2016年12月10日，當一封電子郵件傳回海洋所605辦公室，大洋環(huán)流動力學課題組全體科研人員都沸騰了：“我們的數(shù)據(jù)成功傳回了！”
這是深海潛標數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)從深海傳來的第一個實時數(shù)據(jù)，海洋所所長、研究員王凡帶領跨領域交叉團隊終于攻克了深海數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)氖澜缂夒y題，使我國西太平洋實時科學觀測網(wǎng)從最初的科學構(gòu)想變成了現(xiàn)實！
時至今日，歷時10年，該團隊已成功建成世界首個具備實時傳輸能力的潛標觀測陣列。
孜孜求索
開啟我國西太平洋潛標觀測新時代
時間追溯到2010年11月15日，“科學一號”科學考察船自青島起航，王凡擔任航次首席科學家，帶領團隊在熱帶西太平洋成功布放了第一套深海潛標。
“西太平洋不僅是全球氣候影響變化最顯著的區(qū)域，同時也是中國從近海走向大洋的必經(jīng)之地，對我國有著重要的戰(zhàn)略意義。”王凡說。
該團隊將第一套潛標設置在最深達萬米的菲律賓海溝西側(cè)陡坡上，其布放的理想?yún)^(qū)域只有2公里見方，在此處布放潛標就如同從狂風呼嘯的萬米懸崖上扔下一串石頭，而石頭必須不偏不斜地落在峭壁上的方桌上，難度可想而知。
“實際設計和操作過程是非常復雜的。深海大洋中，海面風浪千變?nèi)f化顯而易見，而看不見的還有海底地形溝壑縱橫、海洋內(nèi)部激流暗涌，所以設計、布放潛標并保證其能長時間安全運行，耗費了我們大量心力。”王凡回憶起10年前首次作業(yè)時不禁感慨。
而實際情況是，船舶條件落后、團隊缺少經(jīng)驗，于是，王凡帶著隊員們反復觀摩國際上其他國家的潛標布放視頻，前后召開了10多次航次前方案論證會。他們根據(jù)潛標布放的不同技術(shù)環(huán)節(jié)，設計作業(yè)流程圖，標明每個隊員在不同環(huán)節(jié)的位置和工作，并進行多次“實戰(zhàn)演習”。終于，在團隊的共同努力下，第一套潛標布放成功，邁出了關鍵的第一步。
尤其是2010年開始布放的6100米深海潛標，是我國在太平洋首次成功布放的大深度潛標。其后，團隊在連續(xù)4個航次成功回收和布放，圓滿完成了潛標觀測任務，開啟了我國西太平洋潛標觀測的新時代。
攻堅克難
建成我國首個深海科學觀測網(wǎng)
2015年，在中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的支持下，王凡擔任項目負責人，帶領團隊開始實施西太平洋潛標陣列觀測系統(tǒng)的建設。
“這是我們面臨的非常關鍵的一個航次，航次能否成功完成15套次潛標回收和布放任務，決定了潛標觀測網(wǎng)建設的成敗。”王凡嚴肅地說。
當時擔心團隊年輕科學家有壓力，時任海洋所黨委書記、副所長的王凡決定自己擔任首席科學家，帶隊出發(fā)執(zhí)行此航次。團隊搭載我國新一代科學考察船“科學”號，成功回收15套深海潛標，維護后再布放13套深海潛標，完成了初步構(gòu)建深海潛標觀測網(wǎng)的目標。
為提高潛標布放、回收的成功率和工作效率，出發(fā)前，王凡帶領團隊對前面幾個航次的作業(yè)進行統(tǒng)計，摸索建立了一套行之有效的關于深海觀測網(wǎng)建設的標準化流程。海上布放、回收潛標的技術(shù)熟練程度，也從剛開始的每個航次布放回收一兩個潛標，到后面每個航次完成數(shù)十次潛標布放、回收、維護和數(shù)據(jù)采集工作。
“近6年來，潛標的成功回收率已達到97.1%，標志著潛標觀測網(wǎng)已經(jīng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了潛標布放和回收的標準化、批量化和常態(tài)化，這在國際海洋觀測網(wǎng)建設中也是首屈一指的。”王凡微笑著表示。
創(chuàng)新突破
從“錄像回放”到“現(xiàn)場直播”的跨越
建設西太觀測網(wǎng)的另一個目標是實現(xiàn)深海數(shù)據(jù)的實時傳輸。
“只有實現(xiàn)了深海數(shù)據(jù)的實時傳輸，才能真正助力我國海洋環(huán)境氣候預報水平的提高。”王凡指出。
從2015年到2018年的4年間，王凡帶領團隊始終致力于解決潛標數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)燃夹g(shù)問題，研發(fā)實時傳輸潛標系統(tǒng)。
2015年，團隊遭遇了科研歷程中的“滑鐵盧”，海上試驗的兩個實時傳輸方案都失敗了，巨大壓力向他們襲來。冷靜應對，查找問題。一次次的團隊分析，一次次的反復研討，2016年，第一套實時傳輸潛標終于成功布放，實現(xiàn)了1000米深度以上三維流速數(shù)據(jù)1小時1次實時傳輸。
“數(shù)據(jù)每小時回傳一次，打開手機就可以看到遠在西太平洋的深海潛標剛剛傳回來的深海觀測數(shù)據(jù)，包括每8米一層的洋流的流速、流向等。”王凡欣慰地表示，“我們終于在深海大洋實現(xiàn)了從‘錄像回放’到‘現(xiàn)場直播’的跨越，實現(xiàn)了深海潛標數(shù)據(jù)實時化傳輸這一重要技術(shù)突破。”
砥礪前行
建成世界首個實時傳輸?shù)臐摌擞^測陣列
科研的探索之路永無止境。
2017年至2019年，王凡團隊搭載著“科學”號科學考察船繼續(xù)對西太平洋觀測網(wǎng)20套潛標進行維護升級，具備實時傳輸功能的潛標數(shù)量達到10套，并實現(xiàn)了多項重大突破。
2017年對系統(tǒng)進行了技術(shù)完善和標準化生產(chǎn)，實現(xiàn)了從單套到組網(wǎng)、從水下1000米到3000米的深海數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)墓δ芡卣�，標志著西太平洋實時科學觀測網(wǎng)的初步建成。2018年團隊首次實現(xiàn)了由北斗衛(wèi)星實時傳輸觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)，改變了以往依賴國外通信衛(wèi)星的歷史，提高了深海數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)陌踩�、自主性和可靠性，同時融合感應耦合和聲學通信技術(shù)，首次實現(xiàn)了深海6000米全水深數(shù)據(jù)的實時傳輸。2019年進一步實現(xiàn)了北斗衛(wèi)星的雙向通訊，數(shù)據(jù)不僅可以實時回傳至岸基辦公室，工作人員也可以在辦公室遠程控制深海中的設備。
在此期間，深海連續(xù)和實時觀測能力穩(wěn)步提升。具備數(shù)據(jù)實時傳輸功能的潛標套數(shù)、設備深度、設備密度逐步增加，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和長期性大幅度提高，10余套實時潛標一年周期內(nèi)平均運行天數(shù)超過260天。觀測網(wǎng)的20套深海潛標、3套大型浮標共千余件觀測設備已穩(wěn)定獲取連續(xù)6年的觀測數(shù)據(jù)，不斷刷新我國觀測網(wǎng)獲取深海數(shù)據(jù)的最長時間紀錄。
同時，觀測平臺更加多樣化，既包含了實時潛標和實時浮標等固定觀測平臺，也包含了剖面浮標和船載移動觀測平臺等，實現(xiàn)了大洋上層和中深層的全覆蓋，并建立了實時觀測數(shù)據(jù)的自動分析和應用平臺。
“經(jīng)過10年的建設，可以說，我們建成了世界首個實時傳輸?shù)臐摌擞^測陣列。”王凡說，“這在世界海洋科考史上都具有重要意義，對我國深海探測能力和深�？茖W研究能力提升意義重大，加速了我國海洋環(huán)境和氣候預報能力的提高。”
“對深海大洋的探索我們要走的路還很長，我們要將自主建設的西太平洋實時科學觀測網(wǎng)長期運行下去，獲取更長時間序列數(shù)據(jù)；通過進一步的技術(shù)創(chuàng)新，增強水下數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)姆�(wěn)定性和長期性；繼續(xù)推動實時觀測數(shù)據(jù)在海洋環(huán)境和氣候模擬預報中應用；提高對世界海洋科學認知和科學計劃的貢獻度，提高我們自主觀測技術(shù)對全球觀測系統(tǒng)的貢獻度。這是我們的責任。”對未來，王凡堅定地表示。
王凡團隊正一步一步向著他們的目標扎實邁進……