2019年元旦，我国第35次南极考察队途径新西兰附近海域（52°N，175°E）时，成功布放了我国首个西风带环境监测浮标，迈出了南大洋圆环计划的第一步。

　　截至目前，西风带浮标已存活超两个月，各项指标均正常，获取数据超过 1000组，测得最大风速达到了 25.80米/秒，最大波高 12.3 米，最大表层流速超过 1 米/秒，同时获取了表层温盐、气压、湿度等大量基础数据，数据有效接收率超过了 95%。海气界面浮标和极区投弃式测波浮标观测到最大波高达 17.09 米，最大周期为 17.95秒，获取数据超过 1000 组，数据有效接收率超过95%。纬度几乎跨越了西风带南北两端，填补了国家在西风带海域数据的空白。

　　国家海洋技术中心承担极端环境观测锚系浮标研发

　　西风带是全球海、气、冰相互作用的重点海域，是全球水循环、热循环、碳循环的重要组成部分，对全球气候变化研究和气象海洋预报具有重要意义。由于其气象、海洋环境恶劣，目前国际上现场资料较少，尤其是实时观测数据严重缺乏。此次西风带环境监测浮标的布放对加强我国气象、海洋、环境变化研究，提升我国海洋话语权均具有重要意义。针对我国浮标观测网中极端环境深海锚系浮标的薄弱环节，自然资源部极地考察办公室开展针对西风带（南大洋）的极端环境观测锚系浮标系统研制工作，重点解决浮标结构在极端环境下的生存问题，同时进一步提高系统电气分系统的可靠性和稳定性。

　　自然资源部国家海洋技术中心是最早承担海洋环境监测浮标研制的单位，多年来通过承担了国家863计划、省部级重大课题、国家及地方海洋业务系统能力建设项目，已经研发了多种类型、多种型号的海洋环境浮标，有通用型的水文气象观测浮标，也有专用型的海洋生态水质监测浮标、波浪浮标、海啸浮标、冰界面观测浮标和应急核辐射监测浮标等。经过多年的科研攻关，初步建立了区域性的海洋资料浮标网，保障了沿海海域业务化运行的需求。目前技术中心研发的浅海浮标主要分布于天津、广州、大连、深圳、秦皇岛、福建等地周边海区，深海浮标主要布放于南海水深4000米左右的海区，各类在位运行浮标数量已达100多套。

　　由于雄厚的技术实力与丰富的布放维护经验，自然资源部国家海洋技术中心承担了极端环境观测锚系浮标系统研制项目。

　　极端环境对浮标结构、观测技术的要求近乎苛刻

　　“咆哮”，是对南半球西风带的形象描述。这里常年盛行5~6级西风和5~6米涌浪，全年各月都有7~10天7级以上大风天气，已有观测资料记录的最大风速达35米/秒，浪高34米。且该海域流速快、流幅宽、厚度大，具有巨大的流量和能量。恶劣极端的环境对浮标结构、观测技术提出了苛刻要求。

　　高海况会导致浮标结构、供电设备和观测设备的冲击断裂失效，长期工作在高强度多频振动环境下，浮标的数据采集控制系统的可靠稳定性也会直线下降。

　　项目组成员在现有工程经验的基础上，深入学习中外文浮标工程理论，按照先整体后个体、分阶段分层次的思路，理论分析与试验验证相结合的方法，最终完成了环境适应性强、稳定性高的西风带环境监测浮标的设计。

　　浮标体整体刚度增加，局部强度加强

　　项目组摒弃现有浮标模块化组装的结构型式，采用一体式结构；在材料的选择方面，整体采用不锈钢材料加工制造，解决了传统铝制材料需要短期维护的问题，保证了浮标的防腐蚀性能，从而使浮标体整体刚度和强度得到了大幅度提高。将现有浮标的方桌形基架改为四周向上收缩的塔型基架，并在基架的主要受力节点处，采用桁架型加强结构，进一步提高了塔架结构的可靠性。在不影响其观测性能的情况下，项目组对浮标搭载观测设备内外部结构进行加强，保证了观测数据的持续性。

　　多重保证观测功能和锚系的稳定性

　　为了满足浮标波浪的观测功能，浮标体采用单点倒S型锚系型式。项目组成员还采用三维势流理论对浮标系统进行了数值分析，模拟浮标在不同周期波浪条件下的运动，为浮标体的设计和锚系配置提供理论依据，从而保障浮标在恶劣海洋环境中的稳定性。

　　项目组还依托国家海洋技术中心自身具有海洋环境监测设备动力环境实验室的优势，开展了浮标模型多种工况下的水槽试验，验证了数值分析结果，保证了浮标波浪观测的准确性和锚系的稳定性。

　　双处理器互为备份，软硬件复位系统确保系统可靠性

　　数据采集处理控制系统作为浮标系统的核心部分，主要完成数据采集、处理、存储、传输和过程控制等，其稳定可靠性能直接关系到整个浮标系统的运行。为了提高浮标数据采集系统可靠性，系统采用互相独立的双数据处理采集系统，当其中任一系统出现故障时，浮标采集系统仍能正常工作。

　　观测数据将由岸站接收系统进行判别与筛选，在保证观测数据质量的前提下，减轻数据采集控制系统的负担。软硬件复位系统保证了数据采集处理控制系统的长期可靠性运行。

　　真实模拟，多种方案，保证作业安全

　　深远海浮标海上作业耗时长、难度大，而且浮标体积大、重量大、搭载设备多。在西风带海域布放浮标，其难度更是可想而知。

　　项目组成员为了便于浮标的布放，设计了多种锚系配置。各锚系部件可灵活组装，以适用于不同水深，并制定了多种布放方案。项目组开展浮标大吨位起吊过程、高空跌落、大倾角入水等多种试验，真实模拟了作业过程中浮标的状态，为浮标作业的安全进行提供保障。

　　目前只有美国的伍兹霍尔海洋研究所在西风带海域成功布放过锚系浮标，而且也是在不断探索优化过程中。此次，我国布放的西风带浮标，数据有效接收率达到95%以上。截至目前，已经经历了数次低压气旋过程，在1月20日、2月2日的显著低压过程中，实测最大风速可达25.8米/秒，波浪高达12.3米，浮标仍在位正常运行，各类数据接收稳定。西风带浮标的成功布放，填补了我国极端海况浮标技术的空白，标志着我国浮标技术迈上了新的台阶。