论南海区水文气象浮标管理

周保成，黄 桦,张新文，张金尚

(国家海洋局南海调查技术中心，广东 广州市510300)

在海上科学、合理布放浮标，可以对选定站点海域实现实时、自动化、全天候及长期的海洋水文要素和海洋气象要素的观测，采集到的数据代表性、客观性和连续性好，能够较早发现海洋灾害，已经成为目前发展最快的成熟海洋观测手段之一。布放浮标是岸基观测网向海上扩展必不可少的手段，同时也是天基、空基观测数据校正的重要手段。通过浮标采集数据、实时数据传输、数据即时分析、提供分析结果用于决策的技术研究，对加强与完善我国海洋观测、预警、预报、预测和科学研究有着重大意义，更能有效提升海洋防灾减灾能力和应对气候变化能力[1]。

1 南海区水文气象浮标类型

目前，我国用于海洋数据观测的浮标主要分为两种：(1)采用锚及锚链或缆绳将浮标锚定在海上一个固定位置并可在一定范围内活动的锚定浮标。(2)采用自由漂泊方式进行持续观测获取数据的漂流浮标。其中，锚定浮标根据观测要素大致可简单划分为如下几个类型：(1)主要观测海洋水文气象要素，服务于国家海洋观测预报和防灾减灾工作的资料浮标。(2)主要观测深海水位数据，用于海啸预警的海啸浮标。(3)主要观测沿岸波浪数据，应用于沿海大型工程建设的波浪浮标。(4)主要观测海洋水质数据的生态浮标，应用于海洋环境监测[2-4]。漂流浮标则可进行如下简单划分：(1)表面漂流浮标(单温、温盐、温风等表面漂流浮标)。(2)剖面漂流浮标，如C-Argo浮标。(3)其他各种小型漂流器，如水下滑翔机。

现阶段南海区主要采用锚定类型的浮标进行海洋数据观测。锚定浮标可以选择任意固定海域进行投放，投放后即可自动观测海洋水文气象要素，作为海上无人值守自动海洋观测平台。根据锚定类型浮标体积的大小可以对其进行一个简单划分：(1)直径3 m及以下的小型浮标。(2)直径6 m的中型浮标。(3)直径10 m及以上的大型浮标。

直径3 m及以下的小型浮标体积较小，布放和回收操作相对简单，但南海区小型浮标海上的安全性问题较为突出。小型浮标布放至海上后，难免受到渔船、货船夜间航行时的碰撞或拖带，造成浮标仪器设备损坏、标体进水、标体脱锚漂移甚至标体丢失。此外，因受空间限制，浮标不能安装足够多的蓄电池和太阳能板，浮标供电能力受限，因而不能搭载更多仪器设备观测更多的海洋要素，直径3 m及以下的小型浮标在南海区适用性较差，应用范围较小。

直径6 m的中型浮标和直径10 m及以上的大型浮标因标体体积足够大，适于搭载多种仪器设备，并能够实现海上登标维护维修作业，可以作为一种固定的大型观测平台，实现海上的综合观测。直径6 m的中型浮标和直径10 m及以上的大型浮标在海上体现出的其体积优势如下：(1)可以抵御一般的船只撞击。(2)可以防止被渔船拖走。(3)可以抵抗台风等恶劣天气。(4)可以搭载多种不同观测要素的仪器设备，获取到更多的海洋水文气象要素。(5)可以安装足够多的蓄电池和太阳能板，大大提升浮标供电能力。

故目前南海区主要投放的为直径6 m中型浮标和直径10 m的大型水文气象浮标。

2 浮标观测系统的组成

浮标观测系统主要由两个部分组成：海上浮标和陆地接收系统。浮标用锚系布放于海上预定位置并在一定范围内活动，浮标上安装多种仪器设备(如图1所示)进行数据采集，将采集的数据通过北斗终端发回陆地接收室。在陆地接收室架设数据处理器，接收海上浮标发回的实时数据，并对数据进行分析处理。

目前，南海区海上浮标所搭载的各类传感器能够采集海上的空气温度、空气湿度、表层海水温度、大气气压、平均风速、平均风向、最大风速、最大风速的风向、最大风速出现时间、极大风速、极大风速的风向、极大风速出现时间、瞬时风速、瞬时风速的风向、表层海流流速、表层海流流向、剖面海流流速、剖面海流流向、有效波高、有效波周期、平均波高、平均波周期、最大波高、最大波周期、十分之一波高、十分之一波周期、波向等数据。同时，还可以监控浮标运行状态，获取浮标经度、纬度、方位、电压、锚灯状态、存储剩余空间、舱门状态、舱盖状态、舱内有无进水、浮标有无移位等情况[8-9]。

图1 浮标部分仪器设备

3 浮标管理

3.1 选址论证

首先，根据需要选择浮标布放的位置。然后对选定的位置进行选址论证并出具选址论证报告，论证报告内容应包括布放区详细水深和地形地貌、水文气象要素概况、海底底质类型、渔业活动开展情况、海上船舶航线情况、海底缆线管道分布情况、海上油气开采情况、国家军事活动等，选址论证报告完成后应进行专家论证，根据专家意见确定最后浮标布放位置[5-7]。

3.2 锚系设计

浮标布放位置确定后，根据位置水深设计浮标锚系，浅水区一般布放10 m大型浮标，水深一般不超过100 m，浮标锚系主要由锚链和锚组成，锚系长度一般是水深的3倍。深远海一般布放6 m中型浮标，浮标锚系主要由锚链、缆绳、浮球、锚等组成，锚系长度一般为水深的1.1～1.3倍。锚系结构设计完成后要进行专家论证，根据专家意见确定最终锚系结构。

3.3 完成实施方案

浮标锚系设计完成后，编制项目实施方案，实施方案应包括项目背景情况、布放位置详细信息、浮标仪器设备情况、浮标锚系情况、航次计划安排、人员组织分工、作业船舶情况、应急预案等内容。实施方案完成后需要组织专家评审，专家评审通过后方可实施。

3.4 海上作业

海上作业分为浮标布放、海上运行和浮标回收三个阶段。

(1)浮标布放。根据项目实施方案进行作业，组织人员、航前锚系准备工作、浮标各仪器设备状态确认、联系好码头和船舶、连接浮标锚系、拖带浮标前往站点、进行现场布放作业。

(2)海上运行。浮标布放后，需要长期在海上运行，在南海区高温、高盐、高湿环境下，浮标仪器设备易老化、产生故障，需要定期对浮标仪器设备进行维护维修或者更换，保障浮标正常运行，同时需要定期对浮标数据进行现场比测，出具数据比测报告，评估浮标数据质量。

(3)浮标回收。浮标在海上运行周期一般为2 a，后续无法继续在海上正常运行，需要进行回收。

3.5 数据接收

浮标定时将采集到的数据发送回陆地岸站接收系统，一般每小时传输一次，台风天气则半小时传输一次，岸站需安排人员24小时值班，监控浮标运行状态，发现异常及时进行处理，进行数据质量控制。

3.6 浮标大修

浮标回收后需要对标体进行维护保养，对全部仪器设备进行测试，对需要更换的仪器设备进行更换，作为备用浮标或者直接再布放。

3.7 应急处置

浮标布放至海上后，有可能遭到破坏，浮标仪器设备被拆除或浮标锚系被割断导致漂移，浮标无法继续在海上继续运行，只能进行回收或用备用浮标进行替换。

4 结 语

随着南海区浮标不断向深远海推进，海上浮标的数量将不断增加，浮标观测要素也将不断拓展，以后浮标布放、运行维护、回收等工作将日益加重。因此，我们需要不断优化浮标管理的各项流程，开创新的浮标管理模式，才能确保浮标管理工作能够有条不紊的开展，支撑好海洋观测预报和防灾减灾工作。