浅谈国外海洋资料浮标标体发展历程

◎郭少琼 刘愉强

1.广东工业大学；2.国家海洋局南海调查技术中心

1.前言

人类赖以生存的地球，海洋占了表面的70%以上，约为三亿六千一百万平方千米。在人类数千年的文明历史进程中，海洋作为人类生活的环境，一直受到人们极大的关注。它调节着地球的气候，蕴藏着取之不尽、用之不竭的动力资源、矿产资源、生物资源和化学资源，它是天然的交通大道和国防前哨，又是认识宇宙、发展自然科学理论的理想试验场。进入20世纪60年代后，海洋进一步成为国际上的重点研究对象之一。从20世纪70年代以来，人们探索海洋已不再局限于传统的了解海洋的一般状况，而是通过各种手段和途径以期全力提高海洋综合开发利用能力为主体的科学研究活动。

1872—1876年，英国皇家学会组织并主持“挑战者”号在大西洋、太平洋和印度洋进行了历时三年半的环球调查，全部航程达126000千米[1]，至此，开始了系统的和有目的的科学海洋考察。20世纪50年代以后，由于海洋在战略和经济上的意义日趋重要，世界上相继建立了不少与海洋有关的国际机构，并多次组织了规模宏大的国际海洋联合考察，如1955年由美国加利福尼亚大学克里普斯海洋研究所发起的“国际北太平洋合作调查”计划，美、日、苏、加等国的21艘船只参加，调查涉及水文、气象、生物、化学各学科。此外，1960年在哥本哈根召开了国际海洋学研究政府间会议，组成了隶属于联合国教科文组织的政府间海洋学委员会，该机构已成为全世界海洋事业的中心。1991年，海洋观测系统（GOOS）成立，有利于协调各国观测资源，积极应用新技术和新手段，使得全球海洋观测能力持续提升。目前已形成了由剖面漂流浮标、多种形式的锚系浮标和平台、海洋站、海洋高频雷达站、调查船、志愿船、水下滑翔器和动物遥测等多种观测手段组成的全球观测网络，并通过世界气象组织—政府间海洋学委员会海洋与海洋气象原位观测联合支持中心进行观测平台和数据的整合与监控[2]。

作为海洋环境监测自动化重要设备之一的海洋资料浮标，在海洋观测网中的地位越来越受到重视，它与卫星、飞机、调查船、海床基及海滨测量构成现代化海洋大气环境立体监测系统。与船只、飞机、海岛等方式相比较，海洋资料浮标既经济灵活，又以全天候定点连续观测的优势被越来越多的国家广泛应用在海洋天气预报、海洋资料开发、国防建设和科学研究上。

2.国外海洋资料浮标标体的发展历程

2.1 二十世纪发展情况

海洋资料浮标是根据海洋天气预报、海洋资料开发和科学研究的需要而发展起来的一种新型海洋水文气象观测平台。其研究工作从60年代初始于美国，到60年代中期以后，一些科学技术发达的国家（如英国、日本、法国、西德、挪威、加拿大、苏联、意大利等）也相继开展了浮标的研制工作[3]。

美国在60年代末、70年代初用12米直径圆盘型浮标，但由于造价问题而使其发展受到限制。1973年通过对浮标造价、寿命及性能的综合考虑，将12米浮标的尺寸按比例缩为10米。1974年，美国国家资料浮标中心在其浮标网中所使用的浮标已有三种类型：排水量为90吨和52吨，直径为12米和10米的钢制圆盘型壳体浮标以及排水量为8.7吨，长为6米的NOMAD船型壳体浮标。NOMAD船型浮标是从Roberts浮标发展而来的，第二代NOMAD船型浮标取名VENOMAD浮标，由Aldi公司承担制造。VENOMAD浮标采用5086铝合金建造，甲板和侧板厚度12.7毫米，底板厚15.9毫米，底部约有2948公斤（6500磅）袋装铅粒压载，使其达到设计的排水量，并避免大角度倾斜时压载物的移动。浮体有3个电池舱和1个电子仪器舱，呈船形壳体，长6米，宽约3米，深2.1米，初稳心高0.52米，重心高1.29米，排水量8732公斤（19250磅），储备浮力8845公斤（19500磅），横摇周期3.5秒，纵摇周期2.4秒，纵/横摇2.6弧度/秒2。

图1 VE-NOMAD浮标

图2 美国海洋资料浮标类型示意图

图3 DS14型海洋资料浮标总装图

从1985年开始，美国国家资料浮标中心决定用造价仅为12米浮标1/25的3米直径圆盘型浮标逐步代替在海况不大恶劣海区的6米船型NOMAD浮标站位，用NOMAD浮标取代12米圆盘型浮标站位，12米浮标只用于海况条件特别恶劣的海区（如白令海）。由于布放不多，美国国家资料浮标中心决定不再生产12米浮标。据统计，截止至1990年，在其领海海域布放的各类浮标（直径12米、10米、3米的圆形浮标和6米船形浮标）总数中，3米小浮标约占总数的50%以上。

英国第一代资料浮标的典型代表是DB1型，其壳体直径为8米，重量为40吨左右。第二代浮标是DB2和DB3型，是为英国新的四年海洋水文气象资料收集计划而设计的，它们是DB1型的改进型，其壳体直径为6米，重22吨；1985年英国又研制了3米直径、重3吨的Seawatch型圆盘型浮标，取代DB2型的站位，DB2型将被移至别的海区。另外，英国的Marex技术有限公司从1975年起到1985年1月间制造了37个3米直径圆盘型浮标，这些浮标除英国布放用外，还远销世界许多国家。

其中DS14型海洋资料浮标是英国Marex技术有限公司生产的代表型产品。DS14型海洋资料浮标主要参数：圆环状壳体外径2.8米，内径1.65米，高0.9米；三脚架高度1.2米，桅杆长度4米，传感器圈直径1.25米；龙骨长度6.8米，配重重量268公斤～293公斤；龙骨和壳体的重心在壳体底板下方1.1米处，浮心在壳体底板上方0.26米处；浮标总重量2600公斤，储备浮力2100公斤。DS14型海洋资料浮标在结构方面有两个特点：第一，采用圆环状壳体。整个圆环隔成6隔密封的浮力舱，允许其中任意2个进水后壳体保持不沉。圆环中部分成7个仪器井，供安放仪器舱之用。仪器舱用聚乙烯材料制作，密封，呈圆筒状，直接浸泡在井内海水中。第二，鉴于浮标桅杆高度与壳体直径之比远大于1，在壳体下面专门设置了龙骨和配重。当浮标在风浪作用下倾斜时，龙骨和配重产生反向力矩，使浮标迅速恢复平衡，从而保证浮体具有良好的随波性能，有利于波高的精确测量。截止到1990年底，此种小浮标在世界各海域共布放40多个，使用面很广。

2.2 二十一世纪发展情况

进入21 世纪，国外的海洋资料浮标产品主要是以小型浮标为主，如美国InterOcean systems公司海洋监测浮标（OFFSHOREMONITORING BUOY），法国IXsurvey公司iXBuoy II浮标，挪威辉固公司Wavescan浮标。

图4 海洋监测浮标

图5 iXBuoy II浮标

图6 Wavescan浮标

美国InterOcean systems公司海洋监测浮标是美国新型的小型海洋资料浮标的代表，其浮体采用聚脲弹性体，呈扁状圆盘形，桅杆采用铝合金材料，龙骨采用钢材，使得浮体稳性和随波性两者之间达到了比较合理的平衡。其主要技术性能参数见表1。

表1 海洋监测浮标体主要性能参数

法国IXsurvey 公司生产的iXBuoy II海洋资料浮标整体采用了5083铝合金材料。其浮体分成3个浮力舱，浮力舱填充高密度聚氨酯泡沫。浮体周围用橡胶带作护舷，有利于浮体在恶劣海况下可以快速维护浮标上的传感器，从而减少维护时间。其主要技术性能参数见表2。

表2 iXBuoy II浮标体主要性能参数

挪威辉固公司的Wavescan浮标呈圆盘状，为了方便运输，浮标可以拆分为两半。在浮标体龙骨底部安装一个配重，可防止浮标倾覆。浮体材料为聚乙烯，桅杆为铝合金材料，龙骨为不锈钢材料。其主要技术性能参数见表3。

表3 Wavescan浮标体主要性能参数

3.结束语

建设海洋观测网是提高我国海洋综合实力的基础性工作，是建设海洋强国的重要抓手。海洋资料浮标基于其自身无人值守、实时原位观测海洋环境、不受气候限制等优点被广泛使用，己经成为各国海洋观测体系中不可缺少的手段。经过半个多世纪的发展，在全球海洋观测网中，海洋资料浮标标体已系列化、标准化。如美国形成了直径12米、10米、3米的圆形浮标和6米船形浮标等各类浮标体。同时，海洋资料浮标标体又趋于一致化。目前国内外的海洋资料浮标标体都是以圆盘形为主，船形、异形等已退出历史舞台；欧美等国家海洋观测网中海洋资料浮标标体则以小型、圆盘形浮标体为主。