低成本高频海底压力传感器数据集揭示近岸海平面动态变化及其对极端气候事件的响应

为应对全球变暖背景下极端海平面上升的威胁，法国IFREMER联合团队开发了30个自主式低成本压力传感器（Mastodon V4），在布兰萨布隆湾（法国）进行了4.2个月的高频（2Hz）观测。研究成功获取27个站点的完整数据，验证了传感器性能（RMSE 0.009 bar）并检测到-0.001 bar/月的微小漂移。该数据集为验证SWOT卫星测高任务和海洋模型提供了宝贵资源，相关成果发表于《Scientific Data》。

　　

随着全球变暖加剧，极端海平面事件正以3.1±1.4 mm/年的速率上升，而沿海人口密集化进一步放大了灾害风险。历史上如1970年孟加拉气旋和2010年Xynthia风暴等事件，凸显了精确监测近岸海平面动态的紧迫性。传统商业压力传感器成本高昂且易损毁，制约了大范围布设。

法国海洋开发研究院（IFREMER）联合企业开发了单价低于100美元的Mastodon V4传感器，其核心采用STM32L431微控制器和MS5837压力传感器，通过医用油密封袋实现300米防水。研究团队在布兰萨布隆湾部署30个传感器（2023.12-2024.04），通过特殊固定结构（配重1米宽甲板）确保稳定性。数据经OCEANLYZ工具箱转换为海平面高度，采用低潮一致法关联至基准面（Chart Datum）。

关键技术方法

1. 传感器设计：集成WiFi模块（ESP32-S2）和500MB闪存，双AA电池供电实现4个月续航
2. 数据采集：2Hz采样频率，通过IHMMAS4软件无线配置
3. 压力转换：基于Karimpour和Chen的频谱法，用FFT校正波浪压力衰减
4. 潮汐校正：采用Utide软件分析，16小时Butterworth滤波消除残余振荡
5. 基准面标定：通过Le Conquet验潮站低潮数据关联

主要研究结果
技术验证
22个传感器完整记录数据，5个因电池故障部分失效。与RBR商业传感器对比显示优异波形一致性（图4），但存在-1 mbar/月的漂移。传感器M10与RBR的7分钟压力对比（图4b,c）证实了0.009 bar的RMSE精度。

波浪与风暴潮验证
最大有效波高（Hs）达3.55米（M15站点，图5c），与15公里外Pierres Noires浮标数据趋势一致（图5d）。风暴潮数据（图5b）显示Henk（1月）、Karlotta（2月）和Nelson（3月）风暴事件中 surges（风暴增水）达0.5米，与Le Conquet验潮站数据偏差仅0.11 m。

垂直参考稳定性
海平面呈现-1.7 cm/月平均趋势（图6a），M27传感器被沙掩埋50cm仍保持稳定记录，证实结构抗沉降设计有效性。

结论与意义
该研究创造了首个公开的近岸高频海平面数据集（SEANOE DOI:10.17882/105438），其价值体现在三方面：

1. 工程突破：验证了超低成本传感器的野外可靠性，为大规模海岸监测提供方案
2. 科学价值：4.2个月的2Hz数据填补了近岸波浪转化过程的研究空白
3. 应用前景：直接支持SWOT（Surface Water and Ocean Topography）卫星的浅水区数据验证

研究同时揭示传感器漂移和基准面稳定性问题，建议长期监测需结合验潮站数据校正。法国海岸保护局已计划将该技术纳入Natura 2000保护区监测网络，为气候变化应对提供数据支撑。