问题:深海是认识地球系统的重要窗口,也是全球气候变化研究的关键观测区域。然而,深海环境高压、低温、强腐蚀、长周期无人值守等特点,对传感器的可靠性、稳定性与精度提出极高要求。长期以来,海洋生物地球化学观测核心部件一定程度上依赖进口设备,存在采购周期长、成本高、适配性受限以及关键技术受制于人的风险,制约了深海移动观测网络的规模化部署与长期连续观测能力提升。 原因:一上,海洋生物地球化学变量的原位测量涉及光学、电化学、材料与封装、信号处理、低功耗系统设计等多学科交叉,技术链条长、迭代难度大;另一方面,深海移动平台(如Argo浮标、潜标、滑翔机等)对载荷重量、功耗、数据传输与维护周期有严格约束,需要传感器在“高精度与低功耗”“长期稳定与抗漂移”之间实现系统性平衡。此外,深海观测从实验室走向海上长期运行,必须经历多场景、长周期的海试检验,任何环节短板都可能导致数据中断或质量下降。 影响:此次由中国科学院西安光学精密机械研究所吴国俊团队牵头研制的多型国产海洋生物地球化学原位传感器完成多平台、多场景深海应用验证,意味着我国在深海移动观测关键装备上实现了从“能用”到“好用、可用、耐用”的重要跨越。其直接价值在于,为海洋碳循环过程研究提供更高时空分辨率的连续观测数据。海洋吸收了人类活动排放二氧化碳的重要份额,碳在海洋内部的输运、转化与封存机制复杂,需要依托长期、广覆盖、可移动的原位观测体系加以揭示。传感器自主化将增强我国在涉及的国际科学议题中的数据供给能力与研究话语权。同时,面向深海资源环境调查、海洋生态系统监测、海洋灾害预警与海洋立体观测体系建设,自主装备能力的提升将带来更强的任务适配性与更低的运维成本,为扩大观测网络密度、延长观测序列提供现实条件。 对策:面向更大范围应用,还需在“装备—平台—数据—应用”全链条上合力推进。其一,持续开展跨季节、跨海域、跨深度梯度的长期海试,建立覆盖典型海况的可靠性评估体系,提升传感器抗漂移、抗污染与自校准能力,确保数据可比性与可追溯性。其二,加强与Argo浮标等成熟平台的工程化集成——优化功耗管理与通信策略——提高在长周期任务中的数据回传效率。其三,围绕海洋生物地球化学观测建立统一的数据质量控制与标准体系,推动数据同化与模型耦合,形成“观测—分析—预测”的业务化能力。其四,完善关键元器件与核心算法的国产供应链,提升批量化制造与维护保障能力,降低大规模部署的综合成本。 前景:随着全球气候变化影响加深,海洋对碳汇能力、生态系统结构与物质循环的响应更受关注,深海观测将从点状调查迈向网络化、立体化和智能化。国产原位传感器通过深海多场景验证,为构建更高分辨率的深海移动观测网络奠定基础,有望在未来与卫星遥感、船基调查、海底观测网等形成互补,提升我国对海洋过程的认知精度与预测能力。业内人士认为,若能在关键指标稳定性、长期运维与规模部署上持续突破,我国深海移动观测将继续由“并跑”向更高水平迈进,并在部分领域形成可推广的技术体系与应用方案。
深海是地球最后的科学前沿。掌握深海观测的关键技术既是科学研究的需要,更是国家战略的需要。此次国产海洋生物地球化学原位传感器的成功验证,充分表明了我国科技工作者在关键领域的创新能力。这个成果标志着我国在深海科技领域迈上新的台阶。展望未来,随着更多自主创新成果的涌现,我国必将在深海观测和深海探索领域取得更加显著的成就,为人类认识和利用海洋做出更大贡献。