科普 | Argo計(jì)劃-繪制海洋的心跳
#02 Argo浮標(biāo)歷史
圖2 Argo浮標(biāo)布放圖片
Argo計(jì)劃是聯(lián)合國政府間海洋學(xué)委員會(huì)(IOC)基于利用足夠的剖面浮標(biāo)而倡導(dǎo)的、以深海為對(duì)象的觀測(cè)計(jì)劃，是GOOS計(jì)劃中的一個(gè)重要組成部分。Argo是一個(gè)以剖面浮標(biāo)為手段的海洋觀測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，它所取得的數(shù)據(jù)供全世界各國使用。Argo計(jì)劃構(gòu)想用3年至4年時(shí)間（2000年-2003年）在全球大洋中每隔300公里布放一個(gè)衛(wèi)星跟蹤浮標(biāo)，總計(jì)為3000個(gè)，組成一個(gè)龐大的Argo全球海洋觀測(cè)網(wǎng)。一種稱為自律式的拉格朗日環(huán)流剖面觀測(cè)浮標(biāo)將擔(dān)當(dāng)此重任，它就是Argo浮標(biāo)。Argo浮標(biāo)的設(shè)計(jì)壽命為4年至5年，最大測(cè)量深度為2000米，會(huì)每隔10天至14天自動(dòng)發(fā)送一組剖面實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，每年可提供多達(dá)10萬個(gè)剖面的海水溫度和鹽度資料。
值得注意的是，IOC各會(huì)員國也認(rèn)識(shí)到Argo計(jì)劃中的剖面浮標(biāo)因“隨波逐流”可能進(jìn)入他國的EEZ（exclusive economic zone專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)），因而一致同意通過了一項(xiàng)決議(IOC決議XX-6)，以支持Argo計(jì)劃在全球的實(shí)施。此決議要求各國對(duì)其在Argo計(jì)劃下施放的剖面浮標(biāo)要公告其施放地點(diǎn)及其實(shí)時(shí)漂流位置，其所獲得數(shù)據(jù)要共享；任何國家若要在其他國家的EEZ海域投放Argo剖面浮標(biāo)，需按照海洋法公約征得該國的同意。
#04 Argo浮標(biāo)的工作原理
圖4 Argo浮標(biāo)工作原理
浮標(biāo)的漂浮和下潛
Argo浮標(biāo)包括一個(gè)浮標(biāo)主體和一個(gè)浮標(biāo)。浮標(biāo)的漂浮和下潛是通過控制浮標(biāo)球的空氣壓力來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)浮標(biāo)需要漂浮時(shí)，浮標(biāo)球內(nèi)部的空氣壓力與周圍水體的壓力相平衡，使得浮標(biāo)浮在水面上。當(dāng)浮標(biāo)需要下潛時(shí)，浮標(biāo)球內(nèi)部的空氣壓力被增加，使得浮標(biāo)重于水體，并向下沉入海洋中。
圖5 Argo浮標(biāo)下放圖
數(shù)據(jù)采集
Argo通過一系列傳感器來采集海洋和大氣數(shù)據(jù)。這些傳感器通過電纜連接到浮標(biāo)主體上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。
圖6 Argo浮標(biāo)工作示意圖
數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸是Argo系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。浮標(biāo)主體上配備了一個(gè)無線通信模塊，用于將采集到的數(shù)據(jù)傳輸回地面站點(diǎn)。數(shù)據(jù)傳輸可以通過衛(wèi)星通信、海底電纜或近岸無線網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行。
圖7 大數(shù)據(jù)平臺(tái)示意圖
#05 Argo浮標(biāo)的未來
增加覆蓋區(qū)域：目前，Argo網(wǎng)絡(luò)主要覆蓋全球的溫帶和熱帶海洋，但對(duì)于極地地區(qū)，尤其是南極和北極地區(qū)的數(shù)據(jù)相對(duì)匱乏。未來，Argo計(jì)劃將逐步擴(kuò)展到這些區(qū)域，以獲得更加全面的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)。
深海觀測(cè)：目前Argo浮標(biāo)的觀測(cè)深度大約為2000米，未來會(huì)有更多的“深淵Argo浮標(biāo)”部署，這些浮標(biāo)能夠深入到更深的海域，進(jìn)行更深層次的溫度、鹽度和其他物理性質(zhì)的監(jiān)測(cè)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸：隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，未來的浮標(biāo)可能會(huì)具備更強(qiáng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力，縮短從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)共享的時(shí)間。這對(duì)于氣候預(yù)警、天氣預(yù)報(bào)等應(yīng)用至關(guān)重要。更多的跨國合作和數(shù)據(jù)共享平臺(tái)將會(huì)被建立，使得全球海洋數(shù)據(jù)更容易獲得和整合，從而提升對(duì)氣候變化、海洋生態(tài)和海洋資源的理解。
#06 Argo浮標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)科學(xué)研究的重要意義
圖8 Argo數(shù)據(jù)下載官網(wǎng)
（https://argo.ucsd.edu/data/）
數(shù)據(jù)信息：
空間分辨率：3° x 3° (每3°范圍內(nèi)約有一個(gè)浮標(biāo))
時(shí)間分辨率：約每10天測(cè)一次
變量：溫度、鹽度、壓力、溶解氧、氯熒光素、硝酸. 鹽、pH值
數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)例：
利用Argo的海表以下0-2000m數(shù)據(jù)，與衛(wèi)星高度計(jì)的中尺度渦觀測(cè)結(jié)果結(jié)合，通過合成分析，得到中尺度渦平均意義下的的三維結(jié)構(gòu)，例如下圖：
圖9 渦旋三維結(jié)構(gòu)圖
（Chaigneau et al. ,2011)
參考文獻(xiàn)：
[1] Chaigneau, A., M. Le Texier, G. Eldin, C. Grados, and O. Pizarro (2011), Vertical structure of mesoscale eddies in theeastern South Pacific Ocean: A composite analysis from altimetry and Argo profiling floats, J. Geophys. Res., 116, C11025,doi:10.1029/2011JC007134.
[2] Souza,J. M. A. C., C. de Boyer Montégut, C. Cabanes, and P. Klein(2011), Estimation of the Agulhas ring impacts on meridional heatfluxes and transport using ARGO floats and satellite data, Geophys.Res. Lett., 38, L21602, doi:10.1029/2011GL049359.
[3] Yang, H., L. Wu, H. Liu, and Y. Yu (2013), Eddy energy sources and sinks in the South China Sea, J. Geophys. Res.Oceans, 118, 4716–4726, doi:10.1002/jgrc.20343.
[4] Zhang Zhiwei, Zhong Yisen, Tian Jiwei, Yang Qingxuan, Zhao Wei. 2014. Estimation of eddy heat transport in the global ocean from Argo data. Acta Oceanologica Sinica, 33(1): 42–47, doi: 10.1007/s13131-014-0421-x.
本文轉(zhuǎn)載自——海洋調(diào)查儀器操作。
