我国突破3500米深海观测技术！这套浮标系统有多厉害？

海洋是人类生存发展的新疆域，也是各国竞相角逐的制高点。海洋观测作为认识海洋、经略海洋的基础，其技术发展对于提升海洋环境监测能力、强化灾害预警预报水平、增强海洋资源开发能力、促进海洋经济发展至关重要，是我国顺利实施海洋强国战略的重要保障。当前，我国海洋观测技术领域的主攻方向包括：把握国际海洋科技前沿，建设全球海洋立体观测网和国家近海业务化精准观测系统，自主研制海洋环境监测探测技术与核心装备。 2025年6月，我国研发的海气交互关键层大剖面综合同步观测浮标系统，成功在南海3500米水深完成布放，将开展面向复杂海洋动力环境及高海况背景下的南海海气通量和海洋—气象水文生态要素长期观测和综合同步数据获取。该项目是由我们所（中国科学院海洋研究所）牵头，联合了多家单位，历时近三年研发完成。该浮标系统的成功布放开创了国内外在超3500米水深布放大剖面观测浮标系统的先例。目前，系统整体运行稳定，数据接收正常，将为深化对南海海气交互关键层的系统科学认知提供关键的技术和数据支撑，为我国防灾减灾、海洋环境安全保障保驾护航。深海（尤其3500米以上）长期同步观测技术曾是全球难题。深海锚泊浮标是实时获取深海大洋长期连续观测资料的主要手段之一，我国相关科研单位（主要以中国科学院海洋研究所和自然资源部第一海洋研究所为代表）经过多年努力，已在西太平洋和印度洋获得了大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料，其技术已经达到国际同类浮标（美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标）的先进水平。然而，实现海洋大气剖面与水体剖面的大剖面综合同步观测，曾是国际海洋学界面临的重大技术挑战。海洋大气剖面观测包括二氧化碳、温度、湿度、风场等多种海洋参数的大范围快速精确测量；水体剖面观测包括1000米以浅的水体（水深不超过1000米的海水层）水文要素（水温、盐度、流向、流速）、生态要素（溶解氧、叶绿素）剖面的连续观测。其难点在于小型化低功耗技术、大数据量传输技术及其稳定性。若能实现海洋大气-海气界面-水体大剖面多要素同步观测，将对我国海事活动保障、海洋能源开发、海洋防灾减灾预报等起到至关重要的作用。此次首套超3500米水深浮标系统布放成功，填补了国内外在大水深、大剖面、大浮标观测技术领域的空白。我们团队创新设计了适用于深海高海况的高稳性浮标结构和锚系结构，开发了海洋量子激光雷达和海洋微波辐射计等多套先进的观测设备，实现了水上10千米、水下1千米的“大气-界面-水下”综合同步观测，有效推动了海洋观测技术跨越式发展。我们团队设计研发了高稳性的浮标体，重点解决了浮标观测系统在高海况下的稳定性、可靠性和长期在位观测的能力，可适应风速超过60米/秒，最大波高20米的极端工作环境。为此，我们建立了浮标-锚系耦合水动力分析模型，开展了初稳性、大倾角稳性、极限海况下的稳性衡准数以及谐摇幅值等参数的计算分析，并据此优化完善了大浮标体结构形式和设备布置方案。在深水锚系设计方面，通过搜集拟布放站位历年的风、浪、流等环境参数，建立有限元计算模型，并施加环境载荷，计算分析了深水系留缆的形态和受力情况，对关键部位和节点加密计算，最终研发出可靠的“耦合缆-系泊缆-锚链”锚系链接方案。此外，我们设计了倒S型松弛式锚系结构，使浮标可以安全可靠地布放于超3500米水深站位。总之，浮标体作为观测系统的载体平台，其“稳如泰山”的结构设计为各观测模块发挥高精度观测性能提供了保障，是整套观测系统安全运行的“铠甲”。