Argo計劃

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實時海洋觀測數據。

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設備（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。觀測數據通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計劃與傑森衛星高度計的相互補充。

## 國際合作

Argo計劃通過全球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是全球海洋觀測系統的重要組成部分。Argo通過 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數據流由 Argo數據管理組管理。所有的協調工作通過 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-地球觀測小組的支持，早期就已獲得世界氣候研究計劃的 CLIVAR 項目 （海洋-大氣系統的變異性及可預測性）以及 全球海洋數據同化試驗 (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，旨在創建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數據共享原則。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，向深海擴展觀測以及利用新型傳感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導。

## 浮標設計和運行

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通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，通過改變體積的方式改變密度。浮標通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 厘米。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。所有浮標裝載傳感器來測量海水溫度和鹽度，但越來越多的浮標還裝載其他傳感器，如溶解氧及葉綠素、營養物和pH等生物化學傳感器。正在開發的被稱為 生物Argo的擴展計劃，將在浮標上加裝生物和化學傳感器來觀測海洋。

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數據，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污染的風險。

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

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觀測網最初提出的分布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布密度（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，但南大洋深海的分布密度仍未實現。

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。

## 數據獲取

Argo模式的一個重要特徵是可以准實時地、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（全球通信系統）的格式。GTS由世界氣象組織（World Meteorological Organisation）運行，其目的是為天氣預報共享數據。所以所有WMO成員國能在幾小時內接收到所有Argo剖面數據。數據還可通過兩個全球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數據是需要編程技巧。GDAC提供的多剖面文件用 Ocean DataView軟體可以讀取。類似於20121106_prof.nc名稱的文件即多剖面文件，為2012年11月6日在某個洋區獲取的所有剖面並包含到一個 NetCDF 格式的文件中。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個多剖面文件來裝載所有剖面數據。

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那些缺乏編程技巧，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布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，可定期對數據集進行更新。該數據集由美國斯克里普斯海洋研究所維護。

對Argo數據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資料還能通過谷歌地球顯示由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數據的方式，重要的是使用者能熟悉Argo數據文件的結構、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指導工作組也通過網頁發布了一些有關的貼士。

## 數據結果

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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、聖嬰現象（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咸，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，鹽度的分布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循環的強化。Argo數據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

- 海洋聲學探測（Ocean acoustic tomography）
- 水下滑翔儀（Underwater gliders）
- 綜合海洋觀測系統（Integrated Ocean Observing System）

## 其他連結

- Argo計劃入口
- 國際Argo資訊中心
- Argo在斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）
- 實時交互地圖
- 實時谷歌地球文件
- Coriolis全球Argo資料中心伺服器-歐盟鏡像
- FNMOC全球Argo 資料中心伺服器-美國鏡像
- 美國海洋大氣局/太平洋海洋環境實驗室剖面浮標項目作為Argo計劃的一部分布放浮標、提供Argo 在線數據，為美國Argo計劃的浮標開展。
- 由Argo資料揭示的阿拉斯加灣變化狀況
- 加拿大政府漁業與海洋部，Argo計劃
- 新世界觀察斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）撰寫的Argo研究論文
- Argo部落格
- JCOMMOPS
- Argo在NOAA觀測系統體系中