福建海洋觀測示范網建設與應用

張友權

（福建省海洋預報臺，福建 福州 350003）

福建海洋觀測示范網建設與應用

張友權

（福建省海洋預報臺，福建 福州 350003）

通過介紹福建海洋觀測示范網集成應用及運行管理情況，全面歸納總結福建觀測網在站位布設、安全保障、維護保養、數據質控、數據集成和數據應用等建設運行管理過程中的經驗教訓及創新做法，分析影響觀測網建設運行的關鍵因素，提出加強觀測網建設和運行管理的措施和建議。

海洋觀測；建設；運行；應用

海洋環境立體實時觀測網是長期獲取海洋環境數據資料的重要手段，它具有獲取資料全面、實時性好等優勢，在區域海洋防災減災、海洋科研、國防安全等方面發揮著重要作用。近幾年來國家在觀測網方面投入了大量資金，我國的海洋觀測網建設進入了一個快速發展階段。但是，由于海洋環境的復雜性以及海上作業的難度，觀測網在運行管理上存在著資金投入大、安全風險高、維護技術隊伍缺乏、國家標準體系滯后等問題。如何最大限度地保障海上觀測設備安全、減少運行維護成本、規范運行管理標準，是保障觀測網長期穩定運行的亟待解決的課題。

1 福建海洋觀測示范網簡介

福建海洋觀測示范網（以下簡稱“福建觀測網”）是通過“十五”國家科技部863計劃重大專項“臺灣海峽及其毗鄰海域海洋動力環境實時立體監測系統”福建示范區項目，以及“十一五”國家863計劃海洋技術領域“海洋動力環境立體實時監測系統示范”課題建設和帶動，加上福建省持續投入，經過近10 a的努力建成，目前國內最先進的、運行時間最長的區域性實時立體監測示范系統。福建觀測網由5套大浮標、14套生態浮標、1套中程地波雷達監測系統、2套海床基、1套實時傳輸潛標、1套衛星遙感接收系統和14個自動驗潮站組成（布局詳見圖1）。建立并集成了海洋監測數據接收網絡，構建了數據接收與分發平臺，實現了海洋監測數據實時、自動入庫、標準化存儲。研發了數據質控甄別程序、數據值班程序，加強了數據管理與質量控制。觀測手段包括空中、海洋水面、海洋水體、海底及沿岸陸地，對海洋環境實施全方位立體觀測，實時獲取臺灣海峽及近岸風、氣溫、氣壓、濕度、海浪、海流及海表溫鹽等海洋水文氣象觀測數據，近岸港灣溶解氧、水溫、鹽度、葉綠素、濁度、pH值等海洋生態環境觀測數據，臺灣海峽海面風場、浪場、流場數據以及沿岸潮汐數據，觀測要素達26項，獲取數據達6.0 T，234.3萬組（截至2011年6月30日），獲取的數據應用于相關海洋防災減災應用系統以及政府防災決策支持，有效提高了預警報精度，為海洋防災減災和國防安全提供了有力的數據支撐，福建省海洋災害監測預警能力得到顯著提升。

2 建設及運行管理

福建觀測網從建設一開始就緊緊圍繞實際需求和業務化運行目標，全面規劃布設站位，采取各種安全保障措施，制定各項運行管理制度，創新運行管理機制，加強數據比測和質量控制，實施全面維護保養，同時充分整合福建省海洋隊伍力量，加強人才隊伍建設，建立起一支地方海洋觀測網業務化運行保障隊伍，爭取到了長期業務經費支持，有力保障了系統長期穩定運行。

2.1 觀測站位布設

觀測站位布設是觀測網建設的前提，福建觀測網根據國家與福建省在風暴潮預警預報、海上突發事件輔助決策、赤潮預警服務、海洋信息服務和國防安全等的需求，以及觀測海域的海洋環境要素的分布與變化特點，考慮臺灣海峽特殊的政治和地理環境，從長期運行要求出發，在站位布設上綜合考慮代表性、安全性、維護便利性、建設成本以及海域背景資料等因素。以生態浮標為例，福建省生態浮標主要用于沿海赤潮監測和預警，在布設站位時選取赤潮頻發區，考慮該海域海洋水文特點，選取幾個代表性高的備選點，然后再充分考慮今后運行期間安全看護及日常維護的便利性和安全性，進行必要的本底調查（如水深、海底狀況、風浪流狀況等），形成布放選址勘察報告，并經專家審核后確認。沿海驗潮站建設選址除了考慮潮汐代表性外，還要考慮建站所需水、電、路等基礎條件，同時要符合當地用海及觀測建設規劃，并要考慮周邊相關利益者協調，避免建設及業務化期間出現不利影響，確保站位能長期穩定運行。

圖1 福建海洋觀測網布局示意圖

2.2 安全保障措施

觀測設備安全是業務化運行的基礎保障，沒有必要的安全保障，海上設備極易發生故障及丟失等事故，造成巨大損失，因此福建觀測網十分重視該項工作，采取多種手段保障觀測設備安全。

2.2.1 海事航行安全保障

福建觀測網在臺灣海峽中線布設了5套大浮標、近岸沿海布設了14套生態浮標。由于臺灣海峽是我國重要的通航區，福建沿海往來漁船眾多，保障浮標在運行中免遭船舶碰撞是十分必要的。福建觀測網海上浮標在布設站位時就遠離航道區，大浮標還向海事部門申請發布海上航行通告，并由中國航海圖書出版社正式發布航海通告，近期海事部門還要求在已發布航行通告的大浮標上加裝AIS系統（船舶自動識別系統），采取該措施后能夠很好的避免海上船舶碰撞威脅。

2.2.2 安全看護和巡航

福建觀測網所有的觀測設備都實施了一對一的安全看護。近岸的生態浮標、驗潮站委托附近漁民或居民實施安全看護；地波雷達站常年有人值守；外海的大浮標創新采取安全巡航制度，委托在大浮標附近作業的漁船實施每月一次的安全巡航，開展浮標外觀檢查維護、拍照、定位、測風速風向等工作，同時對在附近生產的漁民進行宣傳。通過安全看護和巡航制度的實施，浮標管理部門可及時掌握浮標動態，采取相應措施，同時大大減少漁民惡意破壞事件，有效地保障了設備的運行安全。

2.2.3 數據值班

福建觀測網建立數據值班制度，安排專人進行全天候24 h數據值班，及時掌握數據接收情況、數據質量狀況及浮標安全在位情況。為減輕值班人員工作量，還研發了數據值班軟件，實現異常狀況快速反應。例如軟件設置了浮標定位安全范圍，一旦浮標發回定位數據超過這個范圍，軟件就能實現安全報警，便于值班人員第一時間發現安全隱患，及時通知浮標相關管理人員進行應急處置。

2.3 運行管理機制

福建觀測網在運行管理中考慮到觀測設備不同維護要求，分別采取不同的運行管理機制。生態浮標因為維護量大（每半個月需進行校準維護），布點分散，我們采取二級管理機制，每個浮標委托就近的國家海洋局海洋監測臺站實施業務化維護保養，同時和售后廠商簽訂技術支持協議，在發生故障時及時實施修復。地波雷達地處偏遠，每個站雇用3個當地技術人員實施長期值守。大浮標、驗潮站由我們直接管理，同時委托廠家實施技術支持，在實施專業性強的階段性工作時（例大浮標大修保養、驗潮站水準校核復核等），采取工程承包方式予以實施。

2.4 運行規章制度

為保障觀測網有序運行，先后組織編寫了《地波雷達運行管理工作制度》、《大浮標運行管理工作制度》、《生態浮標運行管理工作制度》、《沿海自動驗潮站運行管理工作制度》以及《儀器設備管理工作制度》，明確規定了各監測設備業務化運行中各項工作的開展和處置，為監測系統長期、有序、穩定運行提供了制度保障。

2.5 設備維護保養

臺灣海峽常年風大浪急，海況惡劣，各海上監測設備在運行期間，不可避免地會發生故障，福建觀測網建立了一套有效的設備維修保障機制，確保設備維護保養及時和有效。

2.5.1 海上設備維修

福建觀測網每個浮標都有相對固定的出海維修船只，同時與設備廠家建立良好業務聯系，配備一定數量易損傳感器等備品備件，在發生故障時判斷故障原因，帶齊維修工具和設備，在海況允許的情況下及時出海實施維護，保障了獲取數據的質量以及監測設備的持續穩定運行。

2.5.2 常規維護保養

生態浮標水質傳感器需經常性維護，我們委托沿海監測臺站開展生態浮標校準、保養等日常維護工作，定期實施傳感器校準、清洗，保障數據質量；沿海自動驗潮站定期進行水尺聯測、水準點復核及驗潮井清理等工作；地波雷達站根據運行情況，不定期實施天線、場地、設備和值班房維護，同時每年定期實施防雷設施維護，保障各監測設備處于穩定可靠的運行狀態。

2.5.3 安全應急處置

在福建觀測網建設運行過程中，也發生過浮標意外漂移損失事故，我們都及時采取了應急措施，利用長期合作漁船作為應急船只，同時都備有應急出海人員及必要設備，在發生突發事故時能第一時間趕赴現場實施救助。分析幾次事故原因，基本上都是浮標錨系上連接的卸扣或轉環出現松脫造成的，我們吸取這個經驗教訓，重新選擇質量信譽好的錨鏈廠商，定期更換錨鏈（一般2 a左右），同時在安裝時采取安全插銷卸扣或將卸扣焊接等處理手段，布放前詳細檢查確認，最大限度保障錨系的穩定可靠。

2.5.4 設備大修保養

臺灣海峽常年風大浪急，高溫高鹽高腐蝕的環境使海上設備運行2 a左右就需要回收進行大修保養。目前福建觀測網所有浮標基本上都實施過大修保養。回收保養盡量選取在每年的春初，避開臺風、冷空氣季節及赤潮多發期。一開始選取福建龍海國安船廠作為大浮標固定的大修保養基地，但造成一個不利因素是離該基地較遠的浮標拖帶費成倍上漲，維護成本大。在近兩年工作中，我們采取就近原則，在離每個浮標最近沿海選取合適船廠，租用船廠場地，委托專業浮標制造廠家前來修造，這樣有效降低回收布放拖帶費用，又保證了浮標大修的質量。回收大修時，標體進行重新噴砂、油漆，更換錨系和浮標電纜，重新標定或更換相關傳感器，全面檢修數據采集、供電、通訊等系統，同時進行必要的升級改造，使浮標處于全新的穩定運行狀態，保障運行質量。

2.6 質量控制

觀測網數據質量關系著數據應用的可靠，是業務化運行的重中之重，福建觀測網從建設一開始就十分重視數據質控工作，除了維護保養外，還投入了大量人力財力實施數據比測分析等工作，確保觀測網獲取數據的可靠。

2.6.1 數據比測與分析

觀測網大浮標、生態浮標和地波雷達等各監測設備在投入業務化試運行時，就分別實施了海上數據對比觀測工作，大浮標實施了48 h海上連續同步對比觀測，地波雷達在有效覆蓋區內對10個站位進行了48 h同步對比比測；生態浮標除了連續比測外，還規定在每次維護時采樣進行比測，驗潮站嚴格按照國家規范實施水尺聯測比對。還與國家海洋局第三海洋研究所、廈門大學、武漢大學建立起長期合作關系，委托技術團隊實施數據比測和分析工作，大浮標進行了長期數據跟蹤分析，一旦有異常情況，技術支持單位第一時間通知浮標管理部門實施維護維修，地波雷達長期利用浮標數據進行對比驗證，不斷改進軟件反演算法。

2.6.2 數據監控

除了數據值班人員進行24 h數據值班外，還開發了數據自動甄別軟件，設定數據可信范圍，及時發現異常數據。

2.7 技術隊伍和經費保障

福建觀測網充分利用福建省海洋管理職能，整合國家海洋局第三海洋研究所、廈門大學、福建海洋研究所“延平二號”海洋調查船、沿海海洋監測臺站、沿海海洋行政主管部門、海洋造船廠、海洋工程公司以及沿海漁民等技術及管理力量，以運行管理或技術服務協議形式明確相應的技術服務或運行管理工作內容，實施觀測網各項運行保障工作，形成了良好的業務合作關系。同時，也加強了自身的技術隊伍力量，專門成立了負責觀測網運行管理的部門，陸續引進了多名專業技術人員，舉辦了多期針對地波雷達、生態浮標等監測設備的運行管理技術培訓班，形成一支從技術管理、技術支持、安全保障、維修維護到應急處置的地方區域性海洋觀測網運行保障隊伍。同時，向上級行政主管部門爭取到了年度運行經費，穩定的經費支持和運行保障隊伍為福建觀測網的業務化運行提供了有力的基礎支撐。

3 集成應用

3.1 數據集成管理

福建觀測網通過有線、無線（CDMA或GPRS）、Inmarsat-C衛星和基于北斗的數據傳輸系統實時獲取海洋觀測數據，通過數據接收與分發平臺，按照海洋實時觀測數據的分類編碼標準、技術操作規范與質量管理體系實現實時入庫，經質量控制軟件自動甄別后，進入數據管理與共享平臺，構建海量的、多源的、異構的海洋觀測數據庫群；在數據管理與共享平臺上，實現數據分類管理、融合同化、瀏覽查詢和共享，為各海洋專題應用系統提供數據；通過應用集成與服務平臺，圍繞公眾服務、政府綜合決策等應用需求，為區域性海洋立體實時監測信息服務提供相應的信息產品，為臺灣海峽及周邊海域的海洋防災減災、海洋環境管理和海洋安全保障等提供從海洋立體實時觀測數據采集、傳輸、存儲、入庫、共享管理及實時展示等一條龍統一集成的應用服務。

圖2 觀測網數據集成示意圖

3.2 業務化應用

海洋觀測是海洋預報工作的基礎，它為海洋數值模型的建立和海洋災害預警報應用系統提供長期海洋環境基礎數據。福建觀測網數據一是應用于海洋數值模型的驗證和實時同化，有效提高海面風、風暴潮、海浪、三維溫鹽流數值模型的精度，尤其是在海上突發事故應急輔助決策系統中，海流模型實時同化地波雷達海面流場和大浮標表層流數據，實現了海流模型預報精度的提升，在實際應用中取得了良好成效，在近幾年多起海上突發事故中，海事部門依托該系統預報的軌跡成功救助起多名失蹤落水人員；二是用于預報輔助分析，例如預報員利用赤潮災害預警系統，分析實時獲取的生態浮標觀測數據，結合天氣形勢變化，做出赤潮預警；三是用于預報結果檢驗，提高預報員工作經驗；四是直接應用于政府防災決策和公眾信息服務，在政府防災決策時，由于有了海上實時觀測數據，省防汛部門可直接根據實時觀測數據情況和未來趨勢，做出更為科學合理的決策部署；同時通過福建省海洋預報臺網站、海洋信息通手機PDA系統、廣播和電視等媒體，實現多種渠道的觀測、預報信息應用服務。

4 幾點建議

4.1 推動觀測網長期運行

近幾年來，我國海洋觀測進入了一個快速發展階段，國家有關部門和相關省市都陸續建立了海上觀測系統，國家也正規劃建設全國海洋觀測體系。從福建觀測網近幾年建設和運行情況來看，觀測網建設要始終遵循從需求出發，并以長期業務化運行為目標，切不可重建設、輕運行，忽略了后期的運行保障，在建設規劃上要采取分步、分區原則，充分整合利用全國海洋技術和管理力量，成熟一個建設一個，確保業務化運行持續、大量的經費保障以及技術管理隊伍保障，以利于我國海洋觀測網持續穩步推進。

4.2 加快觀測網標準體系建設

通過多年的持續研發和改進，國家相關新型儀器設備形成了穩定的定型產品并實現產業化和業務運行，但相關觀測設備還未出臺相應的標準和規范，在運行管理上沒有統一的技術規范可以遵循，對一些進口傳感器缺少校驗方法和手段，影響了觀測網的儀器設備標準化。建議國家相關部門盡快實施觀測網標準體系建設，制定相關技術規范和標準，有效規范觀測網業務化運行。

4.3 充分整合現有資源，建立一體化的全國海洋觀測系統

近年來，氣象部門、科研部門也正實施建設相應的海洋觀測系統，為了避免重復建設，海洋部門應充分整合相關部門觀測系統，納入全國海洋觀測體系，合理規劃布局，建立一體化的全國海洋觀測系統，在運行管理上可采取分區、分部門管理機制，統一規范，充分調動其它部門和地方海洋管理部門積極性，共同實施我國海洋觀測系統建設和運行。

4.4 強化數據應用，建立共享機制

觀測數據開發應用是觀測網發展的動力，只有將獲取的數據全面利用，才能更好地推動觀測網繼續往精、深方向發展。加強業務應用也能及時發現觀測網數據存在的問題，更好地推動數據質控工作。建議我國觀測網在數據資料應用上采取相對開放的機制，在體制內相關業務和科研部門實現數據資料共享，更好地發揮觀測數據作用，為我國海洋防災減災、海洋綜合管理和國防安全提供更有力的支持和服務。

[1]惠少堂.關于建立中國海洋觀測系統的國家計劃[J].海洋管理,2001,1:40-45.

[2]袁玲玲,郭小勇,徐春紅,等.標準化在海洋觀測預報及防災減災中的作用及對策[J].中國標準化,2011,3:51-54.

[3]李穎虹,王凡,任小波.海洋觀測能力建設的現狀、趨勢與對策思考[J].地球科學進展,2010,7:715-722.

Application and Construction of Fujian Province Marine Observation Demonstration Network

ZHANG You-quan

（Fujian Marine Forecasts,Fuzhou Fujian 350003,China）

The application and operation management situation of Fujian province marine observation demonstration network was introduced firstly.Then,the experience of station layout,safety control,maintenance,data quality control,data integration and application was comprehensively summarized.Finally,key factors of construction and operation of the observation demonstration network were analyzed and the measures and suggestions to strengthen the construction and operation management were given.

marine observation;construction;operation;application

P71

B

1003-2029(2012)01-0111-04

2011-11-20

國家高技術研究發展計劃（863）資助項目（2006AA09A301）

張友權(1976-)，男，工程師，研究方向為海洋觀測。