一、背景介紹
南大洋西風帶是全球海、氣、冰相互作用的重點海域，是全球水循環、熱循環、碳循環的重要組成部分，對氣候變化研究和海洋氣象預報具有重要意義。但由于其氣象、海洋環境惡劣，目前國際上現場資料較少，尤其是長期實時觀測數據嚴重缺乏。
西風帶環境監測浮標的重要應用場景
西風帶環境監測浮標是一種適用于極端環境的水文氣象自動觀測平臺。可根據實際需求搭載測量不同海洋環境要素的傳感器，實現自動連續觀測與遠程數據傳輸。具有固定海域觀測時間長期連續、復雜海洋環境適應性強、觀測數據準確度高、無人值守全自動化、水面水下觀測兼顧等優點。西風帶環境監測浮標能夠在不同時間尺度上、多種惡劣天氣情況下、復雜海洋水體環境中連續獲取海上資料，特別是在臺風、風暴潮等惡劣環境條件下直接獲取具有代表性和實時性的海洋環境過程資料，具有不可替代的重要作用。因此，西風帶環境監測浮標不僅可應用于西風帶海域水文氣象觀測，也可廣泛應用于海洋環境監測、預警預報、防災減災、資源開發、海上交通、漁業生產、軍事活動保障等方面。
二、技術發展歷程
國家海洋技術中心是我國最早從事浮標技術研發的科研單位之一。在“九五863”計劃支持下研制了國內首套水質浮標，獲得國家科學技術進步二等獎；在“十五863”計劃支持下，研制了首套小型多參數海洋環境監測浮標，國內首次實現感應耦合傳輸技術、彈性系留在浮標上的應用。“十三五”期間，作為項目牽頭單位承擔了國家重點研發計劃“海氣界面觀測浮標國產化技術研究”，實現了海氣界面觀測浮標的全系統國產化和水下1000 m溫鹽深流剖面觀測，性能指標達到國內領先水平。2018年，針對我國極端環境深海觀測浮標薄弱環節，原國家海洋局委托國家海洋技術中心開展西風帶環境監測浮標研制，并于2019年和2020年在我國第35、36次南極科考中成功布放于南大洋海域，在國際上首次實現“魔鬼”西風帶核心區域的跨年度綜合觀測。
經過多年的科研攻關和不懈努力，現已研制多種尺寸規格的浮標，包括直徑10 m、6 m、3 m、2.4 m和2 m等多種型號。在功能上有通用型的水文氣象觀測浮標，專用型的海洋生態水質監測浮標、波浪浮標和應急核輻射監測浮標等。已在國內海洋環境觀測和海洋科學研究中發揮了巨大作用。
浮標發展歷程
三、突破核心關鍵技術，實現自主創新
“咆哮西風帶”是南半球西風帶的形象稱呼，已有觀測資料記錄的最大風速達35 m/s，浪高34 m。西風帶的高海況不僅會導致浮標結構、供電設備和觀測設備的沖擊斷裂失效，而且由于浮標系統長期處于復雜交變載荷狀態下，還會導致浮標結構的疲勞斷裂失效。浮標的數據采集控制系統長期工作在高強度多頻振動環境下，其工作的可靠穩定性將直線下降。盡管困難復雜多樣，且國內外的浮標工程理論資料和成功案例少，項目組成員還是在現有工程經驗的基礎上，深入學習中外浮標工程理論，按照先整體后個體、分階段分層次的思路解決困難，采取理論分析與試驗驗證相結合的方法，突破浮標體的環境適應性技術和數據采集的穩定性技術，最終完成了環境適應性強、穩定性高的西風帶環境監測浮標的研制。
該浮標于2019年和2020年在我國第35、36次南極科考中成功布放于南大洋海域，填補了國內空白。浮標在海上連續運行約20個月，觀測數據符合海氣相互作用規律。2021年5月成功完成了第二套浮標的回收，通過檢測發現回收后的浮標主體外觀良好，系統運行正常。
西風帶環境監測浮標水槽測試
西風帶環境監測浮標成功布放
目前只有美國的伍茲霍爾海洋研究所在西風帶海域成功布放過錨系浮標，而且也處于不斷探索優化過程中。國內首套西風帶環境觀測浮標的成功研制，標志著我國在極端環境浮標技術方面達到國際領先水平，有力提升了我國在極地極端環境下的信息感知能力。
浮標在位運行期間觀測數據
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