2016年12月10日，當(dāng)一封電子郵件傳回海洋所605辦公室，大洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)課題組全體科研人員都沸騰了：“我們的數(shù)據(jù)成功傳回了！”
這是深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)從深海傳來的第一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，海洋所所長(zhǎng)、研究員王凡帶領(lǐng)跨領(lǐng)域交叉團(tuán)隊(duì)終于攻克了深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)氖澜缂?jí)難題，使我國西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)從最初的科學(xué)構(gòu)想變成了現(xiàn)實(shí)！
時(shí)至今日，歷時(shí)10年，該團(tuán)隊(duì)已成功建成世界首個(gè)具備實(shí)時(shí)傳輸能力的潛標(biāo)觀測(cè)陣列。
孜孜求索
開啟我國西太平洋潛標(biāo)觀測(cè)新時(shí)代
時(shí)間追溯到2010年11月15日，“科學(xué)一號(hào)”科學(xué)考察船自青島起航，王凡擔(dān)任航次首席科學(xué)家，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在熱帶西太平洋成功布放了第一套深海潛標(biāo)。
“西太平洋不僅是全球氣候影響變化最顯著的區(qū)域，同時(shí)也是中國從近海走向大洋的必經(jīng)之地，對(duì)我國有著重要的戰(zhàn)略意義。”王凡說。
該團(tuán)隊(duì)將第一套潛標(biāo)設(shè)置在最深達(dá)萬米的菲律賓海溝西側(cè)陡坡上，其布放的理想?yún)^(qū)域只有2公里見方，在此處布放潛標(biāo)就如同從狂風(fēng)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，難度可想而知。
“實(shí)際設(shè)計(jì)和操作過程是非常復(fù)雜的。深海大洋中，海面風(fēng)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(jì)、布放潛標(biāo)并保證其能長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行，耗費(fèi)了我們大量心力。”王凡回憶起10年前首次作業(yè)時(shí)不禁感慨。
而實(shí)際情況是，船舶條件落后、團(tuán)隊(duì)缺少經(jīng)驗(yàn)，于是，王凡帶著隊(duì)員們反復(fù)觀摩國際上其他國家的潛標(biāo)布放視頻，前后召開了10多次航次前方案論證會(huì)。他們根據(jù)潛標(biāo)布放的不同技術(shù)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)作業(yè)流程圖，標(biāo)明每個(gè)隊(duì)員在不同環(huán)節(jié)的位置和工作，并進(jìn)行多次“實(shí)戰(zhàn)演習(xí)”。終于，在團(tuán)隊(duì)的共同努力下，第一套潛標(biāo)布放成功，邁出了關(guān)鍵的第一步。
尤其是2010年開始布放的6100米深海潛標(biāo)，是我國在太平洋首次成功布放的大深度潛標(biāo)。其后，團(tuán)隊(duì)在連續(xù)4個(gè)航次成功回收和布放，圓滿完成了潛標(biāo)觀測(cè)任務(wù)，開啟了我國西太平洋潛標(biāo)觀測(cè)的新時(shí)代。
攻堅(jiān)克難
建成我國首個(gè)深�？茖W(xué)觀測(cè)網(wǎng)
2015年，在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持下，王凡擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始實(shí)施西太平洋潛標(biāo)陣列觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)。
“這是我們面臨的非常關(guān)鍵的一個(gè)航次，航次能否成功完成15套次潛標(biāo)回收和布放任務(wù)，決定了潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)的成敗。”王凡嚴(yán)肅地說。
當(dāng)時(shí)擔(dān)心團(tuán)隊(duì)年輕科學(xué)家有壓力，時(shí)任海洋所黨委書記、副所長(zhǎng)的王凡決定自己擔(dān)任首席科學(xué)家，帶隊(duì)出發(fā)執(zhí)行此航次。團(tuán)隊(duì)搭載我國新一代科學(xué)考察船“科學(xué)”號(hào)，成功回收15套深海潛標(biāo)，維護(hù)后再布放13套深海潛標(biāo)，完成了初步構(gòu)建深海潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)的目標(biāo)。
為提高潛標(biāo)布放、回收的成功率和工作效率，出發(fā)前，王凡帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)前面幾個(gè)航次的作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，摸索建立了一套行之有效的關(guān)于深海觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化流程。海上布放、回收潛標(biāo)的技術(shù)熟練程度，也從剛開始的每個(gè)航次布放回收一兩個(gè)潛標(biāo)，到后面每個(gè)航次完成數(shù)十次潛標(biāo)布放、回收、維護(hù)和數(shù)據(jù)采集工作。
“近6年來，潛標(biāo)的成功回收率已達(dá)到97.1%，標(biāo)志著潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了潛標(biāo)布放和回收的標(biāo)準(zhǔn)化、批量化和常態(tài)化，這在國際海洋觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)中也是首屈一指的。”王凡微笑著表示。
創(chuàng)新突破
從“錄像回放”到“現(xiàn)場(chǎng)直播”的跨越
建設(shè)西太觀測(cè)網(wǎng)的另一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)深海數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
“只有實(shí)現(xiàn)了深海數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，才能真正助力我國海洋環(huán)境氣候預(yù)報(bào)水平的提高。”王凡指出。
從2015年到2018年的4年間，王凡帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)始終致力于解決潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)燃夹g(shù)問題，研發(fā)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)系統(tǒng)。
2015年，團(tuán)隊(duì)遭遇了科研歷程中的“滑鐵盧”，海上試驗(yàn)的兩個(gè)實(shí)時(shí)傳輸方案都失敗了，巨大壓力向他們襲來。冷靜應(yīng)對(duì)，查找問題。一次次的團(tuán)隊(duì)分析，一次次的反復(fù)研討，2016年，第一套實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)終于成功布放，實(shí)現(xiàn)了1000米深度以上三維流速數(shù)據(jù)1小時(shí)1次實(shí)時(shí)傳輸。
“數(shù)據(jù)每小時(shí)回傳一次，打開手機(jī)就可以看到遠(yuǎn)在西太平洋的深海潛標(biāo)剛剛傳回來的深海觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括每8米一層的洋流的流速、流向等。”王凡欣慰地表示，“我們終于在深海大洋實(shí)現(xiàn)了從‘錄像回放’到‘現(xiàn)場(chǎng)直播’的跨越，實(shí)現(xiàn)了深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化傳輸這一重要技術(shù)突破。”
砥礪前行
建成世界首個(gè)實(shí)時(shí)傳輸?shù)臐摌?biāo)觀測(cè)陣列
科研的探索之路永無止境。
2017年至2019年，王凡團(tuán)隊(duì)搭載著“科學(xué)”號(hào)科學(xué)考察船繼續(xù)對(duì)西太平洋觀測(cè)網(wǎng)20套潛標(biāo)進(jìn)行維護(hù)升級(jí)，具備實(shí)時(shí)傳輸功能的潛標(biāo)數(shù)量達(dá)到10套，并實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)重大突破。
2017年對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)完善和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了從單套到組網(wǎng)、從水下1000米到3000米的深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ芡卣�，�?biāo)志著西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的初步建成。2018年團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了由北斗衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，改變了以往依賴國外通信衛(wèi)星的歷史，提高了深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)陌踩�、自主性和可靠性，同時(shí)融合感應(yīng)耦合和聲學(xué)通信技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了深海6000米全水深數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。2019年進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了北斗衛(wèi)星的雙向通訊，數(shù)據(jù)不僅可以實(shí)時(shí)回傳至岸基辦公室，工作人員也可以在辦公室遠(yuǎn)程控制深海中的設(shè)備。
在此期間，深海連續(xù)和實(shí)時(shí)觀測(cè)能力穩(wěn)步提升。具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能的潛標(biāo)套數(shù)、設(shè)備深度、設(shè)備密度逐步增加，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期性大幅度提高，10余套實(shí)時(shí)潛標(biāo)一年周期內(nèi)平均運(yùn)行天數(shù)超過260天。觀測(cè)網(wǎng)的20套深海潛標(biāo)、3套大型浮標(biāo)共千余件觀測(cè)設(shè)備已穩(wěn)定獲取連續(xù)6年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，不斷刷新我國觀測(cè)網(wǎng)獲取深海數(shù)據(jù)的最長(zhǎng)時(shí)間紀(jì)錄。
同時(shí)，觀測(cè)平臺(tái)更加多樣化，既包含了實(shí)時(shí)潛標(biāo)和實(shí)時(shí)浮標(biāo)等固定觀測(cè)平臺(tái)，也包含了剖面浮標(biāo)和船載移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)了大洋上層和中深層的全覆蓋，并建立了實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析和應(yīng)用平臺(tái)。
“經(jīng)過10年的建設(shè)，可以說，我們建成了世界首個(gè)實(shí)時(shí)傳輸?shù)臐摌?biāo)觀測(cè)陣列。”王凡說，“這在世界海洋科考史上都具有重要意義，對(duì)我國深海探測(cè)能力和深�？茖W(xué)研究能力提升意義重大，加速了我國海洋環(huán)境和氣候預(yù)報(bào)能力的提高。”
“對(duì)深海大洋的探索我們要走的路還很長(zhǎng)，我們要將自主建設(shè)的西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行下去，獲取更長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)；通過進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新，增強(qiáng)水下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)姆�(wěn)定性和長(zhǎng)期性；繼續(xù)推動(dòng)實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)在海洋環(huán)境和氣候模擬預(yù)報(bào)中應(yīng)用；提高對(duì)世界海洋科學(xué)認(rèn)知和科學(xué)計(jì)劃的貢獻(xiàn)度，提高我們自主觀測(cè)技術(shù)對(duì)全球觀測(cè)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)度。這是我們的責(zé)任。”對(duì)未來，王凡堅(jiān)定地表示。
王凡團(tuán)隊(duì)正一步一步向著他們的目標(biāo)扎實(shí)邁進(jìn)……