浅议未来深海综合科学考察船的能力建设
朱永灵1，顾春华1，高威2
(1．国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州，310012；2．中国大洋矿产资源研究开发协会，北京，100860)
摘要：针对目前我国科学考察船的实验室和调查设备较为落后，根据多年从事大洋科考经验，从海洋科学的角度梳理出未来建造深海综合科学考察船所需的能力建设，提出大气探测系统、水体探测系统、海底探测和采样系统、辅助支撑四大能力系统，同时，这四大能力系统也涵盖了所需实验室和调查设备的装备，从而为未来建造深海综合科学考察船提供借鉴。
关键词：深海；科学考察船；能力建设；海洋科学
中图分类号：P715.3 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2011)S2-0021-03
Brief discussion of capacity building for future deep sea integrated scientific research vessels
ZHU Yong-ling1, GU Chun-hua1, GAO Wei2
(1. Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012, China;
2. China Ocean Mineral Resources R&D Association, Beijing 100860, China)
Abstract: Based on the fact that the lab and survey equipments of the present scientific research vessels is late, the required capacity building for the future deep sea integrated scientific research vessels was proposed from the marine science perspective according to the author’s multi-years involved experience on deep sea scientific research. This paper raises the four capacity building systems as follows: the detection system of atmosphere, the detection system of water body, the detection system of sea bottom and sampling, and the auxiliary system, which including the lab and survey equipments, and provides the reference for the future deep sea integrated scientific research vessels.
Key words: deep sea；scientific research vessels；capacity building；marine science
深海综合科学考察船在海洋研究中起着重要的作用，世界各国一直将深海综合科学考察船建设视为海洋科学发展的一个重要举措。可是，关于科学考察船的专业文献很少，而关于深海综合科学考察船的文献就更少。伴随着大型国际海洋计划的日趋活跃，如气候变化与可预报性(CLIVAR)、“热带大气海洋观测网锚碇系列(TAO)”、“地转海洋学实时观测阵”计划(ARGO)、“全球海洋观测系统”计划(GOOS)[1]等和我国向深远海进军的战略需求，而我国的深海科学考察船却已进入更新换代期，因此，深海综合科学考察船已成为我国深海海洋调查的一个重要瓶颈，建造深海综合科学考察船已成为当务之急。本文作者根据多年从事大洋科考经验，从海洋科学的角度对我国深海综合科学考察船的现状作一简要回顾，从而提出未来建造深海综合科学考察船所需能力建设的一些浅薄的想法，从而起到抛砖引玉的目的。
1 国内深海综合科学考察船现状
深海综合科学考察船是科技含量高、资金投入大、使用年限长并与科技进步密切相关的非盈利性船舶。目前，我国在深海的科研任务繁重，但是我国可以在深海工作的深海综合科学考察船严重缺乏，已严重影响了我国赴深海海洋调查作业的能力。我国现有科学考察船大部分是20世纪七八十年代设计建造的，如1965年建造的“东方红”，1968年“实践号”，1972年的“海洋1号”，1979年建造的“向阳红10号”，1981年建造的“向阳红16号”，1981年建造的“科学1号”， 1982年建造的“向阳红21号”等，按照使用年限为25年，大部分已超期，这意味着我国的科学考察船已进入更新换代期[2]。而科学考察船的大部分船只的实验室较为简陋、传统，如一般实验室仅有多波束实验室、地质和土工实验室、化学实验室和水文实验室，并且海洋探测设备和科研仪器未及时更新，探测手段落后，探测覆盖范围小，难以满足多学科联合考察的需求[3]，只能对样品和数据进行初加工和保存；各实验室的数据不能共享，数据处理不能实时，只能待航次结束后，将采集到的数据光盘带上岸进行分析和处理，存在着数据处理周期长、准确性差等问题[4]，缺乏与陆上实验室同步联合处理能力。另外，大部分科学考察船尚不具备高精度的动力定位系统，也缺少定点、精细化作业的能力。
目前，有能力在深海作业的深海科学考察船如国家海洋局拥有的具有27年船龄并经过现代化改装的“大洋1号”[5]和中国目前唯一的破冰船“雪龙号”。而由中科院声学所、南海海洋所、沈阳自动化所联合建造，联合管理的“实验1号”船目前只能在北印度洋徘徊，尚缺乏进军太平洋和大西洋的经历。即将加入到进军深海任务的是2011年6月28日赴太平洋工作的中国地质调查局的“海洋6号”船和2011年7月1日起航赴太平洋工作的国家海洋局改装后的“向阳红9号”船，这2条船的深海作业能力人们将拭目以待。而中科院海洋所的“科学１号”预计将于2011年10月下水，深海的作业能力有待检验。
正是由于深海综合科学考察船的严重缺乏，建造新的深海综合科学考察船已成为各涉海海洋研究行业的共识。如国家海洋局的“雪龙2号”已被发改委正式批准立项；“大洋2号”也正在加紧准备各项前期的工作，争取早日获得发改委的批准立项；而国家海洋局第二海洋研究所则另辟蹊径，充分利用地处浙江的优势，借力浙江民营企业资本优势，通过与浙江民营企业的合作，建造自己的深海综合科学考察船。
2 建造深海综合科学考察船所需的
能力建设
深海海洋科学是研究深海海洋的自然现象、性质及其变化规律等。研究领域包括对海洋的物理、化学、生物和地质过程等基础研究。未来深海洋区人们将会更关注大洋环境和海气相互作用，海洋生态系统与全球碳循环研究，大洋矿产资源，深海高新技术等。目前，海洋科学的发展也进入了学科交叉、渗透、融合与开展全球性各种海洋现实演变过程和相互作用研究的新阶段，这就不但要求同时在大范围内，而且要从高空到深海进行多学科的联合观测，这也就对实验室和调查设备提出了新的要求。那么，总的来讲，未来深海综合科学考察船应为：
(1)能满足无限航区要求、具有全球航行能力、集多学科、多功能、多技术手段为一体、满足深海和洋区海洋科学多学科交叉研究需求的现代化海洋科学综合考察船，能够成为国家深海及洋区的海洋科学基础研究和高新技术研发的海上移动实验室和试验平台。
(2)能经得起海上风暴并能最大程度保证操作的有效性，能24 h工作，要有采样装置和各类传感器，要有整合来自现场观测数据、岸基数据，卫星数据、实时自动传感器数据的能力，并要有实时管理、可视化的能力。
为了达到上述目标，未来深海综合科学考察船到底要装备哪些实验室和调查装备呢？考虑到深海综合科学考察船上的学科和调查项目众多，并经常要求在大范围内同时进行多学科的立体联合观测研究等，为此，围绕科学目标，至少要有大气探测系统、水体探测系统、海底探测和采样系统、辅助支撑4大能力系统：
(1)大气探测系统：主要是对高空、大气边界层和海气界面通量、海面常规气象走航式进行连续探测与数据采集系统。需配备的设备为大气剖面仪、自动气象站等。
(2)水体探测系统：主要是对定点和走航式海洋环境参数连续探测与数据采集系统。需配备的设备为温－盐－深剖面探测系统、采水器、走航式声学多普勒流速剖面仪、表层海水多要素连续自动测定系统、海洋生物拖曳系统等。
(3)海底探测和采样系统：主要是根据地球系统科学理论从茫茫大海和洋区找出我们感兴趣的相对比较大的区域，然后在感兴趣的相对大的区域里通过实验室和调查设备获得深海海底的地形地貌数据和上表层海底结构资料，随后根据获得的资料，进一步筛选出相对小的感兴趣区域，进行海底可视化操作，获取微地形地貌，并采取样品。主要如下：
(a) 要“看清楚”深海海底的地形地貌。为此，要配备海底地形地貌探测实验室，需配备的调查设备包括多波束系统和浅地层剖面仪等；
(b) 要获得海底的上表层的资料，叙述与测定海底地形的起源、探测沉积物及基岩厚度、解释海底内部结构生成的原因。为此，要配备综合地球物理实验室和地震实验室等，需配备的调查设备有海洋重力仪、海洋磁力仪、多道地震和深海地震仪等；
(c) 根据获得的地形地貌的资料，进一步筛选出有科学价值的深海区域，进行海底可视化观察，获取微地形地貌，并采取样品。为此，要配备深拖实验室、各种定位设备、取样设备和样品库等。需配备导航定位设备包括GPS全球导航定位系统、超短基线定位系统、长基线定位系统、调查用罗经系统等；水下拖体及传感器包括深海摄像系统、海底照相、MAPR、METS和化学原位传感器(Eh+H2S+pH)等；取样设备包括电视抓斗、岩心钻机、可视多管取样器、可视箱式取样器、常规箱式取样器、重力柱、生物组合采样器、大体积水体颗粒物采集器、BIONESS网、底栖生物拖网和岩石拖网等；
(d) 还需对深海海区要进行短期和长时间序列连续的观测，获取流速、流向、流量、温度、盐度、深度等大量参数，为此要配备水文实验室等。需配备的调查设备包括锚系等；
(e) 对地质、环境、生物和基因进行现场分析、培养和初步研究，争取早日获得科学成果。为此要配备地质、化学和生物实验室。需配备现场实验室培养、分析设备包括便携式高温高压微生物培养系统、PCR仪、便携式高压釜和加压泵、厌氧操作系统、小型冷冻高速离心机、高速离心机、显微镜、荧光分光光度计、气相色谱、营养盐自动分析仪、X荧光分析仪、便携式XRD衍射仪、便携式微电极分析仪、非金属超声波测量仪、电性测量仪、制片设备(切片机、磨样机、磨片机、抛光机等)、便携式高温高压微生物培养系统和超纯水系统等。
(4)除此之外，还需要辅助支撑能力系统。主要如下：
(a) 动力定位系统。动力定位系统在海上定点作业时非常重要。动力定位时，通过电脑传输，只需几分钟的时间，就把航行中的船稳稳地停在预定的位置。动力定位系统可进行自动或半自动精确操控船舶，是科学考察船完成高精度海上定点作业的必备的设备。动力定位系统一般包括由DP操作台、控制单元、独立JOYSTICK及测量系统。该系统能将位置传感器、航向传感器、姿态传感器、风传感器、海流传感器等仪器实时实地测得的数据信息及时传输给计算机，计算机再将其与储存的预定停泊位置资料对照，找出差别，继而向各推进器发出指令，调整其推力，实行差别修正，直至到达预定位置。
(b) 船舶网络系统。主要是对采集到大气、水体、海底的数据进行共享，实现环境气象设备、导航设备和科学设备数据的自动采集、传输、交换和存储，实现INTERNET访问及邮件收发系统，对全船进行监控，并实时把数据传回岸基。
(c) 为实现上述科学调查要求，还需要配备操控支撑设备，包括专用绞车和甲板收放装置，主要包括：同轴缆绞车、光缆绞车、地质绞车、CTD专用绞车、A型架、折臂吊、磁力仪绞车、空压机、船上样品冷库、生物专用低温冷冻冰箱、设备运输集装箱、常用冰箱、冰柜、样品箱、A0彩色绘图仪等。
3 小结
从海洋科学的角度出发，提出了大气探测系统、水体探测系统、海底探测和采样系统、辅助支撑四大能力系统，同时，这四大能力系统也涵盖了所需实验室和调查设备的装备，从而为未来建造深海综合科学考察船提供借鉴。
参考文献：
[1] 韩天. GOOS计划的实施与我国海洋调查船调查技术的发展[J]. 海洋技术, 1995, 14(3): 128-131.
HAN Tian. Implementation of GOOS and development of the investigation technology of the ocean survey ship in China[J]. Ocean Technology, 1995, 14(3): 128-131.
[2] 张炳炎. 我国海洋调查船的现状与未来[J]. 世界科技研究与发展, 1998, 20(4): 38-40.
ZHANG Bing-yan. Status and future of our oceanographic R/Vs[J]. World Sci-Tech R&D, 1998, 20(4): 38-40.
[3] 张丽瑛, 张兆德. 海洋科学考察船的现状与发展趋势[J]. 船海工程, 2010, 39(4): 60.
ZHANG Li-ying, ZHANG Zhao-de. The present state and perspectives of marine research ship [J]. Ship & Ocean Engineering, 2010, 39(4): 60.
[4] 程岚. “大洋一号”科学考察船计算机网络系统总体方案设计[J]. 船海工程, 2003(5): 10.
CHEN Lan. The overall design of the computer network system for the R/V Dayangyihao scientific[J]. Ship & Ocean Engineering, 2003(5): 10
[5] 周宁. 大洋一号勘查技术体系的设计与建设[J]. 海洋学研究, 2005, 23(4): 61-65.
ZHOU Ning. The enhance and integration of investigation technology for the R/V Dayangyihao[J]. Journal of Marine Sciences, 2005, 23(4): 61-65.
(编辑 陈爱华)
收稿日期：2011-06-15；修回日期：2011-07-15
基金项目：国家自然科学基金资助项目(61074053)
通信作者：朱永灵(1976-)，男，浙江台州人，硕士，高级工程师，从事科研管理研究；电话：13600521827；E-mail: zhuylzhuyl@tom.com
