打造海上无人舰队可监控气候变化对海洋影响—新闻—科学网

 
作者:徐徐 来源:中国科学报 发布时间:2018/3/20 9:02:52
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打造海上无人舰队可监控气候变化对海洋影响

 

两艘携带15台设备的帆船在去年9月开始了以加州阿拉米达为起点的航行。

图片来源:JENNIFER KEENE, UW/JISAO AND NOAA PMEL

经过在太平洋上近8个月的航行,两艘7米长的帆船准备下个月返回美国加利福尼亚州。它们装有探测海洋的传感器,这是由总部位于加州阿拉米达的海洋科技初创公司——Saildrone同美国国家大气和海洋管理局(NOAA)密切合作研发的 “半自治”无人驾驶船舶。此次航程是针对无人驾驶船舶的时间最长的测试,并且是在太平洋开展的第一次科学测试。这是在证明无人驾驶船舶能取代日渐老化且昂贵的浮标阵列方面迈出的重要一步。浮标是科学家“嗅出”扰乱气候的厄尔尼诺事件迹象的主要方式。

二战后,大多数海洋表面数据是通过船舶收集的,随后是浮标和卫星。现在,NOAA科学家想发送无人驾驶船舶。“我们正在创造海洋学领域下一个划时代的进步。”NOAA负责海洋和大气研究的行政助理、代理首席科学家Craig McLean表示。未来10年内,上百艘甚至几千艘由太阳能和风能驱动的无人驾驶船舶将在全球海洋中“漫游”,并且利用卫星转送收集自海洋表面和上空大气的信息。

对于研究厄尔尼诺—南方涛动的科学家来说,无人驾驶船舶可能不会来得太早。厄尔尼诺—南方涛动是一系列由温暖的表面海水触发的全球气温和降水变化模式。这些海水每隔几年便会在赤道太平洋来回晃动。自上世纪80年代起,NOAA为一个被固定在太平洋海底、名为热带大气海洋(TAO)阵列的浮标网格提供资助,旨在研究和预测这些变动。它的成功促成了印度洋和大西洋中类似浮标阵列的出现。

不过,在本世纪初,TAO阵列有过濒临“死亡”的经历。浮标及其系泊设备上的海洋生长物成为吸引鱼类的“磁石”,而这又使其变成吸引捕鱼者的“磁石”,导致特有的TAO网络出现在全球鱼类产量地图上。在捕鱼者将浮标拖到一边以方便捕捞时,他们会破坏网格,维修工作开始聚集成堆。与此同时,预算缩减和不断攀升的科研船只运行费用意味着极少有新浮标被部署。“这为我们所有人敲响了警钟。”夏威夷大学海洋学家Christopher Sabine表示。

最终,美国国会恢复了对TAO阵列的资助——每年花费约1000万美元。与此同时,目前日本在西太平洋维护着一个名为三角形跨海洋浮标网络的互补阵列。但由于资助有限并且缺少维护船只,该国已经撤掉几乎所有浮标,从而使对厄尔尼诺的测量努力再次减弱。此次危机促使NOAA和其他机构寻找更可持续的系统提供厄尔尼诺预警。这能帮助相关部门为应对暴雨和紧随其后的干旱制订计划。“这是一个探究浮标阵列到底是什么以及它的要求是什么的极好机会。”位于西雅图的NOAA太平洋海洋环境实验室(PMEL)海洋学家Meghan Cronin表示。

Saildrone创始人、工程师Richard Jenkins从中嗅到了机会。他曾建造过一艘名为“绿鸟”的带轮帆船。该船在2009年打破了风力驱动车辆的地面速度纪录——在内华达州一个干涸湖床上达到每小时202公里的速度。此后,Jenkins帮助两名喜欢海洋的慈善家——Eric Schmidt和Wendy Schmidt以6000万美元的花费装置了他们的研究船R/V Falkor。Jenkins对于这笔花费大吃一惊并且开始思考更小的航海版本的“绿鸟”能否以更少的开支收集海洋数据。理论上,这种在海洋中航行的帆船将不需要推进燃料。太阳能电池板可为仪器和通讯提供动力。Schmidt夫妇为Jenkins提供了250万美元的启动资金。到2013年,测试用帆船完成了从加利福尼亚州到夏威夷的首次航行——其由4.6米高的碳纤维复合材料帆板提供驱动力。

自此以后,Saildrone同PMEL的科学家合作,给船只装配上传感器并且测试它们的极限。2015年,在为期3个月的进军北极以评估海洋生命的航程中,这些船只在40海里/小时的大风中幸存了下来。这一成功鼓励科学家思考无人驾驶船舶能否帮助获得太平洋的观测结果。在设想中,无人驾驶船舶能在虚拟的系泊点附近兜圈子航行,或者以其他提前规划好的模式运行,此后每年返回港口进行清洁。这个过程不需要任何船只。与此同时,无人驾驶船舶的花费更低。Saildrone针对每艘用于收集数据的无人驾驶船舶每天收取的费用为2500美元,而一条船每天会花费3万美元甚至更多。Jenkins认为,他的无人驾驶船舶能从这一差异中获利。“我们希望能有一个无人船舰队专门服务这一市场。”(徐徐编译)

《中国科学报》 (2018-03-20 第3版 国际)
 
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