福建海洋觀測示范網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)集成應用及運行管理情況，全面歸納總結福建觀測網(wǎng)在站位布設、安全保障、維護保養(yǎng)、數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)應用等建設運行管理過程中的經(jīng)驗教訓及創(chuàng)新做法，分析影響觀測網(wǎng)建設運行的關鍵因素，提出加強觀測網(wǎng)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(huán)境立體實時觀測網(wǎng)是長期獲取海洋環(huán)境數(shù)據(jù)資料的重要手段，它具有獲取資料全面、實時性好等優(yōu)勢，在區(qū)域海洋防災減災、海洋科研、國防安全等方面發(fā)揮著重要作用。近幾年來國家在觀測網(wǎng)方面投入了大量資金，我國的海洋觀測網(wǎng)建設進入了一個快速發(fā)展階段。但是，由于海洋環(huán)境的復雜性以及海上作業(yè)的難度，觀測網(wǎng)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(guī)范運行管理標準，是保障觀測網(wǎng)長期穩(wěn)定運行的亟待解決的課題。

1 福建海洋觀測示范網(wǎng)簡介

福建海洋觀測示范網(wǎng)（以下簡稱“福建觀測網(wǎng)”）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(huán)境實時立體監(jiān)測系統(tǒng)”福建示范區(qū)項目，以及“十一五”國家863計劃海洋技術領域“海洋動力環(huán)境立體實時監(jiān)測系統(tǒng)示范”課題建設和帶動，加上福建省持續(xù)投入，經(jīng)過近10 a的努力建成，目前國內(nèi)最先進的、運行時間最長的區(qū)域性實時立體監(jiān)測示范系統(tǒng)。福建觀測網(wǎng)由5套大浮標、14套生態(tài)浮標、1套中程地波雷達監(jiān)測系統(tǒng)、2套海床基、1套實時傳輸潛標、1套衛(wèi)星遙感接收系統(tǒng)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(jiān)測數(shù)據(jù)接收網(wǎng)絡，構建了數(shù)據(jù)接收與分發(fā)平臺，實現(xiàn)了海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)實時、自動入庫、標準化存儲。研發(fā)了數(shù)據(jù)質(zhì)控甄別程序、數(shù)據(jù)值班程序，加強了數(shù)據(jù)管理與質(zhì)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(huán)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(shù)據(jù)，近岸港灣溶解氧、水溫、鹽度、葉綠素、濁度、pH值等海洋生態(tài)環(huán)境觀測數(shù)據(jù)，臺灣海峽海面風場、浪場、流場數(shù)據(jù)以及沿岸潮汐數(shù)據(jù)，觀測要素達26項，獲取數(shù)據(jù)達6.0 T，234.3萬組（截至2011年6月30日），獲取的數(shù)據(jù)應用于相關海洋防災減災應用系統(tǒng)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(shù)據(jù)支撐，福建省海洋災害監(jiān)測預警能力得到顯著提升。

2 建設及運行管理

福建觀測網(wǎng)從建設一開始就緊緊圍繞實際需求和業(yè)務化運行目標，全面規(guī)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(chuàng)新運行管理機制，加強數(shù)據(jù)比測和質(zhì)量控制，實施全面維護保養(yǎng)，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(wǎng)業(yè)務化運行保障隊伍，爭取到了長期業(yè)務經(jīng)費支持，有力保障了系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

2.1 觀測站位布設

觀測站位布設是觀測網(wǎng)建設的前提，福建觀測網(wǎng)根據(jù)國家與福建省在風暴潮預警預報、海上突發(fā)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(huán)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(huán)境，從長期運行要求出發(fā)，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(tài)浮標為例，福建省生態(tài)浮標主要用于沿海赤潮監(jiān)測和預警，在布設站位時選取赤潮頻發(fā)區(qū)，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(diào)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(jīng)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?shù)赜煤＜坝^測建設規(guī)劃，并要考慮周邊相關利益者協(xié)調(diào)，避免建設及業(yè)務化期間出現(xiàn)不利影響，確保站位能長期穩(wěn)定運行。

圖1 福建海洋觀測網(wǎng)布局示意圖

2.2 安全保障措施

觀測設備安全是業(yè)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(fā)生故障及丟失等事故，造成巨大損失，因此福建觀測網(wǎng)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(wǎng)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(tài)浮標。由于臺灣海峽是我國重要的通航區(qū)，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(wǎng)海上浮標在布設站位時就遠離航道區(qū)，大浮標還向海事部門申請發(fā)布海上航行通告，并由中國航海圖書出版社正式發(fā)布航海通告，近期海事部門還要求在已發(fā)布航行通告的大浮標上加裝AIS系統(tǒng)（船舶自動識別系統(tǒng)），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(wǎng)所有的觀測設備都實施了一對一的安全看護。近岸的生態(tài)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(chuàng)新采取安全巡航制度，委托在大浮標附近作業(yè)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(chǎn)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(tài)，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(shù)據(jù)值班

福建觀測網(wǎng)建立數(shù)據(jù)值班制度，安排專人進行全天候24 h數(shù)據(jù)值班，及時掌握數(shù)據(jù)接收情況、數(shù)據(jù)質(zhì)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(fā)了數(shù)據(jù)值班軟件，實現(xiàn)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(fā)回定位數(shù)據(jù)超過這個范圍，軟件就能實現(xiàn)安全報警，便于值班人員第一時間發(fā)現(xiàn)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(wǎng)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(tài)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(jiān)測臺站實施業(yè)務化維護保養(yǎng)，同時和售后廠商簽訂技術支持協(xié)議，在發(fā)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?shù)丶夹g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(yè)性強的階段性工作時（例大浮標大修保養(yǎng)、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(guī)章制度

為保障觀測網(wǎng)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(tài)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(guī)定了各監(jiān)測設備業(yè)務化運行中各項工作的開展和處置，為監(jiān)測系統(tǒng)長期、有序、穩(wěn)定運行提供了制度保障。

2.5 設備維護保養(yǎng)

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

2.5.1 海上設備維修

福建觀測網(wǎng)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(yè)務聯(lián)系，配備一定數(shù)量易損傳感器等備品備件，在發(fā)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(shù)據(jù)的質(zhì)量以及監(jiān)測設備的持續(xù)穩(wěn)定運行。

2.5.2 常規(guī)維護保養(yǎng)

生態(tài)浮標水質(zhì)傳感器需經(jīng)常性維護，我們委托沿海監(jiān)測臺站開展生態(tài)浮標校準、保養(yǎng)等日常維護工作，定期實施傳感器校準、清洗，保障數(shù)據(jù)質(zhì)量；沿海自動驗潮站定期進行水尺聯(lián)測、水準點復核及驗潮井清理等工作；地波雷達站根據(jù)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(jiān)測設備處于穩(wěn)定可靠的運行狀態(tài)。

2.5.3 安全應急處置

在福建觀測網(wǎng)建設運行過程中，也發(fā)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(fā)生突發(fā)事故時能第一時間趕赴現(xiàn)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(huán)出現(xiàn)松脫造成的，我們吸取這個經(jīng)驗教訓，重新選擇質(zhì)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(wěn)定可靠。

2.5.4 設備大修保養(yǎng)

臺灣海峽常年風大浪急，高溫高鹽高腐蝕的環(huán)境使海上設備運行2 a左右就需要回收進行大修保養(yǎng)。目前福建觀測網(wǎng)所有浮標基本上都實施過大修保養(yǎng)。回收保養(yǎng)盡量選取在每年的春初，避開臺風、冷空氣季節(jié)及赤潮多發(fā)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(yǎng)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(yè)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(zhì)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(shù)據(jù)采集、供電、通訊等系統(tǒng)，同時進行必要的升級改造，使浮標處于全新的穩(wěn)定運行狀態(tài)，保障運行質(zhì)量。

2.6 質(zhì)量控制

觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量關系著數(shù)據(jù)應用的可靠，是業(yè)務化運行的重中之重，福建觀測網(wǎng)從建設一開始就十分重視數(shù)據(jù)質(zhì)控工作，除了維護保養(yǎng)外，還投入了大量人力財力實施數(shù)據(jù)比測分析等工作，確保觀測網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)的可靠。

2.6.1 數(shù)據(jù)比測與分析

觀測網(wǎng)大浮標、生態(tài)浮標和地波雷達等各監(jiān)測設備在投入業(yè)務化試運行時，就分別實施了海上數(shù)據(jù)對比觀測工作，大浮標實施了48 h海上連續(xù)同步對比觀測，地波雷達在有效覆蓋區(qū)內(nèi)對10個站位進行了48 h同步對比比測；生態(tài)浮標除了連續(xù)比測外，還規(guī)定在每次維護時采樣進行比測，驗潮站嚴格按照國家規(guī)范實施水尺聯(lián)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(shù)據(jù)比測和分析工作，大浮標進行了長期數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行對比驗證，不斷改進軟件反演算法。

2.6.2 數(shù)據(jù)監(jiān)控

除了數(shù)據(jù)值班人員進行24 h數(shù)據(jù)值班外，還開發(fā)了數(shù)據(jù)自動甄別軟件，設定數(shù)據(jù)可信范圍，及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。

2.7 技術隊伍和經(jīng)費保障

福建觀測網(wǎng)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(diào)查船、沿海海洋監(jiān)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(xié)議形式明確相應的技術服務或運行管理工作內(nèi)容，實施觀測網(wǎng)各項運行保障工作，形成了良好的業(yè)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(wǎng)運行管理的部門，陸續(xù)引進了多名專業(yè)技術人員，舉辦了多期針對地波雷達、生態(tài)浮標等監(jiān)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(qū)域性海洋觀測網(wǎng)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(jīng)費，穩(wěn)定的經(jīng)費支持和運行保障隊伍為福建觀測網(wǎng)的業(yè)務化運行提供了有力的基礎支撐。

3 集成應用

3.1 數(shù)據(jù)集成管理

福建觀測網(wǎng)通過有線、無線（CDMA或GPRS）、Inmarsat-C衛(wèi)星和基于北斗的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實時獲取海洋觀測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)接收與分發(fā)平臺，按照海洋實時觀測數(shù)據(jù)的分類編碼標準、技術操作規(guī)范與質(zhì)量管理體系實現(xiàn)實時入庫，經(jīng)質(zhì)量控制軟件自動甄別后，進入數(shù)據(jù)管理與共享平臺，構建海量的、多源的、異構的海洋觀測數(shù)據(jù)庫群；在數(shù)據(jù)管理與共享平臺上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tǒng)提供數(shù)據(jù)；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(qū)域性海洋立體實時監(jiān)測信息服務提供相應的信息產(chǎn)品，為臺灣海峽及周邊海域的海洋防災減災、海洋環(huán)境管理和海洋安全保障等提供從海洋立體實時觀測數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、入庫、共享管理及實時展示等一條龍統(tǒng)一集成的應用服務。

圖2 觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)集成示意圖

3.2 業(yè)務化應用

海洋觀測是海洋預報工作的基礎，它為海洋數(shù)值模型的建立和海洋災害預警報應用系統(tǒng)提供長期海洋環(huán)境基礎數(shù)據(jù)。福建觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)一是應用于海洋數(shù)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(shù)值模型的精度，尤其是在海上突發(fā)事故應急輔助決策系統(tǒng)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)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(fā)事故中，海事部門依托該系統(tǒng)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(tǒng)，分析實時獲取的生態(tài)浮標觀測數(shù)據(jù)，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(jīng)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(shù)據(jù)，省防汛部門可直接根據(jù)實時觀測數(shù)據(jù)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(wǎng)站、海洋信息通手機PDA系統(tǒng)、廣播和電視等媒體，實現(xiàn)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(wǎng)長期運行

近幾年來，我國海洋觀測進入了一個快速發(fā)展階段，國家有關部門和相關省市都陸續(xù)建立了海上觀測系統(tǒng)，國家也正規(guī)劃建設全國海洋觀測體系。從福建觀測網(wǎng)近幾年建設和運行情況來看，觀測網(wǎng)建設要始終遵循從需求出發(fā)，并以長期業(yè)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(guī)劃上要采取分步、分區(qū)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(yè)務化運行持續(xù)、大量的經(jīng)費保障以及技術管理隊伍保障，以利于我國海洋觀測網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)步推進。

4.2 加快觀測網(wǎng)標準體系建設

通過多年的持續(xù)研發(fā)和改進，國家相關新型儀器設備形成了穩(wěn)定的定型產(chǎn)品并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和業(yè)務運行，但相關觀測設備還未出臺相應的標準和規(guī)范，在運行管理上沒有統(tǒng)一的技術規(guī)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(wǎng)的儀器設備標準化。建議國家相關部門盡快實施觀測網(wǎng)標準體系建設，制定相關技術規(guī)范和標準，有效規(guī)范觀測網(wǎng)業(yè)務化運行。

4.3 充分整合現(xiàn)有資源，建立一體化的全國海洋觀測系統(tǒng)

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(tǒng)，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(tǒng)，納入全國海洋觀測體系，合理規(guī)劃布局，建立一體化的全國海洋觀測系統(tǒng)，在運行管理上可采取分區(qū)、分部門管理機制，統(tǒng)一規(guī)范，充分調(diào)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(tǒng)建設和運行。

4.4 強化數(shù)據(jù)應用，建立共享機制

觀測數(shù)據(jù)開發(fā)應用是觀測網(wǎng)發(fā)展的動力，只有將獲取的數(shù)據(jù)全面利用，才能更好地推動觀測網(wǎng)繼續(xù)往精、深方向發(fā)展。加強業(yè)務應用也能及時發(fā)現(xiàn)觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)存在的問題，更好地推動數(shù)據(jù)質(zhì)控工作。建議我國觀測網(wǎng)在數(shù)據(jù)資料應用上采取相對開放的機制，在體制內(nèi)相關業(yè)務和科研部門實現(xiàn)數(shù)據(jù)資料共享，更好地發(fā)揮觀測數(shù)據(jù)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(tǒng)的國家計劃[J].海洋管理,2001,1:40-45.

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[3]李穎虹,王凡,任小波.海洋觀測能力建設的現(xiàn)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(fā)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。