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杭州全球海洋Argo系统野外科学观测研究站-2020年度中期工作报告

编辑 :杭州Argo野外站办公室    时间 :2020-08-25 16:46:50    访问次数 :
        杭州全球海洋Argo系统野外科学观测研究站(简称“杭州Argo野外站”),于2019年10月正式纳入自然资源部野外科学观测研究站管理序列。在国际Argo组织框架中,杭州Argo野外站又称“中国Argo实时资料中心”,是被国际Argo组织认可的11个国家Argo资料中心之一;业务运行的“北斗剖面浮标数据服务中心(中国杭州)”,是3个为全球Argo实时海洋观测网提供剖面浮标卫星定位及观测信息传输服务的平台之一。在刚刚过去的半年中,杭州Argo野外站因受COVID-19疫情的影响,除了海上布放浮标及与此相关的国际合作交流活动受到一定的影响外,其他业务工作(如浮标观测信息的接收与解码,观测数据的处理与质量控制,Argo资料及其衍生数据产品的研发与交换共享,以及科学研究与示范应用等)则仍正常开展,总结如下:
1、长期观测
(1)浮标布放
        2019年12月-2020年2月期间,由本站参与的印度洋联合海洋与生态研究计划项目,搭载《向阳红6》号调查船在东印度洋海域布放了15个自动剖面浮标,其中14个PROVOR型(采用铱卫星传输观测信息,并有一个配备了溶解氧传感器)和1个新型的HM2000-DO型(加装Aanderaa Optode 4330溶解氧传感器,采用北斗卫星导航系统定位及传输观测信息)。到2020年6月底为止,除HM2000-DO型浮标因本身技术故障,布放后未传回任何观测信息外,其他14个国外进口浮标均工作正常,并已获取250多条0-2000米水深范围内温、盐度和20多条溶解氧剖面数据。
截至2020年6月底,全球Argo实时海洋观测网中活跃浮标的数量维持在3900个左右,其中由我国Argo计划贡献的活跃浮标有80多个。
(2)数据接收与处理
        2020年1-6月,本站共接收到103个由我国布放的、且仍在海上正常工作浮标观测的近2070条温、盐度及部分生物地球化学要素剖面(表1)。对每日接收的浮标观测信息,本站按业务流程,进行了实时质量控制,经质量控制的数据在24小时内提交至全球Argo资料中心和全球通信系统(GTS),供各国基础研究和业务化预测预报使用。
 
表1  2020年1-6月本站接收和处理的Argo剖面数据
观测要素 剖面数量(条)
温、盐度和压力 2069
溶解氧 186
叶绿素 170
CDOM 136
颗粒物后向散射 170
辐照度 393×3
硝酸盐 131
pH 63
 
 
 
(3)全球Argo数据快速接收与质量再控制
        通过建立的全球Argo数据快速接收与质量再控制系统(图1),每天实现与全球Argo资料中心服务器的同步,提取最新的观测数据进行质量再控制,以确保由各国Argo资料中心提供的原本质量参差不齐的Argo资料能得到统一检验。上半年,本站共接收和处理了多达37万条温、盐度剖面(包括由各国Argo资料中心更新过的历史Argo温、盐度剖面)。通过该系统输出的Argo温、盐度数据将陆续向各海区局和国家海洋环境预报中心等业务单位进行推送。
全球Argo数据快速接收与质量再控制系统流程
 
(4)Argo数据延时模式质量控制
        利用国际Argo资料管理组推荐的方法(主要包括压力校正、热滞后校正以及盐度延时模式校正),开展了历史Argo数据的延时模式质量控制工作。上半年,分别对20446条APEX型浮标观测剖面和4240条PROVOR型浮标观测剖面进行了延时模式质量控制,有效地消除了历史积压,使我国提交的延时模式数据文件占比超过50%(图2)。
2  20206月各国Argo资料中心提交的实时和延时模式数据文件占比
(蓝色:实时数据;红色:延时模式数据;本站在全球海洋Argo系统中的简称为CSIO
 
2、科研进展
(1)项目进展
        2020年1月18日,由本站牵头完成的科技基础性工作专项“西太平洋Argo实时海洋调查”重点项目(项目编号2012FY112300,2012-2017年),接受了科学技术部基础研究司和国家科技基础条件平台中心组织的专家组在北京铁道大厦举行的项目综合绩效评价。按照科技部基础研究司“关于开展第二批科技基础性工作专项项目综合绩效会议评价的通知”精神和会议日程安排,项目负责人许建平研究员从项目完成情况、人才培养、数据资源汇交、科学价值和应用前景以及组织管理等五个方面进行了汇报;专家组在听取汇报和审阅相关材料后,进行了质询和答疑。按管理部门的规定,各项目验收意见将会在参与本轮综合绩效会议评价的全部项目评价结束后,一并公布。
2020年6月,整编并提交了“印度洋联合海洋与生态研究计划”项目布放在东印度洋海域的Argo浮标观测数据;同时,使用野外站开发的水下滑翔机质量控制与处理软件,为本项目布放的13台海翼1000米级水下滑翔机获取的3461条温、盐度剖面数据进行了后期处理与质量控制。
(2)研究成果
        本站首席科学家柴扉研究员领衔,邢小罡和王云涛副研究员等参与撰写的“海洋生物地球化学的自动化观测平台”一文(综述文章),于2020年5月公开发表在Nature子刊《Nature Reviews Earth & Environment》上。该文全面梳理了海洋观测平台的发展脉络(图3),总结了自动化移动平台的观测优势与发展现状,阐明了移动平台(特别是全球BGC-Argo计划)在未来海洋生态学与生物地球化学研究中所处的位置以及多平台协同观测的重要性。在2019全球海洋观测大会(OceanObs'19)上,BGC-Argo计划的实施细节得到了完善,修订后的计划旨在与Argo计划更好的互动和协同,从而实现Argo计划的长期愿景—“全球性、全面性和多学科性”。未来的区域性海洋调查任务将以多平台协同观测的模式为主,实时同步获取多学科的重要参数(Chai, F., K. S. Johnson, H. Claustre, X. Xing, Y. Wang, E. Boss, S. Riser, K. Fennel, O. Schofield and A. Sutton (2020). Monitoring ocean biogeochemistry with autonomous platforms. Nature Reviews Earth & Environment, 1: 315–326)。值得指出的是,Nature Reviews Earth & Environment是Nature Reviews系列的新创期刊,旨在介绍、总结或梳理地学领域的技术发展、科研成果和知识体系。柴扉研究员和邢小罡、王云涛副研究员等应邀为该刊撰写综述文章,也表明了杭州Argo野外站的相关科学研究成果得到了国际同行的充分认同。
海洋生物地球化学观测平台与主要国际计划的时间线
        由本站站长刘增宏高级工程师撰写的“配备GPCTD传感器的‘海翼’型水下滑翔机观测数据的实时质量控制”一文,基于Argo数据质量控制的方法和程序,针对国产“海翼”型水下滑翔机在南海和吕宋海峡以东海域观测的温、盐度剖面数据,研究了适用于GPCTD传感器测量数据的质量控制方法,并加入了MEDD测试和气候态测试步骤,可有效检测异常值和存在漂移的剖面数据;还利用该方法,专门设计了一套针对“海翼”水下滑翔机CTD观测数据的处理软件,并推广应用到了印度洋联合海洋与生态研究计划项目获取的水下滑翔机观测数据中。

        该项研究成果(Liu Zenghong, Xu Jianping, Yu Jiancheng. 2020. Real-time Quality Control of data from Sea-Wing underwater glider installed with Glider Payload CTD sensor, Acta Oceanologica Sinica, 39(3):130-140.)已经公开发表在第一批入选中国科技期刊卓越行动计划期刊上。
据不完全统计,上半年野外站科研技术人员在国内外学术刊物上公开发表论文5篇,其中SCI论文2篇,EI论文1篇;软件登记1项(全球Argo数据快速接入与质量控制系统,刘增宏、李兆钦、卢少磊、吴晓芬、孙朝辉,登记号:2020SR0290923,授权公告日:2020.3.26)。
3、开放服务
(1)Argo资料及其衍生数据产品
        1)Argo实时资料
            上半年,本站接收到由我国布放的103个浮标观测的温、盐度及部分生物地球化学要素剖面共计约2070条,经实时质量控制后,全部通过互联网和世界气象组织(WMO)的GTS,上传至全球Argo资料中心和各国气象业务中心,及时与成员国交换共享。
        2)Argo延时资料
            截至2020年6月底,对约24686条由我国布放的浮标观测的温、盐度剖面,进行了延时模式质量控制,并通过互联网正式提交至全球Argo资料中心。
        3)Argo衍生数据产品
           上半年,本站已经完成新版BOA_Argo网格资料集的制作工作,使其时间序列由2004年1月—2018年12月,更新至2019年12月。该数据集不仅公开发布在杭州Argo野外站/中国Argo实时资料中心网站(www.argo.org.cn)上,而且还同步发布在国际Argo官方网站(www.argo.ucsd.edu)上,供国内外用户免费下载、使用。
        4)经质量再控制的Argo资料
            上半年,本站通过资料交换共享渠道获得的约37万条由各国Argo资料中心提供的温、盐度剖面,经过更加严格的质量再控制后,除了发布在杭州Argo野外站/中国Argo实时资料中心网站外,还及时推送至国内业务化部门和单位使用。
(2)助力国产剖面浮标海试认证
        受国家海洋技术中心和天津深之蓝海洋设备科技有限公司委托,本站开展了新型(COPEX)剖面浮标(使用北斗卫星传输数据)的海试认证工作。2020年5月11日,野外站搭载由自然资源部第二海洋研究所工程中心潘国富研究员任首席科学家的南海调查航次,利用《海大》号综合调查船在吕宋岛西北方向的南海海盆区域布放了3个由国家海洋技术中心提供的COPEX型浮标,并由北斗剖面浮标数据服务中心(中国杭州)直接对浮标观测信息进行接收和解码,整个海试时间将持续3个月以上。按照新型剖面浮标海试方案的要求,并考虑到边缘海复杂的地形和水深变化,浮标在自由漂移过程中很容易触底或者搁浅,为此对3个试验浮标设置的循环周期、停留漂移深度和最大剖面观测深度分别为24小时、1000米和2000米,预计在整个海试期间(3个月)每个浮标至少能正常运行100个循环。截至2020年6月底,这些浮标工作正常,已经分别完成了50多个循环,累计获得了150多条0-2000米水深范围内的温、盐度剖面(图4)。待海试结束后,本站将对该批新型浮标获得的观测信息,按照国际Argo组织的要求,从浮标技术性能到观测资料质量等进行全面检验和论证,撰写并提交“COPEX型剖面浮标示范试验技术分析和资料质量评估报告”。之后,再留给浮标研制单位一段时间,以便对海试中发现的影响浮标技术性能的问题得到圆满解决时,择机申请Argo组织进行国际认证。
4  3COPEX型浮标漂移轨迹(红色五角星代表最新位置)
 
        2020年5月,本站站长、国际Argo资料管理组成员刘增宏高级工程师还受国际Argo指导组的邀请,加入了国际Argo组织刚刚成立的针对新型剖面浮标和新型传感器的认证工作组,拟对加拿大RBR公司研制的RBR argo CTD传感器观测的剖面数据进行国际认证。6月11日,该小组借助ZOOM视频会议软件举行了第一次讨论会,刘增宏站长应邀参加了会议,并在会前提交了一份由我国Argo提供的涉及RBR argo CTD传感器观测数据的分析报告,供认证工作组参考。本次会议由国际Argo指导组联合主席Susan Wijffels教授主持,加拿大RBR公司总裁Greg Johnson先生和Mathieu Dever博士分别就RBR argo CTD传感器的使用情况、精度评估、长期稳定性和动态校正方法等,给与会代表进行了全面而有系统的介绍,并逐一回答了工作组专家提出的问题,经质询和探讨,将形成一份会议意见建议报告,供RBR公司在改进和完善RBR argo CTD传感器技术性能和进一步提高观测数据质量和稳定、可靠性时参考。会议决定,待RBR公司对目前暴露的相关技术问题得到基本解决或者明显改进后,再择机举行第二次会议。
(3)访问与交流
        2020年1月,本站许建平研究员受中山大学(珠海校区)大气科学学院、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)徐丹亚副研究员的邀请,做了题为“Argo2020:迎接一个全球、全海深、多学科海洋观测时代”的学术报告,并回答了师生们提出的有关Argo资料质量控制及其应用方面的问题,还就共同建设与维护南海Argo区域海洋观测网等事宜与南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)特聘专家、原国家海洋环境预报中心总工王彰贵研究员等专家学者进行了探讨。同月,许建平研究员还接受了由中国海洋发展研究会、中国海洋工程咨询协会联合主办,广东省自然资源厅、珠海市人民政府指导的第六届中国海洋地理信息产业新丝路高峰论坛会议组委会的邀请,在“海洋技术与装备分论坛”上做了题为“全球Argo实时海洋观测网建设与展望”的学术报告。
        2020年4月,刘增宏站长应邀参加了由国际Argo计划办公室主办的第21次国际Argo指导组年会(ZOOM视频会议),除了按惯例在会前提交了“2019年度中国Argo国家报告”外,还在视频会议期间作了题为“Progress on HM2000 float”的口头报告,对我国首个经国际Argo组织认证的国产剖面浮标的推广应用及其观测数据的质量情况等,向与会的各国代表做了简要介绍和说明。会议互动交流期间,有代表询问了HM2000型剖面浮标的生产成本,也有代表提出该型浮标在全球Argo观测网中的占比太少,希望中国Argo能够加大布放浮标的力度等。
2020年6月23日,刘增宏站长受自然资源部海洋预警监测司邀请,参加了由该司组织召开的专项剖面浮标和表面漂流浮标布放方案视频研讨会,并向与会领导和专家详细汇报了前期受海警司委托制订的专项剖面浮标布放方案,听取了与会代表提出的意见和建议。会后,经修改和补充完善,该方案已经由海洋二所科技处正式提交海警司。
4、运行管理
        2020年上半年,野外站在自然资源部第二海洋研究所临安基地安装了两套北斗卫星导航系统的接收天线,并已完成测试等相关工作,具备了业务化接收国产北斗剖面浮标观测信息的能力,在原有北斗剖面浮标数据服务中心(杭州本部)的基础上,又扩建完成北斗剖面浮标数据服务中心(临安基地),使得该中心的软、硬件系统有了双重保险,不仅可以满足国内大批量布放国产剖面浮标的需求,也为国产浮标走出国门、并配套提供浮标观测信息接收和解码服务做足了技术储备。
        受自然资源部海洋预警监测司委托,上半年本站还承担完成了部属单位相关专项购置、布放剖面浮标信息的统计任务;在此基础上,对3个海区局前期购买的剖面浮标编制完成了《专项任务剖面浮标布放方案》,已提交主管部门决策参考。
        值得指出的是,因受近些年机构改革、职能部门工作调整、研究项目与专项项目衔接脱节,以及近期COVID-19疫情等主客观因素的影响,中国Argo浮标观测网中业务化运行的浮标数量呈明显下降趋势。然而,造成我国在全球Argo实时海洋观测网中活跃浮标数量骤减、国产北斗剖面浮标难觅踪影、国际排名跌出前十,从而影响到我国在国际Argo成员国中声誉的直接原因,似乎不是浮标观测网建设运行经费不足,也不是国产剖面浮标的产能受限,更不是采购和布放浮标的数量太少,而是未能做到物尽其用,导致宝贵的浮标资源浪费,甚至损失严重。为此,建议上级管理部门进一步重视和强调我国实时Argo剖面浮标观测网建设维护的重要性和必要性,并要求部属拥有剖面浮标资源的单位和项目负责人,能以国家利益为重,将各自布放的浮标观测信息,能统一委托Argo野外站接收、解码和质量控制等,以确保Argo资料的质量,共同为我国Argo计划的组织实施,以及提升我国在国际Argo成员国中的地位和作用做出积极贡献。
5、下半年主要工作任务
        按照部办公厅《关于印发2020年全国海洋预警监测工作方案的通知》(自然资办发[2020]11号)精神及其《工作方案》中明确的“自然资源部第二海洋研究所负责……中国实时Argo浮标观测网业务化运行的技术支撑工作”和“负责本单位各类海洋观测数据的传输和汇交”等任务,杭州Argo野外站将在部科技发展司和海洋监测预警司的引领下,积极配合各海区局完成已购剖面浮标(约110个)的海上布放,以及所有剖面浮标观测资料的接收和质量控制工作,并按要求及时推送部属业务部门和各海区局;同时,在前期做足充分准备的基础上,争取海洋观测专项中400多个国产剖面浮标布放任务能尽早落地并实施,争取在年底前能布放一批该任务浮标,以便能及时弥补我国实时Argo浮标观测网中活跃浮标明显下降的局面,进一步巩固我国在Argo成员国中的地位和作用。同时,将以高标准、严要求来推进野外站的自身发展和壮大,遵循国家野外站观测、研究、示范和服务的科学定位,面向国际前沿科学问题和国家重大需求,开展长期稳定的连续观测和试验研究及示范应用,以促进Argo资料及其衍生数据产品在更大范围内的开放共享与服务,收获更多的原创性科技成果,进一步改进和提高我国海洋和天气/气候科学领域中业务化预测预报的精度和基础研究的水平。