福建海洋观测示范网建设与应用

张友权

（福建省海洋预报台，福建 福州 350003）

福建海洋观测示范网建设与应用

张友权

（福建省海洋预报台，福建 福州 350003）

通过介绍福建海洋观测示范网集成应用及运行管理情况，全面归纳总结福建观测网在站位布设、安全保障、维护保养、数据质控、数据集成和数据应用等建设运行管理过程中的经验教训及创新做法，分析影响观测网建设运行的关键因素，提出加强观测网建设和运行管理的措施和建议。

海洋观测；建设；运行；应用

海洋环境立体实时观测网是长期获取海洋环境数据资料的重要手段，它具有获取资料全面、实时性好等优势，在区域海洋防灾减灾、海洋科研、国防安全等方面发挥着重要作用。近几年来国家在观测网方面投入了大量资金，我国的海洋观测网建设进入了一个快速发展阶段。但是，由于海洋环境的复杂性以及海上作业的难度，观测网在运行管理上存在着资金投入大、安全风险高、维护技术队伍缺乏、国家标准体系滞后等问题。如何最大限度地保障海上观测设备安全、减少运行维护成本、规范运行管理标准，是保障观测网长期稳定运行的亟待解决的课题。

1 福建海洋观测示范网简介

福建海洋观测示范网（以下简称“福建观测网”）是通过“十五”国家科技部863计划重大专项“台湾海峡及其毗邻海域海洋动力环境实时立体监测系统”福建示范区项目，以及“十一五”国家863计划海洋技术领域“海洋动力环境立体实时监测系统示范”课题建设和带动，加上福建省持续投入，经过近10 a的努力建成，目前国内最先进的、运行时间最长的区域性实时立体监测示范系统。福建观测网由5套大浮标、14套生态浮标、1套中程地波雷达监测系统、2套海床基、1套实时传输潜标、1套卫星遥感接收系统和14个自动验潮站组成（布局详见图1）。建立并集成了海洋监测数据接收网络，构建了数据接收与分发平台，实现了海洋监测数据实时、自动入库、标准化存储。研发了数据质控甄别程序、数据值班程序，加强了数据管理与质量控制。观测手段包括空中、海洋水面、海洋水体、海底及沿岸陆地，对海洋环境实施全方位立体观测，实时获取台湾海峡及近岸风、气温、气压、湿度、海浪、海流及海表温盐等海洋水文气象观测数据，近岸港湾溶解氧、水温、盐度、叶绿素、浊度、pH值等海洋生态环境观测数据，台湾海峡海面风场、浪场、流场数据以及沿岸潮汐数据，观测要素达26项，获取数据达6.0 T，234.3万组（截至2011年6月30日），获取的数据应用于相关海洋防灾减灾应用系统以及政府防灾决策支持，有效提高了预警报精度，为海洋防灾减灾和国防安全提供了有力的数据支撑，福建省海洋灾害监测预警能力得到显著提升。

2 建设及运行管理

福建观测网从建设一开始就紧紧围绕实际需求和业务化运行目标，全面规划布设站位，采取各种安全保障措施，制定各项运行管理制度，创新运行管理机制，加强数据比测和质量控制，实施全面维护保养，同时充分整合福建省海洋队伍力量，加强人才队伍建设，建立起一支地方海洋观测网业务化运行保障队伍，争取到了长期业务经费支持，有力保障了系统长期稳定运行。

2.1 观测站位布设

观测站位布设是观测网建设的前提，福建观测网根据国家与福建省在风暴潮预警预报、海上突发事件辅助决策、赤潮预警服务、海洋信息服务和国防安全等的需求，以及观测海域的海洋环境要素的分布与变化特点，考虑台湾海峡特殊的政治和地理环境，从长期运行要求出发，在站位布设上综合考虑代表性、安全性、维护便利性、建设成本以及海域背景资料等因素。以生态浮标为例，福建省生态浮标主要用于沿海赤潮监测和预警，在布设站位时选取赤潮频发区，考虑该海域海洋水文特点，选取几个代表性高的备选点，然后再充分考虑今后运行期间安全看护及日常维护的便利性和安全性，进行必要的本底调查（如水深、海底状况、风浪流状况等），形成布放选址勘察报告，并经专家审核后确认。沿海验潮站建设选址除了考虑潮汐代表性外，还要考虑建站所需水、电、路等基础条件，同时要符合当地用海及观测建设规划，并要考虑周边相关利益者协调，避免建设及业务化期间出现不利影响，确保站位能长期稳定运行。

图1 福建海洋观测网布局示意图

2.2 安全保障措施

观测设备安全是业务化运行的基础保障，没有必要的安全保障，海上设备极易发生故障及丢失等事故，造成巨大损失，因此福建观测网十分重视该项工作，采取多种手段保障观测设备安全。

2.2.1 海事航行安全保障

福建观测网在台湾海峡中线布设了5套大浮标、近岸沿海布设了14套生态浮标。由于台湾海峡是我国重要的通航区，福建沿海往来渔船众多，保障浮标在运行中免遭船舶碰撞是十分必要的。福建观测网海上浮标在布设站位时就远离航道区，大浮标还向海事部门申请发布海上航行通告，并由中国航海图书出版社正式发布航海通告，近期海事部门还要求在已发布航行通告的大浮标上加装AIS系统（船舶自动识别系统），采取该措施后能够很好的避免海上船舶碰撞威胁。

2.2.2 安全看护和巡航

福建观测网所有的观测设备都实施了一对一的安全看护。近岸的生态浮标、验潮站委托附近渔民或居民实施安全看护；地波雷达站常年有人值守；外海的大浮标创新采取安全巡航制度，委托在大浮标附近作业的渔船实施每月一次的安全巡航，开展浮标外观检查维护、拍照、定位、测风速风向等工作，同时对在附近生产的渔民进行宣传。通过安全看护和巡航制度的实施，浮标管理部门可及时掌握浮标动态，采取相应措施，同时大大减少渔民恶意破坏事件，有效地保障了设备的运行安全。

2.2.3 数据值班

福建观测网建立数据值班制度，安排专人进行全天候24 h数据值班，及时掌握数据接收情况、数据质量状况及浮标安全在位情况。为减轻值班人员工作量，还研发了数据值班软件，实现异常状况快速反应。例如软件设置了浮标定位安全范围，一旦浮标发回定位数据超过这个范围，软件就能实现安全报警，便于值班人员第一时间发现安全隐患，及时通知浮标相关管理人员进行应急处置。

2.3 运行管理机制

福建观测网在运行管理中考虑到观测设备不同维护要求，分别采取不同的运行管理机制。生态浮标因为维护量大（每半个月需进行校准维护），布点分散，我们采取二级管理机制，每个浮标委托就近的国家海洋局海洋监测台站实施业务化维护保养，同时和售后厂商签订技术支持协议，在发生故障时及时实施修复。地波雷达地处偏远，每个站雇用3个当地技术人员实施长期值守。大浮标、验潮站由我们直接管理，同时委托厂家实施技术支持，在实施专业性强的阶段性工作时（例大浮标大修保养、验潮站水准校核复核等），采取工程承包方式予以实施。

2.4 运行规章制度

为保障观测网有序运行，先后组织编写了《地波雷达运行管理工作制度》、《大浮标运行管理工作制度》、《生态浮标运行管理工作制度》、《沿海自动验潮站运行管理工作制度》以及《仪器设备管理工作制度》，明确规定了各监测设备业务化运行中各项工作的开展和处置，为监测系统长期、有序、稳定运行提供了制度保障。

2.5 设备维护保养

台湾海峡常年风大浪急，海况恶劣，各海上监测设备在运行期间，不可避免地会发生故障，福建观测网建立了一套有效的设备维修保障机制，确保设备维护保养及时和有效。

2.5.1 海上设备维修

福建观测网每个浮标都有相对固定的出海维修船只，同时与设备厂家建立良好业务联系，配备一定数量易损传感器等备品备件，在发生故障时判断故障原因，带齐维修工具和设备，在海况允许的情况下及时出海实施维护，保障了获取数据的质量以及监测设备的持续稳定运行。

2.5.2 常规维护保养

生态浮标水质传感器需经常性维护，我们委托沿海监测台站开展生态浮标校准、保养等日常维护工作，定期实施传感器校准、清洗，保障数据质量；沿海自动验潮站定期进行水尺联测、水准点复核及验潮井清理等工作；地波雷达站根据运行情况，不定期实施天线、场地、设备和值班房维护，同时每年定期实施防雷设施维护，保障各监测设备处于稳定可靠的运行状态。

2.5.3 安全应急处置

在福建观测网建设运行过程中，也发生过浮标意外漂移损失事故，我们都及时采取了应急措施，利用长期合作渔船作为应急船只，同时都备有应急出海人员及必要设备，在发生突发事故时能第一时间赶赴现场实施救助。分析几次事故原因，基本上都是浮标锚系上连接的卸扣或转环出现松脱造成的，我们吸取这个经验教训，重新选择质量信誉好的锚链厂商，定期更换锚链（一般2 a左右），同时在安装时采取安全插销卸扣或将卸扣焊接等处理手段，布放前详细检查确认，最大限度保障锚系的稳定可靠。

2.5.4 设备大修保养

台湾海峡常年风大浪急，高温高盐高腐蚀的环境使海上设备运行2 a左右就需要回收进行大修保养。目前福建观测网所有浮标基本上都实施过大修保养。回收保养尽量选取在每年的春初，避开台风、冷空气季节及赤潮多发期。一开始选取福建龙海国安船厂作为大浮标固定的大修保养基地，但造成一个不利因素是离该基地较远的浮标拖带费成倍上涨，维护成本大。在近两年工作中，我们采取就近原则，在离每个浮标最近沿海选取合适船厂，租用船厂场地，委托专业浮标制造厂家前来修造，这样有效降低回收布放拖带费用，又保证了浮标大修的质量。回收大修时，标体进行重新喷砂、油漆，更换锚系和浮标电缆，重新标定或更换相关传感器，全面检修数据采集、供电、通讯等系统，同时进行必要的升级改造，使浮标处于全新的稳定运行状态，保障运行质量。

2.6 质量控制

观测网数据质量关系着数据应用的可靠，是业务化运行的重中之重，福建观测网从建设一开始就十分重视数据质控工作，除了维护保养外，还投入了大量人力财力实施数据比测分析等工作，确保观测网获取数据的可靠。

2.6.1 数据比测与分析

观测网大浮标、生态浮标和地波雷达等各监测设备在投入业务化试运行时，就分别实施了海上数据对比观测工作，大浮标实施了48 h海上连续同步对比观测，地波雷达在有效覆盖区内对10个站位进行了48 h同步对比比测；生态浮标除了连续比测外，还规定在每次维护时采样进行比测，验潮站严格按照国家规范实施水尺联测比对。还与国家海洋局第三海洋研究所、厦门大学、武汉大学建立起长期合作关系，委托技术团队实施数据比测和分析工作，大浮标进行了长期数据跟踪分析，一旦有异常情况，技术支持单位第一时间通知浮标管理部门实施维护维修，地波雷达长期利用浮标数据进行对比验证，不断改进软件反演算法。

2.6.2 数据监控

除了数据值班人员进行24 h数据值班外，还开发了数据自动甄别软件，设定数据可信范围，及时发现异常数据。

2.7 技术队伍和经费保障

福建观测网充分利用福建省海洋管理职能，整合国家海洋局第三海洋研究所、厦门大学、福建海洋研究所“延平二号”海洋调查船、沿海海洋监测台站、沿海海洋行政主管部门、海洋造船厂、海洋工程公司以及沿海渔民等技术及管理力量，以运行管理或技术服务协议形式明确相应的技术服务或运行管理工作内容，实施观测网各项运行保障工作，形成了良好的业务合作关系。同时，也加强了自身的技术队伍力量，专门成立了负责观测网运行管理的部门，陆续引进了多名专业技术人员，举办了多期针对地波雷达、生态浮标等监测设备的运行管理技术培训班，形成一支从技术管理、技术支持、安全保障、维修维护到应急处置的地方区域性海洋观测网运行保障队伍。同时，向上级行政主管部门争取到了年度运行经费，稳定的经费支持和运行保障队伍为福建观测网的业务化运行提供了有力的基础支撑。

3 集成应用

3.1 数据集成管理

福建观测网通过有线、无线（CDMA或GPRS）、Inmarsat-C卫星和基于北斗的数据传输系统实时获取海洋观测数据，通过数据接收与分发平台，按照海洋实时观测数据的分类编码标准、技术操作规范与质量管理体系实现实时入库，经质量控制软件自动甄别后，进入数据管理与共享平台，构建海量的、多源的、异构的海洋观测数据库群；在数据管理与共享平台上，实现数据分类管理、融合同化、浏览查询和共享，为各海洋专题应用系统提供数据；通过应用集成与服务平台，围绕公众服务、政府综合决策等应用需求，为区域性海洋立体实时监测信息服务提供相应的信息产品，为台湾海峡及周边海域的海洋防灾减灾、海洋环境管理和海洋安全保障等提供从海洋立体实时观测数据采集、传输、存储、入库、共享管理及实时展示等一条龙统一集成的应用服务。

图2 观测网数据集成示意图

3.2 业务化应用

海洋观测是海洋预报工作的基础，它为海洋数值模型的建立和海洋灾害预警报应用系统提供长期海洋环境基础数据。福建观测网数据一是应用于海洋数值模型的验证和实时同化，有效提高海面风、风暴潮、海浪、三维温盐流数值模型的精度，尤其是在海上突发事故应急辅助决策系统中，海流模型实时同化地波雷达海面流场和大浮标表层流数据，实现了海流模型预报精度的提升，在实际应用中取得了良好成效，在近几年多起海上突发事故中，海事部门依托该系统预报的轨迹成功救助起多名失踪落水人员；二是用于预报辅助分析，例如预报员利用赤潮灾害预警系统，分析实时获取的生态浮标观测数据，结合天气形势变化，做出赤潮预警；三是用于预报结果检验，提高预报员工作经验；四是直接应用于政府防灾决策和公众信息服务，在政府防灾决策时，由于有了海上实时观测数据，省防汛部门可直接根据实时观测数据情况和未来趋势，做出更为科学合理的决策部署；同时通过福建省海洋预报台网站、海洋信息通手机PDA系统、广播和电视等媒体，实现多种渠道的观测、预报信息应用服务。

4 几点建议

4.1 推动观测网长期运行

近几年来，我国海洋观测进入了一个快速发展阶段，国家有关部门和相关省市都陆续建立了海上观测系统，国家也正规划建设全国海洋观测体系。从福建观测网近几年建设和运行情况来看，观测网建设要始终遵循从需求出发，并以长期业务化运行为目标，切不可重建设、轻运行，忽略了后期的运行保障，在建设规划上要采取分步、分区原则，充分整合利用全国海洋技术和管理力量，成熟一个建设一个，确保业务化运行持续、大量的经费保障以及技术管理队伍保障，以利于我国海洋观测网持续稳步推进。

4.2 加快观测网标准体系建设

通过多年的持续研发和改进，国家相关新型仪器设备形成了稳定的定型产品并实现产业化和业务运行，但相关观测设备还未出台相应的标准和规范，在运行管理上没有统一的技术规范可以遵循，对一些进口传感器缺少校验方法和手段，影响了观测网的仪器设备标准化。建议国家相关部门尽快实施观测网标准体系建设，制定相关技术规范和标准，有效规范观测网业务化运行。

4.3 充分整合现有资源，建立一体化的全国海洋观测系统

近年来，气象部门、科研部门也正实施建设相应的海洋观测系统，为了避免重复建设，海洋部门应充分整合相关部门观测系统，纳入全国海洋观测体系，合理规划布局，建立一体化的全国海洋观测系统，在运行管理上可采取分区、分部门管理机制，统一规范，充分调动其它部门和地方海洋管理部门积极性，共同实施我国海洋观测系统建设和运行。

4.4 强化数据应用，建立共享机制

观测数据开发应用是观测网发展的动力，只有将获取的数据全面利用，才能更好地推动观测网继续往精、深方向发展。加强业务应用也能及时发现观测网数据存在的问题，更好地推动数据质控工作。建议我国观测网在数据资料应用上采取相对开放的机制，在体制内相关业务和科研部门实现数据资料共享，更好地发挥观测数据作用，为我国海洋防灾减灾、海洋综合管理和国防安全提供更有力的支持和服务。

[1]惠少堂.关于建立中国海洋观测系统的国家计划[J].海洋管理,2001,1:40-45.

[2]袁玲玲,郭小勇,徐春红,等.标准化在海洋观测预报及防灾减灾中的作用及对策[J].中国标准化,2011,3:51-54.

[3]李颖虹,王凡,任小波.海洋观测能力建设的现状、趋势与对策思考[J].地球科学进展,2010,7:715-722.

Application and Construction of Fujian Province Marine Observation Demonstration Network

ZHANG You-quan

（Fujian Marine Forecasts,Fuzhou Fujian 350003,China）

The application and operation management situation of Fujian province marine observation demonstration network was introduced firstly.Then,the experience of station layout,safety control,maintenance,data quality control,data integration and application was comprehensively summarized.Finally,key factors of construction and operation of the observation demonstration network were analyzed and the measures and suggestions to strengthen the construction and operation management were given.

marine observation;construction;operation;application

P71

B

1003-2029(2012)01-0111-04

2011-11-20

国家高技术研究发展计划（863）资助项目（2006AA09A301）

张友权(1976-)，男，工程师，研究方向为海洋观测。