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海洋浮标介绍This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.上海泽铭公司曹兵：系列海洋资料浮标介绍中国海洋大学唐原广（电话：3，）一、SZF型波浪浮标二、3m多参数海洋监测浮标三、10m大型海洋资料浮标一、SZF型波浪浮标中国海洋大学生产的SZF型波浪浮标是国家863计划海洋监测技术成果标准化定型产品，先后得到了国家“九五”863计划、国家“十五”863计划的支持，并在“十五”期间国家863计划海洋监测技术成果标准化定型项目中得到定型（如右图）。
是国家海洋行业标准《波浪浮标》的编写制订单位，并于2005年10月正式发布施行。
制定了波浪浮标的企业标准，建立了波高、周期、波向的检测设备。
SZF型波浪浮标已在全国范围内推广使用，并已部分销往国外。
目前主要用户有国家海洋局各海洋环境监测站、总参、海军、中国海监、海上石油、中交集团、相关的各大院所及海洋工程部门，用户已达100余家。
右图为：非洲苏丹港波浪观测一、SZF型波浪浮标的主要特点SZF型波浪浮标是一种无人值守的能自动、定点、定时（或连续）地对海面波浪的高度、波浪周期及波浪传播方向等要素进行遥测的小型浮标测量系统。
SZF型波浪浮标既可在离岸海区锚泊布放使用，也可随船系泊使用。
可单独使用，也可作为海岸基/平台基海洋环境自动监测系统的基本设备。
该系统主要用于波浪观测工作和近海环境工程的监测工作。
随着波浪浮标的应用，替代了我国已经使用了几十年的岸用光学测波浮标，结束了我国人工观测波浪的历史，解决了夜间不能观测波浪的缺陷。
同时也替代了进口同类产品，打破了国外进口海洋仪器设备一统国内市场的格局。
该浮标的成功研制使我国成为国际上少数几个具有研发、生产波浪方向浮标能力的国家之一。
二、SZF型波浪浮标主要技术指标和功能SZF型波浪浮标在海上可以连续工作3-12个月,目前新增加了带有嵌入式太阳能充电功能的波浪浮标，可满足波浪浮标在海上长期工作的需求。
第３２卷㊀第１期太㊀㊀平㊀㊀洋㊀㊀学㊀㊀报Ｖｏｌ ３２，Ｎｏ １２０２４年１月ＰＡＣＩＦＩＣＪＯＵＲＮＡＬＪａｎｕａｒｙ２０２４ＤＯＩ：１０．１４０１５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－８０４９．２０２４．０１．００６曹兴国： 我国海运碳排放市场机制构建的进路统筹 ，‘太平洋学报“，２０２４年第１期，第７２－８５页㊂ＣＡＯＸｉｎｇｇｕｏ， ＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆＡｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＭａｒｋｅｔ－ＢａｓｅｄＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＭａｒｉｔｉｍｅＣａｒｂｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎｓｉｎＣｈｉｎａ ，ＰａｃｉｆｉｃＪｏｕｒ⁃ｎａｌ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１，２０２４，ｐｐ．７２－８５．我国海运碳排放市场机制构建的进路统筹曹兴国１（１．大连海事大学，辽宁大连１１６０２６）摘要：海运碳减排需要统筹运用包括市场机制在内的多种措施㊂欧盟推进单边海运碳排放交易机制虽然对市场机制在海运领域的运用具有正向推进价值，但基于其制度对共同但有区别责任原则的忽视等原因，与我国的航运利益并不相符㊂我国应当联合其他非欧盟国家反对欧盟的单边措施，并积极推进国际海事组织（ＩＭＯ）层面多边海运碳排放市场机制的构建，推动海运碳排放真正实现公正公平的过渡㊂同时，在国内层面，基于国际国内统筹推进的整体要求，我国需要厘定基于国内立法的海运碳排放市场措施及其实施路径，构建相应的制度保障㊂关键词： 双碳 目标；海运碳排放；市场机制；共同但有区别责任原则；非更优惠待遇原则中图分类号：Ｄ９２０㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：１００４－８０４９（２０２４）０１－００７２－１４收稿日期：２０２３⁃０７⁃２７；修订日期：２０２３⁃０９⁃２０㊂基金项目：本文系辽宁省社科基金项目 海运碳减排市场机制构建的制度协同研究 （Ｌ２２ＣＦＸ００４）的阶段性研究成果㊂作者简介：曹兴国（１９８９ ），男，浙江绍兴人，大连海事大学法学院副教授㊁硕士生导师，法学博士，主要研究方向：海商法㊁国际法㊂∗作者感谢‘太平洋学报“编辑部匿名审稿专家提出的建设性修改意见，感谢孙爱迪在本文写作过程中的协助，文中错漏由笔者负责㊂①㊀２０１８年４月通过的船舶温室气体减排初步战略中提出的减排目标为：以２００８年碳排放为基准，到２０３０年将海运业碳排放强度降低４０％，到２０５０年碳排放强度降低７０％（碳排放总量降低５０％）㊂㊀㊀随着我国 双碳 目标的确立，碳排放治理已经不折不扣地成为我国生态文明建设以及参与国际气候治理的重要议题㊂海运业同样需要承担减排任务，并已在国际海事组织（以下简称ＩＭＯ）的推进下取得积极进展㊂２０２２年，ＩＭＯ海上环境保护委员会第７６次会议（ＭＥＰＣ７６）通过了‘国际防止船舶造成污染公约“（ＭＡＲＰＯＬ公约）附则ＶＩ 关于降低国际航运碳强度 的修正案，通过现有船舶能效指数（ＥＥＸＩ）和碳强度指标（ＣＩＩ）评级机制对船舶的最低能效标准和营运的碳强度作出限制和评价，旨在从技术和运营两个方面提高船舶能效，降低碳强度水平㊂同时，２０２３年７月，ＩＭＯ海上环境保护委员会第８０次会议通过重新修订 船舶温室气体减排战略 ，进一步明确了以２００８年为参照，国际海运温室气体年度排放总量到２０３０年至少降低２０％，并力争降低３０％；到２０４０年降低７０％，并力争降低８０％的减排新目标㊂①上述减排目标的实现，需要依赖一系列的减排措施，包括碳排放市场机制㊂所谓碳排放第１期㊀曹兴国：我国海运碳排放市场机制构建的进路统筹市场机制，亦可称为碳定价机制，其理念在于将碳排放权作为一种资源并对其定价，通过构建市场化机制解决碳排放的外部不经济性，从而实现减排目标㊂在过去，海运业因其显著的国际性和机制适用的复杂性，大多被排除在各国的碳排放市场机制之外㊂但２０２３年５月，欧盟通过２０２３／９５９号指令对欧盟碳排放交易体系指令进行修订，正式将海运业纳入欧盟碳排放交易体系㊂同时，在重新修订的ＩＭＯ 船舶温室气体减排战略 中，也明确要求包括市场机制在内的一揽子中期减排措施应当在２０２５年确定并通过㊂①显然，在欧盟和ＩＭＯ的推动下，海运碳排放市场机制的构建将大大提速，并引发单边及多边层面的连锁反应㊂海运碳排放市场机制的构建不仅关乎所有海运参与主体的利益，而且机制构建中的规则话语权争夺更关乎各国在海运相关产业的切实利益，影响未来的海运竞争格局㊂尤其在欧盟通过内部立法单边推动海运碳排放市场机制实施的背景下，海运碳排放市场机制的构建在某种程度上已经被 裹挟 ，其推进势在必行㊂因此，无论是主动引领还是被动参与，海运碳排放市场机制的构建是各国㊁各利益方都需要谋划和应对的重要议题㊂对我国而言，海运碳排放市场机制的构建是一个重要又复杂的议题，面临诸多挑战㊂首先，欧盟的单边海运碳排放交易机制将对我国航运业产生直接影响，我国如何开展有效应对亟需回应㊂其次，ＩＭＯ主导下的多边市场机制构建仍面临不少分歧 选择何种市场机制方案，如何体现共同但有区别责任原则，通过何种方式实施等都有待细化讨论㊂此外，海运碳排放市场机制的构建不仅是国际层面的应对，我国也应当在国内层面以国际国内统筹推进为指引，统筹国内机制的构建㊂因此，海运碳排放市场机制的构建需要多个层面的进路统筹㊂本文旨在通过分析我国在双边㊁多边以及国内三个层面应对㊁参与㊁构建海运碳排放机制的需求和立场，探讨我国的应对策略和制度路径㊂一㊁海运碳排放市场机制的单边进路应对㊀㊀海运是一个高度国际化的行业㊂理想状态下，应当通过多边协调来推进海运碳排放市场机制的构建，但因多边层面协商进度不及预期，以欧盟为代表的单边行动已经着手推进海运碳排放机制的构建㊂１．１ 以欧盟为代表的单边市场机制推进欧盟是碳排放市场机制的忠实推动者，其构建的碳排放交易体系被视为欧盟最主要的气候政策工具㊂欧盟的碳排放交易体系以２００３年的‘欧盟排放权交易体系指令“为基础法律架构，后经多次修正㊂当前，欧盟碳排放交易体系的运行已经进入第四阶段，即以欧盟委员会在２０２１年７月发布的一系列气候计划与提案（Ｆｉｔｆｏｒ５５）为依托，大幅提升碳市场的减排目标，并扩大覆盖的行业领域㊂海运业就属于此阶段扩大覆盖的行业领域范围之列㊂根据欧盟２０２３／９５９号指令，主管机关②将对５０００总吨以上船舶在欧盟内部的港口之间整个航程１００％的排放量，以及欧盟与非欧盟港口之间航程５０％的排放量③收取排放配额㊂负责配额缴纳的责任主体为船公司，包括船东或从船东处承担船舶运营责任㊁并同意承担‘国际船舶安全运营和防止污染管理规则“规定的所有职责和责任的任何其他组织和个人（例如船舶管理人㊁光船承租人）㊂为了给机制的适用提３７①②③ＩＭＯ， ２０２３ＩＭＯＳｔｒａｔｅｇｙｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＧＨＧＥｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍＳｈｉｐｓ ，ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＭＥＰＣ．３７７（８０），Ｊｕｌｙ７，２０２３，ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗ⁃ｗｃｄｎ．ｉｍｏ．ｏｒｇ／ｌｏｃａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓ／ｅｎ／ＯｕｒＷｏｒｋ／Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ／Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ａｎｎｅｘ／２０２３％２０ＩＭＯ％２０Ｓｔｒａｔｅｇｙ％２０ｏｎ％２０Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ％２０ｏｆ％２０ＧＨＧ％２０Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ％２０ｆｒｏｍ％２０Ｓｈｉｐｓ．ｐｄｆ，ｐａｒａ．６．对于欧盟注册的船公司，其主管机关为船公司注册地所在的成员国；非欧盟注册的船公司，其主管机关为最近４个监测年度内停靠港口次数最多的成员国；而对于非欧盟注册且最近４个监测年度内也没有停靠过欧盟港口的公司，则其主管机关为该公司旗下船舶在欧盟境内抵达或开始其首个航程的成员国㊂纳入排放量计算的气体包括二氧化碳㊁甲烷和一氧化二氮㊂其中，甲烷和一氧化二氮将于２０２４年后纳入欧盟２０１５／７５７号条例，从２０２６年起纳入欧盟排放交易体系㊂太平洋学报㊀第３２卷供一定的缓冲空间，指令规定了两年的过渡期：２０２４年和２０２５年分别纳入４０％和７０％的航运排放量，到２０２６年将纳入１００％的航运排放量㊂同时，为防止班轮集装箱船舶利用挂靠港口的安排来规避机制的适用，该指令将建立一份位于欧盟以外，但距离某一成员国管辖港口不到３００海里的相邻集装箱转运港口名单㊂船舶在名单中的港口进行的转运将不被计为与上一个非名单中转运港之间航程的中断㊂对于未能在每年９月３０日前缴纳前一年排放配额的船公司，将面临每个未缴纳的排放配额（每吨二氧化碳当量的排放）１００欧元的罚款㊂１．２ 单边进路的辩证评估欧盟是当前世界三大海运市场之一，其海运碳排放政策措施将产生重大影响㊂这种影响，最直接地体现为航运公司的费用增加 据测算，如果按照每个碳排放配限额（ＥＵＡ）９０欧元的市价计算，预计海运业在２０２４年㊁２０２５年㊁２０２６年可能要分别承担高达３１亿欧元㊁５７亿欧元和８４亿欧元的费用㊂①而在这些费用之外，欧盟单边进路的其他影响同样显著㊂（１）对海运碳排放市场机制构建的正向推动欧盟之所以决定率先将海运业纳入欧盟碳排放交易机制，一个重要的背景就是欧盟认为ＩＭＯ层面的市场机制谈判虽有进展，但仍不足以实现巴黎协定确定的目标㊂因此，欧盟的单边立法固然有其实现自身减排战略的考虑，但也在很大程度上希望籍此反推和倒逼多边进程㊂ＩＭＯ在随后通过经修订的减排战略，并明确将市场机制作为一揽子中期措施的一部分，也不无欧盟立法进程的影响㊂正如学者所言，相比于多边层面的谈判，打补丁式的单边路径（ｐａｔｃｈｗｏｒｋａｐｐｒｏａｃｈ）有时更有效，因为它可以破解多边协同的困境㊂而且，通过部分国家或者地区先行的政策探索和行业反馈，可以为多边层面更大规模的政策应用提供数据和证据支撑㊂②同时，依托在碳排放交易领域的实践经验，欧盟所构建的海运碳排放交易制度也确有其可取之处㊂首先，欧盟在制度方案上考虑了未来与ＩＭＯ多边机制的协调问题㊂根据指令，如果未来ＩＭＯ通过了多边市场机制，欧盟将根据ＩＭＯ市场机制的内容㊁效果以及与欧盟机制的一致性等对本指令的内容重新进行评估，尽量避免对船公司的双重负担；如果ＩＭＯ在２０２８年仍未采取全球市场措施，欧盟委员会应向欧洲议会和理事会提交一份报告，审查对欧盟港口与非欧盟港口之间航程超过５０％部分的排放量是否需要实施配额分配和交易㊂其次，欧盟在将海运纳入碳排放交易体系时，吸收了当初将航空纳入碳排放交易体系的失败教训，③在此次针对海运的方案设计中做了不少调整㊂其中最显著的一点就是仅将进出欧盟港口的国际航程的５０％排放量纳入，而非此前航空领域的全部排放量，试图以此缓和其他国家的抵制㊂最后，从制度的完整性上，欧盟的海运碳排放交易制度在既有碳排放交易制度的基础上做了很多细化的补充，形成了一套相对完整㊁具有可操作性的海运碳排放市场制度㊂例如为保障制度的执行，指令明确规定欧盟成员国可以拒绝不履行义务的船公司的船舶进入其港口，同时作为船旗国的欧盟成员国可以对当事船舶进行扣押㊂④因此，无论是否采取与欧盟一样的碳排放交易机制，欧盟海运碳排放交易制度的制度内容都或多或少地能对ＩＭＯ和其他国家构建多边或者单边的海运碳排放市场机制带来参考价值㊂４７①②③④ 欧盟碳排放交易体系生效后２０２４年航运业将承担３０多亿欧元费用 ，新浪财经网，２０２３年７月７日，ｈｔｔｐｓ：／／ｆｉｎａｎｃｅ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｅｓｇ／２０２３－０７－０７／ｄｏｃ－ｉｍｙｚｗｃｅｒ８２２２８０４．ｓｈｔｍｌ㊂ＺｈｅｎｇＷａｎ，ｅｔａｌ．， ＤｅｃａｒｂｏｎｉｚｉｎｇｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｈｉｐｐｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙ：ＳｏｌｕｔｉｏｎｓａｎｄＰｏｌｉｃｙＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ，ＭａｒｉｎｅＰｏｌｌｕｔｉｏｎＢｕｌｌｅｔｉｎ，Ｖｏｌ．１２６，２０１８，ｐ．４３３．欧盟曾在２００８年通过２００８／１０１／ＥＵ号指令，计划自２０１２年起将抵达或离开欧盟成员国境内机场的所有航班的碳排放纳入欧盟碳排放交易体系，但该计划因受到国际社会普遍的抵制而最终搁浅㊂Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ（ＥＵ）２０２３／９５９ｏｆｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＰａｒｌｉａｍｅｎｔａｎｄｔｈｅＣｏｕｎｃｉｌｏｆＴｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＵｎｉｏｎｏｆ１０Ｍａｙ２０２３ ，ＯｆｆｉｃｉａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＵｎｉｏｎ，Ｍａｙ１６，２０２３，ｈｔｔｐｓ：／／ｅｕｒ－ｌｅｘ．ｅｕｒｏｐａ．ｅｕ／ｌｅ⁃ｇａｌ－ｃｏｎｔｅｎｔ／ＥＮ／ＴＸＴ／？ｕｒｉ＝ＣＥＬＥＸ：３２０２３Ｌ０９５９，ｐａｒａ．３４．第１期㊀曹兴国：我国海运碳排放市场机制构建的进路统筹（２）对制度话语权的争夺在肯定欧盟单边进路积极价值的同时，我们同样需要认识到欧盟单边举措的政治意图，即对海运碳排放市场机制构建的话语权争夺，以及在此过程中的理念输出㊂事实上，提升欧盟在国际政治中的形象㊁维护欧盟的国际地位㊁占据国际道义的制高点，一直是欧盟推行积极的国际气候政策的根本目的㊂①具体而言，欧盟在海运领域推行碳排放交易制度的话语权导向最显著地体现在其对非更优惠待遇原则（ＮｏＭｏｒｅＦａｖｏｕｒａｂｌｅＴｒｅａｔｍｅｎｔ，ＮＭＦＴ）的贯彻上㊂非更优惠待遇原则强调所有的措施应当无差别地适用于所有国家的船舶，这显然与发展中国家在气候治理领域所主张的共同但有区别责任原则（ＣｏｍｍｏｎＢｕｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉ⁃ａｔｅｄＲｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｙ，ＣＢＤＲ）存在根本分歧，这也是发展中国家和发达国家在多边层面海运碳排放治理中一直争论㊁并阻碍减排共识达成的重要问题㊂②作为发达国家集团的代表，欧盟在其海运碳排放交易的制度方案中充分体现了其立场，将非更优惠待遇原则作为制度基础，未对发展中国家做任何特殊安排㊂非更优惠待遇原则是此前ＩＭＯ公约普遍遵循的原则，主张其在碳减排领域适用的主要理由在于 方便旗 船屡见不鲜，船东的国籍可能与船舶的船旗国并不相同，船舶加油㊁运营和航行海域也可能分属不同国家，因而船旗国㊁燃料出售国㊁始发港㊁目的港或中转港所在国㊁货物生产国或消费国等都可以认为参与了温室气体排放，难以区别不同国家设定不同的减排标准㊂同时，鉴于国际海运产生的温室气体排放大部分发生在主权国家领土以外即公海上，按不同类型国家分别对海运碳减排以不同标准进行调整也是不合适的㊂③然而，严格强调该原则无疑也将忽视发达国家在气候治理领域的历史责任，忽视了中国等发展中国家作为新兴海运大国，其海运碳排放更多是 生存和发展性排放 的事实㊂此外，欧盟在海运领域适用碳排放交易制度，也会将欧盟碳排放交易制度本身追求国际话语权的一些内容带到海运领域㊂例如，通过倡导碳排放权交易机制的连接，欧盟不仅可以运用碳排放权交易规则影响其他国内碳排放权交易规则的制定，也可以随着连接规模的不断扩大，提升其碳排放权交易规则的国际化程度，最终从事实上上升为国际碳排放权交易规则㊂④１．３ 我国应对单边市场机制的立场与措施欧盟雄心勃勃的海运碳排放交易制度与我国的海运利益并不相符㊂这种不相符性主要表现为欧盟的制度方案对共同但有区别责任原则的忽视与我国的一贯主张不符，也与我国海运业的发展利益不符㊂从运量的角度来看，海运中心东移已是不争的事实，现阶段对海运碳排放的控制主要限制的是包括我国在内的诸多新兴发展中国家海运业的未来发展空间㊂如果不顾历史事实和不同国家所处的发展阶段，苛求发展中国家在海运碳减排上承担与发达国家相同的责任，这对于发展中国家是不公平的㊂碳排放权是一种新的发展权，尤其在碳排放权分配方案的制定中应当考虑发展需求㊁人口数量㊁历史责任㊁公平正义原则等因素㊂⑤因此，我国历来主张碳减排遵循人际公平原则应贯穿历史和未来，既强调代内公平，也强调代际公平，各国所获得的碳排放权应受到其历史排放水平和人口数量的影响㊂⑥同时，我国海运业虽然在规模上已经处于世界前列，但现阶段凭既有技术和规模优势积累的行业优势很容易被新的技术和政策要求所５７①②③④⑤⑥巩潇泫： 多层治理视角下欧盟气候政策决策研究 ，山东大学博士论文，２０１７年，第５２页㊂ＹｕｂｉｎｇＳｈｉａｎｄＷａｒｗｉｃｋＧｕｌｌｅｔｔ， ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｎＬｏｗ－ＣａｒｂｏｎＳｈｉｐｐｉｎｇｆｏｒＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅＭｉｔｉｇａｔｉｏｎ：Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，ａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｓ ，ＯｃｅａｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＬａｗ，Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．２，２０１８，ｐ．１４５．Ｊａｅ－ＧｏｎＬｅｅ， ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｏｆＧｒｅｅｎｈｏｕｓｅＧａｓＥｍｉｓｓｉｏｎｓＦｒｏｍＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｈｉｐｐｉｎｇ ，Ａｓｉａ－ＰａｃｉｆｉｃＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｃｅａｎＬａｗａｎｄＰｏｌｉｃｙ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１，２０１９，ｐｐ．５３－７８．参见赵骏㊁孟令浩： 我国碳排放权交易规则体系的构建与完善 基于国际法治与国内法治互动的视野 ，‘湖北大学学报“（哲学社会科学版），２０２１年第５期，第１２６页㊂参见杨泽伟： 碳排放权：一种新的发展权 ，‘浙江大学学报“（人文社会科学版），２０１１年第３期，第４０－４７页㊂参见王文军㊁庄贵阳： 碳排放权分配与国际气候谈判中的气候公平诉求 ，‘外交评论“，２０１２年第１期，第８０页㊂太平洋学报㊀第３２卷稀释甚至抹杀㊂例如我国传统造船业较为发达，而绿色低碳等新技术领域的造船仍有较大欠缺，结构性不平衡问题较为突出㊂①这意味着过去我们在传统造船领域的优势很可能将因为碳减排的新要求而遭到削弱㊂因此，与发达国家一样无差别地承担碳减排任务对我国海运业来说挑战大于机遇㊂而且我国与欧盟在碳排放市场机制建设上的理念和阶段差异，包括总量控制㊁配额分配方式㊁运行和交易管理等方面的差异，也决定了现阶段我国不可能跟随欧盟海运碳排放交易制度的步伐㊂例如，欧盟的碳价在２０２３年２月曾一度突破１００欧元／吨，而目前中国碳市场的碳价仅约为６０元／吨，两者在现阶段显然不具备对接的基础㊂此外，虽然有学者认为欧盟当前的海运碳排放交易制度符合国际海洋法和国际气候立法，②但其制度的合法性与有效性依然值得质疑㊂就合法性而言，虽然赋予一国国内环境保护法规以域外效力是当前及今后环境保护法规效力范围的发展趋势，也是多边环境保护条约的基本要求及制定目标，③但欧盟单方面将欧盟港口与非欧盟港口间航程的５０％碳排放量纳入碳排放交易系统缺乏足够的依据，因为在欧盟管辖海域所产生的碳排放量未必达到了５０％，欧盟很可能将船舶在其他国家和公海的航程所产生的碳排放纳入了自己的交易系统，涉嫌对自身管辖权的扩张和对其他国家排他性管辖权的侵犯㊂就有效性而言，单边路径不利于国际社会形成统一的减排规划和执行监督体系，甚至可能带来重复治理㊁管辖冲突等负面问题㊂而且欧盟单边行动很可能带来的直接效应是海运公司为减少在欧盟境内的碳排放，在进出欧盟的航线上投入更高技术标准的较新型船舶，而将旧船舶投入到其他航线，最终结果仅是改变了碳排放的地区分布，而非真正的碳减排㊂因此，可以参考当初国际社会抵制欧盟在航空领域推行碳排放交易制度的做法，对欧盟单边海运碳交易机制采取以下应对措施：第一，在通过双边对话表达我国反对立场的基础上，参考国际民航组织（ＩＣＡＯ）非欧盟成员国签署‘莫斯科宣言“共同反对欧盟单方面将国际航空纳入欧盟碳排放交易体系的做法，④联合ＩＭＯ的非欧盟成员国，要求欧盟停止单边行动，形成对欧盟的国际压力㊂事实上，早在欧盟提出将碳排放交易体系扩展到海运业的立法提案时，国际航运公会（ＩＣＳ）就曾对此提出异议，并通过影响分析向欧盟提出谨慎考虑实施区域性海运碳交易制度的提议㊂⑤第二，尝试推动ＩＭＯ通过决议，对欧盟单边措施与国际共识的违背性予以认定并敦促其放弃单边措施㊂值得参考的是，国际民航组织第１９４届理事会曾通过决议，认为欧盟单边行为违反了‘芝加哥公约“第一条列出的国家主权原则，同时也违反了‘联合国气候变化框架公约“及其‘京都议定书“的相关原则和规定，敦促欧盟与国际社会合作应对航空排放问题㊂⑥此外，考虑到欧盟单边进路的重要原因是多边机制的谈判进度缓慢，因此通过积极推动ＩＭＯ层面多边碳排放市场机制进程，使欧盟的单边进路不再具有必要性，可能是促使欧盟放弃单边措施的最有效理由㊂二㊁海运碳排放市场机制的多边进路统筹㊀㊀ＩＭＯ是国际上协调各国海上航行安全和防６７①②③④⑤⑥廖兵兵： 双碳 目标下我国航运实现碳中和路径研究 ，‘太平洋学报“，２０２２年第１２期，第９４页㊂ＭａｎｏｌｉｓＫｏｔｚａｍｐａｓａｋｉｓ， ＩｎｔｅｒｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌＳｈｉｐｐｉｎｇｉｎｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＵｎｉｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎｓＴｒａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ：Ａ Ｆｉｆｔｙ－Ｆｉｆｔｙ ＡｌｉｇｎｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅＬａｗｏｆｔｈｅＳｅａａｎｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｌｉｍａｔｅＬａｗ？ ＲＥＣＩＥＬ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１，２０２３，ｐｐ．２９－４３．胡晓红： 欧盟航空碳排放交易制度及其启示 ，‘法商研究“，２０１１年第４期，第１４７页㊂我国签署 莫斯科宣言 反对欧盟单边征收航空碳税 ，中央政府门户网站，２０１２年２月２３日，ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｇｏｖｗｅｂ／ｇｚｄｔ／２０１２－０２／２３／ｃｏｎｔｅｎｔ＿２０７５０６４．ｈｔｍ㊂ＩＣＳ， ＩｎｃｅｐｔｉｏｎＩｍｐａｃｔＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅＰｒｏｐｏｓｅｄＡｍｅｎｄ⁃ｍｅｎｔｏｆｔｈｅＥＵＥｍｉｓｓｉｏｎｓＴｒａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ２００３／８７／ＥＣ） ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２６，２０２０，ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｃｓ－ｓｈｉｐｐｉｎｇ．ｏｒｇ／ｗｐ－ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐ⁃ｌｏａｄｓ／２０２０／１１／Ｉｎｃｅｐｔｉｏｎ－Ｉｍｐａｃｔ－Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ－ｆｏｒ－ｔｈｅ－ｐｒｏｐｏｓｅｄ－Ａ⁃ｍｅｎｄｍｅｎｔ－ｏｆ－ｔｈｅ－ＥＵ－Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ－Ｔｒａｄｉｎｇ－Ｓｙｓｔｅｍ－Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ－２００３－８７－ＥＣ．ｐｄｆ．国际民航组织明确抗议欧盟航空征碳税计划受挫 ，中新网，２０１１年１１月４日，ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｎｅｗｓ．ｃｏｍ／ｃｊ／２０１１／１１－０４／３４３７７６６．ｓｈｔｍｌ㊂第１期㊀曹兴国：我国海运碳排放市场机制构建的进路统筹止船舶污染政策和制度的主要平台，有关海运碳排放市场机制的多边讨论也主要在ＩＭＯ层面展开㊂２．１㊀ＩＭＯ主导下的多边市场机制进程ＩＭＯ有关海运碳排放市场机制的谈判进程经历了一个曲折的过程㊂在２００６年召开的ＩＭＯ海上环境保护委员会第５５次会议通过的工作计划中，基于市场的措施被列为应考虑的减排措施之一，海运碳排放市场机制在ＩＭＯ层面开始得到关注㊂但由于发达国家和发展中国家之间缺乏共识等因素，此后成员国和相关组织提出的多种方案都未经深入讨论和评估，直至２０１３年的ＩＭＯ海上环境保护委员会第６５次会议宣布暂停有关市场机制内容的进一步讨论㊂中断的市场机制讨论在２０１８年重新获得重视 ＩＭＯ海上环境保护委员会第７２次会议通过的‘ＩＭＯ船舶温室气体减排初步战略“在中长期措施中明确提出考虑市场机制，并提出拟在２０２３年至２０３０年之间商定候选中期措施㊂此后，市场机制重新进入成员方视野，多国重启市场机制的讨论㊂在ＩＭＯ海上环境保护委员会第７９次会议期间，普遍形成的共识是将技术措施与经济措施相结合，特别是设计一揽子将温室气体燃料标准与经济措施（市场机制）相结合的措施，可以促进实现初始战略的目标，并筹集足够和可预测的收入，以刺激公正和公平的过渡㊂①此种共识的形成在很大程度上源于各国对碳排放市场机制价值的进一步认识和其他领域的经验积累，尤其是低碳㊁零碳燃料在短期内欠缺商业竞争力的情况下，各方意识到通过市场机制实现碳减排正向激励的必要性㊂目前，ＩＭＯ层面有关市场机制的讨论已经进入到关键阶段，相关成员国和组织也在不断提出和完善各自的方案㊂２．２㊀多边市场机制的方案选择当前提交至ＩＭＯ的候选方案都采用技术措施与市场机制相结合的形式，主要包括以下几种㊂（１）欧盟的温室气体燃料标准（ＧＦＳ）＋碳税（ｌｅｖｙ）方案温室气体燃料标准要求船舶在合规期内使燃料的温室气体强度（ＧＦＩ）等于或低于某一限值㊂在过渡阶段，为避免低／零排放燃料供应不均产生的影响，将以自愿参加的灵活合规机制（ＦＣＭ）为船方提供其他遵守温室气体燃料标准的方式：当船舶使用温室气体强度低于要求的燃料时将获得灵活合规单位（ＦＣＵ），灵活合规单位可以交易给使用超过温室气体强度要求燃料的船舶以抵销其超标的排量㊂另外，温室气体燃料标准登记处以一定的价格提供温室气体补救单位（ＧＨＧＲｅｍｅｄｉａｌＵｎｉｔｓ，ＧＲＵ）以抵销超额排放，温室气体补救单位的价格应反映船用燃料价值链中温室气体减排的成本，并增加劝阻因素，以确保灵活合规单位是替代合规的首选手段㊂与温室气体燃料标准相结合，碳税为其市场机制部分，由ＩＭＯ气候转型基金负责费用的征收与使用㊂温室气体燃料标准和征税都适用于全过程的温室气体排放（Ｗｅｌｌ－ｔｏ－Ｗａｋｅ）㊂②（２）中国㊁国际航运公会㊁日本的基金与奖励（ＦｕｎｄａｎｄＲｅｗａｒｄ）机制中国提议建立国际海运可持续基金与奖励（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭａｒｉｔｉｍｅＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＦｕｎｄａｎｄＲｅ⁃ｗａｒｄ，ＩＭＳＦ＆Ｒ）机制㊂在最初方案中，中国等建７７①②ＭＥＰＣ， ＲｅｐｏｒｔｏｆｔｈｅＭａｒｉｎｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｏｍ⁃ｍｉｔｔｅｅｏｎＩｔｓＳｅｖｅｎｔｙ－ＮｉｎｔｈＳｅｓｓｉｏｎ ，ＴｈｅＳｅｖｅｎｔｙ－ＮｉｎｔｈＳｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＭａｒｉｎｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｏｍｍｉｔｔｅｅ，１６ｔｏ２０Ｍａｙ２０２２，ＭＥＰＣ７９／１５，ｐａｒａｓ．７，１４，５４．Ａｕｓｔｒｉａ，ｅｔａｌ．， ＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄＭａｒｋｅｔＢａｓｅｄＭｉｄ－ＴｅｒｍＭｅａｓｕｒｅｓＩｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｂｙＣｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅＧＨＧＦｕｅｌＳｔａｎｄａｒｄａｎｄａＬｅｖｙ ，Ｔｈｅ１３ｔｈＳｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｓｅｓｓｉｏｎａｌＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＧＨＧＥｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍＳｈｉｐｓ，５ｔｏ９Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０２２，ＩＳＷＧ－ＧＨＧ１３／４／８；Ａｕｓｔｒｉａ，ｅｔａｌ．， ＥｌａｂｏｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＰｒｏｐｏｓａｌｏｆＣｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅＧＨＧＦｕｅｌＳｔａｎｄａｒｄａｎｄａＬｅｖｙ ，Ｔｈｅ１５ｔｈＳｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｓｅｓｓｉｏｎａｌＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＧＨＧＥｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍＳｈｉｐｓ，２６ｔｏ３０Ｊｕｎｅ２０２３，ＩＳＷＧ－ＧＨＧ１５／３／２．关于温室气体燃料标准制度的解释，ＳｅｅＡｕｓｔｒｉａ，ｅｔａｌ．， ＰｒｏｐｏｓａｌｆｏｒａＧＨＧＦｕｅｌＳｔａｎｄａｒｄ ，Ｔｈｅ１２ｔｈＳｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｓｅｓｓｉｏｎａｌＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＧＨＧＥｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍＳｈｉｐｓ，１６ｔｏ２０Ｍａｙ２０２２，ＩＳＷＧ－ＧＨＧ１２／３／３；Ａｕｓｔｒｉａ，ｅｔａｌ．， ＦｕｒｔｈｅｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＰｒｏｐｏｓａｌｆｏｒａＧＨＧＦｕｅｌＳｔａｎｄａｒｄ ，Ｔｈｅ１３ｔｈＳｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｓｅｓｓｉｏｎａｌＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＧＨＧＥｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍＳｈｉｐｓ，５ｔｏ９Ｄｅ⁃ｃｅｍｂｅｒ２０２２，ＩＳＷＧ－ＧＨＧ１３／４／７．。
第40卷 第8期海 洋 学 报V o l .40,N o .82018年8月H a i y a n g Xu e b a o A u gu s t 2018王辉赞,郭芃,倪钦彪,等.基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法[J ].海洋学报,2018,40(8):1 9,d o i :10.3969/j .i s s n .0253-4193.2018.08.001W a n g H u i z a n ,G u oP e n g ,N iQ i n b i a o ,e t a l .AC F S F D P c l u s t e r i n g -b a s e d e d d y t r a j e c t o r y t r a c k i n g m e t h o d [J ].H a i y a n g Xu e b a o ,2018,40(8):1 9,d o i :10.3969/j.i s s n .0253-4193.2018.08.001基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法王辉赞1,2,郭芃3,倪钦彪2,4,李佳讯5(1.国防科技大学气象海洋学院,湖南长沙410073;2.国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310012;3.94587部队,江苏连云港222345;4.厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室,福建厦门361005;5.海军海洋测绘研究所,天津300061)收稿日期:2017-06-10;修订日期:2017-10-30㊂基金项目:中国科学院战略性先导科技专项(A 类)资助(X D A 11010103);国家自然科学基金(41706021,41775053,41206002);国家海洋局第二海洋研究所专项资助(J G 1416);中国博士后科学基金(2014M 551711);江苏省自然科学基金(B K 20151447)㊂作者简介:王辉赞(1983 ),男,湖南省浏阳市人,博士/讲师,主要从事物理海洋学研究㊂E -m a i l :w a n gh u i z a n @126.c o m 摘要:中尺度涡信息的提取包括涡旋的识别和轨迹追踪,其自动识别与追踪对于基于海量数据的中尺度涡分析十分重要㊂传统涡旋轨迹自动追踪方法一般需要预先设定搜索半径的阈值,存在一定的主观性㊂针对传统中尺度涡轨迹追踪方法存在的问题,论文从聚类的角度出发,提出基于密度峰值聚类算法实现对涡旋轨迹的自动追踪,并以南海中尺度涡追踪为例,将基于聚类的追踪算法与传统的相似度追踪算法进行比较分析㊂结果表明:(1)基于密度峰值聚类算法,可实现对海洋中尺度涡的自动追踪,该算法涡旋追踪准确率优于传统相似度算法;(2)该涡旋追踪算法对资料的完整性依赖度较低,特别是对于存在部分缺损数据的情况仍能较准确追踪;(3)该追踪算法克服了传统涡旋追踪算法需要预先设定搜索半径阈值的问题,自适应性更强㊂关键词:中尺度涡;轨迹追踪;密度峰值聚类算法;南海中图分类号:P 731.2文献标志码:A文章编号:0253-4193(2018)08-0001-091 引言海洋中尺度涡是一种重要的海洋中尺度现象,是海洋物理环境的重要组成部分之一,其典型的空间尺度为几十到几百千米,时间尺度为几天到上百天㊂中尺度涡在海洋中几乎处处存在,作为大尺度过程与小尺度过程的衔接,其在能量传递中起着至关重要的作用㊂中尺度涡还对生物生产力㊁上层海洋生态环境㊁生物化学以及海洋声传播等都具有重要的影响㊂目前,随着卫星观测资料的出现,卫星高度计数据相比常规的调查手段在观测覆盖范围和时间㊁空间分辨率方面具有较大优势,基于卫星高度计资料可以识别和分析中尺度涡,且大大提高对中尺度涡的监测能力[1-3]㊂正是由于高度计资料等海量数据被用于研究中尺度涡,通过人工的方法分析海量的数据来识别涡旋已经不切实际,因而在近十几年中,多种涡旋识别和轨迹追踪的自动算法便应运而生㊂目前,确定涡旋中心和大小(或边界)的常用方法有海面高度(S S H )法㊁O k u b o -W e i s s (OW )法㊁W i n d i n g -A n gl e (W A )法和V e c t o rG e o m e t r y (V G )等方法[2,4-12]㊂待确定涡旋中心和大小之后,就可以追踪涡旋的轨迹㊂常用的涡旋轨迹追踪方法可以分为3种[13]㊂第一种涡旋轨迹追踪方法是像素法[14]:将涡旋中心的网格点(即所谓的 像素 )标记为1,其余网格点则标记为0㊂追踪轨迹时,搜索时间和空间(经向㊁纬向)上都最靠近的标记为1的网格点即可㊂该方法简单快速,适用于涡旋分离明显的海域,但在涡旋结构复杂的区域容易出错㊂第二种为距离法[8]:假设e l为t1时的某个涡旋,e2为t2时相同类型的涡旋,D则是e1中心到e2中心的距离,那么,D最短者构成同一轨迹㊂为了避免两条不同的轨迹连接在一起,D需设定一个上限(即搜索半径)㊂因为涡旋活动于背景流中,所以该上限可近似取局地平均流流速和资料的时间分辨率之积㊂该方法对搜索半径的选择具有一定的依赖性㊂第三种为相似度法[6,9],该方法是距离法的扩展㊂它基于一个由距离差㊁半径差㊁涡动能差和涡度差组成的无量纲相似参数距离,同一条轨迹上前后时刻的涡旋也不能超过一个阈值㊂该方法适用范围更广,总体效果不错,但相对复杂,且对阈值具有一定的依赖性和主观性㊂因此,如何在涡旋识别的基础上,克服传统涡旋追踪方法的不足,实现海洋中尺度涡轨迹的准确追踪,具有重要的意义㊂涡旋轨迹追踪是将不同时刻具有相近特征㊁相近距离的涡旋认为是同一个涡旋,假设不同时刻组成的同一个涡旋是一类,那么涡旋轨迹追踪的本质可以看成聚类㊂值得一提的是,吴笛[15]采用聚类方法对南海中尺度涡移动轨迹进行分析,但该方法是把一个完整生消的涡旋看成一个样本,对不同涡旋移动轨迹进行聚类,研究涡旋典型移动特征,而本文是将每个时刻识别出的单个涡旋看成一个样本,将同一个涡旋不同时刻特征聚类成同一个涡旋㊂南海作为一个半封闭深水海盆,有着较为复杂多样的海底地形,且受到黑潮和冬夏季节交替季风的显著影响,导致南海的中尺度涡纷繁复杂[9,16-18]㊂本文拟选择南海(5ʎ~ 25ʎN,105ʎ~125ʎE)作为中尺度涡轨迹追踪的研究区域,基于卫星海洋海面高度计资料,拟从聚类的角度出发,采用R o d r i g u e z和L a i o[19]在S c i e n c e杂志新近提出的一种快速搜索基于密度峰值聚类算法(C l u s t e-r i n g b y F a s tS e a r c ha n dF i n do fD e n s i t y P e a k s,C F S-F D P),实现海洋中尺度涡旋的自动追踪,并将其与传统的相似度法进行比较㊂2数据与方法2.1卫星高度计资料本文所采用的卫星高度计资料(S L A)是来自于法国空间海洋局的A r c h i v i n g,V a l i d a t i o n,a n d I n t e r-p r e t a t i o n o fS a t e l l i t eO c e a n o g r a p h i cd a t a(A V I S O)计划㊂该资料融合了T/P㊁J a s o n-1㊁J a s o n-2和G e o s a t F o l l o w-O n等多颗轨道卫星的数据,其空间分辨率为(1/4)ʎˑ(1/4)ʎ,时间分辨率为1d㊂2.2密度峰值聚类算法常用的经典聚类算法(如K均值聚类算法)一般已知聚类中心和聚类数,再通过简单迭代的方法更新数据的聚类中心来进行聚类,但是由于其将每个点都聚类到距离最近的中心,这又会导致其不能检测非球面的数据分布㊂虽然传统的密度聚类算法对于任意形状分布的数据也可以进行分类,但它必须要通过指定一个密度阈值除去噪音点,对密度阈值依赖性较大㊂C F S F D P聚类是基于密度的新聚类算法,由R o-d r i g u e z和L a i o[19]在S c i e n c e杂志发表提出,该方法可聚类非球形数据集,具有聚类速度快㊁实现简单等优点,目前得到了较为广泛的应用㊂C F S FD P聚类算法的基本中心思想:假设确定的聚类中心周围都是密度值比它低的点,同时这些密度值比它低的点距离该聚类中心的距离相比于其他聚类中心最小㊂C F S FD P聚类算法步骤如下:(1)指标计算㊂对于每一个样本点i,计算其两个指标:i点的局部密度ρi,i点与所有高于i点密度的点之间距离最小值δi㊂这些指标仅依赖于数据点之间的距离d i j㊂i点的局部密度ρi定义如下:ρi=ðjχ(d i j-d c),(1)当x<0,χ(x)=1;否则,χ(x)=0㊂其中d c为截断距离,默认其为所有样本点的相互距离由小到大排列占2%的位置距离数值㊂最小距离δi定义如下:δi=m i n(d i j)j:ρj>ρi,(2)式中,δi表示i与所有比i点密度高的点的最近距离㊂但是对于最大密度的点,其为所有样本点与样本点之间距离的最大值δi=m a x(d i j)㊂(2)确定聚类中心和归类㊂不妨以图1为例说明㊂图1共有28个样本点(分别用1~28进行编号),计算所有样本点的密度值并按照由高到低排列,可以看出样本 1 表示密度最高的点㊂图1b表示图中每个点最小距离与局部密度的不同函数的图示,称为决策图,其展示了二维平面内的28个点分布,容易发现样本点1和点10的密度最大,可以将其作为聚类中心㊂图1可以发现 9 和 10 号点拥有相近的密2海洋学报40卷度值但是其距离值不同,这里 9 属于 1号类别且比 9 密度高的其他点离它很近,然而比 10密度高的临近点属于其他类别㊂ 26 ㊁ 27 和 28 号点有一个相对较大的距离值,但是其密度值太小,这主要是因为它们是孤立点,我们可以通过给定的δm i n 和ρm i n 筛选出同时满足(ρi >ρm i n )和(δi >δm i n )条件的点作为聚类中心点㊂正如预期的那样,只有具有高δ和相对较高的ρ的点才可以确认为是聚类中心㊂因为点26㊁27㊁28是孤立的,所以有相对较高的δ值和低ρ值,它们也可以被看作是由单个点做成的聚类㊂当找到聚类中心之后,按照 剩余的每个样本点被归属到比它有更高密度的最近邻聚类中心所属类别,当前样本点的类别应该与高于当前样本点密度的最近的点的类别一致 的原则,指定剩下样本点的类别㊂C F S -F D P 聚类分配只需一步即可完成,不像其他算法要对目标函数进行迭代优化㊂详细算法可参考文献R o -d r i gu e z 和L a i o [19]㊂图1 二维C F S F D P 算法F i g .1 T h eC F S F D Pa l go r i t h mi n t w o d i m e n s i o n s a .样本点分布,数据点已经按照降密度排列,b .对应的数据决策图,不同的颜色对应不同的聚类(引自R o d r i gu e z a n dL a i o [19])a .P o i n t d i s t r i b u t i o n ,d a t a p o i n t s a r e r a n k e d i n o r d e r o f d e c r e a s i n g d e n s i t y ,b .d e c i s i o n g r a p h f o r t h e d a t a i n f i g.1a ,d i f f e r e n t c o l o r s c o r r e s p o n d t o d i f f e r e n t c l u s t e r s (c i t e d f r o m R o d r i gu e z a n dL a i o [19])3 自动追踪技术3.1 中尺度涡自动识别技术本文在W a n g 等[1]的中尺度涡识别方法的基础上,采用的是改进的基于S L A 的海洋中尺度涡自动识别方法㊂具体步骤为:(1)针对某一日期的S L A 场,以1c m 为间隔提取S L A 数据的所有等值线集合,从等值线集合中筛选出所有闭合等值线,找出最内圈闭合等值线,取几何中心为涡心;(2)筛选出包含涡心的最近最外圈闭合等值线,确定涡边;(3)比较涡心和涡边S L A 值确定涡旋类型㊂当涡心S L A 值大于涡边S L A 值,为反气旋涡;当涡心S L A 值小于涡边S L A 值,为气旋涡㊂本文舍弃振幅小于2c m 的涡旋;(4)计算涡旋的各种属性:时间点(天)㊁涡心的位置(经㊁纬度)㊁振幅㊁半径㊁动能㊁相对涡度㊂3.2 中尺度涡自动追踪技术将识别出涡旋并确定涡旋类型将涡旋轨迹进行聚类,具体步骤为:(1)粗聚类:首先根据涡旋类别将涡旋分成气旋涡和反气旋涡两大类,保证任意两个不同的轨迹集合之间的两条轨迹是不相关的;(2)精聚类:分别对气旋和反气旋两类涡旋进行聚类㊂由识别涡旋技术得到任意一天内所有涡旋的属性:时间点(天)㊁涡心的位置(经㊁纬度)㊁振幅㊁半径㊁动能㊁相对涡度㊂选取判别因子:时间点(天)㊁涡心的位置(经㊁纬度),采用C F S F D P 算法对冷暖涡旋进行聚类㊂根据涡旋识别算法得到的已有一年内所有m 个涡旋三维样本X ={x i }(i =1,2,3)(即时间点(天)㊁涡心经度㊁涡心纬度),首先将时间点(天)进行转换,初始化样本集合(本文将时间变量乘以系数0.05,使之与位置匹配),其目的是将具有不同单位的38期 王辉赞等:基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法数据匹配(也可以通过直接除以各变量的标准差实现)㊂待聚类轨迹集合为n条Y={X},由2.2节中C F S F D P算法介绍计算每个涡旋样本的两个指标:局部密度ρi㊁高于i点密度的最小距离δi,得到图2所展示每个涡旋三维样本和的不同函数的图示(决策图),选择具有高δ(本文δ取为0.6)和相对较高的ρ的点作为轨迹中心(对于有相对较高的δ值和低ρ值的样本点,它们可以被看作是由单个点形成的类簇,也就是异常点),得到轨迹数和聚类中心样本点㊂图2中尺度涡轨迹追踪聚类决策图F i g.2 T h e d e c i s i o n g r a p h f o r e d d y t r a j e c t o r y t r a c k i n ga.气旋涡;b.反气旋涡a.C y c l o n i c e d d i e s;b.a n t i c y c l o n i c e d d i e s(3)当聚类中心样本点确定之后,剩下的涡旋样本点按照2.2节中C F S F D P算法介绍的原则划分到指定类别,这样,就得到了所有涡旋的轨迹集合㊂考虑到在处理S L A数据时可能产生的误差,排除偶然性以及短暂持续的涡旋信号,本文只统计大于等于14d的涡旋轨迹,将得到的涡旋的轨迹集合去除生命周期小于14d,得到最终的轨迹集合㊂4中尺度涡自动追踪效果评估如引言所述,目前主要包括像素法㊁距离法和相似度法共3类中尺度涡旋自动追踪方法,其中相似度法效果较好㊂为检验本文提出的基于密度峰值聚类算法C F S F D P实现对涡旋轨迹自动追踪方法的有效性,将之与相似度追踪法比较从以下3个方面比较:(1)一个涡旋的生命周期被聚类在同一涡旋轨迹内的概率大小(指标1);(2)一条聚类轨迹集合中的涡旋是同一涡旋的概率大小(指标2);(3)对资料的完整性依赖度大小(指标3)㊂前两个指标是对聚类准确性的要求㊂其中,第一个指标主要用于刻画同一个涡旋被追踪方法分为多个涡旋的可能情况,即本应属于同一个涡旋被划分至不同轨迹集合;第二个指标主要刻画追踪的同一条轨迹集合中出现多个涡旋的可能情况,即本应属于不同涡旋的轨迹被划分至同一个轨迹集合㊂同时考虑前两个方面指标使轨迹划分结果评估更为准确㊂最后一个指标主要刻画追踪算法对资料的连续性要求㊂为评价所采用的两种不同方法(传统相似度方法和本文C F S F D P聚类方法)对涡旋轨迹进行追踪的效果,需要检验追踪轨迹结果是否与真实涡旋轨迹相符,但由于目前尚缺乏公认的客观准确追踪方法,因此本文采用与N e n c i o l i等[8]㊁Y i等[20]等文献相同的处理办法,把专家人工判别追踪的涡旋轨迹作为真实涡旋轨迹㊂严格来说,专家人工判别也有误差,但由于专家人工判别能够结合专家经验判断,所以本文参照前述文献做法以专家人工判别为标准(作为真实轨4海洋学报40卷迹),将两种不同自动判别方法(传统法和聚类法)追踪的轨迹与人工判别追踪的真实轨迹进行对比,统计3个指标大小,得出两种自动判别追踪方法的优劣㊂不妨以1996整年S L A 逐日资料为样本对南海北部涡旋轨迹自动追踪技术进行验证,并举例说明㊂4.1 长生命周期涡旋追踪通过人工判别,1996年1月1日到6月22日吕宋岛西北侧存在一生命周期长达172d 的冷涡(图3),图3a 的7号涡旋,其生长到消亡时间长,而且历经春夏转换期间,涡旋数量多且容易变性,给其轨迹识别带来困难㊂我们分别采用C F S F D P 聚类法和传统的相似度法对涡旋轨迹进行追踪,并把人工判别得到的作为真实涡旋,并与之对比追踪方法的优劣㊂这样两种方法虽然得到都是同一个涡旋,但是由于不同方法差异,导致不同追踪方法的轨迹追踪结果的起始㊁终止位置都不一样㊂应用涡旋自动追踪C F S F D P 算法,对7号吕宋冷涡追踪后,得到轨迹如图3b 所示,绿色点表示涡旋初生中心位置,黑色点表示涡旋消亡中心位置,红色点线表示涡旋生长到消亡中心位置㊂由图可以看出:C F S F D P 算法对生命周期长的涡旋轨迹追踪有较高的效果㊂其涡旋中心运动如图4a 所示,绿色点表示涡旋初生中心位置,黑色点表示涡旋消亡中心位置,红色点表示涡旋生长到消亡中心位置,黄色线段表示涡旋中心运动㊂图3 吕宋涡旋轨迹追踪图F i g .3 T r a j e c t o r y t r a c k i n g o f L u z o n c o l d e d d ya .3月8日S L A 场(7号涡旋为生命周期长达172d 的吕宋冷涡),b .1月15日至6月8日C F S F D P 追踪的吕宋冷涡轨迹,等值线代表6月8日的S L A 场a .S L Af i e l d f o r t h eM a r c h 8(e d d y N o .7w i t h l i f e c y c l e u p t o 172d a y s i sL u z o n c o l d e d d y ),b .t h e t r a j ec t o r y o f L u z o n c o lde d d yf r o mJ a n u a r y 15t o J u n e 8t r a c k i ng b y th eC F S F D Pc l u s t e ri n g ,a n d t h e c o n t o u r r e pr e s e n t s t h e S L Af i e l d o n J u n e 8 对比现在应用广泛的相似度涡旋追踪算法,其对吕宋冷涡追踪中心如图4b 所示,绿色点表示涡旋初生中心位置,黑色点表示涡旋消亡中心位置,红色点表示涡旋生长到消亡中心位置㊂由图4可以看出:相似度算法对生命周期长的涡旋轨迹追踪效果较差,一个涡旋的生命周期被聚类在同一涡旋轨迹内的概率不到50%㊂经统计所有涡旋,基于C F S F D P 算法,同一个涡旋的生命周期被聚类在同一涡旋轨迹内的概率能达到85%,而且一条聚类轨迹集合中的涡旋是同一涡旋的概率能够达到95%以上㊂4.2 资料缺损对涡旋轨迹追踪效果影响检验对于传统追踪算法,其基本思想都是连续S L A 场内涡旋对比进行追踪,一旦连续缺失资料,轨迹追踪就会中断㊂即使资料仅连续缺失3d ,比如去除第50天至第52天(2月19日至2月21日)的S L A 资料,传统追踪方法失效㊂然而,本文介绍的C F S F D P 算法从聚类的角度出发仍然能够继续追踪㊂同样以1996年1月1日至6月22日吕宋冷涡为例,其在缺失第100天至第106天(4月9日至4月15日)的58期 王辉赞等:基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法图4 基于不同涡旋追踪方法追踪的吕宋冷涡中心运动图F i g .4 T r a j e c t o r y t r a c k i n g o f L u z o n c o l d e d d y c e n t e r b a s e d o nd i f f e r e n t t r a c k i n g me t h o d a .基于C F S F D P 法,b .基于传统相似度法㊂其中C F S F D P 法轨迹追踪得到的时间段为1月15日至6月8日;相似度法轨迹追踪得到的时间段为2月18日至5月7日a .B a s e d o nC F S F D Pm e t h o d ;b .b a s e d o n t h e t r a d i t i o n a l s i m i l a r i t y m e t h o d .T h e t i m e p e r i o d o f C F S F D P t r a j ec t o r y t r a c k i n gi s f r o m J a n u a r y 15t o J u n e 8,a n d t h e t i m e p e r i o d o f s i m i l a r i t y t r a j e c t o r y t r a c k i n g i s f r o mF e b r u a r y 18t oM a y 7S L A 资料情况下,追踪结果如图5a 所示,其追踪吕宋冷涡轨迹对应时间段为第15天至119天(1月15日至4月28日),其追踪轨迹如图5b 所示,绿色点表示涡旋初生中心位置,黑色点表示涡旋消亡中心位置,红色点表示涡旋生长到消亡中心位置㊂对比图5b 可以发现,矩形区域为缺失时间的涡旋,但C F S F D P 算法仍然能够跳过缺失时间段继续对吕宋冷涡轨迹的追踪㊂图5 C F S F D P 聚类吕宋冷涡轨迹追踪图(缺失7d 数据)F i g .5 L u z o n c o l d e d d y t r a j e c t o r y t r a c k i n g b a s e d o nC F S F D Pc l u s t e r i n g m e t h o d (i n c l u d i n g s e v e nm i s s i n g d a ys ) 由以上案例可以看出,基于C F S F D P 算法对南海北部涡旋轨迹自动追踪效果比传统算法较好,而且对资料的完整性依赖度较低㊂基于1996全年数据统计发现(注:指标3为资料最多连续缺失天数),C F S F D P 算法的涡旋轨迹追踪在一定程度上优于传统算法如相似度算法结果(表6海洋学报 40卷1),C F S F D P 算法对轨迹追踪的准确率大大提高,降低了误判率㊁漏判率㊂同时,通过对生命周期超过50d 涡旋与专家人工判别对比,C F S F D P 方法相比相似度方法具有优越性㊂表1 C F S F D P 算法与传统相似度算法涡旋追踪结果对比T a b .1 C o m p a r i s o n o f c l u s t e r i n g m e t h o d s f o r t r a j e c t o r y t r a c k i n g b e t w e e n t h eC F S F D Pm e t h o d a n d t h e t r a d i t i o n a l s i m i l a r i t y me t h o d 轨迹总数冷涡轨迹数暖涡轨迹数生命周期超过50d 涡旋数指标1指标2指标3C F S F D P 算法1791027710超过80%超过95%ȡ7d 相似度算法16683838低于70%超过95%ɤ2d5 结论与讨论由于涡旋轨迹追踪是将不同时刻具有相近特征㊁相近距离的涡旋认为是同一个涡旋,追踪其运动轨迹,假设不同时刻组成的同一个涡旋是一类,那么涡旋轨迹追踪的本质就是聚类㊂基于此,本文从聚类角度出发,提出基于快速搜索发现密度峰值的C F S F D P 聚类算法,实现海洋中尺度涡旋的快速有效聚类,涡旋追踪准确率明显优于传统算法㊂对生命周期长的涡旋轨迹追踪有较高的效果,一个涡旋的生命周期被聚类在同一涡旋轨迹内的概率能达到85%,而且一条聚类轨迹集合中的涡旋是同一涡旋的概率能够达到95%以上;相较于传统追踪算法适用性更强,对于存在缺损数据的情况仍能准确追踪,对资料的完整性依赖度低;同时克服了传统算法中涡旋追踪影响范围参数阈值选择存在较大主观性的不足㊂为检验本文提出的基于C F S F D P 聚类的涡旋追踪在强流区的适应情况,我们还以黑潮强流区为例,进行了涡旋追踪实验(图略),结果表明,利用该方法也可以较好地追踪强流区涡旋㊂从理论上来讲,由于强流区的位置标准差大于非强流区,所以相当于强流区的时间乘以的系数应该略小于非强流区的系数㊂另外,值得一提的是,文中所使用的密度峰值聚类算法,对于N 个样本点,由于在计算两个点之间距离过程中需要生成N ˑN 的矩阵,对于长时间序列(如10年)和大区域范围(如整个北太平洋)的涡旋进行轨迹追踪时会对内存有一定要求,此时可以采用对样本点按照时间段或空间区域先分割成子块(相邻子块略有重叠)进行聚类追踪,然后再合并轨迹的办法解决㊂值得一提的是,在本文研究过程中,作者还对减法聚类(也是一种无需事先确定类别数的聚类方法)进行涡旋追踪聚类试验,结果表明减法聚类得到的聚类数(即涡旋个数)明显偏少,同时受参数设置影响大,减法聚类虽然也是一种密度聚类方法,但试验证明该方法不可行㊂致谢:感谢复旦大学王桂华教授对本文提出的宝贵意见;感谢解放军理工大学气象海洋学院高睿㊁邓隆旺㊁高顶的有益讨论;感谢审稿人的意见建议;感谢专家参与涡旋轨迹人工判别追踪㊂高度计资料来自于法国空间海洋局的A r c h i v i n g ,V a l i d a t i o n ,a n d I n t e r pr e -t a t i o n o f S a t e l l i t eO c e a n o g r a p h i cd a t a (A V I S O ),在此致谢㊂参考文献:[1] W a n g G u i h u a ,S u J i l i a n ,C h uPC .M e s o s c a l e e d d i e s i n t h e S o u t hC h i n a S e a o b s e r v e dw i t h a l t i m e t e r d a t a [J ].G e o p h y s i c a l R e s e a r c hL e t t e r s ,2003,30(21):2121.[2] C h e l t o nDB ,S c h l a xM G ,S a m e l s o nR M.G l o b a l o b s e r v a t i o n s o f n o n l i n e a rm e s o s c a l e e d d i e s [J ].P r o g r e s s i nO c e a n o g r a p h y ,2011,91(2):167-216.[3] L i J i a x u n ,W a n g G u i h u a ,Z h a i X i a o m i n g .O b 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e o f H y d r o g r a p h i cS u r v e y i n g a n dC h a r t i n g,T i a n j i n300061,C h i n a) A b s t r a c t:I n f o r m a t i o n e x t r a c t i o n o f o c e a nm e s o s c a l e e d d i e s i n c l u d e s t h e e d d y i d e n t i f i c a t i o n a n d i t s t r a j e c t o r y t r a c k-i n g,b o t ho fw h i c h a r e v e r y i m p o r t a n t f o r t h e r e s e a r c ho nm e s o s c a l e e d d i e s b a s e do n t h em a s s i v e d a t a.T h e t r a d i-t i o n a lm e t h o d s o f t r a j e c t o r y t r a c k i n g g e n e r a l l y n e e d t o b e s e t t h e t h r e s h o l d o f t h e s e a r c h r a d i u s b e f o r e h a n d,w h i c h c o u l d i n t r o d u c e a c e r t a i n d e g r e e o f s u b j e c t i v i t y.T o i m p r o v e t h e e x i s t i n g p r o b l e mo f t h e t r a d i t i o n a lm e t h o d s,a n a u-t o m a t i c t r a c k i n g m e t h o d o f t h em e s o s c a l e e d d i e s i s p r o p o s e d i n t h i s s t u d y b a s e do n t h eC l u s t e r i n g b y F a s t S e a r c h a n dF i n d o fD e n s i t y P e a k s(C F S F D P)f r o mc l u s t e r i n gp o i n t o f v i e w.T h e n i tw a s c o m p a r e dw i t h t h e t r a d i t i o n a l s i m i l a r i t y a l g o r i t h mb y t a k i n g t h e S o u t hC h i n a S e a a s a t e s t b e d.O u r r e s u l t s s h o w t h a t:(1)B a s e d o n t h e C F S F D Pa l g o r i t h m ,t h e a u t o m a t i c t r a c k i n g o fm e s o s c a l e e d d i e s i s r e a l i z e d ,a n d t h e a c c u r a c y i sb e t t e r t h a n t h e t r a d i t i o n a l s i m i l a r i t y m e t h o d ;(2)T h e p r o p o s e d t r ac k i n g a l g o r i t h mi s l e s sde p e n d e n t o n t h e d a t a i n t e g r i t y e s p e c i a l l yf o r t h e p r e s e n c e o f p a r t i a lm i s s i ng d a t a ;(3)O u r p r o p o s e d t r a c k i n g m e th o dh a s s t r o n g e r a d a p t a bi l i t y,w h i c ho v e r c o m e s t h e p r o b l e mt h a t t h e s e a r c h r a d i u s n e e d t o b e s e t b e f o r e h a n d i n t h e t r a d i t i o n a lm e t h o d .K e y w o r d s :m e s o s c a l e e d d i e s ;t r a j e c t o r y t r a c k i n g ;C l u s t e r i n g b y F a s t s e a r c ha n dF i n do fD e n s i t yp e a k s (C F S F D P );S o u t hC h i n a S e a98期 王辉赞等:基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法。
76海洋开发与管理2023年 第11期天津海洋牧场人工鱼礁投放误差研究徐晓甫1,3,曾祥茜1,3,李英2,房恩军1,3,贾磊1,3,郭彪1,3(1.天津市水产研究所 天津 300221;2.天津科技大学海洋与环境学院 天津 300457;3.天津市海洋牧场技术工程中心 天津 300221)收稿日期:2023-08-21;修订日期:2023-09-26基金项目:天津市科技重大专项与工程 天津海域海洋牧场立体监测体系研究与应用 (18Z X R H S F 00270);国家重点研发计划 海洋牧场与海上风电融合发展技术示范 (2019Y F D 0902104);国家海水鱼产业技术体系天津综合试验站(C A R S -47-Z 01);天津市海水养殖现代农业产业技术体系创新团队项目(I T T M R S 2023005).作者简介:徐晓甫,高级工程师,博士,研究方向为海洋牧场㊁渔业资源㊁G I S 和声学调查研究通信作者:郭彪,高级工程师,博士,研究方向为海洋牧场㊁渔业资源研究摘要:合理的人工鱼礁布局可以为海洋生物提供适宜的生境,促进物种的多样性和生态系统的稳定㊂然而受多种因素的影响,人工鱼礁投放的实际位置与规划方案多有差异,致使人工鱼礁建设达不到预期效果㊂文章利用重心误差㊁外围面积误差㊁重叠面积误差以及礁体数量误差等4个指标来评价天津海洋牧场人工鱼礁的投放误差状况㊂结果表明,天津海洋牧场人工鱼礁投放的外围面积误差和礁体数量误差的平均值分别为-0.11和0.067,投放布局的准确性比较高;重心和重叠面积误差平均值分别为0.59和0.73,投放定位的准确性相对较差,需要进一步改进;从年际变化来看,2018年人工鱼礁投放的重心误差㊁重叠面积误差㊁礁体数量误差均有明显改善,仅外围面积误差略大,表明随着时间的推移,人工鱼礁投放布局和定位的准确性均已达到预期效果㊂文章量化了天津海洋牧场人工鱼礁的投放误差,成果可为提高天津海洋牧场人工鱼礁投放效果提供有益参考,为相关政策制定提供科学依据,并指导管理实践㊂关键词:海洋牧场;人工鱼礁;礁体布局;投放误差中图分类号:S 9;P 7 文献标志码:A 文章编号:1005-9857(2023)11-0076-07R e s e a r c ho n t h eP l a c e m e n t E r r o r o fA r t i f i c i a l F i s hR e e fi nT i a n j i n M a r i n eR a n c h i n gX U X i a o f u 1,3,Z E N G X i a n g x i 1,3,L IY i n g 2,F a n g E n ju n 1,3,J I AL e i 1,3,G U OB i a o 1,3(1.T i a n j i nF i s h e r i e sR e s e a r c h I n s t i t u t e ,T i a n j i n 300221,C h i n a ;2.C o l l e ge o fM a r i n e a n dE n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s ,T i a n j i nU n i v e r s i t y of S c i e n c e &T e c h n o l og y ,T i a n j i n300457,Chi n a ;3.T i a nj i n M a r i n eR a n c hT e c h n o l o g y E n gi -n e e r i n g C e n t e r ,T i a n ji n300221,C h i n a )A b s t r a c t :R e a s o n a b l e a r t i f i c i a l r e e f l a y o u t c a n p r o v i d e s u i t a b l e h a b i t a t ,p r o m o t e s p e c i e s d i v e r s i t ya n de c o s y s t e m s t ab i l i t y .H o w e v e r ,a f f ec t ed b y va r i o u sf a c t o r s ,t h e a c t u a ll o c a t i o n o ft h e a r t i f i c i a l r e e fm a yb ed i f f e r e n t f r o mt h e p l a n ,r e s u l t i n g i nt h e f a i l u r eo f t h ea r t i f ic i a l r e e f c o n -s t r u c t i o n t o a c h i e v e t h e e x p e c t ed re s u l t s .I n t h i s s t u d y ,f o u r i n d i c a t o r s ,i n c l u d i ng c e n t e r o f gr a v -第11期徐晓甫,等:天津海洋牧场人工鱼礁投放误差研究77 i t y e r r o r,p e r i p h e r a l a r e a e r r o r,o v e r l a p p i n g a r e a e r r o r,a n d r e e f q u a n t i t y e r r o r,w e r e u s e d t o e-v a l u a t e t h es t a t u so fa r t i f i c i a lr e e f p l a c e m e n te r r o r si n T i a n j i n O c e a n R a n c h i n g.T h er e s u l t s s h o w e d t h a t t h e e r r o r o f t h e p e r i p h e r a l a r e a a n d r e e f q u a n t i t y i s-0.11a n d0.067,r e s p e c t i v e l y, i tm e a n t t h a t t h e a c c u r a c y o f d e l i v e r y l a y o u tw a s r e l a t i v e l y h i g h;t h e a v e r a g e e r r o r o f c e n t e r o f g r a v i t y a n do v e r l a p p i n g a r e aw a s0.59a n d0.73,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e a c c u r a c y o f d e l i v e r yp o s i-t i o n i n g w a s r e l a t i v e l yp o o r,w h i c hn e e d e d f u r t h e r i m p r o v e m e n t.F r o mt h e p e r s p e c t i v eo f a c t u a l c h a n g e s,i n2018,t h e c e n t e r o f g r a v i t y e r r o r,o v e r l a p p i n g a r e a e r r o r,a n d r e e f q u a n t i t y e r r o r o f a r t i f i c i a l r e e f sw e r e s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d,a n do n l y t h e p e r i p h e r a l a r e ae r r o rw a s s l i g h t l y l a r-g e r,i n d i c a t i n g t h a tt h ea c c u r a c y h a sa c h i e v e dt h ee x p e c t e de f f e c t.T h i ss t u d yq u a n t i f i e dt h e p l a c e m e n t e r r o ro fa r t i f i c i a lr e e f si n T i a n j i n O c e a n R a n c h i n g,a n dt h er e s u l t sc o u l d p r o v i d e u s e f u l r e f e r e n c e f o r i m p r o v i n g t h e e f f e c t o f a r t i f i c i a l r e e f p l a c e m e n t,p r o v i d e a s c i e n t i f i c b a s i s f o r r e l e v a n t p o l i c y f o r m u l a t i o n,a n d g u i d em a n a g e m e n t p r a c t i c e s f o rT i a n j i nO c e a nR a n c h i n g.K e y w o r d s:M a r i n e r a n c h i n g,A r t i f i c i a l r e e f,R e e f l a y o u t,P l a c e m e n t e r r o r0引言人工鱼礁是一种为渔业生物提供索饵和庇护场所㊁改善海域水体环境并实现渔业生物增殖的人造水下构造物[1]㊂它们通常由人工制作的结构物㊁废弃物或特定材料构成,并在海底或水体中的特定区域进行投放㊂近年来,人工鱼礁得到了越来越多国家和地区的关注和应用[2-5]㊂合理的人工鱼礁布局可以提供多样化的栖息地和生境,可以增加海洋生物的多样性,从而促进物种的繁衍和生态系统的稳定,这对于保护和维护海洋生态系统的健康具有重要意义[6-8]㊂然而,由于G P S定位的精度㊁深度测量的准确性㊁人为操作技巧的差异以及潮汐㊁洋流㊁风浪等自然因素的影响,人工鱼礁投放的实际位置与规划位置可能有差异,致使人工鱼礁对海洋生物的吸引力㊁渔业资源的利用以及礁体结构的稳定性和耐久性与预期不符[9-10]㊂目前,针对人工鱼礁投放误差的研究已经逐渐成为海洋牧场研究的热点问题,一些研究已经探讨了误差的来源及对人工鱼礁效果的影响㊂赵静等[10]为评价人工鱼礁的投放误差并制定相应的评价标准,选择港湾㊁岛礁㊁开阔等典型海域的海洋牧场,以重心位置㊁外围面积㊁重叠面积㊁礁体数量以及平均间距等指标作为衡量标准,在每个鱼礁单元的层面上进行了误差计算和分析,进而为鱼礁投放评价标准的制定提供有力依据;沈天跃[11]通过研究人工鱼礁投放误差的分布情况,采用了一种结合等宽离散化法和类依赖度离散化法的方法,对连续型的人工鱼礁投放误差范围进行了离散化处理,并建立了评价结果等级制与百分制之间的转换规则,制定了两种投放误差的等级标准㊂为了修复渤海湾海洋生态环境及增殖渔业资源, 2010年天津市启动了大神堂海洋牧场的建设,该海洋牧场于2015年被农业部批复为首批国家级海洋牧场示范区,目前已构建海珍品增殖型人工鱼礁㊁鱼类养护礁㊁海藻场以及鲍㊁海参㊁海胆㊁贝㊁鱼和休闲渔业为一体的复合模式,为天津海域渔业的可持续发展和渔民的增产增收做出了重要贡献[12-14]㊂天津海洋牧场人工鱼礁的投放布局考虑了多种因素,包括潮流场㊁地质结构㊁生物资源现状㊁功能群构建等,以保证最优的流场效应㊁稳定性㊁集鱼效果和礁体寿命[15]㊂本研究聚焦于天津大神堂国家级海洋牧场示范区(天津海洋牧场),重点关注设立为国家级海洋牧场示范区之后的投放区域,基于前人的研究成果,考虑人工鱼礁及礁群的重心位置㊁外围面积㊁重叠面积以及礁体数量等指标,量化天津海洋牧场人工鱼礁的投放误差,以期准确定位和解决误差问题,提高人工鱼礁的实际效果,为相关政策制定提供科学依据,并指导实际的管理实践㊂78海洋开发与管理2023年1研究区域天津海洋牧场位于渤海湾西北部区域,与天津大神堂牡蛎礁国家级海洋特别保护区相邻,面积13.6k m2(图1)㊂截至2018年年底,天津海洋牧场共投放各种规格的人工鱼礁(钢筋混凝土构建) 29348块,空方共计10.88万m3㊂图1天津海洋牧场空间位置F i g.1 L o c a t i o no fT i a n j i nm a r i n e r a n c h i n g2数据来源与研究方法2.1数据来源2020年10月至2021年3月,本研究利用美国E d g eT e c h 公司生产的4205型侧扫声呐对天津海洋牧场海床进行了整体声学探测㊂该设备频率为540k H z,水平分辨率为10c m,可满足天津海洋牧场人工鱼礁识别的需求㊂天津海洋牧场区域水深较浅,为减少船舶尾流的干扰,现场作业采用前拖的方式进行[16],设置扫宽为双侧各50m㊂空间定位信息来源于亚米级差分式G P S,侧扫声呐数据处理软件采用S o n a r W i z5,该软件将反向散射回波强度数据转化为图像亮度信息,最后利用A r c G I S 10.3软件对侧扫声呐图像进行了整体拼接和镶嵌,形成天津海洋牧场侧扫整体图像,并将人工鱼礁信息矢量化㊂通过人工聚合,可将2015年㊁2016年和2018年投放的人工鱼礁分别划分为28个㊁28个和21个礁群(图2),此3个年份在天津海洋牧场被正式批复为国家级海洋牧场示范区之后,更具代表性㊂图2人工鱼礁空间分布F i g.2 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f a r t i f i c i a l r e e f s2.2研究方法根据前人研究的成果[9-11],本研究将重心误差㊁外围面积误差㊁重叠面积误差以及礁体数量误差等4个指标来评价天津海洋牧场人工鱼礁投放误差,以评估天津海洋牧场人工鱼礁投放准确性㊂2.2.1重心误差重心误差指投放礁群的重心与前期规划礁群重心之间的偏差,计算公式为:Δd=(x0-x)2+(y0-y)2(1)式中:Δd为实际鱼礁与规划鱼礁之间重心的距离; x,y为规划投放礁群最小几何面积的重心坐标;x0, y0为实际礁体所围成的最小几何面积的重心坐标㊂δW=Δd/L(2)式中:δW为所求的重心偏移误差;L为规划的礁群对角线长度㊂2.2.2外围面积误差外围面积误差是指规划与实际投放礁群最小几何面积的偏差,外围面积误差的计算公式为:δP=S0-S()/S0(3)式中:δP为单位鱼礁的外围面积改变的相对误差值;S0为鱼礁规划方案中的外围面积;S为实际测量的外围面积㊂2.2.3重叠面积误差重叠面积误差是指规划与实际投放礁群重叠面积与规划面积的比值,取值范围为[0,1],0代表完全重叠,1代表完全分离,重叠面积误差计算公式为:第11期徐晓甫,等:天津海洋牧场人工鱼礁投放误差研究79δO A =1-S I /S 0(4)式中:δO A 为鱼礁的实际测量区域与规划设计方案区域之间的重合程度的比例;S I 为鱼礁实际投放区域和规划方案区域之间重叠的面积;S 0为鱼礁的规划设计方案的面积㊂2.2.4 礁体数量误差礁体数量误差是指规划与实际投放礁群中人工鱼礁个体数量的差异,礁体数量误差公式为:δN =(N 0-N )/N 0(5)式中:δN 为礁体数量误差;N 为实际测量的人工鱼礁的个体数量;N 0为规划设计方案中的礁体的个体数量㊂3 研究结果3.1 重心误差重心误差可用以评估礁体的整体布局是否在正确的范围内,图3和表1中展示了天津海洋牧场人工鱼礁礁群的重心偏差㊂从表1中可以看出,重心的误差最大值为1.48,出现于2015年,最小值为0.03,出现于2018年,平均值为0.59,重心误差较大㊂从年际变化来看,重心的误差逐年减小,2018年在最小值㊁最大值㊁平均值㊁范围㊁标准差及方差上均为历年最小,可见随着时间的推移,操作人员技术的熟练,投礁的准确性逐年提高㊂图3 礁群重心误差F i g .3 C e n t e r o f g r a v i t y er r o r o f r e e f s 表1 礁群重心误差T a b l e 1 C e n t e r o f g r a v i t y er r o r o f r e e f s 年份礁群数量范围最小值最大值平均值标准差方差2015281.2550.231.480.770.260.072016280.910.251.150.660.230.052018210.850.030.880.270.2270.05总体771.450.031.480.590.310.1图4 外围面积误差F i g .4 P e r i ph e r a l a r e a e r r o r o f r e e f s 3.2 外围面积误差外围面积的误差,代表了礁体间距的偏差,对礁群的控制区间和联合效果有重要影响,适宜礁群面积和礁体间距通常能提供更充足的生物栖息空间,支持更多的生物种类生存和繁衍,有助于形成丰富的生态系统,吸引更多的鱼类和其他海洋生物聚集㊂图4和表2中天津海洋牧场人工鱼礁礁群的外围面积误差,从表2中可以看出,外围面积的误差最大值为0.58,最小值为-2.21,均出现于2015年,总体平均值为-0.11,表明实际投放的礁群外围面积略大于规划的礁群外围面积,礁群外围面积符合预期目标㊂从年际变化来看,2015年的变化范围最大,2016年次之,2018年的变化范围最小,表明投礁的外围面积稳定性逐年提高;2016年的外围面积误差绝对值最小,2015年次之,2018年最大,这可能是由于2018年投礁区域位于海洋牧场中间区域,周边分布着以往年份投放的礁体,投礁难度较大,80 海洋开发与管理2023年而2016年和2015年投礁区域位于海洋牧场外围区域,投礁难度较小,2016年外围面积误差显著小于2015年,表明投礁工作的准确度提高较为明显㊂表2 外围面积误差T a b l e 2 P e r i ph e r a l a r e a e r r o r o f r e e f s 年份礁群数量范围最小值最大值平均值标准差方差2015282.79-2.210.58-0.170.590.352016281.33-0.860.470.0260.280.0762018211.08-0.860.21-0.220.2710.073总体772.79-2.210.58-0.110.430.183.3 重叠面积误差重叠面积误差代表投礁区域范围的偏差,值越小,表明实际投放与规划设计越相符㊂图5和表3是天津海洋牧场人工鱼礁礁群的重叠面积误差,从表3中可以看出,重叠面积的误差最大值为1,最小值为0.18,平均值为0.73,表明重叠面积误差较大,实际投放与规划设计的范围符合度平均只有0.27,并且存在完全不重叠的礁群㊂从年际变化来看,重叠面积误差最小的是2018年,平均值为0.42,且不存在完全背离规划设计的礁群,投礁的范围准确度较高,而2015年和2016年重叠面积误差值均达到了0.85,并且有多个礁群完全背离规划设计的范围,投礁的范围准确度较低㊂图5 重叠面积误差F i g .5 O v e r l a p ar e a e r r o r o f r e e f s 表3 重叠面积误差T a b l e 3 O v e r l a p ar e a e r r o r o f r e e f s 年份礁群数量范围最小值最大值平均值标准差方差2015280.790.2110.850.230.0532016280.730.2710.850.200.0382018210.770.180.950.420.200.038总体770.820.1810.730.280.0813.4 礁体数量误差礁体数量代表着礁群的规模,礁体数量的增加通常会增加人工鱼礁的总面积和可利用空间,提供更多的栖息场所和保护环境,从而改善渔业资源的丰富度和多样性㊂图6和表4展示了天津海洋牧场人工鱼礁礁群的礁体数量误差,从表4中可以看出,礁体数量误差最大值为0.62,最小值为-0.24,平均值为0.067,表明单个礁群的实际投礁数量与规划投礁数量有差异,但总体数量差异较小㊂从年际变化来看,礁体数量误差最大值和最小值均出现于2015年,其误差均值也最大,而2018年的误差范围和误差均值都为最小,表明2018年实际投礁数量最符合规划设计㊂图6 礁体数量误差F i g .6 Q u a n t i t y er r o r o f r e e f s 表4 礁体数量误差T a b l e 4 Q u a n t i t y er r o r o f r e e f s 年份礁群数量范围最小值最大值平均值标准差方差2015280.85-0.240.620.0720.1850.0342016280.51-0.120.380.0680.1150.0132018210.48-0.170.310.0590.1230.015总体770.85-0.240.620.0670.1450.021第11期徐晓甫,等:天津海洋牧场人工鱼礁投放误差研究814讨论礁体布局是人工鱼礁建设取得良好生境修复和资源增殖效果的关键因素[17-20],天津市水产研究所以计算流体动力学为技术手段,研究了天津海洋牧场中 444 三列㊁ 464 三列㊁ 12345 五列三角形㊁ 34543 五列正六边形等人工鱼礁配置组合的流场效应,优选了较好地发挥礁区调控作用的礁体布局方案[15]㊂海洋牧场人工鱼礁实际投放状况与规划方案的礁体布局之间经常存在不同程度的偏差,影响其调控作用,无法完全实现海洋牧场人工鱼礁区域的生态修复和渔业增殖效果㊂迄今,国内外均没有权威和统一的技术规范和行业标准对人工鱼礁的投放准确性进行科学和合理的量化评估,严重影响了海洋牧场人工鱼礁投放效果的验收和评价,无法探知人工鱼礁投放误差的来源,人工鱼礁投放准确性的提高途径尚待解决㊂本研究利用重心误差㊁外围面积误差㊁重叠面积误差以及礁体数量误差等4个指标,从不同角度对天津海洋牧场人工鱼礁的投放准确度进行了探讨㊂从整体上看,天津海洋牧场人工鱼礁投放的外围面积误差平均值为-0.11,礁体数量误差平均值为0.067,投放布局准确性是比较高的;而重心误差平均值0.59,重叠面积误差为0.73,表明投放定位的准确性相对较差,需要进一步改进㊂从年际变化来看,与2015年和2016年相比,2018年人工鱼礁投放的重心误差㊁重叠面积误差㊁礁体数量误差均有明显改善,仅外围面积误差略大,表明随着时间的推移,人工鱼礁投放布局和定位的准确性均已达到预期效果㊂人工鱼礁建设是一个复杂的系统工程,礁体投放是其中一个重要环节,受很多因素的影响:①定位准确性㊂不准确的定位信息可能导致鱼礁的投放位置与预期位置存在差异,导致误差㊂②海洋环境变化㊂海洋环境具有复杂性和多变性,包括海流㊁潮汐㊁风等因素的影响,可能导致人工鱼礁在投放后发生位移或偏移,增加投放误差㊂③施工操作误差㊂人工鱼礁的投放是通过船只或其他设备来完成的,而施工操作中可能存在人为操作误差,如投放力度㊁角度㊁速度等方面的差异㊂④材料和设计问题㊂如果人工鱼礁设计不合理或材料质量不佳,可能导致鱼礁在投放后失去平衡或破损,进一步增加误差㊂天津海洋牧场在建设过程中,施工人员总结历年的经验和教训,依据上述影响因素,有针对性地改进投放技术和方案,人工鱼礁的投放误差逐年减小,投放效果达到预期㊂在本研究中,选取了4个误差指标作为评估依据,有效地评价了天津海洋牧场的人工鱼礁投放准确性㊂在未来的研究中,可通过进一步增加误差指标的数量,构建合理的评价标准体系,从而确定各个误差指标的影响程度,量化人工鱼礁投放误差的等级,更好地支撑海洋牧场人工鱼礁的建设和规划㊂参考文献(R e f e r e n 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2022,44(1):1-8.[7]成泽毅,叶灿,高宇,等.不同布设间距和来流速度下方型人工鱼礁上升流效应的数值模拟[J].海洋与湖沼,2023,54(3): 665-678.C H E N GZ e y i,Y E C a n,G A O Y u,e ta l.S c h e m ea n a l y s i so fu p w e l l i n g e f f e c t si n a r t i f i c i a lr e e f si n d i f f e r e n tl a y o u t s[J].O c e a n o l o g i aE tL i m n o l o g i aS i n i c a,2023,54(3):665-678.[8]杨瑾.科技引领海洋生态环境恢复建设的对策研究[J].海洋开发与管理,2013,30(11):64-67.Y A N GJ i n.R e s e a r c ho nt h ec o u n t e r m e a s u r e so fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y l e a d i n g t h er e s t o r a t i o na n dc o n s t r u c t i o no fm a r i n ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t[J].O c e a n D e v e l o p m e n ta n d M a n a g e-m e n t,2013,30(11):64-67.[9]沈天跃,章守宇,沈蔚,等.现场海域人工鱼礁分布状态聚类分析[J].水产学报,2015,39(9):1350-1358.S H E N T i a n y u e,Z H A N GS h o u y u,S H E N W e i,e t a l.C l u s t e r-a n a l y s i s o n d i s t r ib u t i o n s t a t u s o f a r t i f ic i a l r e e f s i n f i e ld se a a r e a[J].J o u r n a l o f F i s h e r i e s o fC h 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农业农村部淡水水产种质资源重点实验室学术委员会透露———草鱼、三角帆蚌、河蟹有重大科研进展日前，农业农村部淡水水产种质资源重点实验室２０１８年度学术委员会工作会议在上海海洋大学召开。
中国科学院水生生物研究所桂建芳院士、中国海洋大学包振民院士、中国水产科学研究院副院长刘英杰研究员、中国水产科学研究院淡水渔业研究中心戈贤平研究员等学术委员会成员出席会议，上海海洋大学副校长、重点实验室主任李家乐，水产与生命学院副院长杨金龙等相关人员参加会议。
李家乐指出，２０１８年，重点实验室在中华绒螯蟹、三角帆蚌、草食性鱼类、鳜鱼种质资源与创新利用等研究上都取得了重要进展。
一是构建了第一张中华绒螯蟹高密度遗传连锁图谱。
该研究构建的二代遗传连锁图谱及开发的ＳＮＰ标记为中华绒螯蟹基因组组装及传统遗传选育提供了非常有价值的分子资源。
２０１８年在长三角地区开展河蟹生态养殖，推进河蟹产业发展，促进渔民增收，推广面积达到２．３万亩（１５亩＝１ｈｍ２，下同）。
二是三角帆蚌“申紫１号”新品种通过审定。
该品种是以１９９８年从鄱阳湖和洞庭湖采集的５０００个野生三角帆蚌构建基础群体，以贝壳珍珠质深紫色、个体大为目标性状，采用群体选育辅以家系选择方法，经连续５代选育而成。
该品种的最大特点是贝壳珍珠质呈深紫色，紫色个体比例达９５．６％。
插珠１８个月后，所育紫色珍珠比例达４５．８％，在相同养殖条件下，与未经选育的三角帆蚌相比，所育紫色珍珠比例提高４３．０％，适宜在全国各地人工可控的淡水水体中养殖。
２０１８年共繁育三角帆蚌“申紫１号”苗种２０００万只用于养殖示范与推广，苗种分别销往湖南常德，安徽安庆、芜湖，浙江诸暨等地。
三是草鱼病原及病害防控技术研究获得新进展。
２０１８年，上海海洋大学吕利群研究组在山西争跃化工有限公司的ＧＭＰ车间试生产抗草鱼出血病病毒绿色药物“血停”２ｔ，能满足新兽药申报的产品标准化要求。
在广州、德阳、合肥、北京等地进行了中试，临床应用面积超过５００亩。
２０２４年４月水 利 学 报ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ第５５卷 第４期文章编号：０５５９－９３５０（２０２４）０４－０４５６－１２收稿日期：２０２３－１０－１１；网络首发日期：２０２４－０３－２７网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０３２５．１２１５．００２．ｈｔｍｌ基金项目：国家重点研发计划项目（２０２２ＹＦＣ３２０２７００）作者简介：朱伟（１９６２－），博士，教授，主要从事流域水环境及河湖库淤积治理研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｕｗｅｉｔｅａｍ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ通信作者：侯豪（１９９８－），博士生，主要从事河湖底泥形成机理及泥水关系研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｈｕｈｏｕｈａｏ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ河湖库淤积治理中底泥清淤的内涵与发展方向朱 伟１，侯 豪２，孙继鹏３，钟 军３，王 鑫３，牟 彪３（１．河海大学水科学研究院，江苏南京 ２１００９８；２．河海大学土木与交通学院，江苏南京 ２１００９８；３．河海大学环境学院，江苏南京 ２１００９８）摘要：淤积问题对我国的水利事业影响深远，而底泥清淤是近些年淤积治理中经常采用的措施。
针对底泥清淤的现状和存在问题，系统梳理了底泥清淤这一学科交叉领域的相关理论、技术和方法；阐述了对底泥清淤的概念、内涵、类型及基本问题的科学理解；提出了淤积治理中底泥清淤必须明确的四大问题：为什么治理、治理什么、用什么方法治理以及对后续产物如何处置。
依据淤积对河湖库产生的危害，可分为物理性淤积、化学性污染和生态性损害三种类型。
分别讨论了工程清淤、环保清淤和生态清淤间的共性和差异。
对底泥清淤工程在目的、目标、手段及后续处理处置方面的现状及存在问题进行了评述。
未来底泥清淤势必成为一个长期存在的工程和管理行为，因此更加高效、低投入、绿色、可持续的底泥清淤技术，是行业必然的发展方向。
关键词：淤积治理；底泥清淤；底泥；淤泥处理；淤泥资源化；尾水处理 中图分类号：ＴＶ６９７．３＋１文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０６２２１ 研究背景“淤积治理”是近些年水利工程中的常见词汇，其涉及的治理对象涵盖河流、湖泊和水库等多数地表水体。
油区岩相古地理实验报告班级：地质1202学号：201211030201姓名：张瑞尧指导老师：赖生华完成日期：2015年1月9日目录一：实验内容 (02)二：实验的性质和目的 (02)三：实验的具体内容 (02)大型大型浅水三角洲沉积相研究 (02)1.沉积特征及环境 (02)2.浅水三角洲平原与前缘微相类型及特征 (04)3.浅水三角洲沉积模式 (07)4.结论 (09)5.参考文献 (09)鄂尔多斯盆地东部子洲地区上古生界海相沉积特征研究 (09)1.地层及岩性特征 (11)2.沉积相类型及特征 (11)3.古地理演化及沉积相展布 (14)4.结论 (15)5.参考文献 (15)四：心得体会 (15)一：实验内容该实验内容是研究陆、海相油区岩相古地理，其中分别以大型浅水三角洲沉积相研究—以新立油田泉四段陆相沉积为例、鄂尔多斯盆地东部子洲地区上古生界海相沉积特征研究为例，分析陆海相盆地岩相古地理图，总结其地层和岩性特征，气候和水体特点，沉积相类型与展布规律，分析环境变化及演化规律等。
二、实验的性质和目的油区岩相古地理是石油地质专业基础课，主要任务是重建地质历史时期的古沉积环境，它是沉积学研究的高度概括和最后总结。
古环境沉积特征的研究是一项综合性很强的工作，不仅要求研究者具有比较广泛的地质学基础，而且还要有活跃的学术思想。
油区岩相古地理实验属于综合性实验，实验的目的是通过分析典型的陆相盆地岩相古地理图，综合认识沉积环境和沉积相。
三：实验的具体内容大型浅水三角洲沉积相研究—以新立油田泉四段沉积相为例20世纪60年代首次提出浅水三角洲的概念。
Donaldon最早将河控三角洲分为深水型及浅水型三角洲，Postma将低能盆地中的三角洲分为浅水三角洲及深水三角洲。
浅水三角洲通常是在水体较浅和构造相对稳定的台地和陆表海或地形平缓、整体缓慢沉降的坳陷盆地条件下形成的。
针对中国陆相湖盆浅水湖泊三角洲沉积特征、沉积模式的建立及其对岩性油藏形成的控制作用研究较少。
海南大学承担和参加的在研国家自然科学基金项目（高级职称人员，供申请人查寻以防超项）本表仅供参考，请申请人务必与参与者确认其是否超限特别注意：1．各类型项目限项申请规定（1）申请人同年只能申请1项同类型项目。
（2）上年度获得面上项目（包括一年期项目）、重点项目、重大项目、重大研究计划项目（不包括集成项目和指导专家组调研项目）、联合基金项目（指同一名称联合基金项目）、地区科学基金项目（包括一年期项目）、国际（地区）合作研究项目（特殊说明的除外）、国家重大科研仪器研制项目资助的项目负责人，本年度不得作为申请人申请同类型项目。
2．申请和承担项目总数限为3项的规定具有高级专业技术职务（职称）的人员，申请（包括申请人和主要参与者）和正在承担（包括负责人和主要参与者）以下类型项目总数合计限为3项：面上项目、重点项目、重大项目、重大研究计划项目（不包括集成项目和指导专家组调研项目）、联合基金项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、优秀青年科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目（申请时不限项）、国际（地区）合作研究项目、国家重大科研仪器研制项目（含承担科学仪器基础研究专款项目和国家重大科研仪器设备研制专项项目）、优秀国家重点实验室研究项目，以及资助期限超过1年的应急管理项目。
仪器类项目总数限1项：申请（包括申请人和主要参与者）和正在承担（包括负责人和主要参与者）国家重大科研仪器研制项目（含承担科学仪器基础研究专款项目和国家重大科研仪器设备研制专项项目），以及科技部主管的国家重大科学仪器设备开发专项项目总数限1项；国家重大科研仪器研制项目（部门推荐）获得资助后，项目负责人在结题前不得申请除国家杰出青年科学基金以外的其他类型项目。
3.作为负责人限获得1次资助的项目类型青年科学基金项目、优秀青年科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目、创新研究群体项目。
4.不具有高级专业技术职务（职称）人员的限项申请规定（1）作为申请人申请和作为负责人正在承担的项目数合计限为1项；作为青年科学基金项目负责人，在结题当年可以申请面上项目。
海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践①李红涛,杨林林,曲晓奇,孙 涛(中国船级社海洋工程技术中心,天津 300457)摘要 海上浮式风电装备已经逐步成为深远海新能源开发的热点㊂但浮式风电商业化开发仍面临一系列技术难点和挑战㊂本文系统梳理了海上浮式风电装备设计分析关键技术,从总体性能分析㊁结构整体强度㊁系泊系统设计㊁疲劳强度分析㊁稳性校核㊁动态电缆设计6个方面,提出了解决思路和分析方法;结合国内浮式风电平台的实际工程案例,给出有益结论和建议㊂对我国浮式风电装备开发进行了很好的工程探索和实践,以期为我国漂浮式风电技术的发展壮大提供有益参考㊂关键词 海上浮式风电装备;总体性能;结构整体强度;系泊系统;疲劳强度;动态电缆中图分类号:P 75 文献标志码:A 文章编号:20957297(2023)007910d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.13E n g i n e e r i n g E x p l o r a t i o n a n d P r a c t i c e o f K e y T e c h n o l o g yf o r F l o a t i ng O f f sh o r e Wi n d T u r b i n e E q u i pm e n t L I H o n g t a o ,Y A N G L i n l i n ,Q U X i a o qi ,S U N T a o (O c e a n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C e n t e r ,C h i n a C l a s s i f i c a t i o n S o c i e t y ,T i a n ji n 300457,C h i n a )A b s t r a c t F l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t h a s g r a d u a l l y b e c o m e a h o t t o p i c i n t h e d e v e l o p m e n t o f d e e p-s e a r e n e w a b l e e n e r g y .H o w e v e r ,t h e r e a r e s t i l l a s e r i e s o f t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e s a n d c h a l l e n ge s i n t h e c o m m e r c i a l i z a t i o n of f l o a t i ng o f f sh o r e wi n d t u r b i n e .T h i s s t u d y s y s t e m a t i c a l l y c o m b s t h e k e y t e c h n o l o g i e s f o r d e s i g n a n d a n a l ys i s o f f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t .T h e s o l u t i o n s a n d a n a l y s i s m e t h o d s a r e p u t f o r w a r d r e g a r d i n g s i x a s pe c t s i n c l u d i n g o v e r a l l p e rf o r m a n c e a n a l y s i s ,s t r u c t u r a lg l o b a l s t r e n g th ,m o o ri n g s y s t e m d e s i g n ,f a t i g u e s t r e n gt h a n a l y s i s ,s t a b i l i t y c h e c k a n d d y n a m i c c a b l e d e s i g n .A s e t o f u s e f u l c o n c l u s i o n s a n d s u g g e s t i o n s a r e g i v e n t h r o u gh t h e i n t r o d u c t i o n o f a c t u a l d o m e s t i c f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e n g i n e e r i n g p r o j e c t .E n g i n e e r i n g e x pl o r a t i o n a n d p r a c t i c e a r e c a r r i e d o u t o n t h e d e v e l o p m e n t o f f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t i n C h i n a ,a n d i t i s e x pe c t e d t o p r o v i d e u s ef u l r e f e r e n c e f o r t h e d e v e l o p m e n t a n d e x p a n s i o n o f C h i n a s f l o a t i ng o f f sh o r e wi n d t u r b i n e t e c h n o l o g y.K e y w o r d s f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t ;o v e r a l l p e r f o r m a n c e ;s t r u c t u r a l g l o b a l s t r e n g t h ;m o o r i n g s y s t e m ;f a t i g u e s t r e n g t h ;d yn a m i c c a b l e 0 引 言作为一种可再生清洁能源,海上风力发电受到世界各沿海国家重视㊂近些年来,随着海上风电技术的进步,海上风电场建设开发进入快车道㊂截至2021年,欧洲海上风电累计装机容量超过28G W ,满足了欧盟和英国2.8%的电力需求[1]㊂尽管我国海上风电起步较晚,但发展迅猛,2021年国内海上装机总容量达到26.4G W ,已经跃居世界第一位㊂由于近海空间资源有限,海上风电的发展也必然像过去海洋油气产业一样,不断从浅海走向深远海㊂因此,漂浮式风电技术正成为研究热点,并逐步在海上进行示范应用[2]㊂浮式风电设施浮体型式源于传统海上油气浮①作者简介:李红涛(1976 ),男,博士研究生,正高级工程师,主要从事海上风电工程计算分析方面的研究㊂E -m a i l :h t l i @c c s .o r g.c n ㊂第10卷 第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023㊃80㊃海洋工程装备与技术第10卷式结构物类型,可分为单立柱式㊁半潜式㊁张力腿式和驳船式4种类型,如图1所示㊂半潜式浮式基础成熟度高,水线面较大,稳性较好,安装部署简单,适用水深范围广,已经在国内外多个项目上进行了示范应用;立柱式浮式基础成熟度较高,重心低,垂向运动性能较高,适用水深一般大于100m ,但对安装技术要求较高,在欧洲H y w i n d 风电场上进行了实际应用;张力腿式浮式基础成熟度不高,具有较好垂向运动性能,适用水深大于60m ,安装过程复杂,张力腱造价较高,目前国内外应用很少;驳船式成熟度较高,结构简单,安装容易,成本较低,适用水深范围较广,但运动性能差一些,受上部风机运动性能参数影响较大,目前在国外有过相关示范应用[3㊁4]㊂随着浮式风机技术的快速发展,其他创新型浮式结构形式也在不断涌现,如阻尼池式浮式基础㊁双头机浮式基础等,如图2和图3所示㊂图1 浮式风机基础类型F i g .1 P l a t f o r m t y p e o f F l o a t i n g wi n d t u r b i ne 图2 法国 D a m p i n g Po o l 浮式风机F i g .2 F r a n c e D a m p i n g P o o l F l o a t i n g w i n d t u r b i n e图3 瑞典H e x i c o n 公司 T w i n W i n d浮式风机F i g.3 S w e d e n H e x i c o n T w i n W i n d f l o a t i n gw i n d t u r b i n e欧洲海上浮式风电技术发展较早,从2009年开始多个项目已经进行了相关示范应用,主要集中在欧洲地区,以苏格兰㊁葡萄牙和地中海区域为主㊂典型项目如挪威的H yw i n d 立柱式浮式风电设施㊁葡萄牙W i n d F l o a t 半潜式浮式风电样机㊁法国的F l o a t ge n 阻尼池船式浮式风电样机㊁日本的福岛半潜式浮式风电样机等[2㊁3]㊂随着示范项目的不断成熟完善,欧洲海上浮式风电逐步进入商业化开发阶段,如挪威国家石油公司投资的H y w i n d T a m pe n 项目为全球首个商业化运作的浮式海上风电项目㊂2021年,中国首台漂浮式海上风电试验样机 三峡引领号 建成并网发电,2022年重庆海装 扶摇号 ㊁中海油首个 双百 深远海浮式风机样机㊁龙源电力福建南日岛浮式风电养殖融合项目相继开工建造和安装,国内首个商业化运作的海南万宁100W K W 海上浮式风电场已经启动开发,预计近几年国内还有多个浮式风电项目陆续上马㊂2021年,全球风能协会(G W E C )预测,2030年全球漂浮式海风累计装机预期达16.5G W ;从2026年开始,漂浮式海上风电进入新增装机达到G W 级的商业化阶段,欧洲㊁中日韩和美国将主导全球漂浮式海上风电市场㊂关于漂浮式风电技术研究和工程化应用,我国近些年做了很多技术攻关和产业布局工作㊂早在2016年,国家发改委等部委联合印发‘中国制造2025能源装备实施方案“,提出 重点发展海上漂浮式风力发电机组及各种基础结构 ;2021年国家能源局印发了‘ 十四五 能源领域科技创新规划“,提出加快 研发远海深水区域漂浮式风电机组基础一体化设计㊁建造与施工技术 ;工信部㊁科技部等国家部委㊁沿海地方政府也投入专项资金支持海上浮式风电装备研制㊂本文系统分析了海上浮式风电装备设计关键技术,从总体性能分析㊁结构整体强度㊁系泊系统设计㊁疲劳强度分析㊁稳性校核㊁动态电缆设计6个方面提出解决思路和分析方法;结合国内在建浮式风电平台的实际工程案例经验,给出有益结论和相关对策建议;以期梳理浮式风电装备关键技术现状,为我国漂浮式风电技术的发展壮大提供有益参考㊂1 关键技术研究1.1 总体性能海上浮式风电装备总体性能分析主要计算平台在外部载荷作用下的各种响应,主要包括运动性能㊁气隙预报㊁系泊系统张力响应等㊂通过总体性能分析结果为后续平台结构强度㊁系泊强度㊁疲劳强度以及动态电缆设计等提供载荷输入㊂总体性能分析宜采用一体化耦合分析方法,在相关软件中建立风机模型㊁气动载荷模型㊁浮体水动力模型㊁系泊系统模型以及控制模型,形成一体化耦合分析模第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃81 ㊃型,模拟不同工况下浮式风电系统的性能响应㊂一般采用时域分析方法模拟浮体结构在各种工况下的各种响应,然后,统计响应的最大值㊂与传统海洋工程结构物分析比较,浮式风电总体性能分析有如下不同:①建立动力学方程的基本理论有差异,传统海工结构物基于单刚体动力学,浮式风机基于多体动力学;②传统海工结构物仅需考虑风的拖曳力,而浮式风机需考虑气动载荷;③浮式风机的设计载荷工况比传统海工结构物更复杂;④传统海工结构物分析一般采用频域的分析方法,而浮式风机平台的载荷非线性效应更依赖于时域分析;⑤目前需要风机厂商㊁浮体设计㊁电缆供应方等多方合作,完成多轮迭代计算㊂海上浮式风电装备分析的工况一般可根据风力发电机组的全生命周期内运行状态分类,如发电㊁停机㊁运输㊁安装和维修等不同运行状态㊂每种运行状态再按照风况㊁海况等条件细分,具体可参考相关规范标准[5㊁6]㊂目前行业规范要求载荷工况数量庞大,采用时域分析耗时㊁耗力,还需进一步对此优化研究,更适用于工程设计㊂采用一体化耦合分析,可同时考虑气动载荷㊁水动力载荷㊁系泊载荷㊁控制载荷的非线性效应对浮式风机整体动力响应的影响,能够较为精准地预报整体性能㊂运动性能分析保证平台具有较好的运动表现,能够满足上部风机的发电指标要求㊁系泊要求和动态电缆设计要求;气隙预报是保证平台在极端恶劣海况下波浪不会抨击到风机叶片和浮体上部关键结构;通过整体性能分析可以对系泊系统张力进行预报,判定系泊缆强度安全㊂图4所示是某风机的一体化耦合分析模型㊂图5所示是纵荡图4 某浮式风机一体化耦合分析模型F i g .4 I n t e g r a t e d c o u p l i n g a n a l y s i s m o d e l o f a f l o a t i n gw i n d t u r b i ne图5 某浮式风机六自由度运动响应F i g .5 S i x D o f m o t i o n r e s p o n s e s o f a f l o a t i n g wi n d t u r b i n e㊃82㊃海洋工程装备与技术第10卷控制工况下平台六自由度运动时间历程㊂1.2 结构整体强度海上浮式风电装备结构整体强度主要分析平台在各种载荷作用下的强度表现是否满足要求,主要包括结构的屈服和屈曲强度㊂除浮体构件满足规范规定的描述性构件尺寸外,一般需通过整体有限元计算分析确定㊂根据波浪条件不同,设计工况可分为正常作业海况㊁恶劣海况和极端海况三大类,同时应叠加相应风机载荷工况㊂理想方法也是通过一体化耦合分析手段,分别计算各工况条件下浮体结构的应力时域响应;然后,统计响应最大值进行强度衡准㊂但这种方法面临计算量过大㊁软件手段难于实现等技术难题㊂本文推荐传统海洋工程设计波与风机极限载荷相叠加的方法,进行平台结构整体强度分析㊂设计波分析方法可参考相关规范标准[7]㊂应考虑与相应风机载荷极值进行叠加组合,叠加依据为在选定特征响应基础上,所选取风机载荷对浮式基础结构典型剖面载荷造成更加不利影响,如考虑横摇弯矩波浪工况时,应叠加风机对平台产生的横向最大弯矩㊂应充分考虑对平台结构产生最大影响的剖面载荷,并将该载荷作为设计波选取的特征载荷㊂该方法较为简单,适用于工程设计,且足够保守㊂图6所示为某四立柱半潜式浮式风机结构有限元模型;图7所示为特征剖面标定,并取剖面位置的分离力㊁剪力和弯矩作为特征载荷;图8所示为S E C T I O N 101剖面横向分离力的各浪向幅值响应系数(R A O ),通过4个特征剖面,5个特征载荷,搜索特征载荷最大响应合计构造出18种设计波工况㊂叠加风机载荷效应,最终确定72种组合工况;图9所示为最恶劣工况分析得到的平台应力云图㊂图6 有限元模型F i g.6 F E M m o d el 图7 特征剖面示意图F i g .7 S c h e m a t i c d i a gr a m o f c h a r a c t e r i s t i c s e c t i on 图8 横向分离力的各浪向R A OF i g.8 L a t e r a l f o r c e R A O i n d i f f e r e n t w a v e d i r e c t i on 图9 有限元模型应力分布F i g.9 S t r e s s d i s t r i b u t i o n o f F E M m o d e l 1.3 系泊系统海上浮式风电装备锚泊系统分析主要校核系泊系统强度是否满足要求,包括极限强度和疲劳强第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃83㊃度㊂系泊拉力极限强度校核一般可根据1.1节的总体性能分析中得到的系泊拉力时程变化曲线,经统计得到拉力极值,按规范标准要求的安全系数判定系泊缆强度安全水平㊂图10所示为某浮式风电平台某一系泊索的拉力时程曲线㊂一体化耦合模型中应充分模拟系泊索类型㊁刚度㊁重量㊁长度㊁预张力等重要参数,工况选取可按规范标准要求,适当时可选择最为恶劣工况代表,必要时也应考虑系泊缆发生破损工况下的破损强度㊂系泊系统的疲劳强度一般考虑系缆点(导缆孔)㊁锚链和钢索连接位置㊁躺地拉起以及锚固点等位置处进行疲劳强度分析,如图11所示㊂首先,根据规范标准要求的疲劳计算工况,利用一体化耦合分析方法对漂浮式风机进行一体化仿真,计算不同工况下系泊缆上各个疲劳计算点的张力时程;然后,采用雨流计数法统计各工况下计算点的应力循环幅值和循环次数;最后,根据M i n e r线性累计损伤理论计算其疲劳寿命㊂此方法与传统海洋工程疲劳分析采用的谱疲劳方法不同,采用时域分析方法,并用雨流计数法统计应力循环幅值和频次,累计疲劳损伤㊂因此,工况数量非常多,计算量较大,需进一步优化分析,简化工程计算量㊂图10系泊索拉力变化F i g.10 M o o r i n g l i n e t e n s i o n r e s p o n s es图11系泊索疲劳计算点F i g.11F a t i g u e c a l c u l a t i o n p o i n t o f t h e m o o r i n g l i n e1.4疲劳强度海上浮式风电装备疲劳强度分析主要对由波浪载荷和风机载荷等循环载荷引起的疲劳敏感点进行寿命预报,判定是否满足设计寿命要求㊂一般来讲,对于立柱半潜式浮式风电平台,需计算的疲劳敏感点有立柱与撑杆㊁立柱和旁通㊁立柱与上部结构㊁风机塔筒与上部结构等连接处㊂按照行业规范标准要求,疲劳工况主要由外部海洋环境条件㊁风电机组状态和外部电网状态3部分组成㊂根据机组运行状态又分为正常发电㊁发电和故障㊁启动㊁正常停机㊁停机㊁停机和故障㊁安装及检修7种疲劳工况,对每种工况分别定义了相关的风㊁浪㊁流㊁水位和外部电网条件㊂疲劳分析采用正常湍流风模型和波浪谱模型,并考虑风和波浪载荷的联合概率分布㊂㊃84㊃海洋工程装备与技术第10卷目前,对于浮式风电平台的疲劳分析方法并没有明确规定,但为保证计算精度,降低建造成本,建议使用时域分析方法㊂理想时域方法是做结构应力的一体化耦合分析,但需要的算力太大,目前难以实现㊂本文建议采用半耦合时域分析方法,即风机载荷引起的时域疲劳与波浪载荷引起的时域疲劳叠加的方式,计算流程如图12所示㊂具体如下:图12 时域疲劳计算方法F i g .12 T i m e d o m a i n f a t i gu e c a l c u l a t i o n m e t h o d ①通过1.1节中所述一体化耦合分析方法,按照规范要求的疲劳工况,将风载荷作用于平台,得到风机塔筒法兰处六自由度的载荷时历曲线;②将得到的载荷时历施加到结构有限元模型上,得到计算疲劳节点由风机载荷引起的应力时历曲线;③应用同一疲劳工况下风速对应的随机波浪作用于平台,可以得到计算疲劳节点由波浪载荷引起的应力时历曲线;④将②和③得到的同一载荷条件的计算疲劳计算节点时程应力进行线性叠加,可得到计算疲劳节点由风机载荷与波浪载荷联合作用下的应力时历曲线;⑤应用雨流计数法统计该载荷条件下的应力循环幅值和频次,根据M i n e r 线性累计损伤理论计算疲劳损伤;⑥根据风速波高周期联合概率分布,叠加不同风速㊁波高㊁周期㊁风向等载荷条件下的疲劳损伤,可得到计算疲劳节点的最终疲劳寿命㊂规范要求的工况较多,涉及风㊁浪㊁流联合概率分布,基本上工况数量要以万计,且计算过程中涉及动力时程分析,计算量及所需存储空间巨大㊂因此,从计算方法㊁工况统计㊁仿真分析等方面仍需进一步优化和提升㊂图13所示为某浮式风电平台的疲劳节点细化有限元模型图;图14所示为某疲劳节点的风机载荷与波浪载荷联合作用下的应力时程曲线;图15所示为通过雨流计数法统计得到的应力循环幅值和频次分布㊂1.5 稳性校核海上浮式风电装备稳性校核主要分析平台在拖航㊁安装㊁作业和停机状态下,抗倾覆能力是否满足要求,一般应包括完整稳性和破损稳性分析㊂传统海洋平台稳性校核较为成熟,主要建立平台稳性模型,依据相关规范标准要求进行稳性衡准㊂浮式风机平台稳性具备自身特点,风载荷不是传统的静态载荷,需要考虑风机发电工况下的气动载荷㊂海工结构物常用的风载荷计算公式不再适用,需用叶素动量理论求解㊂而且倾斜到一定角度时,风机停第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃85 ㊃图13 旁通和斜撑连接处F i g .13 J o i n t o f po n t o o n a n d b r a ce 图14 风机载荷与波浪载荷联合作用下的应力时程F i g .14 S t r e s s t i m e h i s t o r y un d e r c o m b i n e d a c t i o n o f w i n d t u r b i n e l o a d a n d w a v e l o ad 图15 应力循环幅值和频次分布F i g .15 D i s t r i b u t i o n o f s t r e s s c y c l e a m p l i t u d e a n d f r e q u e n c y㊃86㊃海洋工程装备与技术第10卷机会造成风载荷减小,如图16所示㊂关于稳性校核的风速要求㊁衡准标准及相关分析方法可参考船级社规范标准[5]㊂关于与传统油气平台相比,浮式风电平台的安全等级要求不同,是否可以降低稳性评价标准,还需进一步研究[8]㊂图17所示为某浮式风电平台的稳性分析模型㊂图16 发电工况下稳性校核标准F i g .16 S t a b i l i t y ch e c k s t a n d a r d u n d e r p o w e r pr o d u c t i o n c o n d i t i o n 1.6 动态电缆作为海上浮式风电装备的重要组成部分,动态电缆构型设计至关重要,一般需要进行静态强度分析㊁动态响应分析和疲劳分析㊂理想的一体化分析模型应包括动态海缆,分析浮式风电平台与动态电图17 静水力模型三维视图F i g .17 H yd r o s t a t i c m o de l 3D v i e w 缆的相互影响,从而确定动态电缆的设计参数和形态㊂但目前受限于各方面条件,动态海缆与浮式风电平台分析往往采用分离的做法,忽略海缆与浮体之间的耦合约束㊂动态海缆设计需要考虑浮体运动对其产生的影响,尤其极端工况下应对浮体运动提出限制性要求㊂2 工程实践国内浮式风电技术发展很快,已经有多台浮式风电装备陆续进入示范应用阶段,也在逐步探索商业化应用㊂目前浮式风电平台以立柱半潜式结构型式为主,几个已建和在建的平台相关性能参数如表1所示㊂表1 国内浮式风电装备性能参数T a b .1 P a r a m e t e r s o f d o m e s t i c f l o a t i n g w i n d t u r b i n e e q u i pm e n t 项目名称三峡引领号中船扶摇号中海油融风项目龙源风电养殖融合项目结构型式三立柱半潜式三立柱半潜式四立柱半潜式三立柱半潜式风机容量5.5MW6.2MW7.25MW4MW作业海域及水深南海阳江海域水深30m 南海湛江海域水深65m 南海文昌海域水深120m 台湾海峡南日岛海域水深35m 适应环境条件作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速51.2m /s,有义波高10.6m ,表面流速1.2m /s )作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速51.8m /s ,有义波高9.5m ,表面流速1.0m /s )作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速54.7m /s,有义波高12m ,表面流速2.18m /s)作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速46.2m /s ,有义波高4.77m ,表面流速1.23m /s)运动性能指标发电工况,平台整体运动倾角不超过5ʎ;极端工况,倾角不超过12ʎ发电工况,平台整体运动倾角不超过5ʎ;极端工况,倾角不超过10ʎ发电工况,平台整体运动倾角不超过4ʎ;极端工况,倾角不超过11ʎ发电工况,平台整体运动倾角不超过5ʎ;极端工况,倾角不超过9ʎ主尺度总长79m ,型宽91m ,型深32m 总长72m ,型宽80m ,型深33m 总长72m ,型宽80m ,型深35m 总长72m ,型宽82m ,型深24m 排水量1.3万吨1.56万吨1.26万吨0.94万吨系泊型式3ˑ3型式3ˑ3型式3ˑ3型式3ˑ3型式第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃87 ㊃ (续表)项目名称三峡引领号中船扶摇号中海油融风项目龙源风电养殖融合项目示意图国内海上浮式风电装备开发过程中的问题和建议分析如下:①结构型式主要以三/四立柱半潜式型式为主,此种结构型式技术成熟,结构较为简单,适应性较好,被行业认可度高㊂随着技术不断进步,也出现其他型式,如T L P ㊁S P A R 等基础型式㊂②由于处于示范应用阶段,作业水深普遍较浅,只有中海油融风浮式风电作业水深达到100m 以上㊂浅水对于系泊设计提出了更大挑战,有效限制浮体运动,对于整体系统设计要求更高,如 三峡引领号 作业水深只有30多米㊂随着海上风电开发向深海发展,浮式风电技术也会逐步走向深水㊂③工程上还没有实现上部风机和下部浮体的全耦合设计,只是下部浮体设计单位和风机厂商进行多轮迭代设计㊂尽管设计方法上已经有了较大进步,但在降本增效的大背景下,提高设计精度㊁降低设计工程成本㊁优化基础理论等方面仍有较长路要走㊂④浮式风电技术与其他技术的融合,如龙源项目在立柱之间布置网箱进行养殖,还有与波浪能㊁潮汐能发电功能的融合发展等,面临多种载荷耦合㊁多种工况组合㊁多样风险标定等很多工程挑战,还需对相关关键技术进一步研究㊂⑤浮式风电浮体一般由船舶与海工行业单位设计,而风机和发电要求一般由电力行业主导㊂因此,行业的不同造成设计理念㊁方法和依据标准的不一致㊂例如,国内海工结构设计一般以工作应力法(W S D )为主,和电力行业要求的抗力和载荷系数法(L R F D )不同,应加强行业的融合和统一㊂⑥相关规范标准仍不完善㊂目前,浮式风电平台设计要求还以国内外船级社规范标准为主,但浮式风电平台技术较传统海上油气装备,具备自身的技术特点,风险和安全等级有所区别㊂因此,亟需建立适应国内海洋环境条件和海上风电行业的技术规范标准体系㊂⑦工程设计软件卡脖子 现象严重㊂无论是风机设计软件,还是浮体设计软件,仍被欧美软件所垄断㊂国内海上风电行业如想行稳致远,需在工程设计软件开发上突破,建立自己的工业软件体系已经迫在眉睫㊂⑧由于国内特有的环境条件,如台风㊁内波㊁冰情㊁复杂海底条件等,因此,浮式风电装备的安全性和可靠性还有待进一步验证㊂3 前景展望在全球海洋清洁能源开发和国内 双碳战略发展的大背景下,海上浮式风电技术具有广阔的发展前景,将伴随全球海上风电商业化开发热潮而日趋成熟㊂就国内而言,海上浮式风电领域仍存在诸多关键技术需集中研发和突破,仍需随着技术不断成熟进一步降低开发成本㊂这才是浮式风电技术的真正生命力所在㊂除了利用浮式风机进行传统的并网输电之外,利用浮式风机为油气平台㊁附近设施供电,与深远海养殖业融合发展,与海上制氢结合,避免电力的远距离输送,等等,为浮式风电技术发展提供了更多的应用场景[9㊁10]㊂4 结 语海上浮式风电装备涉及多结构㊁多学科交叉,较传统的海上油气平台以及固定式海上风电装备有很大的差异㊂环境载荷影响更为显著,在气动水动系泊载荷耦合作用下的响应也更加复杂㊂在工程设计阶段准确预报和分析浮式风机的各种表现至关重要㊂本文系统提出了浮式风电装备工程设计阶段需要分析的关键内容,给出解决思路和推荐方法;结合国内实际工程案例,给出相关有益结论㊃88㊃海洋工程装备与技术第10卷和建议,对我国浮式风电进行了很好的工程探索和实践㊂从全球行业发展来看,海上浮式风电技术尚处于应用示范和商业化初步阶段,我国与国外发达国家相比水平差距不大,只要我们加强关键技术攻关,努力开展全行业协同创新,积极进行示范应用引领,实现弯道超车指日可见㊂参考文献[1]欧洲风能协会.欧洲风能:2021年统计与2022 2026年展望[R].2022.[2]陈嘉豪,裴爱国等.海上漂浮式风机关键技术研究进展[J].南方能源建设,2022,7(1):820.[3]王宾,李红涛,唐广银.海上浮式风机研究进展概述[J].海洋工程装备与技术,2018,(5):220225.[4]肖然.海上漂浮式风机子系统技术特点浅析[J].能源与环境, 2022,(3):3840.[5]中国船级社.海上浮式风机平台指南[M].北京:人民交通出版社,2022.[6]I E C.D e s i g n R e q u i r e m e n t s f o r O f f s h o r e W i n d T u r b i n e s[J].I E C614003,2021.[7]D N V.C o l u m n S t a b i l i z e d U n i t s[S].D N V R P C103, 2012.[8]M U S I A L W D,B U T T E R F I E L D C P,B O O N E A.F e a s i b i l i t y o f F l o a t i n g P l a t f o r m S y s t e m s f o r W i n d T u r b i n e s[C].A S M E. 23r d A S M E W i n d E n e r g y S y m p o s i u m P r o c e e d i n g s,R e n o, N e v a d a,J a n.,2004.[9]李红涛.全球海洋新兴经济和技术发展全景扫描[J].中国船检,2022,(6):816.[10]W A L S H C.O f f s h o r e W i n d i n E u r o p e-K e y T r e n d s a n d S t a t i s t i c s2019[R].B r u s s e l s:W i n d E u r o p e,B r u s s e l s,2020.。
水上新能源浮式结构物系泊系统研究现状和发展综述
石子永;贝耀平;袁丙青;汤建军;程大利
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2024(28)5
【摘要】随着传统陆地资源的不断开发消耗,水上新能源的开发利用成为新的趋势,由此出现了大量各式各样的水上浮式结构物。
系泊系统作为保障水上浮式结构物安全平稳作业的关键,历来是业界重点关注的研究内容。
本文针对目前已有的水上浮式结构物系泊系统进行大量的文献综述研究,归纳了水上浮式结构物的类型,从系泊系统的分类、布链方式、水底锚固基础型式和新型系泊系统方面分析了系泊系统的结构型式,讨论了各种系泊缆材料的各方面特点和优劣,根据已有的大量文献分析了系泊系统的静力特性和动力响应,综合根据系泊工程的水深、海底地形、地质、平台功能、风浪流条件、经济性等方面因素,给出各种系泊方式的适用性评价和推荐,并指出现有研究存在的不足,提出当前仍需进一步发展的研究方向。
【总页数】16页(P787-802)
【作者】石子永;贝耀平;袁丙青;汤建军;程大利
【作者单位】中国三峡新能源(集团)股份有限公司;三峡新能源淮南光伏发电有限公司;天津大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U661.4
【相关文献】
1.浮式海洋结构物研究现状及发展趋势
2.超大型海洋浮式结构物系泊系统设计研究
3.远海浮式结构物与供应船旁靠系泊特性研究
4.新模块化单桩缓冲系泊浮式集成结构系统研究
5.近岛礁中型浮式结构物张紧式系泊性能分析
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海上溢油浮标跟踪定位技术研究
赵平
【期刊名称】《交通建设与管理》
【年(卷),期】2012(000)009
【摘要】海上溢油属突发性海洋污染事故，需要人们进行快速应急反应，调用方方面面的应急技术装备及资源，尽可能对事故予以控制、减少所造成的环境污染等各种损害和不良影响。
【总页数】3页(P86-88)
【作者】赵平
【作者单位】交通运输部水运科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】X55
【相关文献】
1.海上溢油跟踪定位浮标参数分析及技术优化研究 [J], 杨瑞;刘寅东;顾群;王云强
2.海上溢油微型跟踪浮标研究与应用 [J], 刘晋川;杨瑞;李海波;谢文宁;姚立柱
3.用表层漂流浮标对海上溢油实时跟踪和监测的方法 [J], 杨悦文;商红梅
4.无线大功率海上溢油跟踪浮标监测技术改进 [J], 崔迪; 赵平
5.基于北斗卫星定位通信的海上溢油跟踪浮标研究 [J], 刘晋川;杨瑞;李海波;谢文宁
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临时加固下换流阀塔海上运输结构强度分析
于海波;高彪;张晓波;张伟为;王检耀
【期刊名称】《中国工程机械学报》
【年(卷),期】2024(22)2
【摘要】海上换流站的运输与安装通常是模块化、整体化的运输与安装,考虑到在运输过程中经常会受到风浪、潮流甚至地震等外部环境因素对阀塔等精密电气设备产生的影响,提出一种换流阀塔在海上运输时的临时加固措施。
采用有限元仿真软件,对运输船及其阀厅进行有限元建模,将海洋环境作用力等效为地震效应,在两种极端水平载荷工况下,采用底部剪力法对阀塔自身结构强度进行拟静力分析。
仿真结果表明:横向载荷作用下阀塔内部结构件所受应力均大于纵向载荷时所受应力,最大应力发生在横向载荷下铝合金框架为84 MPa,小于材料屈服应力。
研究结果可为海上运输换流阀塔提供方案借鉴。
【总页数】5页(P231-235)
【作者】于海波;高彪;张晓波;张伟为;王检耀
【作者单位】南京南瑞继保电气有限公司;上海交通大学海洋工程国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TM561
【相关文献】
1.一种换流阀阀塔自锁式排水连接器的设计与分析
2.换流阀组件及阀塔空气散热量计算分析研究
3.换流阀阀塔漏水监测的现状分析及优化措施
4.有限元分析在特高
压换流阀塔结构抗震设计中的应用5.柔性直流输电换流阀阀塔电场分布与结构设计研究
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