中国Argo大洋观测网试验综述

1、中国Argo大洋观测网试验综述Argo大洋观测网试验项目组 中国Argo大洋观测网试验是由国家科技部基础研究司批准的首个实施“中国ARGO计划”的启动项目。旨在通过引进国际上新一代、先进的Argo剖面浮标，在西北太平洋附近海域构建我国Argo大洋观测网的框架，使之有权利共享将在全球海洋中建成的由3000个浮标组成的实时海洋观测网资料，丰富我国的海洋环境数据库，提高我国海洋和大气科学家在国际前沿科学领域中的研究水平和显示度，强化我国在国际ARGO计划成员国中的地位和作用。一、试验背景与设想国际ARGO计划是由美国、法国和日本等国家大气、海洋科学家于1998年推出的一个大型海洋观测项目。目的是要借助最新开发的一系列高新海洋技术（如Argo剖面浮标、卫星定位/通讯系统和数据处理技术等），建立一个实时、高分辨率的全球海洋中、上层监测系统，以便帮助科学家了解大尺度实时海洋的变化，提高天气和海洋预报的精度，有效防御全球日益严重的天气和海洋灾害（如飓风、台风、龙卷风、冰暴、洪水和干旱，以及风暴潮、赤潮等）给人类造成的威胁。国际ARGO计划设想用5-10年时间，在全球大洋中每隔300公里布放一个由卫星

2、跟踪的剖面漂流浮标（称“Argo剖面浮标”），总计为3000个，组成一个庞大的全球Argo实时海洋观测网，以便快速、准确、大范围地收集全球海洋0-2000m上层的海水温度、盐度和浮标的漂移轨迹资料。这相当于在全球又增设了3000个类似“气球探空观测站”，将会给天气和海洋预报源源不断地提供大量来自海洋内部的资料。Argo剖面浮标是一种新颖的海洋观测技术。当它被海洋科学工作者投入海洋后，会自动潜入2000米深处，然后随深层海水移动并保持中性漂浮，到达预定时间（约10天）后，它又会自动上浮，并在上升过程中利用自身携带的各种传感器进行连续剖面测量。当浮标到达海面后，通过定位与数据传输卫星系统自动将测量数据传送到地面接收站，再经信号转换处理后发送给浮标拥有者。浮标在海面的停留时间约需6-12小时，当全部测量数据传输完毕后，浮标会再次自动下沉到预定深度，重新开始下一个循环过程。如果一切正常的话，一个Argo浮标在海上可以连续、自动工作35年。 至2006年3月，世界上已经有12个国家正式加入国际ARGO计划。共有23个国家和团体（美国、日本、加拿大、英国、欧盟、法国、德国、韩国、澳大利亚、中国、印

3、度、挪威、西班牙、新西兰、荷兰、俄罗斯、巴西、爱尔兰、毛里求斯、丹麦、智利、哥斯达黎加和墨西哥）已经在太平洋、印度洋和大西洋等海域投放了近4500个Argo浮标，其中有2436个仍在海上正常工作。 我国于2001年10月经国务院批复正式加入国际ARGO计划，并正在着手制定中国ARGO计划。我国将在未来5-10年内，在太平洋和印度洋海域投放100-150个Argo浮标，以便建成我国的Argo大洋观测网，为我国海洋和天气业务化预报，以及海洋研究、海洋开发、海洋管理和其它海上活动等提供实时观测资料和产品。到目前为止，我国已经在西北太平洋和东印度洋海域成功布放了35个Argo浮标，初步构成我国Argo大洋观测网框架，并成为全球Argo实时海洋观测网的重要组成部分。 二、试验内容与目标中国Argo大洋观测网试验项目于2002年正式启动。该项目委托部门为国家科技部基础研究司，依托部门为国家海洋局科学技术司，牵头单位为国家海洋局第二海洋研究所和卫星海洋环境动力学国家重点实验室（原为国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室），项目承担单位有中国气象科学研究院、国家海洋信息中心、中科院南海海洋研究所

4、、国家海洋预报中心、国家海洋局第一海洋研究所、国家海洋局第三海洋研究所、国家海洋技术中心和国家海洋局南海分局等。该项目作为“国家重大基础研究前期研究专项”，明确的主要研究内容和预期目标为：（一）研究内容1、Argo浮标性能可靠性检测及其海上布放利用Argos上行信号接收器等设备对引进浮标的性能进行可靠性检测，确定浮标在投放前是否处于良好的工作状态，以避免不必要的浮标资源损失。2、 Argo剖面浮标与常规海洋水文仪器的比较观测（准实时）利用常规海洋观测仪器设备（如CTD、ADCP和实验室盐度计等）对浮标进行投放前、中、后的比较观测，为浮标资料的检验和校正采集第一手资料，以保证浮标观测资料的正确性和精确度。3、 Argo浮标资料的检验、校正和处理技术Argo剖面观测浮标采用循环探测技术，因其传感器容易受海水腐蚀和生物附着影响，观测精度很难保证。因此需要发展合适的方法，对观测数据进行检验与校正。针对不同用途的浮标数据，需开发研制实时质量控制系统（QC）和延时质量控制模式，以确保实时观测资料的质量和向研究人员提供高质量的浮标数据。 4、Argo浮标实时观测数据在海洋业务化预报中的应用在海温初始

5、场的客观分析中，利用Argo浮标观测资料，以提高海温初始场的精度，从而提高海温数值预报的水平。同时，把Argo资料与海表温度实时遥感资料结合，进行海温三维诊断和预报，达到提高海洋混合层和跃层参数诊断精度之目的。 5、Argo浮标实时观测数据在天气业务化预报中的应用根据所建立的全球Argo浮标同化数据库，形成新的海洋初始场，利用改进后的热带太平洋区域海-气耦合业务预报模式及全球海-气耦合模式，在不改变原模式动力框架基础上，进行长期天气预报和短期气候预测试验，提高原热带太平洋区域海-气耦合业务预报模式和原全球海-气耦合模式对全球气候变率的预测能力。 6、Argo资料同化技术为了避免在数值分析和预报业务过程中，由于将不规则、不均匀的测站资料显式地转换成模式计算所需的网格化数据，从而导致初始化引入误差超过资料误差的缺陷，有必要引入基于最优控制理论的伴随同化数据法和其它的同化技术，将Argo观测数据单独或结合常规温盐数据同化到数值模式中，以丰富资料源和提高对海洋和天气预报的精度和水平。并建立我国Argo浮标同化数据库。 7、Argo资料在区域/大洋环流模式中的应用结合Argo浮标资料的同化技术研

6、究，开展区域/大洋环流的模拟研究，以提升我国Argo资料的应用技术和环流模拟技术。同时利用伴随同化数据法等同化技术优化MOM3模式的初始场、参数估计、开边界条件和外部强迫场等，以提高对太平洋环流场分布状态以及温盐场分布特征的认识。 8、Argo浮标资料管理与服务网络系统建立与Argo浮标资料接收系统的网络联接，实现业务化的浮标资料采集能力；开发系列化的海洋环境背景场资料产品和Argo浮标资料可视化产品；建立Argo浮标资料网络服务系统，利用海洋信息网站进行Argo浮标资料和产品的发布与服务。（二）预期目标1、 在西太平洋附近海域施放16个深水型Argo剖面浮标，初步建成我国新一代海洋实时观测系统（ARGO）中的西太平洋观测网（第一期工程），为大洋观测网（由约100-150个深水型Argo浮标组成）的第二期工程及日后建设近海观测网积累技术奠定基础；2、 通过Argo浮标与常规观测设备（CTD、ADCP）的现场观测比较，以及与历史观测资料的对比分析，检验Argo浮标的性能以及测量数据的精度和可靠性，并获取Argo浮标制造的有关设计参数；探索和研究Argo剖面观测浮标实时接收和数据处理的流程

7、和方法；提出科学、合理的检验剖面浮标资料质量的标准与流程；3、 创建中国ARGO信息网页；建立Argo浮标资料管理与服务网络系统；4、 建立Argo数据库；以及相应的太平洋暖池区和试验海区历史海洋资料数据集和海洋环境数据库；5、 开发Argo浮标资料同化技术，建立我国Argo浮标同化数据库；6、 提供海表温度（SST）业务化数值预报产品；建立热带太平洋1/41/4度分辩率的MOM3海洋环流模式；7、 利用获取的全球Argo浮标共享资料，改善目前我国现有的热带太平洋区域海-气耦合业务预报模式和全球海-气耦合模式中的海洋参数和初始场，提高原模式对长期天气过程和短期气候的预测精度；8、加入国际ARGO计划，并获得共享全球海洋中3000个浮标资料的权利和义务，使我国成为ARGO计划中的重要成员国。三、 试验成果与应用本项目计划布放浮标16个，实际投放19个，其中2个浮标由国家重点基础研究发展规划“我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究”（中科院大气所黄荣辉院士任首席科学家）项目出资购置。为了使全球海洋Argo浮标资料具有统一的质量控制标准，便于Argo资料的交流与共享，根据国际ARGO科学组

8、的推荐，项目组及时引进了Argo资料实时和延时质量控制模式，并对我国布放的Argo浮标资料进行了检验、校正和处理，取得了许多使用经验和认识，为下一步改进和开发浮标资料质量控制方法打下了基础。同时，还初步建成中国Argo浮标数据库管理系统，并通过网站和数据光盘的形式向项目合作单位和国内用户及时分发，这些资料在海洋和大气科学领域的相关研究机构得到了一批试应用研究成果。由于ARGO计划是一个近些年才发展起来的国际合作项目，且使用的Argo剖面浮标又是一种新颖的海洋观测技术，其观测资料的应用研究具有极大的挑战性，而目前在国际海洋和大气科学界对其的认知程度还极低，尚需进行广泛的宣传和普及。为此，项目组及时编辑出版了“阿尔戈全球海洋观测大探秘”一书（海洋出版社），并协助中央电视台走近科学栏目组，完成了“锁定太平洋”（全面介绍了中国ARGO计划的实施进展情况）专题的拍摄任务，并在中、英文二套节目中播出。本项目执行期尽管时间不长，但在项目组全体人员的共同努力下，依然撰写并提交了一批研究论文和技术、分析报告(见参考文献)，展示了Argo资料广阔的应用前景。最近，该项目已经通过由科技部基础研究司组织的项目

9、结题验收，获得了与会专家的一致好评。(一)试验研究成果主要体现在如下6个方面：1、建成Argo大洋观测试验网执行完成3个大洋观测航次，在西北太平洋海域成功布放了19个Argo剖面浮标，构成我国Argo大洋观测网框架，并成为全球Argo实时海洋观测网的重要组成部分。2、建起Argo实时资料中心在项目依托单位的大力支持下，建立了“中国ARGO实时资料中心”，成功登记注册“中国ARGO网址（）”，并接入宽带网架起了与外界联系的快速通道，特别是与法国Argos卫星地面站资料服务中心（CLS）建立了长期的合作关系，并在该中心以项目名为“中国ARGO计划”（编号为“2528”）登记注册。3、建成Argo资料质量控制系统引进并调试成功实时和延时质量控制模式，建成针对Argo剖面浮标观测的资料质量控制系统，使我国有能力校正和处理来自APEX型和PROVOR型两类Argo剖面浮标观测的资料。其中经实时质量控制的Argo资料，从法国Argos资料服务中心接收后的24小时内即可在“中国ARGO实时资料中心”网站上在线发布。4、实行Argo资料免费共享通过及时接收和处理由我国布放的Argo剖面浮标观测的资料，以及收集和处理来自全球海洋上的Argo资料，经质量控制后制作成数据光盘，分多次免费向国内7个系统45个部门和单位的用户分发。直到目前为此，累计发放Argo数据光盘350余张。还在“中国ARGO实时资料中心”网站上在线发布，供国内外Argo资料用户下载应用。5、开展Argo资料试应用研究利用我国和国际ARGO计划成员国在全球海洋上布放的Argo剖面浮标观测资料，在海洋和大气科学领域进行了试应用研究以及同化试验，撰写了一批研究论文和技术、分析报告（附件），其中有16篇已在相关学术刊物上发表、3篇论文在首届（2003年11月1618日，日本东京）和第二届（2006年3月1318日，意大利威尼期）国际ARGO科学研讨会上进行了交流、8篇参加了国内外会议交流。6、成为国际ARGO计划重要成员国我国在杭州

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