 

1.1 提高海洋水下防御能力、保障国家安全


目前及今后一定时期内,我国安全的战略威胁主要来自海上。美国实施“重返亚太”战略,持续加强在日本、韩国、菲律宾甚至印度洋中部的兵力部署,在海峡通道部署了水下声学监视系统。2012年以来,我国渔民在三亚近岸海域打捞到水下无人航行器,种种此类活动已对我国水下防御能力提出了重大挑战。

 

1.2 维护海洋权益、加强海洋综合管控能力

 

近年来,我国与周边海洋国家在岛屿主权争端、海上划界、海洋资源等海洋权益问题的矛盾和纠纷日益显现和激化。在东海,由于钓鱼岛地理位置的重要战略意义,中日围绕钓鱼岛的主权、大陆架和专属经济区划界以及油气和渔业资源的开采等发生的争端不断;在南海,越南、菲律宾等国注重在政治上、法律上寻找依据的同时,大力加强海上军事力量建设,加紧对其所非法占有的岛礁积极建设和发展旅游,造成非军事化利用的既成事实,增加争端解决的难度。

 

1.3 保护海洋生态环境、构建和谐海洋文明

 

随着海洋经济的不断发展,我国近岸海域承受着越来越巨大的环境压力,在全球气候变化及人类活动的共同影响下,重要海洋功能区受损严重,海洋生物濒临绝迹、海洋渔业资源枯竭,赤潮频发,油污染事故不断,对我国近岸海洋生态环境的保护能力提出更大的挑战。我国海洋主管部门在不断完善海洋环保法规的基础上,不断加大海洋生态保护工作的力度,但是,近海环境不断恶化的趋势至今仍无法得到有效遏制。

 

1.4 保障海洋经济发展、预防预警海洋灾害

 

我国沿海地区聚集了全国60%以上的经济总量和40%以上的人口,海洋经济在国民经济中的比重已接近10%,成为我国新的经济增长点,沿海地区的渔业、石油、海洋可再生能源开发以及海上交通运输等活动日益增长,这对海洋环境保障提出了更高的要求。同时,我国也是海洋灾害频发的国家,其中风暴潮、赤潮、海浪、海啸、海冰等是发生频率较高、破坏性较大的海洋灾害,对我国沿海地区的经济发展和人民生命财产安全构成了巨大威胁。此外,我国是位于环太平洋和地中海-喜马拉雅两大地震带之间的多地震国家,台湾地区和东南沿海地区则是地震主要分布区域之一。

 

1.5 促进海洋科学研究、推动海洋技术发展

 

海洋科学是一门以观测为基础的战略科学,海洋科技实力是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。随着海洋科学的不断发展,20世纪80年代末开始的全球变化研究,海洋环境长期连续观测的必要性日益显现。美国、欧洲、加拿大、日本等海洋强国开始了海底长期观测站网的建设,为海洋在全球气候中的作用、深海生态系统、海洋系统的过程与机制以及近海海洋学等科学研究提供长序列观测数据,同时也为海底天然气水合物、海底地震活动的实时监测提供了强有力的技术支持。而我国在这方面刚刚起步,与国际海底长期观测技术水平相比落后了至少10年,亟需开展海底观测网络基础设施建设,缩短国际差距。

 

2 国外海洋水下观测网的发展现状

 

2.1 国外海洋发达国家有关政策

 

美国在“十二五”期间先后发布了3个重要政策:(1)2010年美国总统奥巴马签署总统令,批准了美国白宫环境质量委员会跨部门海洋政策特别工作组提交的《海洋、海岸和大湖区国家管理政策》,从国家层面成立了国家海洋理事会,对国家安全、能源与气候变化、经济政策等重大问题进行协调;(2)2011年美国国家研究委员会海洋基础设施战略研究组发布了《2030年海洋研究和社会需求关键基础设施》,从国家基础设施角度对未来20年海洋科学知识的承受能力进行了分析,提出船舶、卫星遥感、现场观测阵列和海岸实验基地是海洋科研基础设施的中心;(3)2013 年美国国家科技委员会发布的《一个国家的海洋科学:海洋优先研究计划修订版》,面向国家政策需求,从海洋科学与社会问题结合的角度提出了美国海洋研究的优先研究领域,如海洋酸化、北极地区变化等自然科学研究,以及海洋生态系统与气候变化等社会问题研究

 

2007年日本《海洋基本法》正式生效。根据这一基本法,政府制定《海洋基本计划》,每5年修订1次。2013年4月,日本内阁正式通过了新修订的《海洋基本计划》(2013—2017)决议,制定了未来5年的新举措,如:到2018年,完善可燃冰商业化开采技术;2023—2028年逐步扶持私营企业参与海底热液矿床商业化项目;对锰结核与富钴结壳的资源量与生产技术开展调查研究。此外,稀土是日本在海洋矿产开发方面的主攻目标之一。2013年1月,日本海洋研究开发机构和东京大学的联合研究团体利用“海岭”号深海调查船,从日本最东端的南鸟岛周边的海底泥中发现高质量浓度稀土。分析显示,在南鸟岛以南约200 km的海底之下3 m左右的浅层泥沙中,存在质量浓度最高达0.66%的稀土,这是目前发现的全球质量浓度最高的有工业利用价值的稀土

 

2009年澳大利亚政府海洋政策科学顾问小组发布战略性的国家海洋研究和革新框架——《一个海洋国家》,该报告具体阐述了国家、产业部门以及公众对海洋研究、开发以及创新的需求,建议从国家层面协调海洋科学研究,重点关注以下几个方面的海洋研究与创新问题:探索、发现以及可持续性;观测、认知和预测;海洋产业发展;广泛参与及成果转化。2013年3月,该小组又发布了《海洋国家2025:支撑澳大利亚蓝色经济的海洋科学》报告,从战略角度列出了同时与澳大利亚密切相关的6大全球性挑战:海洋主权和海上安全、能源安全、粮食安全、生物多样化和生态保护、气候变化、资源分配等

 

2.2 国外海洋发达国家重点研发项目

 

2.2.1美国海洋监视信息系统(OSIS)

 

20世纪70年代是美海军情报系统由战略目的转向战术性利用的标志性时间。OSIS建成于70年代初期,通过收集各种情报数据对其进行处理以得到海上目标的图像。其中,固定式海洋水声监视系统SOSUS是OSIS的水下信息源。

 

20世纪60年代,美国在其本土东西两侧的大西洋和太平洋建立起多个由深水水听器阵组成的SOSUS 水声监视系统,电缆总长度有30 000英里。在太平洋海域和大西洋海域分别建起了3条警戒线,其中太平洋海域中的1条即为:由俄罗斯的勘察加半岛起,经日本群岛,向南延伸到菲律宾和马六甲海峡。该系统在监视水下潜艇活动方面曾发挥了重要作用。到20世纪80年代后期,美军在三大洋和海上交通要冲部署了36个水听器基阵,总监控面积达到北半球海域的四分之三。在此基础上,20世纪末美国将其升级为综合水下监视系统IUSS,由固定分布式系统(FDS)、监视引导系统(SDS)、可部署系统(ADS)和水面拖曳阵传感器系统(SURTASS)组成,用于探测活动于深海和近海的安静型常规型潜艇和核潜艇。

 

2.2.2美国持久性近岸水下监测网络(PLUSNet)

 

21世纪,美国海军研究局启动了PLUSNet项目,由固定在海底的灵敏水听器,电磁传感器以及移动的传感器平台,如水下滑翔机和AUV等组成,固定观测设备与移动观测平台之间能够双向通信,组成半自主控制的海底观测系统。该系统旨在利用移动平台自适应地处理和加强对浅水区,尤其是西太平洋地区的低噪声柴电潜艇进行侦察、分类、定位和跟踪。2006年,PLUSNet在蒙特利湾进行了大规模试验,通过携带不同传感器的潜航器,监测温度、盐度、水流、化学要素等海洋环境,实现对水下目标的探测、跟踪、分类和定位,该网络计划在2015年具备作战能力。

 

2.2.3东北太平洋时间序列海底网络试验(NEPTUNE)

 

NEPTUNE是美国于1999年首先作为其国家海底观测计划地球海洋动力学的一个重要组成部分而提出实施的项目,目标是在20万平方公里的胡安·德富卡板块上建设海底网络平台,开展板块构造过程与地震动力学、海底流体通量和天然气水合物动力学、区域性海洋/气候动力学及对海洋生物的影响、深海生态系统动力学、海洋工程技术五个前沿科学主题研究。这是国外典型的军民共用的基础设施之一。美国最终以海洋观测计划(OOI)实施,加拿大以NEPTUNE Canada项目实施。OOI中的海底网络平台铺设主干光缆达900 km,布放7个主节点,现已完成海底观测阵列所有建设工作,计划于2015年10月份通过互联网提供数据。NEPTUNECanada海底网络平台铺设主干光缆达800 km,布放5个主节点,现已业务运行将近6年。两者共同对横跨胡安·德富卡板块从近岸到3000 m水深的深水大洋进行观测,在海底事件实时侦测和新发现方面发挥了重要作用

 

2.2.4欧洲多学科海底观测(EMSO)

 

2008年由欧洲12国共同执行的EMSO计划开始实施,EMSO接受了原欧洲海底观测网ESONET的规划内容,将从北极、亚北极、北大西洋、大西洋亚热带到地中海和黑海建设12个深海观测站,共同联网构成欧洲海底观测网络综合系统,专注于海洋环境变化过程研究,主要采取独立的声学海底观测站和电缆式观测站两种方式。

 

2.2.5密集型海底地震海啸监测网络系统(DONET)

 

日本作为一个地震多发国家,早在20世纪末,分别在近岸和太平洋远洋建立了缆式海底长期观测站,水深至3 000 m,主要用于地震科学观测。2006年,开始在日本南海海槽周边海域建设DONET,海底骨干网络光缆长达750 km,观测站达49个,可准确地探测地震和海啸活动。该系统可靠性分为3个等级:高可靠性的海缆骨干网、可更换的科学节点和可扩展的测量仪器

 

2.3 国外海洋发达国家新型技术装备

 

海底网络设备方面,水下恒压供电接驳设备和恒流供电接驳设备是目前国际海底网络设备的主流产品,均已实现3 000 m级水深、10 kW供电的海底接驳能力,该项技术为美国、日本和加拿大所掌握。其中,恒压供电接驳设备产品较成熟,应用范围较广,如:美国的OOI海底观测阵列、加拿大NEPTUNE和VENUS海底观测网等;恒流供电接驳设备主要是应用于退役的海底通信光缆,如日本的DONET观测网和美国的ALOHA海底观测站等。

 

水下移动观测平台方面,自持式剖面探测漂流浮标(Argo)、水下滑翔器(Glider)、自治式水下航行器(AUV)是目前水下移动组网观测比较成熟的几类技术。AUV已形成了从微型到大型的系列化产品,以美国Bluefin系列和REMUS系列、挪威Hugin系列、英国AutoSub系列、冰岛Gavia系列为代表,占据了主要的AUV市场。而且,这些AUV都配备专门的布放回收系统,缩短了AUV在航次之间的准备时间。美国拥有目前世界上较为成熟的Glider技术,在海上溢油追踪和飓风引起的海水运动观测中,多台水下滑翔器快速观测大范围海域的应用也开展了多次。值得一提的是美国斯克里普斯海洋学研究所研发的新一代“ZRay”完成,升阻比提升到30∶1,携带了29通道水听器阵列。

 

3 我国海洋水下观测面临的形势分析

 

国际上,海、陆、空联合组网观测已经成为海洋立体观测的有效手段,并将持续稳定发展下去。水下观测则呈现出长期持续和机动灵活两种不同的发展方向,海底网作为继调查船和卫星之后的第3个海洋观测平台,预计未来20年全球海底观测网络将基本成型

 

我国近些年通过多种科技计划的实施,在水下观测技术装备方面取得了一定成绩,但与海洋发达国家相比仍存在较大差距,与海洋强国目标实现仍有较大距离,主要表现在:

 

(1)基础研究薄弱、重点工程技术落后

 

我国在水下观测网络化建设方面刚刚起步,水下观测传感器和平台技术的相关基础研究薄弱,海底长期高压供电、水下湿插拔、水下移动通信组网等基础研究未取得实质性突破,水下长期观测设备与大数据处理技术研究滞后,造成我国海底科学观测网工程技术整体落后。

 

(2)中试环节缺少标准、产业化进程缓慢

 

我国发展较成熟的海洋观测技术装备在进入科学研究应用或国家业务化观测应用之前,缺少中试环节,缺乏观测技术装备测试检定的海上公共平台,造成观测设备的稳定性与可靠性较低,制约了观测技术走向业务化和产业化的进程。

 

(3)海洋科技力量分散、高层次科研队伍缺乏

 

海洋强国战略提出2年多来尚未形成海洋强国建设的规划性纲领文件,各系统海洋科技力量投入逐年增多,但比较分散,导致各不同技术力量系统以海洋强国之名成立各种机构,以获得不同渠道的资本投入,但仍没有形成任何一股强有力的科研力量,没有形成科学与技术有力结合的科研队伍。

 

4 我国海洋水下观测网的发展建议

 

新形势下,我国海洋水下观测能力的发展应以海洋强国建设为主线,构建我国海洋水下观测业务体系,力争通过20年左右的发展,总体水平达到国际先进,建议重点开展以下几个方面的工作:

 

(1)开展我国海洋水下观测网顶层设计。形成以海底网为主体、移动网为扩展的水下观测网络,与遥感观测平台、调查船舶平台形成综合立体观测网络。

 

(2)开展全局部署战略研究。形成由近海向远洋、由近岸向极地、由浅水向深水的拓展趋势,建设以试验网、业务网为构成的具有我国特色的水下观测网。

 

(3)开展重点工程建设研究。启动我国海底观测网专项,支撑军民融合技术发展,对我国管控海域和敏感海域开展水下部署。

 

(4)建立产业联盟,加快关键技术研发步伐,推动标准体系建设,提高设备国产化水平。

 

(5)开展国际技术交流与合作,形成一批具有国际影响力的高层次人才和队伍。

 


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