2016年9月，一台以波浪能为动力的Wirewalker™剖面观测系统下降到线缆底部100米水深处，继而转向，平稳地上升回到海表，带回了南加州La Jolla海底峡谷的物理/生物参数观测剖面——这是Wirewalker在La Jolla峡谷锚系设备上即将完成的上万条剖面中的第一条剖面数据。

加洲La Jolla海底峡谷锚系观测项目
2017年5月上旬，“截止到此时此刻，Wirwalker观测系统已经在Scripps海滩附近的海底峡谷中完成了9个多月的剖面测量，并通过RBR数据遥测系统实时传输回地面”，Scripps海洋研究所的名誉教授Pinkel说，“这套Wirewalker是由海洋学家Matthew Alford, Drew Lucas, 和 Rob Pinkel领导的La Jolla海底峡谷观测试验项目的一部分。它采用RBR无线遥测系统，能够将使科学家们实时收到观测数据。”

从配置有温盐深、溶解氧、叶绿素、后向散射和藻红蛋白（荧光藻类色素）传感器的RBRconcerto多参数水质仪采集到的时间序列来看，该地区主要信号为一天两次的内潮。Scripps海洋研究所助理教授Lucas说：“此处内波高几乎等同于峡谷深度，或者略低于峡谷深度。试想一下，200英尺高的内波处于300英尺深的峡谷中，本身就是一种奇观。”

Lucas教授介绍，一定程度上来说，峡谷地形决定了内波的形态和能量，因为波浪是沿着峡谷长度方向发展的。波浪在峡谷内反射，并带来能量损失，最终能量以湍流混合的形式被耗散掉，而这种混合对于当地的生物地球化学过程非常重要。该处各种物理过程复杂，湍流的产生、混合的产生，能够引起营养盐通量的产生、以及促使当地海洋生物繁荣。

“The whole chain of events has been going on like clockwork, probably for thousands of years,” says Pinkel. “It’s fun to actually be able to observe it in such detail for the first time.”Rob Pinkel

能够实现实时数据传输的关键是RBR感应耦合模块，它可以将剖面观测系统的数据传输到水上浮体。整个数据传输系统利用水下数据发送器(SSM)，利用感应耦合原理将Wirewalker上搭载仪器的信号通过包塑钢缆传输至海表浮体上配套的感应耦合数据采集模块。包塑钢缆的两端是裸露的钢芯，与海水形成闭合电路。浮标遥测由RBRcervello处理。 cervello是意大利语中大脑的意思，它是一种数据控制器，通过GSM(全球移动通信系统)调制解调器存储和遥测，将从La Jolla峡谷采集的观测数据传回陆地。

海底峡谷研究的关键是尽可能获取时空尺度上高分辨率的观测数据。”我们想要观测的参数会随时间迅速变化，并且在垂向上变化也很大，“Lucas教授数：”我们不仅关注物理过程，同时也关注这些物理上的动力过程是如何影响浮游动植物密集程度、沉积物的分布、以及沉积物在水体中的分布。“

截至2017年5月上旬，La Jolla峡谷的Wirewalker大约每十分钟完成一个观测周期，总计行进路程超过6,000公里；其仪器始终以6 Hz的采样率进行测量。内置的水下电池舱RBRfermata为持续数周的连续采样提供充足电力。位于La Jolla峡谷的这次观测持续刷新着Wirewalker的个人剖面采样记录，下一个目标是力争实现年度循环。

关于Wirewalker的研发
Pinkel教授说：“刚开始从事海洋学研究的时候，要是想观测某个参数在不同深度处的量值，需要借助锚系观测，通过锚系夹把观测仪分别固定在想要测量的深度上，例如温度链。对于锚系来说，要获得两倍空间分辨率或两倍深度范围的观测，就需要使用两倍数量的观测仪器，观测成本会增加一倍，并不能算一个很好的解决方案。”

他和他的团队最初的解决方案是利用浮动观测平台(Research Platform Flip)和计算机控制的柴油动力绞车快速连续获取多条剖面观测。通常，他们会收集上万条从海表到400或800米深的温盐深剖面。Pinkel教授发现此方法巨大优势在于：设置的采样率越高，相应的观测剖面空间分辨率就越高，能观测到更多细节过程。当你只需要上下移动一台仪器做剖面时，就只需要关注一组校准系数，就可以更轻松地跟踪数据质量。

2000年，Pinkel教授和他的团队开始构想如何在不使用柴油发动机(或电池)供能的情况下实现快速垂直剖面测量，最终他们实现利用波浪能供能。“到2001年，我们发布了一个非常原始的Wirewalker系统，”Pinkel教授说：“我们的研发一直在Scripps研究所内部进行；现在我们通过Del Mar Oceanographic商业化开发生产。”

对于在一次布放中要完成上千个剖面周期的剖面观测系统来说，其主要设计难点在于避免重复性的、累积性的损坏。以La Jolla这次布放为例，Pinkel教授说：“这个系统已经成功工作了9个月，并且不必更换某个磨损零件。这种系统的可靠性得益于DMO团队中Mike Goldin和Tyler Hughen出色的机械设计。”

“One of the interesting things about the Wirewalker, because it’s wave powered, it doesn’t really have an operational cost. Ideally, it cycles simply forever and for free.”Rob Pinkel

Wirewalker剖面观测系统工作形式
Wirewalker当前设计利用了波能随深度呈指数衰减性质。“当海表浮体和线缆向下行时，Wirewalker的爪扣会锁住线缆、系统随线缆一起下行；而当浮体带着线缆浮起上行时，Wirewalker的爪扣松开、线缆向上滑动。因此，随着每个波浪周期，Wirewalker都会沿着线缆向下攀爬。” Pinkel解释说。 “当Wirewalker触及线缆底部(即剖面最深点)时，抓住线缆的爪扣就会松开，Wirewalker会沿着线缆上浮(不再受海面波浪运动影响)。”在海表附近，Wirewalker又开始缓慢下降，其运动速度几乎与表面浮体和线缆相同。随着速度差的增加，其下行速度随着深度的增加而加速，直到达到十米左右为止。

由于较大的涌浪通常仅出现在开阔海洋，水面浮体设计使其即使在小波浪中也易于浮动，仅需要2-3节的风力即可为Wirewalker供能。

目前布放情况及未来研发计划
今年年初，Lucas以漂流形式在孟加拉湾布放了一套Wirewalker。 “来自孟加拉湾的观测结果非常有趣：由于巨大的淡水径流注入，那里的上层水体盐度非常低。那里的海-气相互作用对于控制影响全球范围内的季风均至关重要。”

除了Scripps海洋研究所，还有很多其他高校研究机构也在应用Wirewalker进行剖面测量， 例如，罗德岛大学的Melissa Omand教授正在用Wirewalker测量水下光照以及用荧光计进行浮游动植物研究。Pinkel教授表示未来Wirewalker也可以应用于补充全球尺度的观测平台，可以提供一种观测成本合理又能获取高空间分辨率数据的观测方式。Lucas的梦想是能够设计制造一批准可生物降解的Wirewalker，从而可以作为Argo项目的对于上层海洋/混合层以内海洋观测的补充手段。

Wirewalker使用的遥测系统的开发由美国海军研究办公室和RBR Ltd.资助。La Jolla 海底峡谷项目由Scripps海洋研究所教授Matthew Alford和Drew Lucas使用UCSD内部研究经费资助。

有关Wirewalker的更多信息欢迎访问Del Mar Oceanographic网站了解；Wirewalker观测系统报价、了解更多关于RBR感应耦合实时数据传输模块，欢迎联系RBR中国。