挺進深海大洋

　　2010年航次首套潛標布放過程（主浮球布放）

　　2015年西太航次王凡（二排右二）及考察隊員合影（每次過赤道，船上會有小小的儀式）

　　2016年航次潛標實時化傳輸系統(tǒng)水面浮體布放

　　2016年12月10日，隨著一封電子郵件的到來，熱帶西太平洋科學觀測網(wǎng)的科學家團隊們興奮高呼“數(shù)據(jù)成功傳回了！”。

　　這封郵件是深海潛標數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)從深海中傳來的第一個實時數(shù)據(jù)，觀測網(wǎng)從最初的科學構(gòu)想變成了現(xiàn)實，攻克了數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)碾y題。

　　然而，這一路走來，并非一帆風順，可任何困難都沒有動搖過中國科學院海洋研究所王凡研究員及其團隊的決心。

　　攻堅克難，潛標布放首獲成功

　　2010年11月15日，“科學一號”自青島起航，王凡擔任航次首席科學家，帶領(lǐng)中科院海洋所的科學家團隊，在熱帶西太平洋成功布放了第一套深海潛標。

　　“所謂深海潛標是一個自海底至海面的錨系觀測系統(tǒng)，海底處由重力錨固定位置，海底至海面由纜繩貫穿，整條纜繩的不同深度上固定有觀測設(shè)備及提供浮力的浮球，保證纜繩基本垂直狀態(tài)，各個設(shè)備就可長時間觀測不同深度的海洋水文要素。”王凡解釋潛標的設(shè)計原理。

　　作為科學觀測網(wǎng)項目的負責人，王凡從最初的第一套潛標開始，就與他的同事們一起，對這其中的技術(shù)難點進行逐一攻克。

　　“實際設(shè)計和操作過程是非常復雜的，深海大洋中，海面風浪千變?nèi)f化顯而易見，而看不見的還有海底地形溝壑縱橫、海洋內(nèi)部激流暗涌，所以設(shè)計、布放潛標并保證其能長時間安全運行，可是耗費了我們團隊的不少心力啊。”王凡回憶起來忍不住有些感慨。

　　“第一套潛標我們初步確定在深達萬米的菲律賓海溝西側(cè)陡坡上進行布放，布放的理想?yún)^(qū)域只有2公里見方，在此處布放潛標就如同在狂風呼嘯的萬米懸崖上扔下一串石頭，而石頭必須不偏不斜地落在峭壁上的方桌上，其難度可想而知。”該航次隊長張林林介紹。

　　當時船舶條件落后，團隊也缺少經(jīng)驗，他們反復觀摩了國際上其他國家的潛標布放視頻，航次前方案的專家論證會召開了10次之多，不放過任何細節(jié)。根據(jù)潛標布放的不同技術(shù)環(huán)節(jié)，設(shè)計了作業(yè)流程圖，并明確標明每個隊員在不同環(huán)節(jié)的位置和工作，并據(jù)此進行了多次“實戰(zhàn)演習”。在團隊的共同努力下，才終于成功完成了第一套潛標的布放，邁出了關(guān)鍵的第一步。

　　科學家團隊攻克了潛標的技術(shù)難題，終于乘風破浪而出，嚴陣以待地準備著潛標布放前最后的工作，而海上惡劣的自然條件與簡陋的工作生活條件，也給他們造成了不小的困難。

　　在“科學一號”科學考察船出海大概4—5天后，經(jīng)過風大浪急的呂宋海峽，風浪高達4—5米，大部分隊員暈船反應(yīng)嚴重，嘔吐和難以進食導致的虛弱和眩暈，折磨著隊員們緊張的神經(jīng)。

　　但潛標布放這關(guān)鍵的最后實施怎能就此松懈，隊員們互相支持與鼓勵著克服困難，在風浪的挑戰(zhàn)下堅持完成了既定的任務(wù)與工作。

　　當時的“科學一號”沒有海水淡化系統(tǒng)，船上的淡水十分寶貴，首先要保證的是基本飲水需要，個人洗漱極盡節(jié)省。熱帶西太平洋上氣溫平均37攝氏度左右、甲板溫度高達50攝氏度以上，隊員們每天在甲板上工作，烈日炎炎下轉(zhuǎn)眼就汗流浹背了，回去休息時也無法痛快地洗個澡、換套衣服。

　　“當時宿舍里的味道可真是‘一言難盡’呀！”考察隊員王富軍笑著說起來，“潛標布放成功以后，讓隊員們痛快地洗了一次澡那也算是‘奢侈’的獎勵了。”隊員們在工作任務(wù)完成上幾近苛求，生活條件卻是能將就則將就，當時的困難，都是現(xiàn)在他們嘴里的趣事了。

　　精益求精，科學觀測網(wǎng)初步構(gòu)建

　　2015年，在中國科學院先導性科技專項的支持下，王凡團隊搭載了我國首艘新一代科學考察船“科學號”，回收15套深海潛標，維護后新布放13套深海潛標。

　　與5年前一個航次完成2套潛標相比，目前團隊的對于潛標回收及布放的工作效率可謂突飛猛進。王凡再次擔任航次首席，帶領(lǐng)考察隊員順利完成了任務(wù)，完成了初步構(gòu)建中深層潛標觀測網(wǎng)的目標。

　　這一航次潛標回收、維護及布放套次突破20套，數(shù)量多是一大挑戰(zhàn)。在航次之前，王凡與中科院院士胡敦欣組織科學家團隊就潛標的選址、儀器的設(shè)計集成、人員的安排調(diào)配以及航線任務(wù)的規(guī)劃都進行了反復的會商研討。

　　航次方案改了又改，為的是利用有限的設(shè)備、船上空間、人員和航次經(jīng)費，進行最優(yōu)的排列組合，完成需要實現(xiàn)的科學目標的觀測。

　　相比于第一次布放的潛標，現(xiàn)在組成觀測網(wǎng)的潛標設(shè)計更為復雜，每套潛標上的儀器設(shè)備數(shù)目由原來的幾套升級為十幾套。為了達到預期的科學目標，從潛標設(shè)計開始，包括不同深度觀測要素設(shè)計、儀器的布置安排、各個深度浮球的數(shù)據(jù)等全部細節(jié)都需要經(jīng)過準確的計算。“差之毫厘，失之千里。”

　　王凡說：“科學嚴謹是我們必須秉承的態(tài)度，航次前的每一次研討改進，都是我們最終能成功的基礎(chǔ)。”

　　“在這個航次中，布放1套潛標（包括前期準備及后續(xù)定位）平均用時7.76小時，回收1套平均用時5.28小時，兩組人員輪換工作，平均每組需要12人。”航次的隊長汪嘉寧對航次中每一個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)了如指掌。

　　為了對于潛標回收布放有更科學的認識和分析，他們在開展航次工作的同時，對潛標工作中的各個環(huán)節(jié)都進行了科學設(shè)計、合理分工，并統(tǒng)計多套潛標操作過程中的各項數(shù)據(jù)。

　　“科學家說話都要有根據(jù)的，數(shù)據(jù)就是我們最有力的工具，這些實際工作的各項數(shù)據(jù)都是我們寶貴的經(jīng)驗，我們一定要好好利用起來。”王凡組織團隊基于大數(shù)據(jù)，對各項指標進行量化分析，進而建立起一套科學有效的工作流程。

　　凝心聚力，數(shù)據(jù)實時傳輸實現(xiàn)

　　2016年10月—2017年1月，王凡團隊搭載“科學號”考察船，再次進行了西太平洋科學觀測網(wǎng)的維護升級，歷時54天、航程7800余海里，成功完成11套深海潛標的回收和14套深海潛標的布放任務(wù)，并實現(xiàn)了深海潛標數(shù)據(jù)實時化傳輸?shù)倪@一重要技術(shù)突破。

　　“2015—2016兩年來潛標的成功回收率達到96.2%，這標志著潛標觀測網(wǎng)已經(jīng)實現(xiàn)了穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了潛標布放和回收的標準化、批量化和常態(tài)化，這在國際海洋觀測網(wǎng)建設(shè)中也是首屈一指的。”王凡自豪地介紹，“這標志著我們的科學觀測網(wǎng)已經(jīng)實現(xiàn)了穩(wěn)定運行。”

　　如今，觀測網(wǎng)已成功獲取西太平洋代表性海域連續(xù)2—3年的溫度、鹽度和洋流等數(shù)據(jù)，一方面將為探索研究熱帶西太平洋環(huán)流的三維結(jié)構(gòu)、暖池變異及其對氣候變化的影響提供寶貴數(shù)據(jù)資料，提升我國海洋探測和深海科學研究能力，另一方面將加速我國海洋環(huán)境和氣候預報能力的提高，為保障國家的海洋環(huán)境安全提供科學支撐。

　　在數(shù)字化和信息化高速發(fā)展的今天，人們逐漸習慣并享受實時性和準確性帶來的便利，但在深海大洋研究上，要想獲得海洋內(nèi)部最新最準確的數(shù)據(jù)卻并非易事，甚至被視為世界性的難題。

　　深海潛標最上面一個浮體距離海平面還有四五百米，這些數(shù)據(jù)很難穿透海水傳輸?shù)叫l(wèi)星上。如何實現(xiàn)潛標觀測、數(shù)據(jù)水下采集和傳輸、衛(wèi)星通信等多系統(tǒng)集成，并設(shè)置好其工作程序，降低功耗實現(xiàn)長時間穩(wěn)定工作是深海數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)碾y點。

　　王凡說：“海上現(xiàn)場作業(yè)具有很大的不確定性和工程難度，潛標的布放是一個壓力和張力快速變化的過程，如何在這一過程中保證實時傳輸系統(tǒng)設(shè)備的正常工作是另一個難點。”

　　在本航次中，中科院海洋所和聲學所聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了無線水聲通信和有線數(shù)據(jù)傳輸兩種方案。最終，實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬商追桨妇@試驗成功，科學家和業(yè)務(wù)用戶可以通過電腦或手機終端實時掌握深海大洋的動力狀況。

　　“數(shù)據(jù)每小時回傳一次，打開手機就可以看到遠在西太平洋的深海潛標剛剛傳回來的深海觀測數(shù)據(jù)，包括大洋上每8米一層的洋流的流速、流向等。”在該航次中擔任首席的汪嘉寧興奮地說，“我們也在深海大洋實現(xiàn)了‘現(xiàn)場直播’了。”

　　歷時七年，王凡帶領(lǐng)的科學家團隊一步一步地向他們的目標扎實邁進，熱帶西太平洋科學觀測網(wǎng)成功構(gòu)建并升級，在世界海洋科考史上都具有重要意義，對我國深海探測能力提升意義重大。

　　而他們并沒有就此止步，在2017年的計劃中，他們將全面升級數(shù)據(jù)實時化傳輸潛標，旨在建成我國的西太平洋實時化傳輸潛標觀測網(wǎng)。

　　“對深海大洋的探索我們只能算是剛剛起步，要走的路還長著呢，我們的團隊中不乏年輕的骨干力量，將會繼續(xù)投入到下一步工作中去。我們想要將這自主建設(shè)的科學觀測網(wǎng)長期運行下去，幫助中國的科學家在世界海洋觀測研究及氣候預測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)跑。這是我們的‘野心’，更是我們的責任。”王凡對未來篤定而清晰，對理想堅定而執(zhí)著。（李彥青）

(責編：賀迎春、熊旭)