2016年12月10日，当一封电子邮件传回海洋所605办公室，大洋环流动力学课题组全体科研人员都沸腾了：“我们的数据成功传回了！”

   这是深海潜标数据实时传输系统从深海传来的第一个实时数据，海洋所所长、研究员王凡带领跨领域交叉团队终于攻克了深海数据实时传输的世界级难题，使我国西太平洋实时科学观测网从最初的科学构想变成了现实！

   时至今日，历时10年，该团队已成功建成世界首个具备实时传输能力的潜标观测阵列。 

 

孜孜求索

开启我国西太平洋潜标观测新时代

 

   时间追溯到2010年11月15日，“科学一号”科学考察船自青岛起航，王凡担任航次首席科学家，带领团队在热带西太平洋成功布放了第一套深海潜标。

   “西太平洋不仅是全球气候影响变化最显著的区域，同时也是中国从近海走向大洋的必经之地，对我国有着重要的战略意义。”王凡说。

   该团队将第一套潜标设置在最深达万米的菲律宾海沟西侧陡坡上，其布放的理想区域只有2公里见方，在此处布放潜标就如同从狂风呼啸的万米悬崖上扔下一串石头，而石头必须不偏不斜地落在峭壁上的方桌上，难度可想而知。

   “实际设计和操作过程是非常复杂的。深海大洋中，海面风浪千变万化显而易见，而看不见的还有海底地形沟壑纵横、海洋内部激流暗涌，所以设计、布放潜标并保证其能长时间安全运行，耗费了我们大量心力。”王凡回忆起10年前首次作业时不禁感慨。

   而实际情况是，船舶条件落后、团队缺少经验，于是，王凡带着队员们反复观摩国际上其他国家的潜标布放视频，前后召开了10多次航次前方案论证会。他们根据潜标布放的不同技术环节，设计作业流程图，标明每个队员在不同环节的位置和工作，并进行多次“实战演习”。终于，在团队的共同努力下，第一套潜标布放成功，迈出了关键的第一步。

   尤其是2010年开始布放的6100米深海潜标，是我国在太平洋首次成功布放的大深度潜标。其后，团队在连续4个航次成功回收和布放，圆满完成了潜标观测任务，开启了我国西太平洋潜标观测的新时代。

 

攻坚克难  

建成我国首个深海科学观测网  

 

   2015年，在老挝黄金赌场战略性先导科技专项的支持下，王凡担任项目负责人，带领团队开始实施西太平洋潜标阵列观测系统的建设。

   “这是我们面临的非常关键的一个航次，航次能否成功完成15套次潜标回收和布放任务，决定了潜标观测网建设的成败。”王凡严肃地说。

   当时担心团队年轻科学家有压力，时任海洋所党委书记、副所长的王凡决定自己担任首席科学家，带队出发执行此航次。团队搭载我国新一代科学考察船“科学”号，成功回收15套深海潜标，维护后再布放13套深海潜标，完成了初步构建深海潜标观测网的目标。

   为提高潜标布放、回收的成功率和工作效率，出发前，王凡带领团队对前面几个航次的作业进行统计，摸索建立了一套行之有效的关于深海观测网建设的标准化流程。海上布放、回收潜标的技术熟练程度，也从刚开始的每个航次布放回收一两个潜标，到后面每个航次完成数十次潜标布放、回收、维护和数据采集工作。

   “近6年来，潜标的成功回收率已达到97.1%，标志着潜标观测网已经实现稳定运行，实现了潜标布放和回收的标准化、批量化和常态化，这在国际海洋观测网建设中也是首屈一指的。”王凡微笑着表示。

 

创新突破   

从“录像回放”到“现场直播”的跨越

 

   建设西太观测网的另一个目标是实现深海数据的实时传输。

   “只有实现了深海数据的实时传输，才能真正助力我国海洋环境气候预报水平的提高。”王凡指出。

   从2015年到2018年的4年间，王凡带领团队始终致力于解决潜标数据实时传输等技术问题，研发实时传输潜标系统。

   2015年，团队遭遇了科研历程中的“滑铁卢”，海上试验的两个实时传输方案都失败了，巨大压力向他们袭来。冷静应对，查找问题。一次次的团队分析，一次次的反复研讨，2016年，第一套实时传输潜标终于成功布放，实现了1000米深度以上三维流速数据1小时1次实时传输。

   “数据每小时回传一次，打开手机就可以看到远在西太平洋的深海潜标刚刚传回来的深海观测数据，包括每8米一层的洋流的流速、流向等。”王凡欣慰地表示，“我们终于在深海大洋实现了从‘录像回放’到‘现场直播’的跨越，实现了深海潜标数据实时化传输这一重要技术突破。”

 

砥砺前行  

建成世界首个实时传输的潜标观测阵列

 

   科研的探索之路永无止境。

   2017年至2019年，王凡团队搭载着“科学”号科学考察船继续对西太平洋观测网20套潜标进行维护升级，具备实时传输功能的潜标数量达到10套，并实现了多项重大突破。

   2017年对系统进行了技术完善和标准化生产，实现了从单套到组网、从水下1000米到3000米的深海数据实时传输的功能拓展，标志着西太平洋实时科学观测网的初步建成。2018年团队首次实现了由北斗卫星实时传输观测网数据，改变了以往依赖国外通信卫星的历史，提高了深海数据实时传输的安全性、自主性和可靠性，同时融合感应耦合和声学通信技术，首次实现了深海6000米全水深数据的实时传输。2019年进一步实现了北斗卫星的双向通讯，数据不仅可以实时回传至岸基办公室，工作人员也可以在办公室远程控制深海中的设备。

   在此期间，深海连续和实时观测能力稳步提升。具备数据实时传输功能的潜标套数、设备深度、设备密度逐步增加，系统运行的稳定性和长期性大幅度提高，10余套实时潜标一年周期内平均运行天数超过260天。观测网的20套深海潜标、3套大型浮标共千余件观测设备已稳定获取连续6年的观测数据，不断刷新我国观测网获取深海数据的最长时间纪录。

   同时，观测平台更加多样化，既包含了实时潜标和实时浮标等固定观测平台，也包含了剖面浮标和船载移动观测平台等，实现了大洋上层和中深层的全覆盖，并建立了实时观测数据的自动分析和应用平台。

   “经过10年的建设，可以说，我们建成了世界首个实时传输的潜标观测阵列。”王凡说，“这在世界海洋科考史上都具有重要意义，对我国深海探测能力和深海科学研究能力提升意义重大，加速了我国海洋环境和气候预报能力的提高。”

   “对深海大洋的探索我们要走的路还很长，我们要将自主建设的西太平洋实时科学观测网长期运行下去，获取更长时间序列数据；通过进一步的技术创新，增强水下数据实时传输的稳定性和长期性；继续推动实时观测数据在海洋环境和气候模拟预报中应用；提高对世界海洋科学认知和科学计划的贡献度，提高我们自主观测技术对全球观测系统的贡献度。这是我们的责任。”对未来，王凡坚定地表示。

   王凡团队正一步一步向着他们的目标扎实迈进……

《科学新闻》 (科学新闻2020年8月刊 硕果)