Argo 計劃

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截至 2016 年 4 月 Argo 大洋觀測網浮標分佈，顏色編碼代表擁有浮標的國家。

Argo 是一個海洋觀測系統的名稱，可為氣候、天氣、海洋學及漁業研究提供即時海洋觀測資料。

該觀測系統由大量布放在全球海洋中小型、自由漂移的自動探測裝置（Argo 剖面浮標）組成。大部分浮標在 1000 米漂移（被稱為停留深度），每隔 10 天下潛到 2000 米深度並上浮至海面，在這過程中進行海水溫度和電導率等要素的測量，由此可計算獲得海水鹽度和密度。觀測資料透過衛星傳送到地面科研人員，並向所有人免費、無限制提供。Argo 計劃的名字起源於希臘神話中勇士伊阿宋（Jason）和阿爾戈英雄（Argonauts）尋找金色羊毛時所乘的船。之所以選用該名字，意在強調 Argo 計劃與的相互補充。

國際合作

Argo 計劃透過全球 30 多個國家的合作來維持一個全球海洋觀測網，使任何國家可以探測海洋環境要素。Argo 是的重要組成部分。Argo 透過 Argo 指導工作組 進行協調一個由科學家和技術專家組成的國際團體，每年召開一次會議。Argo 資料流由 Argo 資料管理組管理。 所有的協調工作透過 Argo 資訊中心協助完成，該中心隸屬於 政府間海洋委員會及世界氣象組織。Argo 還受 GEO - 地球觀測小組的支援，早期就已獲得世界氣候研究計劃的 CLIVAR 專案 （海洋 - 大氣系統的變異性及可預測性）以及 全球海洋資料同化試驗 (GODAE OceanView) 的批准。

歷史

Argo 計劃首先在 1999 年召開的海洋觀測大會上提出，該會議是由國際機構組織的，旨在建立可協調的海洋觀測方式。原始的 Argo 計劃書 由一個科學家組成的小組編寫，該計劃書描述了一個由 3000 個浮標組成的全球海洋觀測網計劃，並將在 2007 年的某時完成。2007 年 11 月，由 3000 個浮標組成的全球海洋觀測網全面建成。Argo 指導工作組於 1999 年在美國馬里蘭召開了第一次會議，並在會上概述了全球資料共享原則。Argo 指導工作組於 2009 年向海洋觀測大會提交了十年進展報告 ，並收到了有關如何完善觀測網的建議。這些建議包括在高緯度海區、邊緣海（如墨西哥灣和地中海）和沿赤道海區加強觀測，在西邊界強流區（如墨西哥灣暖流和黑潮）強化觀測，向深海擴充套件觀測以及利用新型感測器監測海洋生物和化學變化等。2012 年 11 月，Argo 觀測網已收集了 100 萬條剖面（是 20 世紀所有調查船觀測資料的兩倍），並在多家組織的網站上進行了報道。

浮標設計和執行

Argo 浮標結構示意圖

透過改變浮標自身的有效密度，按照預定的時間表在海中上浮和下沉是 Argo 浮標的重要特點。任何物體的密度由物體的質量除以體積獲得。Argo 浮標在自身質量不變的情況下，透過改變體積的方式改變密度。浮標透過液壓活塞把油注入位於浮標底部的外部皮囊來改變其體積。隨著皮囊的膨脹，浮標的密度變得小於海水密度，從而向海面上浮。當任務結束時，浮標收縮活塞再次下潛。

典型的 Argo 浮標標體長 1 米，頂部半球型的帽子約 14釐米。所以浮標體積最小約 16600 立方厘米。在阿拉斯加灣的 Papa 海洋站，海表的溫度和鹽度約 6°C 和 32.55‰，所以海水密度為 1.0256 克 / 立方厘米。而 2000 米深度處的溫度約 2°C，鹽度為 34.58‰，如果包含壓力效應（海水可輕微壓縮），海水密度為 1.0369 克 / 立方厘米，密度的變化除以深層密度的值為 0.0109。

浮標到達 2000 米和上浮至海表時必須匹配這些密度。因為浮標的密度為其質量除以體積，所以需要改變 0.0109 x 16,600 = 181 立方厘米的體積來實現該過程。所有浮標裝載感測器來測量海水溫度和鹽度，但越來越多的浮標還裝載其他感測器，如溶解氧及葉綠素、營養物和 pH 等生物化學感測器。正在開發的被稱為 生物 Argo 的擴充套件計劃，將在浮標上加裝生物和化學感測器來觀測海洋。

用於衛星通訊的天線被安裝在浮標頂部，將在浮標完成上浮後伸至海面以上。由於海水含鹽分，可導電，所以在海面以下進行無線通訊是不可能的。早期的 Argo 浮標使用慢速的單向衛星通訊，但 2013 年中期投放的浮標主要使用快速的雙向衛星通訊。使用雙向通訊系統的浮標可以傳輸更多的觀測資料，在海面只需要停留約 20 分鐘，而不是過去的 8-12 小時，大大降低了擱淺和生物汙染的風險。

自 Argo 計劃開始以來，Argo 浮標的平均壽命已經大大增加，2005 年布放的浮標其平均壽命已經第一次超過 4 年。目前正在進行得技術改進有望使浮標的壽命增加到 6 年或更長。

觀測網設計

30°S 以南海區由 Argo 浮標觀測的剖面數量（上面的曲線）與其他方式觀測數量（下面曲線）的對比。

觀測網最初提出的分佈密度為浮標間的平均距離為 3°x3° Argo 計劃書 。這可以使高緯度海區有較高的浮標分佈密度（數公里），因為控制海洋特徵尺度（如渦旋）的羅斯貝變形半徑（Rossby radius of deformation）隨緯度的增加而變小。至 2007 年，該觀測網基本建成，但南大洋深海的分佈密度仍未實現。

正在努力完成在世界各大洋布放浮標的最初計劃，但由於南大洋（Southern Ocean）布放機會很少，所以還面臨困難。

正如 “歷史” 部分提到的那樣，目前正計劃在赤道海區、西邊界流及邊緣海區進行強化觀測，這需要將原來計劃的 3000 個浮標增至 4000 個。

利用剖面浮標觀測海洋的一個成果是可以消除季節性偏差。上圖顯示了自 Argo 計劃實施以來至 2012 年 11 月 30°S 以南海區（上面曲線）浮標觀測剖面數量與同期其他觀測資料的對比。下面的曲線顯示出強的年變化，即南半球夏季收集的剖面是冬季的 4 倍，而 Argo 資料的比率小於 1.2。

資料獲取

Argo 模式的一個重要特徵是可以準即時地、無限制地獲取全球資料。當一個浮標傳送一條剖面後，能被快速轉換成可上傳至 GTS（全球通訊系統）的格式。GTS 由世界氣象組織（World Meteorological Organisation）執行，其目的是為天氣預報共享資料。所以所有 WMO 成員國能在幾小時內接收到所有 Argo 剖面資料。資料還可透過兩個全球 Argo 資料中心（GDAC） 法國 GDAC 和 美國 GDAC 的 FTP 及 WWW 入口獲取。

約 90% 的剖面資料能在 24 小時內提供給使用者，剩餘的剖面也能在稍後提供。

使用者在使用從 GTS 或 GDAC 獲取的 Argo 資料是需要程式設計技巧。GDAC 提供的多剖面檔案用 Ocean DataView 軟體可以讀取。類似於 20121106_prof.nc 名稱的檔案即多剖面檔案，為 2012 年 11 月 6 日在某個洋區獲取的所有剖面幷包含到一個 NetCDF 格式的檔案中。GDAC 確定了 3 個洋區，分別為大西洋、印度洋和太平洋。所以某一天將有 3 個多剖面檔案來裝載所有剖面資料。

使用 Argo 資料計算得到的全球海洋圖集中沿日期變更線的鹽度斷面。

那些缺乏程式設計技巧，但想使用 Argo 資料的使用者，可以下載 Argo 全球海洋圖集

，它使用方便，不僅能製作像右圖顯示的 Argo 鹽度斷面圖，還能製作海洋要素的水平分佈圖及任何地點的時間序列圖等。該圖集裝載了一個 “更新” 按鈕，可定期對資料集進行更新。該資料集由美國斯克裡普斯海洋研究所維護。

對 Argo 資料製作的網格化資料感興趣的使用者，可訪問 網頁 ，上面列出了一些可用的網格資料。

Argo 資料還能透過谷歌地球顯示由 Argo 技術協調員開發的層。有關如何使用該層的指南可訪問 這裡。不考慮獲取和研究 Argo 資料的方式，重要的是使用者能熟悉 Argo 資料檔案的結構、Argo 浮標的特性及質量控制標記的含義。使用者可以參考一個有用的 Argo 使用者手冊。強烈建議使用者在使用 Argo 資料前閱讀該手冊。Argo 指導工作組也透過網頁釋出了一些有關的貼士。

資料結果

截至 2016 年 5 月 30 日，每年使用 Argo 資料在專業性期刊上發表的學術論文數量。論文中的資料廣泛的或者全部的依靠 Argo 計劃的資料。

Argo 是目前獲取海洋的氣候狀態資訊的主要來源，已被廣泛應用到許多研究論文中（如右圖所示），內容涉及海 - 氣相互作用、海洋環流（ocean currents）、年際變化、厄爾尼諾現象（El Niño）、中尺度渦、水團性質及變化，Argo 資料已經應用到物理海洋學的各個領域。Argo 還能用於直接計算全球海洋熱含量。

Durack 和 Wijffels 最近發表的一篇具代表性論文中，分析了全球海表鹽度模式的變化。

他們認為全球海洋中高表層鹽度的海水正變得更鹹，而表層鹽度相對較低的海域其海水正變得更淡，也可描述為 “富人變得更富，而窮人變得更窮”。從科學上來講，鹽度的分佈受降水和蒸發間差異的控制。如在北太平洋（Pacific Ocean）北部，降水強於蒸發，使海水鹽度低於平均值。他們的研究結果表明地球正在尋找一個全球水文迴圈的強化。Argo 資料還被用於驅動氣候系統模式，使人們有能力改進氣候季節性變化的預報。

請參閱

（ Ocean acoustic tomography）
（ Underwater gliders）
（ Integrated Ocean Observing System）