“隨著我國海洋經濟的快速發展,我國的海洋裝備可謂日新月異。比如,就在上個月,我們研制的大型海洋觀測浮標隨"雪龍號"科考船順利布放于北極圈挪威海域,這是該海域第一次采用大型浮標進行海洋環境監測。”山東省科學院海洋儀器儀表研究所所長劉孟德說。
“不僅如此,我們研制的大氣氣溶膠激光雷達、志愿船自動測報儀等新型海洋裝備也達到了國際先進水平。”近來,我國周邊海島的主權之爭接連上演,國人對海洋重要性的認識也隨之空前提高。山東科學院海洋儀器儀表研究所所長劉孟德表示,21世紀是海洋的世紀,海洋經濟有著巨大的潛力,日益成為一個國家或地區發展的重要增長點;新型海洋裝備將對推動我國海洋經濟建設、維護海洋權益提供有力的產業支撐。
新浮標“試水”北極圈山東科學院海洋儀器儀表研究所所長劉孟德說,與布放于近海的海洋浮標不同,此次布放于挪威海的“海氣耦合觀測浮標”不但“塊頭”更大了,技術含量也有了質的提升。該浮標直徑6米、高15米、重約15噸,可觀測大氣邊界層數據、上層和深層海洋結構的變化數據,實時獲取該海域海氣熱通量、海洋對流混合、海氣二氧化碳通量、海洋向大氣的物質通量,定量觀測該海域海氣耦合的季節變化和年際變化。特別值得一提的是,該浮標采用傳感器防凍設計,保證傳感器在-20℃低溫下正常運轉,同時引入融冰電路,保證春秋凍融季節儀器表面不結冰;浮標主要傳感器及采集通信系統采用雙機工作模式,保證系統的可靠性;為適應極區惡劣的環境,浮標系統首次引入風力發電設備,以保證在極夜條件下的能源供應。
該浮標是我國第一次在極區布放的大型海洋觀測浮標,也是挪威海第一次采用大型浮標進行觀測。浮標布放后,可獲取挪威海的海氣耦合長期觀測數據,了解該海域海氣耦合狀態的季節變化與年際變化,對全球海洋輸送帶的時間變化過程、半球尺度遠程作用過程進行模擬,并將這些數據加入到全球熱鹽環流模式和氣候預報模式,以改善我國的海洋與氣候預報水平,提高氣候預報的準確度,增強對國家經濟和社會發展的保障能力,為全球氣候變化研究做出貢獻。
激光雷達“掃描”PM2.5在山東省科學院海洋儀器儀表研究所的實驗室里,在工作人員操作下,一臺大氣氣溶膠激光雷達正散發出耀眼的藍光。據了解,大氣中懸浮均勻分布的相當數量的固體微粒和液體微粒(如海鹽粉粒、灰塵、煙塵和有機物等多種物質)所構成的穩定混合物,統稱為氣溶膠粒子。這種雷達是一種主動式的遙感監測設備,在對流層和平流層氣溶膠探測方面具有高時空分辨率、高測量精度及三維立體掃描等優勢,這是其他探測手段難以比擬的。其可裝備于海洋調查船或專用雷達船等,對海上大氣氣溶膠進行連續、實時、快速的遙感監測,并可快速獲得其水平分布和垂直結構,進而獲取海上大氣氣溶膠粒子的濃度、粒子尺度譜分布等相關的物理特性。
“通過建立我國自主的海洋大氣氣溶膠監測激光雷達網,不但可實現海洋上空大氣氣溶膠的快速、準確監測及變化趨勢預測預警,而且隨著我國各地灰霾天氣的頻繁出現,氣溶膠的實時、現場監測(尤其是對粒徑小于2.5微米的氣溶膠PM2.5的監測)越來越迫切,這種大氣氣溶膠激光雷達的作用將愈發顯現。”劉孟德認為,氣溶膠與一些環境問題,如臭氧的破壞、酸雨的形成、煙霧事件的發生等密切相關,作為全球氣溶膠排放大國,我國由氣溶膠增加導致的區域污染問題日益嚴重,預計僅我國市場對氣溶膠監測激光雷達的需求將超過3000臺。自動測報儀“助力”志愿船除此之外,該所研制的新型志愿船自動測報儀可進行氣象(風速、風向、氣溫、濕度、氣壓、能見度)、水文(水溫、鹽度)、波浪、海流、方位等的自動觀測和其他天氣情況的人工觀測資料的采集和觀測,也可用于海上石油平臺及海洋、陸地監測站作為氣象水文觀測儀器使用。該儀器的推廣應用將使相關部門能夠更及時、更穩定、更精確地取得觀測數據。這些數據不僅對科學研究和氣象預報極為有用,而且還可以應用于海洋科學調查、石油勘探、漁業捕撈、海水養殖等領域,對海洋生物資源的開發及應用也有著重要的價值。
目前,該所研制的志愿船自動測報儀已在國家海洋局北海海洋預報中心、國家海洋局南海預報中心、青島市海洋與漁業局等多家單位安裝應用,經濟效益和社會效益均很顯著。山東科學院海洋儀器儀表研究所所長劉孟德表示,根據“海洋站和志愿船觀測系統建設項目”的計劃要求,我國將逐步建立起一套完整的志愿船觀測系統和數據分析處理系統,并不斷擴大安裝數量和范圍。隨著國家對海洋的重視和投入的加大,志愿船自動測報儀具有更廣闊的應用前景,將創造更大的應用價值。