美国OOI计划的三大部分（区域网、近海网、全球网）进程不一，有些网站是在原有基础上建设的，进展较快，但是到2015年已经基本上全面建成，各个站的铺设安装均已结束（图1-4）。其中2014年完成的工作量十分可观，捷报频传：夏季完成了缆线设备和基础设施的布设；秋季开始全球网的伊尔明戈海站点的建设；2014年12月15日，Axial火山和洋脊甲烷水合物节点的数据连通传输；截至2014年底，OOI计划共完成了8个海上施工航次，布设了34个锚系，设置了9个海底观测站点，投放了16个滑翔机Glider，大约有550个传感器开始使用。进入2015年，OOI计划开始系统软件的调试，向系统的全面运转过渡。
图1-4 OOI计划建设进度（引自 http：//oceanobservatories. org）
1.3.1 区域网
OOI最大的亮点还是区域观测网，综合观测从海底生物圈到水圈、整个海洋水柱，直到海气界面的各种过程。OOI区域网可提供10k V，8k W的能量和10Gb的带宽双向通讯。岸基站位于俄勒冈太平洋城，具有两条光电缆，分别铺设至两个关键的研究站点：①Axial海山顶及海山底；②大陆边缘，包括陆坡基底（Slope Base）、洋脊南部甲烷水合物陆坡和近岸长久阵列俄勒冈线。缆全长880km，共包括7个观测节点（图1-5）：PN1A（陆坡基底），PN1B （洋脊南部甲烷水合物陆坡），PN3A（Axial海山底部），PN3B（Axial海山顶），PN5A（板块中部），PN1C（俄勒冈陆坡），PN1D（俄勒冈陆架）。
图1-5 OOI区域网的海底缆及水下观测节点分布（引自http：//oceanobservatories. org）
1.Axial海山缆系观测
图1-6 OOI区域网Axial海山缆系阵列观测布点设计
（a）水下节点PN3A：Axial海山底部；（b）水下节点PN3B：Axial海山顶
Axial海山是目前最先进的水下火山观测阵列，该站位是胡安·德富卡洋脊岩浆活动最活跃的区域，在1998年、2011年及2015年都曾发生火山喷发。该区域具有很多活动热液点（如ASHES和International District），并广泛分布弥散流。区域网Axial海山缆系观测阵列的方案设计如图1-6所示，重点观测中央火山口、火山口东侧、International District热液场和ASHES热液场的海底过程。同时在Axial海山底部布设浅层和深层剖面锚系，开展水柱的物理、化学和生态观测。Axial海山缆系观测阵列连接有地质地球物理、物理海洋、化学和生物传感器，以及高清摄像机和静态式数码照相机等，可以提供有关地震活动与流体关联的实时信息（表1-1）。
表1-1 OOI区域网Axial海山缆系阵列各水下节点连接的仪器和传感器
2.大陆边缘缆系观测
区域网大陆边缘缆系观测阵列包括洋脊南部甲烷水合物的海底观测和俄勒冈陆坡和陆架的水柱及海底观测，具体的方案设计如图1-7所示。
图1-7 OOI区域网大陆边缘缆系观测阵列洋脊南部甲烷水合物区（a）及俄勒冈陆坡基底（b）观测布点设计
洋脊南部的甲烷水合物区主要选取2处隆起（summit）点，通过布放低频水听器、海底地震仪、海底潮汐压力仪、3D单点流速仪、底部流体通量测定仪、水下质谱仪（MASSP）、Osmosis采水器、流速剖面仪、数码相机等（表1-2），重点观测甲烷水合物对地震事件的响应、海底界面流体通量及其对上覆水体化学的影响、与甲烷水合物形成和分解相关的生物地球化学过程等。
在俄勒冈陆坡基底，主要布设浅层剖面锚系（5～200m）和深层（200～2905m）剖面锚系（图1-7），通过挂载一系列物理、化学与生物传感器（表1-2），实现从大陆边缘到大陆架多学科水柱过程观测，重点研究海气交换、近海环境动力学与生态系统、混合扰动和生物物理相互作用等关键科学问题。
OOI区域网海底光电缆分7段进行施工，于2011年7月完成所有铺设（图1-8）。7个水下节点的主接驳盒于2012年8月全部安装完毕，2013年主要完成海底传感器和水下分支扩张缆的安装和连接，2014年主要完成水柱传感器及锚系安装工作（图1-9，图1-10）。2014年8月，Axial火山顶所用的次级接驳盒成功连接到主接驳盒。火山节点是针对Axial海底火山的，该火山在1998年和2011年曾经爆发过，根据预测，2015年会再次爆发，为此急切希望OOI尽快于2014年底建成，可以第一次向人类展示海底火山爆发的现场实播。但是只有“信息基础设施”建成，才能达到向外传播的目标，可惜被南加州大学拖了后腿。这种迫切需求也正是OOI决定将信息基础设施项目转交给罗格斯大学的重要原因。
表1-2 OOI区域网大陆边缘缆系观测阵列水下节点连接的仪器平台和传感器
图1-8 OOI区域网2条海底光电缆完成铺设并连接到岸基站（不同颜色数字代表铺缆船铺设海底缆的次序，白色圆环代表海底观测水下主节点）
图1-9 OOI区域网缆系阵列水下节点的接驳盒及连接的锚系和传感器
（a）水下主节点的安装，深水和浅水使用两种不同的主接驳盒，其中浅水主接驳盒具有防拖拽设施；（b）水下节点连接的浅层剖面锚系、深水剖面锚系及传感器示意
图1-10 OOI区域网缆系阵列水下节点的主接驳盒现场布放
（a）布放深海主接驳盒前，用红色挂链系住缆，用来回收缆末端；（b）第一个水下观测节点接驳盒从船后甲板布放；（c）水下机器人ROV准备铺设海底缆；（d）安装过程中的岸基站监控系统
1.3.2 近岸网
近岸网由2套锚系观测阵列组成，即长久锚系阵列和先锋锚系阵列。
1.长久阵列
长久阵列主体包括两套跨陆架的锚系陈列，一套为俄勒冈线（也称为Newport线），另一套为华盛顿线（也称为Grays Harbor线）。两条线均包括3个固定观测点：陆坡（offshore，500～600m水深）、陆架（shelf，80～90m水深），内陆架（inshore，25～30m水深），每个站点所在位置均具有特殊的物理、地质、生物特征。俄勒冈线和华盛顿线都受到风生上升流和下降流的影响，但陆架层化现象和上层海洋的特征会受到哥伦比亚河流输出的影响，华盛顿线位于哥伦比亚河流输出端的北面，俄勒冈线位于河流输出端的南面。同时，从上层至底层的水柱中，6个锚系观测点均布放一系列传感器以及水体剖面仪，可提供对于东部边界流的多尺度观测，滑翔机（glide）可以用来补充获取各站位间的调查和采样工作（图1-11，图1-12）。需要指出的是，长久阵列俄勒冈线采用有缆和无缆两种连接方式，其中陆坡和陆架与前述的区域网连成一体，采用光电缆连接，提供3000W电源和10Gb带宽通讯，而俄勒冈线内陆架和整个华盛顿线均采用无缆连接，采用局部电池供电，数据传输采用卫星通信方式。目前，长久阵列俄勒冈线缆系观测运行良好，采集的数据流源源不断地传输到陆地（图1-13）。
图1-11 近岸网长久阵列站位图
图1-12 近岸网长久阵列俄勒冈线和华盛顿线观测阵列布放设计示意图
图1-13 近岸网长久阵列俄勒冈线陆坡和陆架缆系观测及其运行状态
长久阵列布放有三种不同形式的锚系，即表层锚系、表层自动升降剖面锚系（Surface Piercing Profiler Mooring）和剖面锚系。
表层锚系加载的仪器分布在三个层次上，海面上的表面浮标，海表以下7m和海底多功能节点（Seafloor Multi-Function Node，MFN）。浮标上的仪器提供海表及其附近界面的海气多参数观测；另外，浮标上安装天线用于数据卫星传输（图1-14）。
图1-14 近岸网长久阵列内陆架、陆架和陆坡使用的表层锚系
表层自动升降剖面锚系可以在水柱中上下穿越，并在表层小憩停留，以将数据传输到陆地（图1-15）。表层自动升降剖面锚系通过搭载一系列的传感器，高分辨率获取水柱各种参数，尤其是海 气界面的气体与热量交换。
剖面锚系包含一个加载各类传感器的沿绳上下移动剖面（Wire-Following Profiler），剖面沿着锚系链绳在水柱中上下移动，连续捕捉海面以下特定深度间隔的海洋现象。剖面锚系可分浅层剖面锚系和深层剖面锚系。长久阵列俄勒冈线的有缆浅层剖面锚系观测的特定深度间隔为海表以下20～200m，深层剖面锚系观测的深度间隔为海面以下175m至近海底，而长久华盛顿线无缆剖面锚系的观测深度间隔为海面以下15m到海底以上3m。沿绳上下移动的剖面锚系可以通过两种方式传输数据，一是无线Wi Fi，另外是通过连接到光电缆上的基底接驳坞进行感应连接传输（图1-16）。
另外，长久阵列俄勒冈线还安装了海底实验包（Benthic Experiment Package，BEP）。BEP连接到光电复合缆上，获取电源并将数据传输到岸上。BEP黄色的保护框架内有2个笼子，里面放置各类仪器和传感器以测定底层海水的性质（图1-17）。
图1-15 近岸网长久阵列使用的表层自动升降剖面锚系
图1-16 近岸网长久阵列华盛顿线陆架点使用的剖面锚系
图1-17 近岸网长久阵列俄勒冈线陆架和陆坡点安装的缆系海底实验包（黄色为保护框架，里面有2个安装仪器的笼子）
具体而言，近岸网长久阵列俄勒冈线内陆架布放1套表层锚系、1套表层自动升降剖面锚系；陆架布放1套表层锚系、1套表层自动升降剖面锚系和1套海底缆系实验包；陆坡布放1套缆系深层锚系剖面、1套浅层锚系剖面、1套表层锚系和1套海底缆系实验包。与俄勒冈线不同的是，华盛顿线的内陆架、陆架点各布放1套表层锚系和1套表层自动升降剖面锚系，陆坡点布放1套表层锚系和1套剖面锚系。近岸网长久阵列俄勒冈线和华盛顿线各单元加载的传感器如表1-3和表1-4所示。
表1-3 近岸网长久阵列俄勒冈州线内陆架、陆架和陆坡锚系连接的仪器传感器
（续表）
表1-4 近岸网长久阵列华盛顿线内陆架、陆架和陆坡锚系连接的仪器传感器
（续表）
长久阵列的安装在2013年夏季开始，到2014年秋季全部结束，图1-18显示了长久阵列布放照片。
图1-18 近岸网长久阵列布放照片
（a）内陆架表层锚系；（b）陆架表层锚系；（c）陆坡有缆深水实验包；（d）缆系深层剖面锚系
2.先锋阵列
美国东岸外的“先锋阵列”，是两个“近海观测网”中的一个。与原来设计（见《海底观测——科学与技术结合》中图4-62）相比位置略有变化，共分三个层次：中心是整套锚系的所在（图1-19黄色的“锋面阵列”）；外围是水下滑翔机活动的范围，面积80km×110km （图1-19红色的“适应性阵列”）；再外是AUV活动的范围，面积130km×185km，包括外陆架和上陆坡（图1-19白色的“中尺度阵列”）。
图1-19 OOI近海观测网“先锋阵列”位置与背景图
先锋阵列设在中大西洋湾（Middle Atlantic Bight）马萨诸塞州的科德角（Cape Cod），核心是设在陆架坡折处的锚系阵列，中心位置40°03′N，70°45′W，水深约150m。这里沿着陆架坡折有稳定的锋面，先锋阵列设置了3套电光机械表层锚系和7套剖面锚系，分别布放在7处（图1-20，表1-5）。图1-21显示先锋阵列分布，每个表层锚系包括1个表层浮标，该浮标可以通过多种方式实现电源供给，并有多种表层 次表层之间的通信系统。每套表层锚系固定于1个海底多功能节点，2个多功能节点间建有AUV接驳坞，所有的3个多功能节点能够支持多种传感器（包括已搭载的和外源的）通过湿插拔方式连接。5个可以进行遥测数据传输的剖面锚系均携带多学科传感器的缆系剖面仪。2套可到达表层的锚系使用一个浮力仪器包，可以从海底上方几米直至海表。先锋阵列布放的锚系配置了多种观测仪器设备和传感器，可以穿越锋面、垂直等深线，目标是研究陆架 陆坡锋面内环境动力学和物质输移过程及其对生态系统的影响。有关先锋阵列的观测锚系以及加载的传感器与前述的长久阵列类似，这里不再赘述。
图1-20 近海网先锋阵列站观测点位
表1-5 近海网先锋阵列站观测点锚系信息
图1-21 近岸网先锋阵列示意图
为了实现内陆架、陆架坡折和陆坡大范围的观测结果，先锋阵列还提供了9个移动观测平台，包括6个滑翔机和3个AUV，作为锚系阵列的补充。通常近海滑翔机电池寿命为90天，需要经常维护更换。2014年5月第一次布放滑翔机；2016年7月，OOI的近海网先锋阵列项目团队完成另一次滑翔机的更换补充。图1-22（a）为滑翔机预先设定的计划工作轨迹，（b）显示2014年5月-2016年7月的滑翔机航线轨迹图。可以看出，预先计划与实际轨迹大致相似，只有在极端气候或者强流海况下偶尔发生航向偏离。从目前统计数据来看，滑翔机平均航线时间为66天，平均航线距离为1200km；最大续航时间为118天，最大航线距离2230km。
图1-22 近海网先锋阵列水下滑翔机航线轨迹图
（a）5个滑翔机沿新英格兰岸计划轨迹，黑色圆圈表示锚系剖面站点；滑翔机和AUV工作范围分别用蓝色和红色虚线表示， 5个滑翔机航线轨迹用不同颜色实线表示。（b）每根线代表一个滑翔机的航线轨迹，滑翔机标示最后的回收位置，绿色点代表布放位置
1.3.3 全球网
与近海网和区域网不同，全球网布局分散、远离陆地，并不可能靠缆线联网、链接登陆，而是采用锚系组合并通过卫星传输信息的方法。在OOI的最终方案里，决定建设四个全球观测系统，全在美洲两侧的南北高纬度区，即南大西洋阿根廷盆地、格陵兰东南的Irminger海、智利西南的南大洋、阿拉斯加湾的Papa观测点（图1-2）。2013年7月15—30日，在阿拉斯加湾水深4250m处布设完成全球网的第一个站点——Papa观测阵列，到2015年4月，全球网其他阵列全部布设完成。
全球网的每个观测阵列包含有1套Apex表层锚系、1套Apex剖面锚系和2套侧翼剖面锚系（图1-23，图1-24）。表层锚系和剖面锚系的组成在1.3.2节近岸网中已作介绍。水下侧翼剖面锚系加载的传感器固定在一定深度，沿着锚系链穿越水柱到1500m水深。由于锚系的浮标位于海面30m以下，无法进行信号表达，主要依靠声学感应连接附近的滑翔机，实现与陆地的通信和数据传输（图1-24）。除此之外，每个全球网的观测阵列都配备有3个水下滑翔机，在锚系之间反复来回测量温盐深、叶绿素、溶解氧等各项参数，将锚系测得的点上数据拓展到面上。同时还配备2台剖面观测长续航滑翔机，可用于对上层水体剖面进行连续观测。
南大西洋阿根廷盆地、格陵兰东南的Irminger海、智利西南的南大洋、阿拉斯加湾的Papa观测点基本概况详见《海底观测——科学与技术的结合》一书。
图1-23 OOI全球网的阵列设计（虚线为滑翔机的轨迹）
图1-24 OOI全球网的锚地阵列
（a）Apex表层锚系；
（b）Apex剖面锚系；
（c）水下侧翼锚系
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