從顛倒溫度計、漂流瓶到“感應耦合傳輸CTD”“定點式溫鹽深測量系統”——新中國海洋水文調查設備的演變

海洋水文調查作為海洋調查的基本內容之一，也經歷了從無到有，能力從弱到強的轉變，調查設備不斷更新換代，許多設備從調查初期的仿制到如今自主研發，實現了跨越式發展。
我國在海洋水文調查中使用的調查設備隨著科學技術的發展而不斷更新換代，大致可分為3個階段。
第一階段為20世紀80年代以前，調查設備主要是機械式的，體積普遍較大，操作較為復雜，精度和穩定度較差，如表面溫度表、顛倒溫度表、雙聯浮筒測流裝置、印刷海流計、直讀式海流計、手搖絞車等；
第二階段為20世紀80年代至21世紀初期，隨著電子技術的快速發展，逐漸開始使用以電子計算機和自動化為主的裝備，測量精度、靈敏度、穩定度等大大提高，如溫鹽深剖面測量系統（CTD）、聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）等；
第三階段為21世紀至今，隨著傳感器技術、通信技術和遙感技術的發展和廣泛應用，除了CTD、ADCP等設備不斷升級外，結合實時、自主式、長時間序列觀測的需要，出現了船載測波雷達、自沉降式剖面測量系統 （Argo浮標）、拋棄式溫鹽深剖面測量系統（XBT、XCTD）以及潛標、浮標觀測系統等，發展趨勢呈現網絡化、智能化。
顛倒采水器（中國海洋檔案館館藏）

實驗室鹽度計（中國海洋檔案館館藏）
海流計（中國海洋檔案館館藏）
國產6000米級“深海玄武”浮標 （圖源：杭州全球海洋Argo系統野外科學觀測研究站）

我國首批國產深海Argo浮標漂移軌跡（至2024年1月7日，圖源：杭州全球海洋Argo系統野外科學觀測研究站）新中國成立初期

新中國成立以后，我國開始重視海洋調查。20世紀50年代中期，我國開始將漁船、拖船、舊軍用輔助船等改造成海洋調查船，摸索積累近海調查的經驗。1958年９月至1960年12月開展的“全國海洋綜合調查”開啟了我國大規模海洋水文調查的序幕，此次調查歷時2年多，為我國海洋科學發展奠定了基礎。

20世紀80年代前，溫鹽觀測設備主要依賴進口設備和仿制的國外某些常規產品，設備基本都是純機械式的，如顛倒溫度表、表面水銀溫度表、機械式深度溫度計、氯度滴定計等。海流觀測設備主要是純機械式海流計，如厄克曼海流計、印刷海流計。海浪觀測手段主要依靠人工測波，利用望遠鏡、秒表等輔助設備，用純人工的方法觀測波浪要素。我國的海洋浮標研制起步于1965年，首套浮標為船型結構。20世紀70年代，山東省科學院海洋儀器儀表研究所自主研制了HFB-1型海洋水文氣象浮標，曾在我國的海洋環境觀測中發揮過重要作用。

1958年，我國第一次開展“全國近海海洋綜合調查”。圖為調查人員現場取樣。（中國海洋檔案館資料照片）

**“漂流瓶”，起初是一種用于測量海洋表層流的工具。**上世紀60年代，新中國海洋事業剛剛起步，海上航行安全和海洋科學研究都迫切需要海洋數據，一個用漂流瓶觀測中國沿海漂流狀況的項目悄然而生。由國家海洋局牽頭組織實施，首先以黃渤海區域為試點，具體工作由海洋一所負責。由于多方面的原因，該計劃沒有繼續在東海和南海實施。據檔案記載，試點工作為七十年代中期繼續在黃海區域施放漂流瓶計劃的實施奠定了很好基礎。該計劃成功地獲取了一批漂流數據，研究人員利用這些數據對黃渤海區的表面流若干特征進行了分析和討論。

顛倒溫度計

（顛倒溫度計是一種特殊的液體溫度計，與普通的水銀溫度計的測溫原理是相同的，即水銀的熱漲冷縮。不同之處在于它的結構和制作方法上。顛倒溫度計的毛細管是真空的。由于重力的作用，顛倒時球部的一部分水銀由毛細管流向接受泡；另一部分水銀由貯蓄泡經過狹窄處的盲枝時，由于表面張力的作用，水銀就在此中斷。此時不管溫度計的水銀是膨脹還是收縮，球部水銀都不會越過盲枝進入毛細管中。因此，當顛倒溫度表從海水中取上來后，溫度表示數即為顛倒處的溫度和深度。）

表層溫度計和顛倒溫度計

印刷式海流計 天津海洋氣象儀器廠（仿蘇聯阿力克賽海流計）

印刷式海流計是船用或浮標用的定點自記測流儀器，依據旋漿葉片受水流推動的轉數來確定流速，并用磁盤確定流向，其中代表性產品是天津氣象海洋儀器廠仿制的HLJ1型印刷海流計，它曾在我國早期海流觀測中發揮過重要作用并一直沿用至80年代中期，其流速為3～148cｍ/s，流向為0°～360°（精度±5°），印刷時間間隔為5、10、15、20、30、60分鐘6種，最長連續工作時間為57天，最大使用深度為250m（HLJ1-1型）和1200m（HLJ1-2型）。但受制于國內的工業和電氣化水平，并沒有形成產品生產能力。

80-90年代 走向國際

20世紀80年代，溫鹽觀測設備方面，我國成功研制了最大工作深度分別為60m 、1000m、3000m 、6000m的實時傳輸和自容式的溫鹽深剖面儀。如國家海洋局海洋技術研究所研制的SZC11型6000m溫鹽深自記儀，在1985年的西北太平洋錳結核調查和1987年中日聯合黑潮調查中發揮了重要作用。1984年，國家海洋局第三海洋研究所研制了SZC7-2型拋棄式溫深儀。
當時，“厄爾尼諾”現象和“拉尼娜”現象在太平洋東西跨度數萬公里和南北跨度數千公里持續出現，導致了全球氣候異常。為此，中國和美國聯合開展了海氣合作調查，通過中美海氣調查，我們獲得了有關西太平洋大量系統而全面的海洋和大氣資料，根據這些資料，首次成功地預報了1986-1987年發生的厄爾尼諾現象。此時使用的儀器設備就有美方提供的CTD和絞車等。
CTD(Conductivity,Temperature,Depth，溫鹽深儀）主要由水中探頭和記錄顯示器及連接電纜組成，可以用于測量水體的電導率，溫度及深度三個基本的水體物理參數。由熱敏元件和壓敏元件等構成的探頭與顛倒采水器一并安裝在支架上，可投放到不同深度；記錄顯示器，除接收、處理、記錄和顯示通過鎧裝電纜從海水中探頭傳來的各種信息數據外，還充當著整套設備的操縱器。

布放CTD

而比CTD使用更為便利的是投棄式溫深剖面儀（XBT）。XBT是一種一次性使用、可在搭載平臺（船、飛機、潛艇等）航行狀態下進行海洋環境參數剖面測量的儀器設備，具有實時、快速、大面積和低成本的特點。

XBT

“九五”以來，溫鹽傳感器在國家“863”計劃的支持下快速發展，攻克一些關鍵技術，取得了一批高新技術成果，但距離世界先進水平還有一定的差距，特別在深遠海調查設備方面差距更大。我國深遠海調查中，溫鹽測量主要有船載觀測、走航觀測、錨系觀測和拋棄式觀測等４種方式。
大范圍的海洋調查中常輔以拋棄式溫鹽深儀（XCTD）和拋棄式溫深計（XBT）等，常用的有日本TSK公司的XCTD和XBT。此外，根據海洋調查的不同需求，CTD上一般還會搭載各類傳感器，如溶解氧、pH、濁度和葉綠素等傳感器。

深海輕型觀測浮標

在國家“863”計劃等項目的支持下，我國研制成功了直徑3～10m的一系列浮標產品，海洋資料浮標能夠長期、連續、全天候自動觀測，可以獲取海洋水文、氣象、水質、生態、動力等海洋環境參數。
80年代中后期我國開始使用岸基光學測波儀，也屬于人工觀測。90年代，隨著浮標技術的不斷進步，波浪浮標成為海浪觀測的主力設備，波浪浮標一般都采用球體設計，以便具備良好的隨波性。

20世紀80年代，海流觀測主要使用直讀式海流計、數字式轉子海流計和聲學海流計。此外，國外的海流觀測設備逐步進入中國市場，如挪威安德拉RCM系列海流計、日本ALEC公司的AEM213-D型直讀式電磁海流計等。20世紀90年代后，隨著聲學多普勒流速剖面（ADCP）技術的發展，ADCP成為主要的海流觀測設備。根據安裝方式的不同，ADCP可以分為走航式、坐底式、錨系式、拖曳式等幾種。

Workhorse ADCP(聲學多普勒流速剖面儀)

目前國產ADCP產品中，中國船舶715研究所生產有SLS系列自容式ADCP和SLC系列走航式ADCP，中國科學院聲學所研制的RIV300、RIV600、RIV1200系列自容式ADCP等，部分產品性能已能達到國際先進水平。21世紀 從跟跑到領跑

OST15M海試現場

國家海洋技術中心已成功研制了”OST”全系列溫鹽深測量儀，可適用于多種應用平臺和海區，包括南北極海域、萬米級深海海域。
其中，2020年，“感應耦合傳輸CTD”搭載漂流浮標平臺實現了南極西風帶海域無故障運行200天，搭載潛標平臺在西太平洋海域無故障運行370天。“定點式溫鹽深測量系統”應用海試突破5915米，創造了國產高精度溫鹽深測量儀最大試驗水深記錄?？蒲腥藛T還對20世紀研發的SYA2系列實驗室鹽度計進行了升級，研制出了測量準確度更高、可靠性更強、自動化程度更高的新一代 “SYA3-1實驗室鹽度計”，經第三方檢驗機構檢定，性能已達國際先進水平。
2012年，由國家海洋局第一海洋研究所自主集成研發的我國首套深海浮標“白龍浮標”布放安達曼海，2019年，中國第35次南極考察隊在西風帶布放了我國首個西風帶環境監測浮標。此外，我國也研制了海洋剖面觀測浮標（Argo浮標）、通量觀測浮標、核輻射監測浮標、海冰浮標、光學浮標、聲學浮標、赤潮浮標、波浪浮標、子母浮標、通信中繼浮標等專用浮標。

布放我國首個西風帶環境監測浮標

潛標系統作為海洋調查的重要設備之一，一般由水下部分和水上甲板單元組成。水下部分主要包括主浮體、探測傳感器、纜繩、玻璃浮球、聲學釋放器、重力錨等組成。我國潛標系統的研制工作始于20世紀80年代，經過30余年的發展，我國的潛標技術在設計建模、布放深度、系統回收率和可靠性等方面已經達到世界先進水平。中國海洋大學首次在我國南海建設了國際上最大規模的區域潛標觀測網。
回收萬米錨系潛標系統

2017年，中國科學院深?？茖W與工程研究所在馬里亞納海溝“挑戰者”深淵中布放回收了萬米錨系潛標系統，獲得了深淵中多層深度近一年的溫鹽和海流連續觀測數據。
2010年由中科院海洋所成功發起的NPOCE國際合作計劃，在西太平洋設計規劃了包括潛標、衛星SST、SSH、傳統斷面等綜合觀測項目。以此為契機，中國科學院在戰略性先導科技專項的資助下，建成了由16套深海潛標組成的我國西太平洋科學觀測網并實現穩定運行，獲取西太平洋代表性海域連續多年的溫度、鹽度和洋流等數據。
“科學”號完成西太平洋科學觀測網升級

目前海浪觀測方面，除波浪浮標外，海浪測量設備主要還有海洋衛星和測波雷達， 如“海洋二號”系列衛星，包括2011年發射的HY-2A衛星、2018年發射的HY-2B衛星以及2018年發射的中法海洋衛星（CFOSAT）等，可對海面風場、海流、海浪、海面溫度等海洋動力環境參數進行全天時、全天候監測。測波雷達方面，國家海洋技術中心、哈爾濱工程大學、中國海洋大學等均研制了相關的Ｘ波段測波雷達樣機，也引進了如德國ＯceanWaves公司生產的WaMos Ⅱ測波雷達等相關設備。
海洋二號D星是國家空間基礎設施海洋動力衛星系列的第三顆業務衛星，將與海洋二號B星、海洋二號C星等構成我國海洋動力環境衛星星座

信息來源： 1.海洋科普（1394）| 我國海洋水文調查設備的發展歷程.中山大學海洋科學，2021-03-312.海洋科普（1783）| 中國海洋調查的前世今生.中山大學海洋科學，2022-07-153.海洋科普丨中國海洋調查的前世今生.威海海洋監測減災，2022-07-204.中國海洋檔案館館藏
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