Argo计划

Argo是一个海洋观测系统的名称，可为气候、天气、海洋学及渔业研究提供实时海洋观测数据。 该观测系统由大量布放在全球海洋中小型、自由漂移的自动探测设备（Argo剖面浮标）组成。大部分浮标在1000米漂移（被称为停留深度），每隔10天下潜到2000米深度并上浮至海面，在这过程中进行海水温度和电导率等要素的测量，由此可计算获得海水盐度和密度。观测数据通过卫星传送到地面科研人员，并向所有人免费、无限制提供。Argo计划的名字起源于希腊神话中勇士伊阿宋（Jason）和阿爾戈英雄（Argonauts）寻找金色羊毛时所乘的船。之所以选用该名字，意在强调Argo计划与傑森衛星高度計（英语：Ocean Surface Topography Mission）的相互补充。 Argo计划通过全球30多个国家的合作来维持一个全球海洋观测网，使任何国家可以探测海洋环境要素。Argo是全球海洋觀測系統（英语：Global Ocean Observing System）的重要组成部分。Argo通过Argo指导工作组（页面存档备份，存于互联网档案馆） 进行协调一个由科学家和技术专家组成的国际团体，每年召开一次会议。Argo数据流由Argo数据管理组（页面存档备份，存于互联网档案馆）管理。 所有的协调工作通过 Argo信息中心（页面存档备份，存于互联网档案馆）协助完成，该中心隶属于 政府间海洋委员会（页面存档备份，存于互联网档案馆）及世界气象组织。Argo还受GEO-地球观测小组的支持，早期就已获得世界气候研究计划的CLIVAR（页面存档备份，存于互联网档案馆） 项目 （海洋-大气系统的变异性及可预测性）以及 全球海洋数据同化试验 (GODAE OceanView)（页面存档备份，存于互联网档案馆）的批准。 Argo计划首先在1999年召开的海洋观测大会上提出，该会议是由国际机构组织的，旨在创建可协调的海洋观测方式。原始的 Argo 计划书（页面存档备份，存于互联网档案馆） 由一个科学家组成的小组编写，该计划书描述了一个由3000个浮标组成的全球海洋观测网计划，并将在2007年的某时完成。2007年11月，由3000个浮标组成的全球海洋观测网全面建成。Argo指导工作组于1999年在美国马里兰召开了第一次会议，并在会上概述了全球数据共享原则。Argo指导工作组于2009年向海洋观测大会提交了十年进展报告 ，并收到了有关如何完善观测网的建议。这些建议包括在高纬度海区、边缘海（如墨西哥湾和地中海）和沿赤道海区加强观测，在西边界强流区（如墨西哥灣暖流和黑潮）强化观测，向深海扩展观测以及利用新型传感器监测海洋生物和化学变化等。2012年11月，Argo观测网已收集了100万条剖面（是20世纪所有调查船观测资料的两倍），并在多家组织的网站上进行了报道。 通过改变浮标自身的有效密度，按照预定的时间表在海中上浮和下沉是Argo浮标的重要特点。任何物体的密度由物体的质量除以体积获得。Argo浮标在自身质量不变的情况下，通过改变体积的方式改变密度。浮标通过液压活塞把油注入位于浮标底部的外部皮囊来改变其体积。随着皮囊的膨胀，浮标的密度变得小于海水密度，从而向海面上浮。当任务结束时，浮标收缩活塞再次下潜。 典型的Argo浮标标体长1米，顶部半球型的帽子约14 厘米。所以浮标体积最小约16600立方厘米。在阿拉斯加湾的Papa海洋站，海表的温度和盐度约6°C 和32.55‰，所以海水密度为1.0256克/立方厘米。而2000米深度处的温度约2°C，盐度为34.58‰，如果包含压力效应（海水可轻微压缩），海水密度为1.0369克/立方厘米，密度的变化除以深层密度的值为0.0109。 浮标到达2000米和上浮至海表时必须匹配这些密度。因为浮标的密度为其质量除以体积，所以需要改变0.0109 x 16,600 = 181立方厘米的体积来实现该过程。所有浮标装载传感器来测量海水温度和盐度，但越来越多的浮标还装载其他传感器，如溶解氧及叶绿素、营养物和pH等生物化学传感器。正在开发的被称为 生物Argo的扩展计划，将在浮标上加装生物和化学传感器来观测海洋。 用于卫星通讯的天线被安装在浮标顶部，将在浮标完成上浮后伸至海面以上。由于海水含盐分，可导电，所以在海面以下进行无线通讯是不可能的。早期的Argo浮标使用慢速的单向卫星通讯，但2013年中期投放的浮标主要使用快速的双向卫星通讯。使用双向通讯系统的浮标可以传输更多的观测数据，在海面只需要停留约20分钟，而不是过去的8-12小时，大大降低了搁浅和生物污染的风险。 自Argo计划开始以来，Argo浮标的平均寿命已经大大增加，2005年布放的浮标其平均寿命已经第一次超过4年。目前正在进行得技术改进有望使浮标的寿命增加到6年或更长。 观测网最初提出的分布密度为浮标间的平均距离为3°x3°Argo计划书（页面存档备份，存于互联网档案馆） 。这可以使高纬度海区有较高的浮标分布密度（数公里），因为控制海洋特征尺度（如涡旋）的罗斯贝变形半径（Rossby radius of deformation）随纬度的增加而变小。至2007年，该观测网基本建成，但南大洋深海的分布密度仍未实现。 正在努力完成在世界各大洋布放浮标的最初计划，但由于南大洋（Southern Ocean）布放机会很少，所以还面临困难。 正如“历史”部分提到的那样，目前正计划在赤道海区、西边界流及边缘海区进行强化观测，这需要将原来计划的3000个浮标增至4000个。 利用剖面浮标观测海洋的一个成果是可以消除季节性偏差。上图显示了自Argo计划实施以来至2012年11月30°S 以南海区（上面曲线）浮标观测剖面数量与同期其他观测资料的对比。下面的曲线显示出强的年变化，即南半球夏季收集的剖面是冬季的4倍，而Argo资料的比率小于1.2。 Argo模式的一个重要特征是可以准实时地、无限制地获取全球资料。当一个浮标传送一条剖面后，能被快速转换成可上传至GTS（全球通信系统）的格式。GTS由世界气象组织（World Meteorological Organisation）运行，其目的是为天气预报共享数据。所以所有WMO成员国能在几小时内接收到所有Argo剖面数据。数据还可通过两个全球Argo资料中心（GDAC）法国GDAC（页面存档备份，存于互联网档案馆）和美国GDAC的FTP及WWW入口获取。 约90%的剖面资料能在24小时内提供给用户，剩余的剖面也能在稍后提供。 用户在使用从GTS或GDAC获取的Argo数据是需要编程技巧。GDAC提供的多剖面文件用Ocean DataView（页面存档备份，存于互联网档案馆）软件可以读取。类似于20121106_prof.nc名称的文件即多剖面文件，为2012年11月6日在某个洋区获取的所有剖面并包含到一个 NetCDF 格式的文件中。GDAC确定了3个洋区，分别为大西洋、印度洋和太平洋。所以某一天将有3个多剖面文件来装载所有剖面数据。 那些缺乏编程技巧，但想使用Argo资料的用户，可以下载Argo全球海洋图集 ，它使用方便，不仅能制作像右图显示的Argo盐度断面图，还能制作海洋要素的水平分布图及任何地点的时间序列图等。该图集装载了一个“更新”按钮，可定期对数据集进行更新。该数据集由美国斯克里普斯海洋研究所维护。 对Argo数据制作的网格化资料感兴趣的用户，可访问网页（页面存档备份，存于互联网档案馆） ，上面列出了一些可用的网格资料。 Argo资料还能通过谷歌地球显示由Argo技术协调员开发的层。有关如何使用该层的指南可访问这里（页面存档备份，存于互联网档案馆）。不考虑获取和研究Argo数据的方式，重要的是用户能熟悉Argo数据文件的结构、Argo浮标的特性及质量控制标记的含义。用户可以参考一个有用的 Argo用户手册（页面存档备份，存于互联网档案馆）。强烈建议用户在使用Argo资料前阅读该手册。Argo指导工作组也通过网页发布了一些有关[1][永久失效連結]的贴士。 Argo是目前获取海洋的气候状态信息的主要来源，已被广泛应用到许多研究论文中（如右图所示），内容涉及海-气相互作用、海洋环流（ocean currents）、年际变化、厄尔尼诺現象（El Niño）、中尺度涡、水团性质及变化，Argo资料已经应用到物理海洋学的各个领域。Argo还能用于直接计算全球海洋热含量。 Durack和Wijffels最近发表的一篇具代表性论文中，分析了全球海表盐度模式的变化。 他们认为全球海洋中高表层盐度的海水正变得更咸，而表层盐度相对较低的海域其海水正变得更淡，也可描述为“富人变得更富，而穷人变得更穷”。从科学上来讲，盐度的分布受降水和蒸发间差异的控制。如在北太平洋（Pacific Ocean）北部, 降水强于蒸发，使海水盐度低于平均值。他们的研究结果表明地球正在寻找一个全球水文循环的强化。Argo数据还被用于驱动气候系统模式，使人们有能力改进气候季节性变化的预报。 海洋声学探测（英语：Ocean acoustic tomography）（ Ocean acoustic tomography） 水下滑翔仪（英语：Underwater gliders）（ Underwater gliders） 综合海洋观测系统（英语：Integrated Ocean Observing System）（ Integrated Ocean Observing System） Argo Begins Systematic Global Probing of the Upper Oceans Toni Feder, Phys. Today 53, 50 (2000), （页面存档备份，存于互联网档案馆） doi:10.1063/1.1292477 Richard Stenger. Flotilla of sensors to monitor world's oceans. CNN. September 19, 2000 [2007-10-28]. （原始内容存档于2007-11-06）.  存档副本 (PDF). [2013-09-02]. （原始内容 (PDF)存档于2013-10-17）.  Argo – 十年进展（提交至09海洋观测大会的白皮书） http://www.bodc.ac.uk/about/news_and_events/argo_millionth_profile.html （页面存档备份，存于互联网档案馆） 英国海洋数据中心祝贺100万条剖面。 http://www.unesco.org/new/en/media-services/single-view/news/argo_collects_its_one_millionth_observation/#.UiS-m9JwpyI （页面存档备份，存于互联网档案馆） 联合国教科文组织祝贺100万条Argo剖面。 http://www.argo.ucsd.edu/How_Argo_floats.html （页面存档备份，存于互联网档案馆） UCSD有关Argo浮标如何工作的描述 http://www-argo.ucsd.edu/Marine_Atlas.html （页面存档备份，存于互联网档案馆） 由Megan Scanderbeg制作的Argo全球海洋图集 Durack, P. J., S. E. Wijffels, and R. J. Matear, 2012: Ocean Salinities Reveal Strong Global Water Cycle Intensification During 1950 to 2000. Science, 336, 455-458,http://www.sciencemag.org/content/336/6080/455.abstract （页面存档备份，存于互联网档案馆） GODAE/OceanView https://www.godae-oceanview.org （页面存档备份，存于互联网档案馆） 维基共享资源上的相关多媒体资源：Argo计划 Argo计划入口（页面存档备份，存于互联网档案馆） 国际Argo信息中心（页面存档备份，存于互联网档案馆） Argo（页面存档备份，存于互联网档案馆）在斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography） 实时交互地图 实时谷歌地球文件（页面存档备份，存于互联网档案馆） Coriolis全球Argo资料中心服务器-欧盟镜像 FNMOC全球Argo 资料中心服务器-美国镜像 美国海洋大气局/太平洋海洋环境实验室剖面浮标项目作为Argo计划的一部分布放浮标、提供Argo 在线数据，为美国Argo计划的浮标开展 （页面存档备份，存于互联网档案馆） 。 由Argo资料揭示的阿拉斯加湾变化状况（页面存档备份，存于互联网档案馆） 加拿大政府渔业与海洋部，Argo计划（页面存档备份，存于互联网档案馆） 新世界观察（页面存档备份，存于互联网档案馆）斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）撰写的Argo研究论文 Argo博客（页面存档备份，存于互联网档案馆） JCOMMOPS Argo在NOAA观测系统体系中