陳超 李丙瑞 席穎 竇銀科 藍木盛 羅光富

北極是影響我國天氣氣候的關(guān)鍵區(qū)域之一，冬季極地冷空氣南下是造成歐亞大陸階段性強降溫和強降雪的主要原因之一。認識北極變化對歐亞冬季極端天氣氣候事件的影響，首先就需要了解北極海—冰—氣系統(tǒng)本身的影響，而目前開展極地?！獨獾难芯康闹饕侄螢樵跇O地設(shè)立觀測站，通過飛機或船舶在冰區(qū)內(nèi)部署營地，布放無人冰站等，相比于其他手段，無人冰站是一種能夠長期原位觀測的手段，同時因其相對經(jīng)濟性，使得大范圍的布放成為了可能。依托于布放在接岸固定冰面或漂流浮冰上的海冰浮標，既可以實現(xiàn)對冰上氣象環(huán)境數(shù)據(jù)和冰下溫鹽流等數(shù)據(jù)的長期自動獲取，又可以監(jiān)測海冰自身的熱力和動力過程。得益于此，近年來極地海冰浮標的觀測結(jié)果已經(jīng)被相關(guān)的研究學(xué)者廣泛采用。

極地海冰浮標研究現(xiàn)狀

國際極地海冰浮標研究現(xiàn)狀

美國國家科學(xué)院于1974年提出在整個北冰洋區(qū)域建立監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的提議，通過浮標進行監(jiān)測海平面的溫度、氣壓以及海冰的漂移軌跡[1]，因此根據(jù)該建議，1978年北極海洋浮標計劃在華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實驗室極地科學(xué)中心成立，并用于支持全球天氣實驗，該計劃持續(xù)到1990年。1991年國際北極浮標計劃（IABP）繼承了北極海洋浮標計劃，基本目標仍然是建立北極浮標監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，用于為極地研究人員提供實時的觀測數(shù)據(jù)。在過去的幾十年中，伴隨著海平面的上升和全球氣候的變化，科研人員越來越關(guān)注于海冰的研究，通過IABP的監(jiān)測數(shù)據(jù)對海冰進行研究與分析，如通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的研究表明了氣壓的下降和氣溫的上升等。IABP的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)除用于科研人員的研究外，能夠為全球氣候模式的強迫、同化與驗證[2，3]提供重要的參考價值。通過對北冰洋的海平面溫度和海冰運動軌跡，可以準確的分析北極海冰當前的狀況，IABP的數(shù)據(jù)能夠為該分析提供可靠和實時的觀測數(shù)據(jù)。

2015年，德國亥姆霍茲極地與海洋研究中心的科學(xué)家領(lǐng)銜發(fā)起了“北極氣候研究多學(xué)科漂流計劃”（MOSAiC），主要依托平臺為“極星”號破冰船。通過無人冰站等裝備獲取北極冰區(qū)長期連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將應(yīng)用于北極環(huán)境和氣候變化機理以及數(shù)值模擬研究，以提升對北極環(huán)境和氣候變化的監(jiān)測能力，提高對北極海冰快速變化的預(yù)測精度。按照該計劃，德國“極星”號破冰船于2019年秋季被凍結(jié)在東西伯利亞/拉普捷夫海北部，隨穿極流漂移至2020年10月，完成為期一年的有人值守冰站觀測，旨在加深了解北極中央海域大氣—海冰—海洋—生態(tài)系統(tǒng)間的耦合過程以及地球化學(xué)循環(huán)過程，提高北極天氣和海冰預(yù)報及氣候預(yù)測能力。

國際南極浮標計劃（IPAB）是由南極科學(xué)委員會和世界氣候研究計劃共同參與組織，成立于1994年6月，它旨在共同建立和維護南大洋海冰漂流浮標監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。該計劃的研究區(qū)域位于南緯55°以南，包括最大季節(jié)性海冰范圍內(nèi)的南大洋和南極邊緣海域，能夠根據(jù)不同任務(wù)要求和研究目標實時采集、傳輸海洋學(xué)和氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，支持該地區(qū)與全球氣候過程相關(guān)的研究，為天氣預(yù)報中心提供實時監(jiān)測氣象數(shù)據(jù)，并為持續(xù)監(jiān)測南極海冰區(qū)的大氣和海洋氣候奠定基礎(chǔ)。

國內(nèi)極地海冰浮標研究現(xiàn)狀

我國對北極的研究起步較晚，1999年首次組織北極科學(xué)考察。在隨后的十幾年中，先后進行了九次以“雪龍?zhí)枴睘槠脚_的北極科考，針對北極海域的海冰和全球氣候變化的關(guān)系，獲取了大量有價值的氣象學(xué)數(shù)據(jù)和上層海洋學(xué)數(shù)據(jù)。在第6次北極科學(xué)考察中，中國考察隊首次選取在加拿大海盆安放3套深水冰拖曳浮標，該浮標能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)性的監(jiān)測，進而獲取從冰下800米深的物理海洋學(xué)剖面數(shù)據(jù)。并首次完成四套海冰浮標（海冰漂移浮標、海冰溫度鏈浮標）陣列的布放，能夠獲取寶貴的海冰漂移數(shù)據(jù)，是研究海冰形變過程和規(guī)律的主要手段之一。為了探索北極海冰的變化規(guī)律，中國第7次北極科學(xué)考察隊共安放了40個冰基浮標，其中包括布放在加拿大海盆冰面的浮標陣列，是我國歷次北極科考布放的最為規(guī)則的浮標陣列，該浮標陣列包括13個海冰浮標。浮標會伴隨著海冰一起漂移，對海冰實現(xiàn)連續(xù)性監(jiān)測，用以獲取海冰的運動軌跡和范圍、海冰表面積雪累積和融化等熱力學(xué)過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)。中國第8次北極科學(xué)考察隊在北冰洋公海區(qū)中央海道沿線開展了7套短期冰站作業(yè)，共布放9套不同類型的海冰浮標，為其適航性環(huán)境評估和開發(fā)利用積累了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。在第9次北極科學(xué)考察中，科考人員成功安放我國自主研發(fā)的“北極?！獨鉄o人冰站觀測系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能夠適應(yīng)極地惡劣的環(huán)境，實現(xiàn)無人值守和連續(xù)性監(jiān)測的功能，補缺了我國在北極冬季監(jiān)測的空白。在隨后的第11次北極科學(xué)考察中，再度成功布放兩套該系統(tǒng)。

常見極地海冰浮標的技術(shù)特征

極地海冰浮標的整體設(shè)計和研發(fā)與不同方向的科研問題緊密相關(guān)，即有具體的測量物理海洋學(xué)參數(shù)和持續(xù)觀測時間要求。同時，海冰浮標的設(shè)計需要適應(yīng)極地環(huán)境下惡劣的氣候，其氣候特征包括低溫、極晝、極夜和強風(fēng)等特點。在這種環(huán)境下，需要面對電池的放電容量減少、傳感器的工作特性下降和出現(xiàn)故障無法實時維修等問題。極地海冰浮標的主要功能是實現(xiàn)實時和連續(xù)性自動化監(jiān)測，因其設(shè)計功能不同，浮標搭載的傳感器和相對特性組件會有所不同。極地海冰浮標通常包含電池模塊、通訊模塊、傳感器模塊和控制模塊，電池模塊根據(jù)其載荷設(shè)備的耗電量選用不同容量的鉛蓄電池和鋰電池；通訊模塊通過衛(wèi)星傳輸所采集的數(shù)據(jù)；傳感器模塊根據(jù)具體測量的要求選用各類傳感器型號；控制模塊可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲和處理等功能。近些年，科研人員對部分浮標裝置配有攝像頭設(shè)備，用于監(jiān)測現(xiàn)場的實時環(huán)境和浮標運行的工作狀態(tài)。極地海冰浮標為拉格朗日型浮標，將通過下列海冰浮標的介紹詳細闡述拉格朗日型浮標的技術(shù)特征。

海冰物質(zhì)平衡浮標

海冰物質(zhì)平衡浮標（IMB）由加拿大研發(fā)生產(chǎn)的一款用于長期和實時監(jiān)測海冰的拉格朗日型浮標，能夠測量海冰厚度、海冰溫度、空氣溫度與氣壓等氣象學(xué)參數(shù)和冰上層海洋學(xué)參數(shù)。IMB浮標能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)記錄儀中，并且浮標構(gòu)件配備以下設(shè)備：溫度鏈、Argos發(fā)射器、GPS接收器、氣壓傳感器、氣溫傳感器和聲學(xué)探測器。浮標通過冰上和冰下聲學(xué)探測器測量海冰上下界面的位置，誤差范圍僅為5毫米。溫度鏈是通過布放在桿外表面YSI熱敏電阻構(gòu)成，每個YSI熱敏電阻間隔為10厘米，共45個YSI熱敏電阻，其精度優(yōu)于0.1℃。浮標將采集的傳感器數(shù)據(jù)除存儲在數(shù)據(jù)記錄儀中，連同GPS信號，通過Argos通信衛(wèi)星實時傳回給遠程監(jiān)控中心[4]。

極地浮標

極地浮標（J-CAD）是加拿大和日本海洋科學(xué)技術(shù)中心專門為極地科研人員研究設(shè)計的一款提供環(huán)境氣象數(shù)據(jù)信息的海冰浮標，通過衛(wèi)星實時傳輸氣象和海洋數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部存儲器里作為數(shù)據(jù)備份[5]。J-CAD浮標主要由四部分組成：氣象傳感器單元、水下傳感器單元、系統(tǒng)控制單元和配有內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄單元的數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)。系統(tǒng)控制單元向每個傳感器發(fā)布指令，進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理功能；水下傳感器單元和系統(tǒng)主控制器之間的通信方式運用感應(yīng)耦合遙測技術(shù)，將多傳感器水質(zhì)儀采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖说目刂破髦校籊PS接收器高精度定位冰基浮標的位置。由于J-CAD浮標經(jīng)濟成本低、穩(wěn)定性高，極地科研人員能夠在極地區(qū)域布放大量J-CAD浮標[6]，用于采集所需要的氣象學(xué)數(shù)據(jù)。

海冰信號浮標

海冰信號浮標（ICE BEACON）是由加拿大設(shè)計研發(fā)的一款搭載多種大型傳感器的模塊化監(jiān)測平臺[6]。該浮標能夠用于監(jiān)測海冰的漂移軌跡、大氣數(shù)據(jù)、海冰和空氣的溫度數(shù)據(jù)，并且能夠通過處于海水中的多傳感器水質(zhì)儀采集海水溫度、鹽度和深度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過Argos衛(wèi)星或銥星傳輸至遠程監(jiān)控中心，為極地科研人員提供實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)。電源模塊根據(jù)實際搭載傳感器的功耗選用不同容量的鋰電池，用于為各個模塊提供持久的工作電量。

海冰信號浮標的標體是由鋁合金制作而成的，具有重量輕的特點，方便科考人員的布放和安裝；在標體外部安置一塊離共聚泡沫軸圈，為該浮標提供浮力。該管狀型的標體能夠較容易地透過海冰層與海水接觸，具有較好的穩(wěn)定性，其設(shè)計結(jié)構(gòu)的獨特性能夠方便和快速地投放在北極冰凍圈內(nèi)的海冰上。

UpTempO 浮標

UpTempO浮標是由加拿大設(shè)計的一款通過銥星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，專為海洋學(xué)和極地應(yīng)用而設(shè)計，旨在測量北冰洋深60米的溫度。該浮標的裝配平臺采用經(jīng)過驗證的平臺，可在最惡劣的氣候和條件下進行12至18個月的連續(xù)無人值守操作。

UpTempO浮標能夠搭載并處理多種冰下傳感器，其中包括：溶解氧傳感器、葉綠素傳感器、溫鹽測試儀和溫鹽深測試儀等傳感器，獲取溫度、深度、水電導(dǎo)率等觀測數(shù)據(jù)。球形倉內(nèi)包括：電子設(shè)備與電池、大氣溫濕度傳感器、大氣壓傳感器和銥星天線。標體下放懸掛著12個熱敏電阻，分別位于2.5、5、7.5、10、15、20、25、30、40、50、60米處，其中在20米和60米處均額外有壓力傳感器。UpTempO浮標的設(shè)計可用于測量極地區(qū)域海洋的透光（光強度）表層的海水溫度。該浮標設(shè)計成本低廉，便于在開闊水域或海冰覆蓋的條件下部署。隨著海冰每年夏天變薄和消融，海洋表面溫度變暖的程度正在加速，可通過浮標的觀測數(shù)據(jù)衡量這種變暖過程。

冰基漂流自動氣象站

冰基漂流自動氣象站是一款無人值守的監(jiān)測系統(tǒng)，搭載的傳感器包括：溫濕度傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)向風(fēng)速儀、光輻射傳感器和GPS等，能夠測量2米和4米高度的氣溫、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向，2米高度的向上和向下總輻射，以及冰面氣壓和經(jīng)緯度等參數(shù)。每天按照世界時0：00開始，隔1小時進行觀測數(shù)據(jù)的采集，并且通過搭載的Argos衛(wèi)星通信模塊進行數(shù)據(jù)定時傳輸。在北極高緯度區(qū)域，氣象觀測數(shù)據(jù)資料缺乏，冰基漂流自動氣象站的安放，能夠在一定程度上改善北極區(qū)域氣象實測數(shù)據(jù)匱乏的狀況。該氣象站觀測到的氣象數(shù)據(jù)不僅能夠有助于研究北極的環(huán)境氣候變化、北極大氣和海冰數(shù)值預(yù)報模式參數(shù)化方案的優(yōu)化，也有助于驗證北極大氣數(shù)值預(yù)報結(jié)果。為認識北極、利用北極提供堅實的數(shù)據(jù)支撐，為合理利用北極航道和拓展“冰上絲綢之路”提供準確的輔助決策信息[7]。

海冰溫度鏈浮標

海冰溫度鏈浮標（SIMBA）是一款用于海冰測量的產(chǎn)品，其搭載的主要傳感器為熱敏溫度鏈，能夠測量出4.8米長的溫度曲線，每2厘米為一個測溫點，共240個溫度檢測點。浮標搭載的其他傳感器包括銥星模塊、磁力計和大氣溫濕度傳感器等，內(nèi)置的GPS模塊可跟蹤海冰的運動；大氣溫濕度傳感器能夠提供當?shù)丨h(huán)境空氣溫度和濕度數(shù)據(jù)；銥星模塊用于傳輸各個傳感器采集的數(shù)據(jù)。浮標為極地海冰厚度（生長和衰變）的連續(xù)監(jiān)測、跨年度周期的時間演變提供了可靠的手段；其低成本能允許在陣列中進行多個單元部署，以改善空間可變性數(shù)據(jù)；浮標采集的數(shù)據(jù)非常適用于過程模型評估（例如，確定冰海能量交換），用于極地地區(qū)的天氣預(yù)報以及用于監(jiān)測海冰厚度和狀態(tài)。浮標也有許多其他地面的應(yīng)用，如可用于監(jiān)測融雪和山區(qū)結(jié)構(gòu)積雪變化，在偏遠的北極和南極區(qū)域，可用于實時監(jiān)控冰路狀況。

太原理工大學(xué)也對溫度鏈浮標進行了設(shè)計開發(fā)，該浮標主要搭載4.5米長的柔性溫度鏈。最初的海冰浮標監(jiān)測系統(tǒng)由供電單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸單元三部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元由各個傳感器組成，包括溫度鏈、電容冰厚傳感器、水下聲吶、水上聲吶和GPS；數(shù)據(jù)傳輸單元包括浮標的控制器和銥星通信模塊。溫度鏈選用DS28EA00作為測溫芯片[8]，芯片間隔為精確的3厘米，總量程為4.5米，即一共150個測溫點。該系統(tǒng)搭載的溫度鏈不便攜帶、安裝復(fù)雜、防水性能不好，因此隨后設(shè)計和研發(fā)4.5米的柔性溫度鏈。柔性溫度鏈基于單總線多點測溫方案，并設(shè)計了多點連接的柔性PCB板。每個溫度傳感器間隔是精確的3厘米，總量程4.5米，即一共150個溫度檢測點，每個溫度檢測點能夠記錄該海冰內(nèi)部層位的溫度值。伴隨著對溫度檢測精度的提升，隨后又設(shè)計研發(fā)了高精度鉑電阻溫度鏈，測溫精度可以達到±0.01℃。海冰溫度剖面觀測模塊每天按照世界時0：00開始，每隔1小時進行溫度的采集，并將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綐梭w的控制器中，通過銥星通信模塊發(fā)送回國內(nèi)的數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。

海冰溫度鏈浮標根據(jù)需求可以搭載其他類型的傳感器，如溫濕度多功能檢測計、水下聲吶、冰上聲吶、葉綠素傳感器、溶解氧監(jiān)測儀等傳感器，獲取不同氣象參數(shù)和冰下海洋學(xué)參數(shù)等數(shù)據(jù)。供電系統(tǒng)采用鋰電池組，設(shè)計壽命為24個月。

冰基海洋剖面浮標

冰基錨系剖面浮標（ITP）是由美國伍茲霍爾海洋研究所設(shè)計研發(fā)，能安放在北極冰凍圈內(nèi)進行全天候自動化監(jiān)測，布放的平臺多為冰凍圈內(nèi)的多年冰，設(shè)計壽命長達三年。浮標能夠獲取海水溫度和鹽度的數(shù)據(jù)，可觀測范圍為表層5～800米的深度，并且浮標能夠搭載流速儀，獲取冰下海洋學(xué)數(shù)據(jù)。

浮標由三個主要模塊構(gòu)成：基于海冰上的標體系統(tǒng)、一條長度達800米并懸掛于標體底部的纜繩和水下剖面儀。水下剖面儀能夠通過電機驅(qū)動沿著纜繩進行上下爬升，獲取所需的冰下淺表層水文剖面數(shù)據(jù)；當觀測完每一個冰下剖面時，水下剖面儀能通過感應(yīng)耦合向表層標體的浮標控制模塊傳輸所觀測的數(shù)據(jù)，然后浮標控制模塊通過銥星通訊模塊將數(shù)據(jù)文件傳送至陸

地的遠程監(jiān)測中心[10]。

IAOOS浮標是一款綜合型的海冰監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測冰下淺表層和冰上氣象等相關(guān)物理參數(shù)。搭載的傳感器包括海冰溫度鏈、海洋剖面儀、氣象傳感器、GPS和銥星通信模塊。海冰溫度鏈通過測量大氣、雪、冰、海水的溫度，能夠推斷出海冰的厚度；海洋剖面儀是在Argo浮標基礎(chǔ)上開發(fā)的，通過浮標的垂直上下移動，實現(xiàn)了溫度和鹽度垂直剖面的自動觀測，可以測量0～800米深的溫度、鹽度、溶解氧的數(shù)據(jù)；氣象傳感器包括大氣溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器、激光雷達和光照度傳感器，能夠獲取冰上及低層大氣的各類氣象參數(shù)；各個傳感器采集的數(shù)據(jù)由銥星通信模塊傳送回遠程監(jiān)控平臺。相較于衛(wèi)星觀測，該浮標能夠精確測量海冰厚度，系統(tǒng)化監(jiān)測北冰洋上空大氣層環(huán)境和獲取冰下淺表層水文剖面特征。

極地海洋剖面系統(tǒng)（POPS）是由加拿大與日本聯(lián)合研發(fā)的一款布放海冰上的模塊化觀測平臺，可在惡劣氣候中進行部署。海洋剖面系統(tǒng)由六個模塊構(gòu)成，包括標體中的主控制器、緊湊型數(shù)據(jù)記錄儀、海冰載荷平臺、氣象傳感器、銥星通訊與GPS模塊、冰下溫鹽垂向剖面系統(tǒng)。

該觀測系統(tǒng)通過銥星通訊模塊傳輸氣象和冰下海洋數(shù)據(jù)，系統(tǒng)控制器負責所搭載傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理和定時發(fā)送。平臺的通信端口采用防水處理，易于配置和驗證，其供電系統(tǒng)由兩塊鋰電池構(gòu)成，可長期為載荷設(shè)備供電，保證數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。冰下剖面儀安裝在一根直徑約為0.4厘米的電纜上，并使用鉤環(huán)將電纜連接到裝配平臺的底部，感應(yīng)調(diào)制器通過通信端口將信號傳送到主控制器，其位置處于裝配平臺的頂板上。

D-TOP浮標是由中國海洋大學(xué)自主設(shè)計和研發(fā)的極地海冰浮標，能夠用于監(jiān)測冰下的上層海洋環(huán)境，設(shè)計成本低廉，適合大量布放。整個系統(tǒng)包括控制單元、通信單元和傳感器單元。浮標對冰下1.5～120米的海洋剖面溫度和鹽度物理參數(shù)進行實時采樣，設(shè)計壽命為12個月。該浮標冰上搭載的傳感器包括大氣溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器，能夠?qū)Ρ?.5米處的空氣溫度、濕度和壓力等氣象參數(shù)數(shù)據(jù)進行實時采集和定時傳輸。截至2018年8月，我國已在北極的冰凍圈內(nèi)布放了10套D-TOP，通過對浮標采集數(shù)據(jù)的研究，可分析海洋的淺層水文剖面的特征。

“無人冰站”系統(tǒng)

“北極海—冰—氣無人冰站觀測系統(tǒng)”簡稱“無人冰站”系統(tǒng)，是由我國自主研發(fā)的無人值守觀測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由四部分組成，分為大氣邊界層觀測子系統(tǒng)（氣象塔）、冰上主浮標（海冰觀測子系統(tǒng)）、副浮標（上層海洋固定層位觀測子系統(tǒng)）以及拖曳式海洋剖面觀測儀。系統(tǒng)采用一具主浮標加一具副浮標的方案代替原來的單一浮標方案，具有其獨創(chuàng)性，并能獲取更多的環(huán)境參數(shù)變量。該系統(tǒng)通過獲取大氣—海冰—海洋界面通量，用于觀測大氣過程對海冰的生長與消融和上層海洋的影響。

冰上主浮標是整個系統(tǒng)的核心部分，其搭載了全部海冰觀測子系統(tǒng)和部分大氣邊界觀測系統(tǒng)的觀測模塊，同時負責整個系統(tǒng)的控制與衛(wèi)星通信工作。副浮標主要搭載冰下海洋固定層位觀測模塊，與主浮標通過通訊纜線連接，在正常工作情況下，副浮標采集到的上層海洋觀測數(shù)據(jù)由通訊纜線傳輸?shù)街鞲说目刂破鳎⑼ㄟ^主浮標的銥星通訊模塊進行定時發(fā)送。

“無人冰站”系統(tǒng)的設(shè)計特征能夠有效降低單個浮標的體積和重量，適應(yīng)在北極惡劣環(huán)境下的現(xiàn)場實施能力，防止了因大重量、過度發(fā)熱等問題造成的承載海冰結(jié)構(gòu)破壞，提高了整個浮標系統(tǒng)的可靠性。同時副浮標搭載了備用系統(tǒng)控制模塊和備用衛(wèi)星通訊模塊，當主浮標發(fā)生故障或結(jié)構(gòu)損壞時，可依托副浮標上的備用通訊模塊來進行控制和通信，從而使整套系統(tǒng)的各個傳感器模塊繼續(xù)工作。該系統(tǒng)集成了多個傳感器，能夠獲取不同類型的觀測變量，其中包括4.5米柔性溫度鏈、溶解氧傳感器、葉綠素傳感器、氣壓傳感器、大氣溫濕度傳感器等，進而監(jiān)測海冰的生長和消融，獲得海冰的漂移軌跡路線，研究對全球氣候變化的影響。

極地海冰浮標的未來發(fā)展

隨著科技發(fā)展，海冰浮標越來越多地應(yīng)用于南北極的觀測中，成為組建南北極觀測網(wǎng)的重要組成部分，為了適應(yīng)不同的科學(xué)領(lǐng)域研究和科技發(fā)展需求，極地海冰浮標后續(xù)需在以下四個方面中取得技術(shù)上的跨越。

一是浮標集成技術(shù)的深度開發(fā)。根據(jù)不同的研究目標和要求，研制和開發(fā)綜合性的監(jiān)測系統(tǒng)[11]，實現(xiàn)大氣—海冰—海洋一體化的觀測；通過集成不同類型的傳感器，獲取上層海洋學(xué)參數(shù)、氣象參數(shù)和積雪量等物理數(shù)據(jù)，解決實測數(shù)據(jù)缺乏的不足，應(yīng)用在冰凍圈內(nèi)的科學(xué)研究中。因此綜合性監(jiān)測浮標的研究具有很大的優(yōu)勢。

二是極地環(huán)境適應(yīng)性的加強。針對通訊模塊和電源模塊進行改良，提升浮標觀測的續(xù)航能力，實現(xiàn)全天候的監(jiān)測，獲取較長時間的觀測數(shù)據(jù)，對于海冰的研究具有重要的意義。為了適應(yīng)海冰未來變化的趨勢，對海冰浮標小型化和輕型化開展研究，如近些年北極海冰的面積范圍逐漸地減少，減輕浮標的重量和體積，使其在海冰上具有較好的承重能力。

三是提高科學(xué)研究需求的針對性。研制和開發(fā)新型浮標，實現(xiàn)對北極冰凍圈內(nèi)不同研究領(lǐng)域?qū)崪y數(shù)據(jù)的補充，建立新的監(jiān)測平臺。通過對浮標集成的傳感器技術(shù)的改良，進而提高浮標觀測數(shù)據(jù)的精度、準確度。

四是研發(fā)冰—海適用型極地海冰浮標。研究極地海冰浮標的水密性，當海冰融化后，浮標能夠繼續(xù)漂浮在海洋表面，并且各個載荷設(shè)備仍持續(xù)工作，繼續(xù)獲取海洋淺表層參數(shù)等數(shù)據(jù)，增加極地海冰浮標的工作壽命時長，對研究海冰的生長和消融有重要意義。

隨著極地科考事業(yè)的發(fā)展，極地海冰浮標技術(shù)的研制和開發(fā)將會面臨更高層次的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。未來，優(yōu)化極地海冰浮標整體結(jié)構(gòu)性，趨于小型化、輕型化，并且加強機械強度，適應(yīng)海冰的變化和極地惡劣的環(huán)境；并要使極地海冰浮標的設(shè)計向著集約化的方向發(fā)展，設(shè)計成本低廉，操作更簡易化，監(jiān)測功能更綜合化，可大量布放在極地區(qū)域，為南北極觀測網(wǎng)的構(gòu)建提供可靠的技術(shù)支撐。

[本文相關(guān)研究得到國家重點研發(fā)計劃課題（2018 YFC1405902）資助。]

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關(guān)鍵詞：浮標 海冰 極地 觀測技術(shù) ■