党建专题“海洋科技成果巡礼”专栏——漂流式海气界面浮标
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一、漂流式海气界面浮标简介
“蓝海星”系列化漂流式海气界面浮标是国家海洋技术中心研究团队基于“低成本、网格化、全球化”的海气界面观测新理念，国际首创成功研发的“小型化、轻质化、智能化”漂流观测系统。可用于以漂流方式开展海表3米高度气象和水文剖面数据的低成本组网观测，成本约为深海锚系浮标的三十分之一。革新了海气界面测量方式，具备全球海洋业务观测潜力，拥有完全自主知识产权，在该领域处于国际领先地位。
漂流式海气界面浮标已被我国相关海洋专项以及倡议的国际海气界面计划吸纳为主要观测设备，用于开展全球海气界面网格化观测，并已在自然资源部开展业务化应用。此举将大大提升我国深海和极地业务化观测、科学研究、海洋环境保障能力，解决潜在全球海气界面数据“卡脖子”风险，推动我国海气界面观测向全球海域拓展，提升我国全球海洋观测和治理能力。
图1 漂流式海气界面浮标结构示意图（左）与现场观测图（右）
二、突破核心关键技术，实现国际领先
在科技部重点研发计划、工信部科技攻关专项、军委装发十三五预研、海军十三五预研、崂山实验室“鳌山科技创新计划”、历年自然资源部业务化项目等20余个项目支持下，中心科研团队先后突破了多项关键技术。
（1）突破了小型类单柱体结构在复杂恶劣海况下的长期可靠性和姿态稳定性技术。
开展风、浪、流耦合复杂海洋条件下小型细长类单柱体平台的结构可靠性和姿态稳定性研究，建立平台结构特征与环境之间运动响应模型和应力特征模型，突破小型细长类单柱体平台在瞬态冲击和长期抗恶劣海况抗疲劳状态下的结构可靠性和姿态稳定性问题，实现大洋15个月、极地12个月观测，以及17级超级台风下的准确、稳定测量，提升漂流式海气界面浮标在全球海域跨年周期观测能力。
（2）突破了系列化微小型气象水文传感器研发与高可靠性高融合性集成应用技术。
针对多传感器布局与小型轻量化平台的相互影响，重点开展了微小型大气风、温、湿、压测量仪、高灵敏度探针式水温传感器、小型化波浪测量仪的结构设计、测量和在线质控算法、主控系统等关键技术研究，以及与漂流式海气界面浮标平台高度融合性设计研究；突破了3米高度的气象测量传感器轻量化和低阻性设计，减小长力臂条件下传感器对浮标平台摇摆姿态和结构特性的影响；突破了气象和水文传感器与浮标平台的高度融合性设计，保障浮标在摇摆状态下的测量安全性和准确性，提升漂流式海气界面浮标在复杂海况下的观测有效性。实现了33.6公斤小型轻量化平台上风速、风向、气温、气压、相对湿度、海表面温度、流速、流向、波高、波向、波周期等参数的准确获取，以及海气感热、潜热、动量通量的精确计算。
（3）小型“光-浪-化”多能互补和多元高密度稳定能源存储与供给技术。
为在复杂海况下保证太阳能、波浪能多元复合环境能源收集的持续性与高功率，重点解决面向小型漂流式平台的复合型能源收集装置小型化、轻量化、高密度设计问题。突破薄膜太阳能芯片与浮标体高度融合技术、波浪能摇动—垂荡双模式俘能以及压电—电磁耦合升频的双模式换能波浪能收集技术；在有限空间内实现复杂随机波浪运动的高效率俘能和高密度换能，开展双模式俘能机制的动力学模型研究与结构设计、阵列化压电换能机制mems工艺开发以及垂荡俘能机制的升频耦合机理分析和结构优化；解决多能互补过程中的高效电源管理、存储与持续稳定供电问题，实现俘能与供电效能最大化。
三、突破业务化观测能力，开展全球观测布局
截至目前，漂流式海气界面浮标观测已应用100余套，数据与装备应用单位超过20家。先后3次完成与国际标准锚系浮标的现场比测，观测数据质量达到国际先进水平；创新应用方式，先后完成了中国第35、36、37次南极科考、西太平洋、黑潮延伸体、超级台风、中尺度涡等漂流组网应用，观测范围覆盖我国近海海域，赤道太平洋、西太暖池、黑潮延伸体、日本海、印度洋、南极西风带等全球高中低纬度大洋海域，以及吕宋海峡、钓鱼岛周边、黄岩岛周边、对马海峡、台湾海峡等各类海峡要域要道的精细化观测。
漂流式海气界面浮标观测方式得到了国内外海气界面观测专家认可，观测数据经过了国内外多个科研院所评估应用。观测数据准确可靠、达到国际先进水平，仪器装备运行稳定，具备了全球海域业务化观测潜力。中心专家在世界观测大会（oceanobs’19）发表观测白皮书，倡导应用漂流式海气界面浮标这种新型海气界面观测手段，引领海气界面漂流观测计划。
目前，漂流式海气界面浮标已被自然资源部属单位用于开展大洋与极地业务化观测；被中国海洋大学、河海大学、中船、国防科大等科研院所用于开展科学观测；被海军研究院、海参海军指挥保障大队、北部与南部战区海军等多个军方部门用于开展海上重大任务海洋环境保障。相关应用得到央视新闻、人民日报、新华社等权威国家媒体广泛报道，社会影响良好。
图2 西北太平洋布放应用
图3 南极西风带布放应用
图4 漂流式海气界面浮标全球布放应用轨迹图
图5 部分权威媒体报道