a. 从 1979 年至 2008 年日本海域布设的 8 条有缆观测网示意图, 详细情况见表 1; b. 1979 年布设的御前崎(Omaezaki)同轴电缆观测网; c. 1986 年布设的同轴电缆观测网示意图, OBS 为海底地震仪台站, 黑线为海底电缆, 黑点为台站位置; d. 1997 年在电信环太平洋电缆(trans Pacific cable-1)安装的海底地震仪台站; e. 密集海底地震和海啸网络系统(DONET)的一期和二期布局; f. 主干光电缆末端多传感器平台示意图。资料来源自 Momma 等(1997)、Kasahara 等(1998、2001)和 Joseph (2011)
Fig. 2 Infrastructure of cabled seafloor observatories in Japan
Fig. 5 Infrastructure of cabled seafloor observatories in the USA. (a) the site map of LEO-15 (http://www.marine.rutgers. edu/mrs/info/leomap.html); (b) the system structure of NUGO; (c) the site map of NeMO; (d) the site map of H2O; (e) the site map of MOBB; (f) the system structure of MARS; (g) the system structure of OOI-RSN.(http://www.ooi.washington.edu/ story/OOI+Primary+Node+Installation+Begins)
1996年9月，美国新泽西州立大学率先在大西洋新泽西大海湾海岸带布设了LEO-15。它是比较早的一个有缆海底观测网，由一条约9.6km长的海底光电缆连接科学节点，系统由布设在15m水深的2个科学节点组成(von Alt et al,1992、1997；Forresteret al,1997)(图5a)。观测网岸基站设在罗格斯大学的海洋和海岸带科学研究所内(位于塔克顿)，长时间序列数据存储格式为网络通用数据格式NetCDF(Howe et al,2002)。
罗希火山与热点活动有关，位于海底地幔羽的顶部，是夏威夷火山链中最年轻的火山， 火山活动活跃，需要在海底观测网开展长期、连续的观测。因此，1997年10月在夏威夷罗希火山顶部布设了一条47km长的海底火山观测网(HUGO)，岸基站位于夏威夷的霍努阿波(Duennebier et al,1997、2002a、2002b)(图5b)。HUGO观测网的科学目标主要是对海底火山及相关的物理海洋、生物、地质和声学现象进行观测。做为海底的一个固定站位，有利于科学家在深海大洋环境场所进行科学研究(Duennebier et al,2002a、2002b)。载人潜水器Pisces V对HUGO观测网进行布设和维护(Duennebier et al,2002a)。
1998年4月该系统出现故障，不能重新启动，同年10月使用Pisces V插入电池包给主接驳盒，系统电路正常工作，排除了之前认为主接驳盒短路的问题。由于主干光电缆的短路问题以及昂贵的重新布设费用，2002年观测网被迫停止运转并使用水下机器人回收了所有的观测设备(Duennebier et al,2002a)。相似于HUGO，1997年在胡安德富卡板块内的洋中脊海山区域也布设了一个新千年海底观测站(NeMO)，重点观测热液喷口附近的地质、生物和化学相关的科学内容(图5c)。早期在火山位置布设的观测网虽然都已经停止运转，但是给后续的观测网提供了许多宝贵的经验。
1998年9月, 在东太平洋海域，利用废弃的通信电缆布设了夏威夷-2观测网(H2O)(Chave et al,2002；Duennebier et al,2002b)(图5d)。H2O建立在距离美国檀香山1750km处，周边2000km范围内没有任何陆地，这一系统的建立，对全球海洋地震台网的覆盖非常有利(Chave et al,2002)。此观测网使用美国物理海洋研究调查船R/V Thomas G.Thompson和遥控机器人Jason布设水下设备。安装后的两个月，由于破坏性的海流使地震观测中断，1999年9月的维修更新了主接驳盒，同时安装了高频的水听器，观测网进入稳定阶段。数据传输到岸基站马卡哈(Makaha)后，通过网络传输到夏威夷大学马诺阿(Manoa)校区(Duennebier et al,2002b)。系统主要由地震传感器、声学和环境传感器(包括海流计、温度和压力传感器)组成。H2O的主要科学目标是在远距离、深海地区获取高质量的宽频带地震数据，获取实时高质量的粒子运动和声学数据，频率范围从0.01Hz到100Hz的数据，传感器数据都使用16位的模数转换(Duennebier et al,2002b；Butler,2003)，地震传感器也被埋藏在海底底部(Duennebier et al.,2002b)，同时地震数据传输到美国地震联合会(IRIS)数据管理中心，便于全球地震学家进行下载和研究(Chave et al,2002)。2003年5月，由于电缆中断，同年10月的维修航次也没最终解决问题，导致H2O地震观测网最终停止运转。
2000年伍兹霍尔海洋研究所在埃德加顿南岸建立了一个大约4.5km长的马萨葡萄园岛海岸带观测网(MVCO)(Edson et al,2000)。根据LEO-15观测网的经验，MVCO有2个科学节点，布设在大致7～14.5m水深的海岸带区域，海底光电缆被埋在海底1～1.5m深度(Austin et al,2000；Edson et al,2000)。MVCO使科学家可以直接连续观测海岸带区域在各种环境条件下的环境参数，包括北大西洋强烈风暴的观测、海岸侵蚀、沉积物输运和海岸带生物过程(Austin et al,2000；Edson et al,2000)。
2002年4月，蒙特利湾水生研究所(MBARI)和加州伯克利地震实验室(BSL)联合建立了蒙特利湾海底长期三分量地震台站(MOBB)(McGill et al,2002；Uhrhammer et al,2002； Romanowicz et al,2003)，布设的主要目的是增加地震台站在海域部分的覆盖，通过联合陆上地震台站数据，更有利于地震震中的确定(Romanowicz et al,2003)(图5e)。使用遥控机器人Ventana布设了三分量宽频地震仪、温度传感器、海流计和差分压力计，地震仪传感器被安装在海底10cm以下的纤维材料的箱子内，大大减小了海底噪音的干扰(Romanowicz et al,2003)。地震台站布设在距离蒙特利湾40km处的1000m水深处，目前台站提供的地震数据能够用来确定地震震源机制，分析海底不同源的噪音(Romanowicz et al,2006)。2009年2月，MOBB连接到MARS，成为真正意义的有缆海底观测网的一部分。
2005年Lighthouse R&D Enterprise公司和德州农机大学的参与者在阿曼海阿布巴卡拉(Abu Bakara)海岸建立了灯塔海洋研究计划Ⅰ期锚系观测网(LORI-Ⅰ)，2010年升级为有缆观测网(du Vall et al,2011；DiMarco et al,2012)。LORI-Ⅰ观测网安装了5个科学节点，水深从67m到1350m，2007年在系统中安装了一个早期海啸预警系统(STEWS)(du Vall et al,2011；DiMarco et al,2012)。第二期开始于2010年，在阿拉伯海的瑞斯阿尔汉德海岸建立了LORI-Ⅱ有缆观测网，总体354km 长的主干光电缆布设在海底，两台柴油发电机作为备用电力(du Vall et al,2011；DiMarco et al,2012)。2003年Lighthouse公司在阿曼海的苏丹海岸建立了实时的海洋观测锚系系统，2005 年有缆观测系统开始获取数据，主要记录海流流速、压力、温度、盐度、传导率和溶解氧数据(du Vall et al,2011)。2007年热带飓风古努(Gonu)通过北阿拉伯海的LORI-Ⅱ观测网和阿曼海的LORI-Ⅰ观测网, 数据都显示了12.5d的震荡波，记录了热带飓风Gonu通过深海的整个过程以及水速、温度、盐度和溶解氧的变化(Wang et al,2012)。
2007年3月，MBARI成功布设了52km长的MARS (图5f)。MARS是一个布设在约891m水深的单一科学节点网络，总共有8个湿插拔端口来连接海底仪器。使用直流对直流转换器将主干光电缆中的10kV高电压降压为400V和48V电压提供给科学用户，主干网中的最大电量是10kW(Howe et al,2006)。MARS的目标是为美国海洋观测计划(OOI)提供测试基础，测试新的科学仪器和传感器技术，检测水下机器人的维护、布放和回收的能力。该项目得到2002年美国国家自然基金的资助，建设期间由于经历了电缆登陆方式的改变(需要水平方向钻)、电缆经过海洋动物保护区需要环境评价、地方许可证并面临财政问题，直到2006年才解决了上面3个大问题开始建设。Alcatel公司开展电缆的布设和安装任务，经历2008 年的维修后，MARS正式运转。目前该观测网由MBARI管理和维护。
近年来，美国开展了海洋观测计划(OOI)。该观测计划包括4个组成部分：全球尺度节点、区域尺度节点、近海尺度节点(ORION Executive Steering Committee,2005)。OOI的科学驱动力主要是气候变化、海洋食物网和生物地球化学循环，海岸带海洋动力学和生态系统，全球和板块尺度地球动力学，湍流混合和生物物理相互作用，流体和岩石相互作用和海底生物圈五大动力(ORION Executive Steering Committee,2005)。2000年曾被美国科学家命名为NEPTUNE的观测网目前为海洋观测计划区域尺度节点(OOI-RSN)(Delaney et al, 2000)。2010年开始进行路由调查, 2011年6月在东太平洋俄勒冈，布设了长约900km的区域尺度节点(OOI-RSN),2011年11月铺设海底光电缆到岸基站太平洋城(Pacific City)， 2012 年布设海底主接驳盒，2013 年至2015 年安装次级科学节点和锚系。OOI-RSN是在科学机遇和需要驱动下建立的，更为重要的是能够推动科学创新和教育传播(Delaney et al, 2000)。
2011年5月夏威夷大学在瓦胡岛的北部100km，水深4726m处，布设了ACO (Duennebier et al,2008；Howe et al,2011)。ACO主要使用了HUGO和H2O的技术，利用废弃的跨大洋通讯电缆(HAW-4 SL280m)建立的观测网，岸基站设在美国电话电报公司(AT&T)的马卡哈(Howe et al,2011)。2007年2月，通讯电缆HAW-4中断，随后在维修过程中，在电缆中断处连接了水听器和压力传感器。2008年完成观测系统的部署，由于电缆和连接器的问题此系统最后以失败告终。2011年重新成功布设完整的观测系统，数据以3Mbs1的传输速度从岸基站传送到夏威夷大学(Howe et al,2011)。2011年5月使用遥控机器人Jason布设海底主接驳盒和湿插拔接头，主接驳盒连接到通讯电缆的终端，其他传感器连接到主接驳盒，另外安装了一个200m高的锚系系统(Howe et al,2011)。2011年6月系统开始获取数据，初步的数据结果显示宽频带和船的声音主要集中在10Hz，而海洋动物(蓝鲸或鳍鲸)很明显集中在16Hz的声学数据中(Howe et al,2011)，但单一的水听器不能准确确定鲸的数量(Oswald et al,2011)。ACO作为一个基础设施，主要是利用废弃的跨大洋通讯电缆来观测深大洋(4726m)的水体属性、海底摄像和声学特征，从而研究深海平原的随时间变化的生物、物理和化学动力(Howe et al,2011)。
Fig. 6 Sites of cabled seafloor observatories in Europe. After Priede et al (2004)
在美国、加拿大和日本等国的海底观测网计划的引领下，欧洲国家也开始建立自己的观测网。从较早期的无缆移动平台，如1996年的欧洲之星(GEOSTAR)(Favali et al,2000)，到1998年的“SN-1”观测网；观测网持续记录的时间也从开始的20d到7个月(Favali et al,2000)。同时也研制了一些自主式着落系统，通过船载方式，以57m min1自由下落到海底，如荷兰的底部着陆系统“BoBo Lander”，德国的移动着陆系统“Modular Lander”，英国的底部着陆系统“Dobo Lander”和水下摄像系统“Bathysnap”(Person et al,2006； Favali et al,2006；Puillat et al,2012)。这些系统的运行时间主要受到电力和数据存储能力的限制(Person et al,2006)，不能长期进行观测使用。2002年之后开始进入了有缆观测系统的准备工作。
2004年4月，意大利和希腊合作在希腊佩特雷湾布设了气体控制模量有缆观测网(GMM)(Marinaro et al,2004、2006、2007)。GMM布设在海底甲烷气体蕴藏的麻点地区，大约离岸站400m，水深42m的位置(Christodoulou et al,2003)。观测系统主要利用三脚架装置, 配备短期的3个CH4传感器、1个H2S传感器和测温盐深的传感器(Marinaro et al,2004、2006、2007)。2005年1月，甲烷传感器停止工作，系统仅采集了201d的数据，获取了大量甲烷麻点地区的活动数据，为进一步研究甲烷气体的聚集提供了很有价值的资料(Marinaro et al,2007)。
近年来，欧洲国家也开始启动更为宏伟的欧洲海底观测网(ESONET)，计划在北冰洋、大西洋、地中海和黑海等10个海区建立有缆海底观测网(Priede et al,2002、2004)(图6)。10个观测网分别为: ①北冰洋观测网，重点观测极地气候系统，生物多样性；②挪威大陆边缘观测网，重点观测热盐环流与天然气水合物；③北海观测网，重点观测低纬度到高纬度热盐输运和湾流；④东北大西洋波克潘(Porcupine)观测网，重点观测海洋深水环境和深海平原生物多样性；⑤大西洋洋中脊亚速尔(Azores)观测网，重点观测生物多样性和极端环境下的生命；⑥伊比利亚大陆边缘观测网，主要监测大陆边缘地震和海啸；⑦利古里亚海观测网，其功能类似于MARS；⑧西西里岛东部海底观测网，重点观测地震和板块相互作用；⑨地中海希腊(Hellenic)观测网，重点观测地震和反转流、深水环境；⑩黑海观测网，主要观测缺氧生态系统和天然气水合物(Priede et al,2002、2004)。
ESONET从2004年开始直接从欧盟获得资金支持，系统计划布设5000km的主干光电缆, 总共经费估计1.3至2.2亿美金。2005～2008年完成设备的研制和开展电缆式、浮标式的仪器试验工作，2009年进入观测状态。ESONET采用有缆和无缆两种观测站系统，获得的数据参考德国国际海洋数据中心的泛古陆“PANGEA”系统管理方式(Priede et al,2002、2004)。欧洲海底观测网的特点是跨不同海区，有各自的科学意义，观测网发展的平台多，包括早期移动平台和长期有缆观测平台，参与国家众多。
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