Argo剖面浮标数据质量控制过程剖析.doc

ARGO剖面浮标数据质量控制过程剖析摘要：ARGO计划的观测|•（标是能取得粘度分别为0.5七和0.01 PSU的海水温度和盐度资料然而，由 于目前海水盐度是采用海水电导率间接导出的,而测量海水电导率的传感器很容易产生偏差因此，必须 对获得的ARGO数据进行质量控制木文详细介绍了 ARGO剖面浮标资料实时质量控制模式和延时质量 控制模式及其采用的质量控制方法等关键词：ARGO计划；ARGO剖而浮标；实时质量控制；延时质量控制一、 引言国际ARGO计划于2000年初开始实施，它是一个全球性的海洋实时观测计划⑴2Jo计 划在全球大洋中投放大约3000个ARGO剖面浮标，每年大约可以获得10万条温、盐度剖 而资料这些大量的、实时的观测资料将有助于（1）初始化气候预测模型，（2）研究气候 变化对海洋的影响，（3）校准和检验卫星髙度计资料，（4）增加对海洋及其在全球气候中的 作川的了解为此该计划一推出，就得到了包括在内的众多沿海国家的响应和支持ARGO计划的观测忖标是能取得精度分别为0.5C和0.01 PSU的海水温、盐度资料然 而，rtiT H前海水盐度还无法从海洋中直接测量获得，是采用海水电导率间接导出的。

而测 量海水电导率的传感器只要受到轻微的物理变形或油污等污染物的影响，其测量值就会出现 较大的偏差因此，要保持电导率传感器长期（4〜5年）的测量精度，必须寻找一种理想的 能提高已经布放的ARGO剖而浮标资料质量的方法众所周知，利用调查船进行CTD观测时，在航次Z前，都要对CTD仪的温度和电导率 传感器进行标定校正卩“然而，在用剖面浮标观测时，市于抛弃式的特性，难于对所携带 的传感器进行经常性的标定校止，也很难确定在海洋中漂流后的传感器产牛误差的原因即 使传感器测量谋差已经很明显了，还是不能川传统的谋差订正方法对ARGO浮标观测资料 进行校正，因为人们难以得到与ARGO浮标观测相符合的现场实测资料因此要保证ARGO 资料的质暈，新型传感器的研制和新的数据质量控制方法的开发都是十分必要的宀引目前，国际ARGO计划根据不同的ARGO资料用户，建立了两个资料质量控制模式， 一•个称为“实时（24〜72小时以内）质量控制模式”，其特点是处理快速、时间短，资料精 度一般，但已无明显错误，适川于海洋和天气业务预报部门或在海上从爭捕捞作业的渔民等 使川；另一个称为“延时质量（90天以内）控制模式”，经过该模式处理的资料，其粘度可 以达到ARGO计划所要求的技术指标，资料质量可以得到可靠保证，适用于科学研究和海・ 气耦合模式，以及长期气候预报模式。

本文对这两种质量控制模式作一详细介绍，以便广大 ARGO资料用户对ARGO剖面浮标观测的资料质量有一比较全面的了解二、 ARGO数据质量控制1. 实时质壘控制ARGO数据实时质量控制是由计算机根据程序口动完成的，按每周7天、每天24小时 口动运行，其目的是能使用户可以在72小时内获得浮标观测的有效数据该过程主耍包插 温、盐度及其相对于气候学的垂向斜率的统计检测，与同一浮标以前所测剖面的比较，以及 浮标漂移速度检测等⑴平台识别码（ID）全球ARGO资料中心要求任何-•个在GTS （全球通讯系统）上发送ARGO数据的资料 中心，都要为每个浮标准备一份表头文件在此文件中，WMO （世界气象组织）编号耍与 每个浮标的PTT （平台发射机终端）编号相符在止常情况下，不会在GTS!li现无ID的 浮标如果浮标PTT编号与正确的WMO编号不一致，则该浮标的数据就不能衣GTS上发 送2） 观测口期要求浮标的观测口期和时I可合理规定年份要人于1997,月份要在1和12之间，口期 要在1和31之间，小时在0到23之I可，分在0到59之间如果上述任何一项出错，则数 据应当标上出错标志，此浮标的数据就不能在GTS上发送。

3） 浮标位置要求浮标观测位置的经度和纬度合理纬度范围为-90〜90,经度范围为-180-180 o 如果经度或者纬度没有通过测试，浮标位置应当标上岀错标志，此浮标的数据同样不能在 GTS上发送4） 海陆界面要求浮标观测的纬度和经度位于海洋上建议用分辨率至少5分的全球海底地形数据 库 即 ETOPO5/TerrainBase该数iE库可以从 http://www.ngdc.n（）aa.g（）v/mgg/gl（）b2il/gl（）bal.html 下载如果浮标显示的数据所对应的点不在海上，此浮标位置应当标上错误标志，数据就不 能在GTS上发送5） 浮标漂移速度浮标的漂流速度可以用相近的两个剖血的位置和时间推算得到在任何情况下,假定浮 标的漂流速度不超过3米/秒如果超过了，那意味着浮标的位置或时间有谋，或者浮标平 台识別码出错了只要查一下在正常情况下所获得的浮标的不同的位置，就容易看出错谋的 地点或者时间如果所获的一组地点和时间数据中，某一时间和位置是合理止确的，则数据 可以发送到GTS,否则把位置或时间或两者都标上错误标志，并II不能发送到GTS上6） 温、盐度值此测试对温度和盐度的观测值进行粗略判断。

观测值应当在海水可能的范用之内温度 在・2.5C〜40.0CZ间，盐度在0.0〜41.0PSUZ间如果观测值没有通过测试，则应标上错误 标志；如果同一深度上的温度或者盐度之一没有通过测试，则该深度处的温度和盐度数据都 要从GTS上剔除7） 0标区域此测试适用于那些有更为严格的制约条件的特殊区域例如红海的观测区域定为10N, 40E； 20N, 50E； 30N, 30E； 10N, 40E等四点连线范围之内；地中海则定为30 N, 40E： 40N, 35E； 42N, 20E； 50N, 15E： 40N, 5E； 30N, 6W 等七点连 线范围Z内红海的温度限定在21.7-40.0C,盐度在0.0-41.0 PSU而地中海的温度在 10.0〜40C,盐度在0.0-40.0 PSUo如果观测值没有通过测试,则标上错误标志如果同一 深度上的温度或盐度Z —没有通过测试，则该深度上的温度和盐度数据都要从GTS上剔除8） 压力值此测试要求观测剖ifii所反映的压力值是单调增加的（假定压力从最小到最大排列）如 果有某一深度上出现压力值不变的情形，则除了第一个数值被保留外，该连续序列的其余数 值都应当标上出错标志。

如果在某一深度上压力值出现反转（即减小），则在剖面上所有反 转的压力值都应当标上出错标志所有标上出错标志的压力以及所有相应的温度和盐度数据 都要从GTS上剔除9） 毛刺信号在一组采样值中，出现某个值的大小为相邻值完全不同，这个值被称为毛刺，通常出现 在海水突变层(或跃层)中，也有传感器受外界干扰信号影响所致该测试没有考虑深度的 变化，而是采用一个采样点，该采样点的温、盐度值随深度而变化该测试要求利用下面的 温度和盐度剖面计算公式来完成：测试值=IV2-(V3+Vi)/2I-I(V3-V1)/2I,这里V2是尖峰值，V] 和S是前后两次的观测值对于温度：当压力小T 500分巴时，如果测试值超过6.0则V2 标记为错误；当床力大于或等于500分巴时，如果测试值大于2.0则V2标记为错误対于 盐度：当压力小于500分巴吋，如杲测试值超过0.9则V?标记为错误；当压力大于或等于 500分巴吋，如果测试值大于0.3则V2标记为错误如果观测值均没有通过测试，则标上出 错标志；如果同一深度上的温度或盐度z—没有通过测试，则该深度处的温度和盐度数据都 要从GTS上剔除10) 剖而顶部和底部的毛刺这是毛刺检测的特殊方法，它将把观测剖而两端(开始和结束)的观测结果与相邻点的 观测值作比较。

在实际海洋中，一个剖面顶部(海面)或者底部(2000米层)相邻点的温 度值之差不应当超过1C,盐度值差则不应当超过0.5 PSU如果观测值没有通过测试，则 标上出错标志；如果同一深度上的温度或盐度Z—没有通过测试，则该深度处的温度和盐度 数据都要从GTS上剔除11) 梯度变化垂向相邻的两次观测值相差太人时就不能通过该测试该测试没有考虑深度的变化，而 是采川一个采样点，该采样点的温、盐度值随深度而变化该测试要求利用下回的温度和盐 度剖面计算公式來完成：测试值=IV2-(V3+V1)/2I,这里V2是尖峰值，V|和V3是前后两次的 观测值对于温度，当压力小于500分巴时，如果测试值超过9.0则V2标记为错误；当床 力大于或等于500分巴吋，如杲测试值大于3.0则V?标记为错误对于盐度：当压力小于 500分巴吋，如果测试值超过1.5则V2标记为错误；当压力大于或等于500分巴吋，如果测 试值大T 0.5则V?标记为错误如果观测值没有通过测试，则标上出错标志；如果同一深 度上的温度或盐度Z—没有通过测试，则该深度上的温度和盐度数据都要从GTS上剔除12) 数位翻转在剖而浮标中只有有限的数位川來存储温、盐度值，而用这些有限的数位可能不足以容 纳海洋中遇到的所有情况。

当存储值超过该数位的区域范围时，存储值会翻转冋到此区域的 低端；川该测试能检测出这种翻转定义相邻深度的温度差大于10C,盐度人于5 PSU, 即可检测出数位翻转没有通过测试的值标上出错标志如果同一深度上的温度或盐度没有 通过测试，则该深度上的温度和盐度数据都要从GTS上剔除13) 滞留值该测试检査剖而上相同的温度或盐度值，即温度或盐度在一条剖而上没有变化，如果存 在这种现象，这些观测值需标上出错标志，从GTS上剔除14) 密度反转该测试要求旨先应用UNESCO技术手册上的计算公式⑼，利用对应深度上的温、盐度 计算出密度然后，对同一-剖而上相邻深度处的密度进行比较如杲在压力较大处计算得到 的密度值小于压力较小处的密度值，温度和盐度值都应当标上出错标志从而，深度、温度 和盐度数据都要从GTS上剔除2. 延时质量控制该程序主要针对几个月以内所收集的数据，目的是为研究人员提供高质量的数据在 这一过程中，有必要尽对能多的使用大洋上层的温盐数据，单个浮标的观测值必须耍同其相 邻浮标以及XBT、XCTD和TSG的数据进行比较后才可使丿IJ该程序的另一个川途是利川 每个浮标及相邻浮标的历史记录来检查该浮标的剖面数据正确与否。

延时质量控制除在PC 机上把由浮标获得的数据和用作质暈控制标准的数据进行比较外还进行数据校止1）延吋质量控制标准毫无疑问，对ARGO数据进行校正和质量控制的最理想的方法是，利用海洋调査船在 ARGO浮标观测的剖面附近水域得到的现场测量数据作为标准然而这样的方法并不能应 用于所有的ARGO浮标数据，所以必须找到其他的替代方法一般认为，海洋深层的温度 和盐度相对稳定因此，对ARGO数据进行校止和质量控制的故现实的方法就是与ARGO 浮标观测海域深层水中的气候学资料进行比较为了对ARGO数据进行有效的质量控制和校正，要求其标准的气候数据集的容量尽量 的人、质量高因此，采川了世界海洋数据图集（WOA98）、全球水文数据中心等以及世界 海洋环流实验（WOCE）计划等所提供的CTD数据ARGO浮标数据质量控制的气候学标准就是从上述两个气候学数据库发展出来的所用 的方法是：考虑到观测密度和水团结构的空间差异，把海洋分成若干个亚区在1000米以 卜的深水层，水团的空间差异不象表而水层那么人，再考虑到海底地形，所以川相对较大的 网格（一般是1X1）O而在那些观测较少并且水团结构空间差异较人的地区，海底地形显 得更为亜要，所以就用相对精细的网格。

地理方格的划分是通过多次试验和不断改进来确定 的，同时也采用了一些规则，以利于数据库的操作、管理和升级这些规则是：划。