中国海洋重大科技基础设施建设成效及思考_尹希刚.pdf

Marine Sciences/Vol.46,No.12/2022 211 中国海洋重大科技基础设施建设成效及思考 尹希刚1,2,张立新2,邢国攀2,汪桐萱3,刘保华2(1.中国海洋大学 环境科学与工程学院,山东 青岛 266100;2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室,山东 青岛 266237;3.山东大学(青岛),山东 青岛 266237)摘要:海洋重大科技基础设施是为在海洋科学技术前沿取得重大突破,解决经济社会发展和国家安全中的战略性、基础性和前瞻性科技问题而建设的大型复杂科学研究系统。本文介绍了中国科学考察船、海底观测网、潜水器等海洋领域重大科技基础设施的建设情况,对海洋重大科技基础设施建设成效和当前存在的问题进行了分析。当前海洋重大科技基础设施支撑能力明显提升,综合效益日益显现,但仍存在统筹谋划不足、国产化水平有待提升、开放共享机制不够健全和人才队伍建设有待加强等问题。基于上述问题,提出要统筹谋划海洋重大科技基础设施建设,建立健全开放共享机制,同时还要加强专业人才队伍建设,确保设施稳定高效运行。关键词:海洋重大科技基础设施;海上综合试验场;潜水器;科学考察船队 中图分类号:G322 文献标识码:A 文章编号:1000-3096(2022)12-0211-07 DOI:10.11759/hykx20220509001 党的十八大作出了“建设海洋强国”重大部署,党的十九大要求“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”,为海洋科技发展指明了方向,为推动中国海洋重大科技基础设施发展提供了根本遵循。近年来,中国海洋重大科技基础设施规模持续增长,技术水平明显提升,支撑科技创新能力日益增强,在海洋资源开发、海洋经济发展、海洋生态环境保护、国家海洋权益维护等方面发挥了不可替代的作用。国家重大科技基础设施建设中长期规划(20122030 年)中,根据总体部署,布局建设海洋科学综合考察船和海底科学观测网,二者是目前仅有的两个海洋领域国家重大科技基础设施1。美国在 2011 年发布的 2030 年海洋研究与社会需求的关键基础设施报告确定了在 2030 年可能处于海洋科学前沿且需要解决的若干重大科学问题,以及为解决这些问题需要规划建设的国家海洋研究基础设施2;英国 2009 年发布的大科学装置战略路线图 对海洋科研基础设施有很高的关注度,重点支持发展 8 项大科学装置,其中涉及海洋研究的大科学装置就有 4 项3,而 2020 年发布的国家海洋设施(NMF)技术路线图 20202021则对英国当前的海洋设施能力和海洋科学的未来以及新技术进行了展望4。相较而言,中国海洋重大科技基础设施在快速发展的同时,仍存在科学目标前瞻性不足,对重大科学问题和国家重大需求的凝练不够、设施低水平重复建设等问题。面对新形势新任务,中国必须加强顶层设计,优化布局,加快海洋重大科技基础设施建设,形成较为完善的海洋重大科技基础设施体系,建立健全海洋重大科技基础设施开放共享机制,助力实现海洋领域高水平科技自立自强,有力支撑海洋强国建设。1 中国海洋重大科技基础设施现状中国海洋重大科技基础设施现状 1.1 科学考察船科学考察船 科学考察船是海洋研究基础设施的基本组成部分,是海洋科学工作者亲临现场、应用仪器设备直接观测海洋、采集样品和研究海洋的基本载体。近几年来,中国科考船数量增长迅速,极大地提高了中国海洋事业的国际地位,随着海洋资源开发、海洋经 收稿日期:2022-05-09;修回日期:2022-06-20 基金项目:国家自然科学基金资助项目(42149101);山东省海洋软科学研究课题项目(202204);山东省渔业软科学研究课题项 目(202202)Foundation:National Natural Science Foundation of China,No.42149101;Marine Soft Science Research Project of Shandong Province,No.202204;Fishery Soft Science Research Project of Shandong Province,No.202202 作者简介:尹希刚(1976),男,山东德州人,高级工程师,硕士,主要从事海洋科技战略、海洋发展规划研究,E-mail:xgyinqnlm.ac;张立新(1989),通信作者,E-mail:lxzhangqnlm.ac 212 海洋科学/2022 年/第 46 卷/第 12 期 济发展、海洋生态环境保护和海洋权益维护等需求的日益增长,中国不断加快科考船建设和装备升级的步伐,目前数量已近百艘,主要分布在自然资源部、教育部、农业农村部、中国科学院等所辖的科研院所、高校和行政管理机构。自 1957 年中国第一艘专业海洋科考船“金星”号正式入列以来,“科学”“东方红”“向阳红”“实验”“海洋地质”等系列科考船相继问世,为中国海洋科学考察研究提供了强有力的保障,“十二五”期间中国确立了“海洋强国”战略目标,这为海洋科考船建设和发展带来新的历史机遇,“科学”号、“向阳红 01”号、“嘉庚”号、“海洋地质九”号、“东方红 3”号等国际一流科学考察船相继交付,在模块化设计、智能化程度、科考静音环境、船载仪器设备等方面达到国际先进水平,在海洋调查研究、资源勘探开发、海洋环境保护等方面发挥了重要作用。其中,“科学”号是唯一列入国家重大科技基础设施的海洋科学综合考察船5。中国科学考察船数量持续增长,但由于数量庞大的科学考察船隶属于不同的单位和机构,存在缺乏整合、共享效率低等问题,难以形成有效合力。近年来,中国科考船开始迈向船队化管理和运营的国际科考船管理模式,围绕国家重大战略需求,以科研任务为导向,采用非行政机制打破部门壁垒,推进科考资源高效共享。2009 年,国家自然科学基金委启动“国家自然科学基金海洋科学考察船时费专款”,开始突破科考船部门所有制的限制,实行航次共享;2012 年,国家海洋局依托辖属机构和部门,组建国家海洋调查船队,主要职能是推动海洋调查船开放与共享,高效支撑国家海洋调查任务;2016 年,海洋试点国家实验室联合教育部、中国科学院、自然资源部、农业农村部等部委所属单位组建深远海科学考察船队,目前已汇聚 37 艘科考船,总排水量超 10 万 t,配备以“蛟龙”“发现”等潜器为代表的科考装备 1 000 余套,航迹遍布全球重点海域,形成以青岛为核心、辐射全国的科考船共享体系;此外,2017 年底开始筹建的中国科学院大科学研究中心也组建了体系内的海洋科学考察船队。各船队的相继成立,进一步整合了国内科考船资源,最大限度地发挥国内现有科考船资源的潜能,通过规范化的管理与服务,极大提高了科考船运行、维护的效率。然而相较于国外先进科考船队,国内科考船队的管理架构尚不完善,各拥船单位对船队决策参与度不够,共享航次执行力度有待加强。1.2 海底观测网海底观测网 海底观测网是观测海洋的新型平台,可实现由海底到海面的全天候、原位、长期、连续、实时、高分辨率和高精度观测,对海洋科学发展起到重要支撑作用。中国的海洋观测网从“十一五”期间开始规划,“十二五”期间进行建设,“十三五”期间大力发展,“十一五”期间,在科技部“863”计划的支持下,同济大学等高校承担了“海底长期观测网络试验节点关键技术”项目,研制完成的科学观测节点在美国蒙特里加速研究系统(MARS)系统开展了半年的海试;“十二五”期间,中国科学院南海海洋研究所、中国科学院声学研究所、中国科学院沈阳自动化研究所联合研制的“南海海底观测实验示范网”在海南三亚海域建设完成;“十二五”期间,在科技部“863”计划的支持下,2012 年正式启动重大项目“海底观测网试验系统”,该项目由中国科学院声学研究所牵头,联合国内 12 家优势涉海研究机构共同承担,分别在中国南海和东海建设海底观测网试验系统6。2017 年,国家重大科技基础设施建设项目“国家海底科学观测网”获批建设,2018 年 12 月批复可行性研究,2020 年 12 月批复初步设计概算,2021 年进入全面建设期,该项目由同济大学统筹协调,同济大学和中国科学院声学研究所共同作为法人单位,主要建设内容包括:东海海底观测子网、南海海底观测子网、监测与数据中心及配套工程,初步设计概算总投资约 22 亿元,工程建设期为五年,建成后,将是全球规模最大、总体水平国际一流、综合指标国际先进的海底观测设施,为中国海洋科学研究建立开放共享的重大科学平台,并服务于国家权益、海洋资源开发、海洋灾害预测等多方面的综合需求。1.3 海上综合试验场海上综合试验场 海上综合试验场主要是海军和涉海科研院所等机构检验海洋仪器设备选定的试验海区。目前,国内不同涉海单位结合自身特色及承担的科研任务,已建设具备水声、环境、装备等试验能力的十余个海上综合试验场,主要包括国家海洋综合试验场、海洋试点国家实验室海洋能海上综合试验场(威海)、青岛海上综合试验场、上海交通大学(日照)海洋装备智能 Marine Sciences/Vol.46,No.12/2022 213 演进中心、中国船舶集团第七一六研究所青岛海上综合试验场、连云港舰船指控系统试验场、第七六研究所海上试验场、中国科学院声学研究所陵水试验场和浙江大学摘箬山岛海洋试验站等。其中,国家海洋综合试验场(威海)位于威海市褚岛北部海域,具备海洋仪器设备规范化测试能力,可支撑海洋动力学、物理海洋学、海洋建模仿真等科学研究,试验场现已纳入海洋试点国家实验室公共科研平台建设体系;中国科学院声学研究所陵水试验场具备对深远海海域的长期立体观测能力、特定海区环境信息获取、传输与发布、资源共享,功能定位在深远海试验;七六研究所海上试验场分为海上静态试验场、浅海动态试验场、深海动态试验场等三大主力试验场,可开展水下声学、电磁、尾流等各项相关科研试验;摘箬山岛海洋试验站坐落于浙江省舟山市的摘箬山岛,目前初步建成的项目有多能互补平台、海水淡化平台、海洋立体观测系统等。中国在海上试验场建设方面已经取得长足进展,仍存在建设规模小、服务领域窄、设备和功能比较单一、场址相对分散、共享程度低、缺乏业务化运行能力等问题。1.4 大型试验水池大型试验水池 大型试验水池主要包括水洞、拖曳水池以及海况模拟设施等,其中水洞和拖曳水池可以实现水动力学方面的基本测试,以及缩比模型的模拟测试,海况模拟设施主要用于装备或模型应用相关测试。水洞方面,中国起步较晚,当前已知国内最大的水洞是上海交通大学的空泡水洞(试验段截面尺寸为 1 m1 m),最快的水洞是中国水利水电科学研究院水力学研究所建成的高速循环水洞(水流速度可达35 m/s)。目前水洞设施无法提供所需的大尺寸高速流场,严重制约中国水动力学理论研究以及大尺度超高速装备领域相关技术的发展,亟需建设超高速水洞水动力实验平台。拖曳水池方面,中国船舶集团第七八研究所、第七二研究所、哈尔滨工程大学、上海交通大学等几家单位建成不同功能特点的拖曳水池,但在长度以及拖曳速度方面与国际先进水池还有很大差距,无法满足持续性试验要求,亟须建立长度更长、拖曳速度更高、功能更全、控制精度及自动化程度更高的拖曳水池。海况模拟设施方面,1991 年,上海交通大学建成中国第一个海洋工程模拟试验水池,可模拟风、浪、流等各种海洋环境;2005 年,由国家发展改革委、上海市发展改革委、中国海洋石油集团有限公司和上海交通大学共同建设中国第一个海洋深水试验池,具备模拟 4 000 m 水深的深海工程试验能力,覆盖中国南海等大部分深海海域海况。国内的海况模拟设施主要建于室内,除了部分军用平台,大部分以模型为主要测试对象。但室内模拟的强度和真实性与真实海况相差较大,特别是高等级海况模拟。1.5 潜水器潜水器 潜水器是海洋科学研究、海洋资源开发利用、海洋权益维护中必不可少的重要装备,属于中国海洋战略高技术领域7。常用的潜水器有载人潜水器(HOV)和无人潜水器(UUV),无人潜水器又分为遥控潜水器(ROV)、自治潜水器(AUV)、自主遥控潜水器(ARV)和水下滑翔机(