Argo计划

**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（Jason-2 (Ocean Surface Topography Mission)）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 Global Ocean Observing System (GOOS)（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）的重要組成部分。Argo 通過 Argo 指導工作組（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）管理。 所有的協調工作通過 Argo 信息中心（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）協助完成，該中心隸屬於 政府間海洋委員會（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）及世界氣象組織（World Meteorological Organization）。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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 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)（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 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（如灣流 Gulf Stream 和黑潮 Kuroshio）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

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

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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 。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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）和美國 GDAC 的 FTP 及 WWW 入口獲取。

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

用戶在使用從 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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）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。

那些缺乏編程技巧，但想使用 Argo 資料的用戶，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用戶，可訪問網頁（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） ，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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。不考慮獲取和研究 Argo 數據的方式，重要的是用戶能熟悉 Argo 數據文件的結構、Argo 浮標的特性及質量控制標記的含義。用戶可以參考一個有用的 Argo 用戶手冊（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。強烈建議用戶在使用 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 [1] 的貼士。

## 數據結果

Argo 是目前獲取海洋的氣候狀態信息的主要來源，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）

## 參考文獻

## 其他連結

* Argo 計劃入口（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 國際 Argo 信息中心（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Argo（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 。
* 由 Argo 資料揭示的阿拉斯加灣變化狀況（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 加拿大政府漁業與海洋部，Argo 計劃（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 新世界觀察（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）撰寫的 Argo 研究論文
* Argo 博客（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* JCOMMOPS
* Argo 在 NOAA 觀測系統體系中