海洋观测仪器管理初探

侯玉玲 ,马昕 ,刘永正 ,荆莹 ,刘赛赛

(1.中国海洋大学国有资产与实验室管理处 青岛 266100;2.中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室/深海圈层与地球系统前沿科学中心 青岛 266100)

21世纪是海洋的世纪,海洋对我国未来的发展具有不可替代的作用,发展海洋观测仪器和技术在防御海洋灾害、应对海上突发事件、维护国家海洋权益、保障海上航道安全、开发利用海洋资源、促进海洋科学研究等方面具有重大战略需求。海洋科学研究关注的核心问题是海洋是否正在改变,改变的趋势、后果及程度,以及改变对地球环境和包括人类在内的地球生命系统的影响。海洋科学研究以观测资料为基础,而目前人类对海洋特别是深海区域知之甚少。探求海洋奥秘、剖析海洋现象、发现科学规律、推动海洋科学进步,已成为海洋观测仪器和技术发展的巨大源动力。

《国家自然科学基金“十三五”发展规划》明确指出,国家自然科学基金委员会(NSFC)重点支持以海洋经济为代表的“蓝色学科”,优先把海洋过程及其资源、环境和气候效应、全球环境变化与地球圈层相互作用、地球环境演化与生命过程等列入重点发展的倾斜支持学科[1]。目前,我国在逐步优化科学基金资助布局[2],以科学问题为牵引,促进国家海洋科学研究。该过程将推进海洋观测仪器(系统)在新的海区以及新的海洋观测仪器(系统)在热点海区的应用,这对仪器的管理以及保障国有资产提出了新的挑战。

海洋观测仪器具有价值高、难回收、易丢失等特点,不同的海洋观测仪器在使用过程中又存在诸多差异。从实际出发,分析海洋观测仪器的特性和操作场景,制定针对海洋观测仪器的管理规范和风险防控机制,对进一步规范和加强海洋观测仪器管理,防止国有资产损失具有重要意义。本研究将以海洋观测仪器为例,探索海洋观测仪器管理的基本规范。

本研究梳理海洋观测仪器管理中的主要问题,以物理海洋学海洋观测仪器为例进行分类,论述相较常规固定资产其特殊性,并给出中国海洋大学的试点管理办法。

海洋观测仪器与常规固定资产不同,其特殊的使用环境及其特殊性,导致海洋观测仪器的使用与管理存在以下问题。

1.1 入账管理困难

《政府会计准则第3号》确认“固定资产是指政府会计主体为满足自身开展业务活动或者其他活动需要而控制的,使用年限超过1年(不含1年)、单位价值在规定标准以上,并且使用过程中基本保持原有物质形态的资产,一般包括房屋及构筑物、专用设备、通用设备等”。从价值上看,通常将1 000元以上的资产作为固定资产,1 000元以下的资产作为低值设备或耗材管理,海洋观测仪器设备一般单价较高,在价值确认上比较明确。但在使用年限及使用方式上,海洋观测仪器设备存在使用时间无法确定、回收使用困难等现实问题,将此类海洋观测仪器纳入固定资产进行管理势必会造成管理上的困难,也给仪器设备的管理和使用人员带来压力;若将其作为耗材管理,由于海洋观测仪器设备的价值往往较高,批量数额巨大,高校在该类设备上的投入无法以固定资产价值体现,在一定程度上又影响了国家配套资金的分配,也难以对海洋观测仪器设备进行有效的管理。

1.2 使用环境特殊

海洋观测仪器设备的使用场景、使用时间和使用操作等方面都不同于一般的实验设备。首先,海洋观测仪器设备主要安装在海洋科考船、布放在近海或深远海中,少部分使用在模拟海洋环境实验室中。存放地点的特殊性导致资产管理部门难以对海洋观测仪器设备实现有效监管。其次,海洋观测仪器设备的使用时间有其自身的规律性,观测仪器往往使用机时较长,测量仪器和采样仪器仅仅在随船进行教学实验或科学考察时使用,航次完成时便闲置,因此在使用机时和共享使用方面难以达到一定的考核标准。

1.3 报废报损材料不全

海洋观测仪器设备发生损坏或丢失往往难以打捞甚至难以追寻,因现场记录不完整、丢失时间不确定、布放时未进行图片、视频等方式的取证导致无法提供证据材料,这给仪器设备报废、报损的申报鉴定和责任追究带来一定困难。

海洋观测仪器设备因其应用场景的特殊性在入账、使用和报废处置方面都存在诸多管理方面的问题,因此,充分了解和掌握海洋观测仪器设备的特性,结合中国海洋大学在海洋观测仪器设备使用管理中遇到的实际问题,探索建立符合海洋观测仪器设备特点的管理体制机制,对加强海洋观测仪器设备的规范化管理,提高资产管理效益和管理水平具有重要意义。

按照不同的分类依据,可以将海洋观测仪器进行不同分类。例如,对于不同型号的温盐深测量仪(Conductivity、Temperature、Depth,CTD),有用于船载的CTD,有用于潜标的自容式CTD,不同工作状态的CTD,其损坏或丢失的可能性不同,管理的方式和手段也不尽相同。因此本研究认为,在海洋观测仪器管理中,需要考虑海洋观测仪器的使用状态区分管理,针对物理海洋中海洋观测仪器的使用状态,将海洋观测仪器分为船载仪器、自主可移动观测仪器(系统)和长期固定仪器(系统)。

2.1 船载仪器

(1)Seabird 911Plus:是唯一工作水深突破万米的高精度CTD 设备。设备由水下单元和甲板单元组成,水下单元配有极高精度的铂电阻温度传感器、电极式电导率传感器和石英压力传感器。通常科考船均安装该型号CTD。

(2)直读/走航式声学多普勒海流剖面仪(ADCP):TRDI公司推出的船载测流系统,它的声学换能器由数百个小换能器组成,通过以相控阵原理为基础的波束形成电路构成4个声波束。声学换能器的体积和重量仅为常规换能器的1/10左右,从而简化了换能器船底安装的结构。

以CTD 和ADCP 为例可以看出,船载仪器通常安装固定到作业船只,科考船交付时通常已安装完毕,该类仪器使用可靠性高,出现丢失的可能性极低。

2.2 自主可移动观测仪器(系统)

自主可移动观测仪器根据是否回收分为抛弃式和可回收两大类。

(1)抛弃式海气通量浮标:我国自主研发以海气界面关键要素的全球性观测需求为导向,以湍流热通量准确评估为应用目标,平台技术的研究本质是为全球范围高时空分辨率的海气界面关键要素的准确获取提供一种小型化、轻质化和低成本的观测手段,为海气界面交换的协同观测提供一种新型有效的观测方式。该仪器通常用于走航观测,到达预定位置将仪器投放海中,不进行回收。

(2)Argo浮标:Argo浮标原名ARGO 浮标,是用于实施国际地转海洋学实时观测阵计划(Array for Real-time Geostrophic Oceanography,ARGO)。Argo浮标可在海洋中自由漂移,不仅可自动测量海面到一定水深之间的海水温度、盐度和深度,还可跟踪其漂移轨迹,获取海水的移动速度和方向。通常Argo浮标投放海洋后不进行回收。

(3)水下滑翔机(Glider):Glider是一种在水下以锯齿形航线航行的自治式观测设备,基于浮力驱动,可搭载温盐深测量仪等多种传感器,可用于大范围海洋水下环境观测。目前,我国所使用的不同型号滑翔机均为自主研发设备。其中青岛海洋科学与技术国家实验室海洋观测与探测联合实验室(天津大学部分)的“海燕-10000”深海滑翔机在马里亚纳海沟首次下潜至8 213 m。Glider均为回收式。

(4)波浪滑翔器:我国自主研发的波浪滑翔器用其特殊双体结构转换波浪起伏为前向动力的无人水面船,利用海洋波浪和太阳能源完成长时序、大尺度的海上航行观测而无须频繁人工维护,此外,具有极端海况下的可靠工作能力和综合集成多类型科学传感器的搭载能力,是适合构建全球大洋海气界面业务化观测的重要基础平台。经过长期自主摸索和试验[3-4],我国自主研发的“海哨兵”波浪滑翔器(图1)初步完成了系统构建和示范运行,开始应用海洋和大气观测中[5-6]。该仪器通常在投放海洋后,人为设定路线,在一定时间后到达预定区域收回。

图1 “海哨兵”波浪滑翔器队列Fig.1 The array of“Haishaobing”Wave Glider

通过以上4类自主可移动观测仪器的介绍可以发现,自主可移动观测仪器通常搭载多要素传感器,以CTD 为例,根据使用状态不同和使用时间不同,以上4类均需要安装温盐深传感器。同时目前大多数自主可移动观测系统国外对中国处于封锁状态,均需要我国自主研发。

2.3 长期固定仪器(系统)

海洋观测中长期固定仪器(系统)常见的为潜标和锚系浮标(图2)。

图2 长期固定仪器(系统)Fig.2 Diagram of long-term fixed instrument(system)

(1)潜标:海洋潜标系统是对海洋水下环境进行长期、定点、多参数剖面观测的仪器设备系统,是海洋环境立体监测系统的重要组成部分。海洋潜标系统具有观测时间长、隐蔽、测量不易受海面气象条件影响等优点。

(2)锚系浮标:将浮标锚定于海洋特定的位置,可以对锚定位置海区进行自动、长期、连续测量。用于获取海洋水文气象、水质、海啸、海冰等物理、生化参数的水面漂浮式自动监测平台,它具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力,并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。

长期固定仪器(系统)根据研究目的设计安装不同要素传感器,通常通过每年1～2次正常维护可长时间使用,但在特殊海区受生物腐蚀、强流、台风等过程影响,会出现不同程度的损坏或丢失。

3.1 动力环境复杂

中国海洋大学目前项目研究的目标海域主要为西北太平洋、印度洋和中国近海(渤海、黄海、东海和南海)海区。以西北太平洋为例,西北太平洋是全球海洋动力过程最为丰富的海区之一。西北太平洋存在一支强劲的西边界流——黑潮,长期平均流速可以超过1 m/s,黑潮及其延伸体在非常狭窄的区域内从低纬度向高纬度输送大量的热量,使得该海域存在非常显著的海气温差,强烈的海气相互作用伴随着高度活跃的海洋动力过程使得该地区海洋与大气运动具有显著的多尺度特征,在海洋和大气相互作用下西北太平洋常年海浪较大,年平均波高超过1 m。西北太平洋是系统性海洋观测相对缺乏的海区之一。从长期观测角度而言,海洋动力和生态要素观测主要依靠传统的大型锚系浮标和潜标。然而,目前几乎所有的锚系观测系统集中在热带海区,全球中高纬度海域特别是海气相互作用和海洋动力过程最为丰富的黑潮延伸体海区仍然是长期连续观测的“荒漠区”。目前,“透明海洋”计划黑潮观测区是该海区我国长期维持的观测[7]。然而“狭窄”的强流区存在较强的水平流速剪切和垂向流速剪切,对于海洋观测系统的链接结构破坏较大。同时活跃的海气相互作用伴随剧烈的天气尺度过程,这对于海面以上仪器的传感器具有一定的破坏性,容易导致仪器部分或全部功能失效。

3.2 人为破坏

西北太平洋、印度洋以及中国近海丰富的海洋动力过程,孕育了全球最丰富的初级生产力和渔业资源[8-9],丰富的渔业资源促使该海区大量海洋捕捞活动。以中国南海为例,鸢乌贼、鲭科、鲹科和金枪鱼属4类大宗经济鱼类是南海主要的经济渔业资源[10],小型渔船可进行海上经济作业。同时南海作为我国最大边缘海毗邻菲律宾、马来西亚、文莱、印度尼西亚、新加坡、泰国、柬埔寨、越南等国家,国际政治形势较为复杂。海上作业渔船和复杂的形势均会对工作的仪器带来不可预估的影响。2021年2月,渔民不慎将广东海洋大学海洋观测仪器打捞上船,被我国海警人员追回。渔网捕捞仪器不仅增加仪器丢失的风险,还会增加传感器损害的可能性,使得传感器使用年限降低。我国科研人员布放长期观测仪器以及自主设计的海试仪器(如智能浮标)因为邻国人员打捞而丢失的事情时有发生。不具备定位发射装置的自容式仪器寻找非常困难,同时因为海洋走航观测具有周期性、长间隔性的特点,发现仪器丢失时,通常很难再次找到。

3.3 操作因素

海洋观测仪器具有重量大、体积大的特点,该特点增大了操作难度。对于搭载科考船进行的海洋观测仪器观测通常可以通过绞车、规范的实验操作流程有效避免因为操作不当导致的海洋观测仪器丢失。但是受制于客观条件,仍存在借助渔船或其他船只进行海洋观测仪器观测或布放的情况,依靠人力或非专业设备增加了海洋观测仪器直接丢失的情况。

浮标、潜标等观测系统通常搭载多种观测传感器(图2),通过绳索链接,观测系统跨过整个海深,外大洋通常4 000～6 000 m。整个系统设计时需要考虑配重、仪器工作时间、耐压等因素,布放和回收时需要考虑海况、仪器布放和回收顺序等,人为计算、操作的失误也会导致仪器损坏和丢失。

针对中国海洋大学仪器使用状态,以及海洋观测仪器使用的特殊性,中国海洋大学采取的管理办法为以下内容。

仪器设备管理部门应针对海洋观测仪器的特性和使用场景加强对海洋观测仪器的管理,尽量减少海洋观测仪器的损失。

(1)建立海洋观测仪器设备操作规范,加强对实验技术人员的培训和指导,打造海洋观测的专业化队伍。中国海洋大学“东方红”系列科考船组建了由首席科学家、船上海洋观测实验技术人员和相关专业教学科研人员在内的海洋调查科考队伍,编制了船载仪器设备操作规程,实验人员操作经验丰富,能够确保海洋观测仪器规范、安全使用。

(2)建立海洋观测仪器分类管理机制,正确区分抛弃式、长期固定布放回收式和船载海洋观测仪器的特性。对于浮标、玻璃浮球等一次性投放且使用年限不超过一年的海洋观测仪器作为耗材管理;潜标等海洋观测仪器因使用环境的特殊复杂性难以有效监管,使用年限、回收结果等存在不确定性,管理部门应根据此类仪器的特性和使用记录情况确认仪器报废、报损的依据,进行合法有效地处置。

(3)建立海洋观测仪器损坏、丢失应急处置预案,将正在发生或已发生的事故后果减轻到最低程度。事故的应急处置应分事前、事中和事后3个阶段,事前制定应急处理措施,明确处置程序;事故发生时按流程及时汇报、组织打捞或报有关单位协助找寻,并做好事故现场记录;事故发生后应及时对事故进行评估鉴定,认定相关责任,上报管理部门依法依规进行赔偿或追求责任人责任。

(4)建立以第三方商业保险机构为保障的海洋观测仪器风险管理机制,减少国有资产损失。高校等科研单位应加强与社会保险机构的合作,针对海洋观测仪器设备的特点探索风险防控的新机制和新模式,制定海洋观测仪器的研制、使用的专业化保险保障方案,为科研人员和海洋观测仪器提供有力保障。

在国家实施海洋强国战略,鼓励科学技术创新,突破封锁的背景下,如何有效管理海洋观测仪器是科研人员与管理人员共同面对的问题,有效合理的管理不仅保护国有资产的价值,同时保护科研人员的科研积极性。国内高校尚无有效的仪器管理办法或规定,均处于“摸着石头过河”的阶段。为了逐步制定合理的海洋观测仪器管理办法,本研究进行了初步基础性研究,以物理海洋观测仪器为例,结合仪器使用特点,进行了仪器分类,讨论其使用环境的特殊性,结合中国海洋大学科研和管理,提出试点的仪器管理措施。

目前,该研究尚属初级阶段,管理措施也仅在试点实施阶段,针对海洋生物、海洋地质、海洋化学等学科有待研究。研究过程发现,该问题需要多部门、多学科相关人员共同探索。未来中国海洋大学将继续探索海洋观测仪器管理的相关问题,期待国内高校及科研院所多交流,形成既能使国有资产有效管理,又能保护科研人员调查、实验积极性的管理制度。

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