打造海上无人舰队可监控气候变化对海洋影响

去年9月，两艘装有15套设备的帆船从加州的阿拉梅达启航。

资料来源:jennifer keene，uw/jisao AnD noamamel

在太平洋航行近八个月后，两艘7米长的帆船正准备下个月返回加利福尼亚。他们装备了传感器来探测海洋。这是一艘“半自主”无人驾驶船，由位于加利福尼亚州阿拉梅达的海洋技术初创公司——赛尔德隆公司与美国国家大气和海洋管理局(NOAA)密切合作开发。这次航行是无人驾驶船只最长的测试，也是太平洋上的第一次科学测试。这是证明无人驾驶船只可以取代老化且昂贵的浮标阵列的重要一步。浮标是科学家“嗅出”破坏气候的厄尔尼诺现象迹象的主要方式。

第二次世界大战后，大多数海洋表面数据是由船只收集的，其次是浮标和卫星。现在，美国国家海洋与大气管理局的科学家们想要派遣无人驾驶的船只。"我们正在创造下一个划时代的海洋学进步。"美国国家海洋和大气管理局行政助理兼海洋和大气研究代理首席科学家克雷格·麦克林说。在未来10年，数百甚至数千艘由太阳能和风能驱动的无人驾驶船只将在全球海洋中“漫游”，并利用卫星传输从海洋表面和大气层收集的信息。

对于研究厄尔尼诺-南方涛动的科学家来说，无人驾驶的船只可能不会来得太早。厄尔尼诺-南方涛动是由温暖的表层海水引发的一系列全球温度和降水变化。这些水域每隔几年就会在赤道太平洋来回移动。自20世纪80年代以来，美国国家海洋与大气管理局一直为固定在太平洋海底的一个称为热带大气海洋(TAO)阵列的浮标网格提供财政支持，以便研究和预测这些变化。它的成功导致在印度洋和大西洋出现了类似的浮标阵列。

然而，在本世纪初，道阵经历了一次濒死体验。浮标及其系泊设备上的海洋生物已成为吸引鱼类的“磁铁”，这反过来又将浮标变成吸引渔民的“磁铁”，从而在全球鱼类生产地图上出现独特的海洋生物网络。当渔民将浮标拉到一边以方便捕鱼时，他们会破坏网格，修复工作会开始堆积。与此同时，预算削减和研究船运营成本上升意味着几乎没有新浮标投入使用。“这是对我们所有人的警钟。”夏威夷大学的海洋学家克里斯托弗·萨宾说。

最终，美国国会恢复了对TAO阵列的资助——每年支出约1000万美元。与此同时，日本目前在西太平洋保持着一个互补的三角跨洋浮标网阵列。然而，由于资金有限和缺乏维修船只，该国已经拆除了几乎所有的浮标，进一步削弱了测量厄尔尼诺现象的努力。这场危机促使美国国家海洋与大气管理局和其他机构寻找更可持续的系统来提供厄尔尼诺的早期预警。这可以帮助相关部门制定应对暴雨和随后的干旱的计划。"这是一个很好的机会去探索浮标阵列是什么以及它的要求是什么."位于西雅图的美国海洋与大气管理局太平洋海洋环境实验室(PMEL)的海洋学家梅根·克罗宁说。

赛德隆公司的创始人和工程师理查德·詹金斯发现了这个机会。他曾经建造了一艘名为“绿鸟”的轮式帆船。这艘船在2009年打破了风力驱动车辆的地面速度记录——在内华达州的一个干涸的湖床上达到每小时202公里。从那以后，詹金斯已经帮助两位热爱海洋的慈善家——埃里克·施密特和温迪·施密特——安装了他们的研究船“福尔科尔号”，耗资6000万美元。詹金斯对这一成本感到震惊，并开始思考更小版本的“绿鸟”能否以更低的成本收集海洋数据。理论上，这艘在海洋中航行的帆船不需要推进燃料。太阳能电池板可以为仪器和通讯提供能量。施密特和他的妻子向詹金斯提供了250万美元的启动资金。到2013年，试验帆船已经完成了从加利福尼亚到夏威夷的首次航行——由一艘4.6米高的碳纤维复合材料帆船提供动力。

从那以后，赛德隆与PMEL科学家合作，为船只配备传感器并测试其极限。2015年，在为期三个月的北极评估海洋生物航行中，这些船只经受了40节的大风。这一成功鼓励科学家们思考无人驾驶的船只是否有助于在太平洋获得观测结果。根据设想，无人驾驶船舶可以绕虚拟系泊点盘旋，或以其他计划模式提前运行，然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，无人驾驶船只成本更低。赛德隆公司为每艘用于收集数据的无人船每天收费2500美元，而一艘船每天收费30000美元或更多。詹金斯相信他的无人驾驶飞船可以从这种差异中受益。"我们希望有一支无人驾驶的舰队为这个市场服务."(慢慢编译)

中国科学新闻(2018-03-20第三版国际版)