論南海區水文氣象浮標管理

周保成，黃 樺,張新文，張金尚

(國家海洋局南海調查技術中心，廣東 廣州市510300)

在海上科學、合理布放浮標，可以對選定站點海域實現實時、自動化、全天候及長期的海洋水文要素和海洋氣象要素的觀測，采集到的數據代表性、客觀性和連續性好，能夠較早發現海洋災害，已經成為目前發展最快的成熟海洋觀測手段之一。布放浮標是岸基觀測網向海上擴展必不可少的手段，同時也是天基、空基觀測數據校正的重要手段。通過浮標采集數據、實時數據傳輸、數據即時分析、提供分析結果用于決策的技術研究，對加強與完善我國海洋觀測、預警、預報、預測和科學研究有著重大意義，更能有效提升海洋防災減災能力和應對氣候變化能力[1]。

1 南海區水文氣象浮標類型

目前，我國用于海洋數據觀測的浮標主要分為兩種：(1)采用錨及錨鏈或纜繩將浮標錨定在海上一個固定位置并可在一定范圍內活動的錨定浮標。(2)采用自由漂泊方式進行持續觀測獲取數據的漂流浮標。其中，錨定浮標根據觀測要素大致可簡單劃分為如下幾個類型：(1)主要觀測海洋水文氣象要素，服務于國家海洋觀測預報和防災減災工作的資料浮標。(2)主要觀測深海水位數據，用于海嘯預警的海嘯浮標。(3)主要觀測沿岸波浪數據，應用于沿海大型工程建設的波浪浮標。(4)主要觀測海洋水質數據的生態浮標，應用于海洋環境監測[2-4]。漂流浮標則可進行如下簡單劃分：(1)表面漂流浮標(單溫、溫鹽、溫風等表面漂流浮標)。(2)剖面漂流浮標，如C-Argo浮標。(3)其他各種小型漂流器，如水下滑翔機。

現階段南海區主要采用錨定類型的浮標進行海洋數據觀測。錨定浮標可以選擇任意固定海域進行投放，投放后即可自動觀測海洋水文氣象要素，作為海上無人值守自動海洋觀測平臺。根據錨定類型浮標體積的大小可以對其進行一個簡單劃分：(1)直徑3 m及以下的小型浮標。(2)直徑6 m的中型浮標。(3)直徑10 m及以上的大型浮標。

直徑3 m及以下的小型浮標體積較小，布放和回收操作相對簡單，但南海區小型浮標海上的安全性問題較為突出。小型浮標布放至海上后，難免受到漁船、貨船夜間航行時的碰撞或拖帶，造成浮標儀器設備損壞、標體進水、標體脫錨漂移甚至標體丟失。此外，因受空間限制，浮標不能安裝足夠多的蓄電池和太陽能板，浮標供電能力受限，因而不能搭載更多儀器設備觀測更多的海洋要素，直徑3 m及以下的小型浮標在南海區適用性較差，應用范圍較小。

直徑6 m的中型浮標和直徑10 m及以上的大型浮標因標體體積足夠大，適于搭載多種儀器設備，并能夠實現海上登標維護維修作業，可以作為一種固定的大型觀測平臺，實現海上的綜合觀測。直徑6 m的中型浮標和直徑10 m及以上的大型浮標在海上體現出的其體積優勢如下：(1)可以抵御一般的船只撞擊。(2)可以防止被漁船拖走。(3)可以抵抗臺風等惡劣天氣。(4)可以搭載多種不同觀測要素的儀器設備，獲取到更多的海洋水文氣象要素。(5)可以安裝足夠多的蓄電池和太陽能板，大大提升浮標供電能力。

故目前南海區主要投放的為直徑6 m中型浮標和直徑10 m的大型水文氣象浮標。

2 浮標觀測系統的組成

浮標觀測系統主要由兩個部分組成：海上浮標和陸地接收系統。浮標用錨系布放于海上預定位置并在一定范圍內活動，浮標上安裝多種儀器設備(如圖1所示)進行數據采集，將采集的數據通過北斗終端發回陸地接收室。在陸地接收室架設數據處理器，接收海上浮標發回的實時數據，并對數據進行分析處理。

目前，南海區海上浮標所搭載的各類傳感器能夠采集海上的空氣溫度、空氣濕度、表層海水溫度、大氣氣壓、平均風速、平均風向、最大風速、最大風速的風向、最大風速出現時間、極大風速、極大風速的風向、極大風速出現時間、瞬時風速、瞬時風速的風向、表層海流流速、表層海流流向、剖面海流流速、剖面海流流向、有效波高、有效波周期、平均波高、平均波周期、最大波高、最大波周期、十分之一波高、十分之一波周期、波向等數據。同時，還可以監控浮標運行狀態，獲取浮標經度、緯度、方位、電壓、錨燈狀態、存儲剩余空間、艙門狀態、艙蓋狀態、艙內有無進水、浮標有無移位等情況[8-9]。

圖1 浮標部分儀器設備

3 浮標管理

3.1 選址論證

首先，根據需要選擇浮標布放的位置。然后對選定的位置進行選址論證并出具選址論證報告，論證報告內容應包括布放區詳細水深和地形地貌、水文氣象要素概況、海底底質類型、漁業活動開展情況、海上船舶航線情況、海底纜線管道分布情況、海上油氣開采情況、國家軍事活動等，選址論證報告完成后應進行專家論證，根據專家意見確定最后浮標布放位置[5-7]。

3.2 錨系設計

浮標布放位置確定后，根據位置水深設計浮標錨系，淺水區一般布放10 m大型浮標，水深一般不超過100 m，浮標錨系主要由錨鏈和錨組成，錨系長度一般是水深的3倍。深遠海一般布放6 m中型浮標，浮標錨系主要由錨鏈、纜繩、浮球、錨等組成，錨系長度一般為水深的1.1～1.3倍。錨系結構設計完成后要進行專家論證，根據專家意見確定最終錨系結構。

3.3 完成實施方案

浮標錨系設計完成后，編制項目實施方案，實施方案應包括項目背景情況、布放位置詳細信息、浮標儀器設備情況、浮標錨系情況、航次計劃安排、人員組織分工、作業船舶情況、應急預案等內容。實施方案完成后需要組織專家評審，專家評審通過后方可實施。

3.4 海上作業

海上作業分為浮標布放、海上運行和浮標回收三個階段。

(1)浮標布放。根據項目實施方案進行作業，組織人員、航前錨系準備工作、浮標各儀器設備狀態確認、聯系好碼頭和船舶、連接浮標錨系、拖帶浮標前往站點、進行現場布放作業。

(2)海上運行。浮標布放后，需要長期在海上運行，在南海區高溫、高鹽、高濕環境下，浮標儀器設備易老化、產生故障，需要定期對浮標儀器設備進行維護維修或者更換，保障浮標正常運行，同時需要定期對浮標數據進行現場比測，出具數據比測報告，評估浮標數據質量。

(3)浮標回收。浮標在海上運行周期一般為2 a，后續無法繼續在海上正常運行，需要進行回收。

3.5 數據接收

浮標定時將采集到的數據發送回陸地岸站接收系統，一般每小時傳輸一次，臺風天氣則半小時傳輸一次，岸站需安排人員24小時值班，監控浮標運行狀態，發現異常及時進行處理，進行數據質量控制。

3.6 浮標大修

浮標回收后需要對標體進行維護保養，對全部儀器設備進行測試，對需要更換的儀器設備進行更換，作為備用浮標或者直接再布放。

3.7 應急處置

浮標布放至海上后，有可能遭到破壞，浮標儀器設備被拆除或浮標錨系被割斷導致漂移，浮標無法繼續在海上繼續運行，只能進行回收或用備用浮標進行替換。

4 結 語

隨著南海區浮標不斷向深遠海推進，海上浮標的數量將不斷增加，浮標觀測要素也將不斷拓展，以后浮標布放、運行維護、回收等工作將日益加重。因此，我們需要不斷優化浮標管理的各項流程，開創新的浮標管理模式，才能確保浮標管理工作能夠有條不紊的開展，支撐好海洋觀測預報和防災減災工作。