資料浮標(ocean data buoy)是一種用于獲取海洋氣象、水文、水質、生態、動力等參數的漂浮式自動化監測平臺，它是隨著科技發展和海洋環境監測、預報的需要而迅速發展起來的新型海洋環境監測設備，具有長期、連續、全天候自動觀測等優點，為海洋預報、防災減災、海洋經濟、海上活動等服務，對沿海國家和地區的國計民生和國土安全等多個方面都具有重大意義，因此受到世界各國的極大重視和大力發展。海洋資料浮標是海洋觀測中重要、可靠、穩定的手段之一，是海洋觀測資料4大來源之一。國外海洋資料浮標觀測技術的發展歷史悠久，加之先進科技成果的應用，因此其技術水平和成果具有很好的性和指導意義，下面就作具體說明。

一、通用型海洋資料浮標觀測技術

通用型海洋資料浮標主要指當前已經產品化，并且能夠滿足常規海洋參數觀測業務化運行的浮標。國外海洋資料浮標的發展始于上世紀20年代，發展至今已經取得了大量成果。當前，美國、加拿大、挪威等海洋科技強國的通用型海洋資料浮標觀測技術已趨成熟，不但功能齊全，可靠性高、精度高、穩定性好，而且形成了功能多樣的產品系列，制定了相應海洋環境監測規范和標準，已經在各沿海國家實現了長期業務化運行。

海洋資料浮標觀測技術應用的是美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的國家資料浮標中心(NDBC)，其管理的海洋資料浮標遍布全球，錨系浮標包含了從12m到1.5m直徑的多個系列，如圖1所示，長年工作于海上提供了大量珍貴的海洋數據。

世界氣象組織(WMO)和間海洋學委員會(IOC)的數據浮標合作小組(DBCP)也管理著眾多的海洋資料浮標, 用于全球氣象預報等領域; NDBC管理的錨系浮標實現了全球分布如圖2所示。

國外已經將錨系浮標觀測技術擴展到深遠海, 如印度洋、南北極、赤道附近等。隨著海洋環境監測要求的不斷增加和提高, 建立了大區域、高密度、多參數、多功能的海洋浮標監測網, 如美國NDBC用于熱帶海洋大氣觀測的TAO浮標網, 由大約70個錨系浮標組成。

二、國外10類型浮標介紹

型浮標是浮標觀測技術水平良好體現，也是各國在海洋資料浮標領域研究、制造、應用方面綜合實力、技術水平和創新水平的標志之一。針對特定的應用需求,國外研制了多種浮標系統，成果有海洋剖面浮標、海上風剖面浮標、海嘯浮標、波浪浮標、光學浮標、海冰浮標、海氣通量觀測浮標和海洋酸化觀測浮標等。以下概述這10種型浮標的基本情況和產品。

⒈ 海洋剖面觀測浮標

能夠觀測海水參數的垂直變化剖面的浮標系統。水下剖面觀測浮標早的是美國伍茲霍爾研究所(WHOI)設計的具有自動升降功能的剖面觀測系統MMP(mclane moored profiler)（如圖3）,和加拿大Bedford研究所設計的海馬(Seahorse)波浪能驅動剖面觀測系統, 如圖4所示。2013年挪威的SAIV AS公司利用浮標搭載電動絞車的方式研制了自動剖面觀測系統，如圖5所示。此外, 意大利、韓國等國也紛紛開發了自己的剖面觀測浮標，有的甚至都已經業務化運行多年。

⒉ 海上風剖面浮標

海上風剖面觀測浮標則是近幾年出現的新成果，主要測量海上低空(小于1km)的風場剖面, 成果是2009年加拿大AXYS生產的WindSentinel和2013年挪威OCEANOR公司生產的SEAWATCH Wind LiDAR浮標(圖6), 都是通過搭載激光雷達實現底層風剖面觀測。

⒊ 海嘯浮標

通過實時監測海面波動情況，及時確認是否發生海嘯以及發生海嘯的大小程度，為海嘯預警提供非常重要和珍貴的數據。美國NOAA早在上世紀90年代初就開始了海嘯浮標的研制及系統建設，取得了成果，2001年建立了代DART系統，2005年開始第二代DART系統(DART II)的建設，2007年開始高效易布放(ETD)海嘯浮標的研制和全球布網(DART III, 圖7)，迄今為止, 已經在全球范圍內布放了超過60個海嘯浮標(圖8)。

⒋ 波浪浮標

專門用于波浪參數觀測的浮標，絕大部分波浪浮標都采用球形標體，以具備很好的隨波性。波浪觀測是海洋環境觀測的重要參數之一，也是海洋環境觀測的難點之一。當前波浪觀測水平的浮標是荷蘭Datawell公司的波浪騎士，其他還有加拿大AXYS公司的波浪浮標，如圖9所示。

⒍ 光學浮標

以光學技術為基礎，可連續觀測海面、海水表層、真光層乃至海底的光學特性的浮標。臺光學浮標于1994年誕生在美國，此后，英國、日本和法國等發達國家也研制了自己的光學浮標，產品有美國的MOBY和法國的BOUSSOLE，如圖10所示。

⒎ 海冰浮標

布放于南北極海冰區域能夠觀測包括海冰在內的海洋環境參數的浮標，既可以監測海冰自身的熱力及動力過程，同時可以加載相應的海洋及大氣參數觀測的傳感器，用于海洋及大氣邊界層物理過程觀測。當前，有7種以上常用海冰浮標適合于南北極海冰地區的觀測，如圖11所示。

⒏ 海氣通量觀測浮標

用于觀測大氣和海洋之間能量和水的相互運動和交換過程，對全球氣候變化和預報及大氣環流研究等領域具有重要作用和意義，主要觀測風速、風向、溫度、濕度、壓強、長短波輻射、降雨等參數，成果是美國伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)的ASIMET系統以及邁阿密大學的ASIS系統，如圖12所示。

⒐ 海洋酸化觀測浮標

用于觀測表層海水和大氣的CO2濃度，用于觀測海洋酸性變化的浮標。2013年8月，美國NOAA在大西洋北極圈附近布放了個海洋酸性觀測浮標，該浮標安裝了由PMEL公司生產的MAPCO2系統，如圖13所示。2004年開始, 美國NOAA在部分已有觀測浮標平臺基礎上，增加CO2和pH觀測參數，執行海洋酸化觀測計劃。目前CO2觀測浮標大約有12個, 分布在太平洋、大西洋和印度洋等海域。

⒑ 海洋放射性監測浮標

2005年希臘利用浮標搭載3個NaI晶體能譜儀檢測海水中γ射線能譜，實現了海洋輻射在線原位監測，如圖14所示。

三、國外海洋資料浮標的優勢科研機構

⒈ 美國

美國從事海洋資料浮標研發的有六大科研機構、公司或院校，分別為NDBC、伍茲霍爾研究所(WHOI)、斯克里普斯海洋研究所、華盛頓大學、邁阿密大學和SEABIRD，他們各自的主要技術與產品如下：

⑴NDBC：美國NOAA下屬的集研發、生產、應用、管理于一體的綜合性單位，主要產品有12m～1.5m直徑各類浮標、海嘯浮標、波浪浮標等。

⑵伍茲霍爾研究所(WHOI)：專注于海洋科學與海洋工程的非盈利私人研究和教學機構， 主要產品海氣通量浮標、海洋剖面。

⑶斯克里普斯海洋研究所：美國太平洋海岸的綜合性海洋科學研究機構，主要產品海氣通量浮標、直立水中的FLIP 平臺。

⑷華盛頓大學：研制臺監測海洋酸化的科考浮標。

⑸邁阿密大學：海氣通量觀測浮標。

⑹SEABIRD：從事海洋傳感器及綜合觀測系統集成，主要產品有CTD。

⒉ 加拿大

加拿大從事海洋資料浮標研發的有AXYS和RBR二大公司，他們各自的主要技術與產品如下：

⑴AXYS：從事海洋浮標監測系統的研發、布放、維護和高精度海洋監測數據實時記錄、傳輸技術，主要產品有風剖面浮標、波浪浮標、船型浮標及各類傳感器。

⑵RBR：從事海洋傳感器研發、以及海洋浮標檢測系統。

⒊ 挪威

挪威從事海洋資料浮標研發的有OCEANOR和AANDERAA二大公司，他們各自的主要技術與產品如下：

⑴OCEANOR：從事實時海洋、河流、湖泊、地下水和土壤環境監控技術和設備的研發，主要產品有SEAWATCH系列浮標、波浪浮標、水質浮標、風剖面浮標。

⑵AANDERAA：從事海洋儀器的研制與開發，主要產品有聲學多普勒流速剖面儀。

⒋ 荷蘭

荷蘭DATAWELL公司從事海洋測量設備的研發，主要產品是波浪騎士系列波浪浮標及船載傳感器。

四、結束語

總體來說，國外海洋技術強國的海洋資料浮標觀測技術處于水平，不但技術先進, 功能齊全, 大部分都已經處于長期業務化運行階段, 而且具有觀測精度高、長期穩定性好、功能齊全、功耗低等特點。其觀測范圍已經擴展到深遠海, 組成了業務化的觀測網, 并且向著全球高密度布網發展。具有原始創新和高技術水平的各種浮標觀測技術發展迅速。

我國的海洋資料浮標研制雖然起步較晚，但經過長期的努力與積累，取得了豐碩成果，在某些方面的水平甚至已經達到國際水平。當然總體來說，與國外海洋技術大國相比還存在較大差距，主要體現在搭載的儀器設備的性能、測量精度和工作可靠性等方面，但在系統集成、布放回收等方面差距已不明顯。