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Argo:实时监测海洋的“水下之眼”

信息来源:中国海洋报  更新时间:2019-03-20 

  3月13日,第20次国际Argo指导组年会在杭州召开。Argo计划被称为海洋学史上的“观测技术革命”,由全球近30个沿海国家组成的国际合作团队负责具体实施。从1999年布放第一台自动剖面浮标起,至今已经陆续投放了约1.5万台浮标,为国际社会提供了200多万条全球海洋的温度和盐度剖面数据。

  未来,Argo将进入一个崭新的全球、全水深、多学科海洋观测时代。新一代Argo观测系统如何提高人们对海洋、气候变化的评估和认识,又将如何广泛应用于科学和社会领域?请看本文作者的介绍——

  覆盖全球海洋的“水下舰队”

  海洋覆盖了地球表面70%以上的面积,对人类日常生活有着巨大影响。21世纪初,诞生了一个由海洋和大气科学家组成的国际团队,决定要探秘这个险象环生而又充满神奇的海洋世界,解决困惑人类很久的海面以下海洋环境数据获取难的问题,提出的解决方案就是启动实施一个针对全球深海大洋被称为“Argo”的观测计划,中文翻译为“实时地转海洋学观测阵”。

  Argo计划已经在全球无冰覆盖的国际公共水域投放了成千上万个自沉浮式水下机器人,科学家称之为“自动剖面浮标”。如同陆地上由无数气象站组成的天气预报观测网一样,投放在海洋中的单个自动剖面浮标相当于气象站上定时释放的探空气球,广泛分布于世界大洋上的剖面浮标组成了覆盖全球海洋的观测网。这些浮标常年游弋在海洋上,形成了一支约4000个水下机器人组成的庞大“舰队”,时刻监视海洋环境变化,革命性地改变科学家认识海洋的途径。

  目前,Argo数据在全球范围免费共享,它不仅被广泛应用于沿海国家的海水养殖、污染监测、海洋教育和国防事业等,还被应用到世界各地的业务化天气/海洋预报中心,以改进数值模式,提高预测预报的准确度。近些年,由政府间气候变化专门委员会提供的海洋和气候评估报告,也都离不开Argo数据。

  新一代海洋观测系统呼之欲出

  尽管Argo计划已经获得了200万条剖面数据,但仍处于向海洋多维度、大规模扩张的新阶段。目前,Argo正在测试能够下潜至6000米的深海型浮标,以及在核心Argo计划中增加可以同时测量海水溶解氧、pH值和硝酸盐等生物地球化学要素的传感器等,使得Argo观测网可以进一步向南北极季节性冰覆盖的海域,以及生物地球化学领域拓展。因此又派生出了两个子计划。

  一个是“Deep-Argo”。设想在全球海洋中布放和维持一个由1069个深海型剖面浮标组成的观测网,其现场观测资料将会改善和提高卫星遥感资料的精度。不断增加的深海温度、盐度观测资料还可以为卫星观测云量和地球辐照能量系统估算的地球能量不平衡变化提供验证。全海深的Argo温度同步观测资料将改进地球系统人类活动净热总量的年际变化估计,也会减少年代际深海热含量吸收估算的不确定性等。另一个是“BGC-Argo”。设想在全球海洋中布放和维持一个由911个BGC浮标组成的观测网,具有在季节性海冰下全年、全天候观测的能力,其观测数据可以有效改进初级生产力的估算,提高对海洋碳循环、营养盐和包括整个海洋食物链在内的生态系统的认知,解决诸如海洋碳吸收、海洋酸化、海洋缺氧和海洋低氧区等严重影响海洋生态系统健康的问题。

  正如Argo计划首次对全球海洋进行系统性观测一样,目前科学技术的发展又为完整意义上的全球观测带来了新的机遇。通过增加全深度和多学科参数的观测来扩展Argo,使之发展成为新一代海洋观测系统,不仅能体现重要的科学价值,还具有广泛的社会价值。

  深度服务海洋科学和社会领域

  Argo的未来将会进入一个崭新的全球、全水深、多学科海洋观测时代。新一代Argo观测系统设计达到的目标主要有3个:一是要真正实现全球深海观测,二是要改变人类追踪海洋健康的能力,三是要将核心Argo扩展到全球范围。

  Argo观测网也是全球海洋观测系统的重要组成部分。面对越来越多的人类活动带来的全球和区域海平面、海洋热含量、海洋酸化和缺氧等快速演变趋势,扩展的Argo观测网不仅可以通过基础研究,提高人们对海洋、气候变化的评估和认识,还可以通过改进长期海洋再分析和预报模型及其模式参数化等,提高对海洋和天气/气候的业务化预测水平,从而达到更好地监控当前气候变化和生态系统健康的目的,使得全社会能更好地适应气候变化。

  此外,海洋热量、淡水和生物地球化学等环境要素观测资料的实时同化,还能进一步提高短期预报的水平,这对气候敏感行业的持续发展同样至关重要。而且,Argo2020计划还会将Core-Argo、BGC-Argo和Deep-Argo等观测网收集的物理和生物地球化学环境要素资料统一集成在一个综合的Argo数据管理系统中,继续给予广大用户最好、最大化地利用Argo数据的免费共享环境,以促进Argo资料在科研教育、海洋资源开发、蓝色经济发展和气候变化适应等科学和社会领域的广泛应用,确保人类社会的可持续发展。

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