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  • 第十九次国际Argo资料管理组会议在美国圣地亚哥顺利召开
  • 作者:中国Argo实时资料中心   来源:中国Argo实时资料中心   发表时间:2019-01-18 13:09:30   点击:
  •       第十九次国际Argo资料管理组会议(ADMT-19)于2018年12月2-7日在美国圣地亚哥举行,会议由美国斯克里普斯(Scripps)海洋研究所承办。应会议组织方邀请,经原国家海洋局国际合作司及自然资源部第二海洋研究所和卫星海洋环境动力学国家重点实验室的批准,刘增宏高工、邢小罡副研究员和吴晓芬助理研究员出席了本次会议。应邀出席会议的中国代表还有自然资源部国家海洋信息中心海洋数据管理中心的杨锦坤主任和董明媚副研究员,以及厦门大学王海黎教授。


    一、会议概况
          按照会议议程,本次会议分为三个部分,即由两个专题研讨会和一个年会,分别为“第6次Argo资料延时模式质量控制(DMQC)研讨会”(12月2-3日)、“第7次生物Argo (BGC-Argo)研讨会”(12月4-5日)和“第19次国际Argo资料管理组(ADMT-19)会议”(12月6-7日)。DMQC研讨会由Scripps海洋研究所John Gilson博士、英国国家海洋中心Brian King博士和澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)Annie Wong女士联合主持;BGC-Argo会议则由来自法国滨海自由城海洋学实验室的Hervé Claustre教授主持;ADMT-19会议由国际Argo资料管理组两位联合主席—Scripps海洋研究所Megan Scanderbeg女士和法国海洋开发研究院(IFREMER)Sylvie Pouliquen女士共同主持。来自世界上14个国家(澳大利亚、加拿大、美国、中国、法国、德国、日本、韩国、印度、意大利、西班牙等)的75名专家学者参加了本次会议,其中12个国际Argo主要成员国在本次会议前按要求书面提交了2018年度Argo资料管理国家报告。会后,各专门工作组还将编写会议纪要,其中ADMT年会还将形成多项决议,以便各国在新年度(2019)Argo资料管理中参照执行,并能贯彻落实。

    图1   出席ADMT-19次会议的全体代表合影


    二、会议主要内容
          (一)第6次Argo资料延时模式质量控制研讨会
          为期两天的Argo资料延时模式质量控制研讨会,围绕延时模式质量控制技术、存在盐度漂移浮标的检测、轨迹资料的延时质控、盐度漂移的正确识别、延时模式数据的质量再控制及提交流程、欧洲Argo资料延时模式质量控制活动和难以判断、质控的特别浮标等7个议题进行了逐一、充分的探讨与交流。最终讨论的焦点主要集中在如下两个方面:
          1、延时模式质量控制标准方法的不断更新及其辅助工具的开发
          国际Argo计划实施以来,一直非常关注剖面浮标观测的盐度数据质量,且目前针对盐度数据的延时模式质量控制的标准方法称为OW方法。来自Scripps海洋研究所的John Gilson博士等概要阐述并总结了利用OW方法对Argo盐度数据进行延时模式质量控制的整个过程;法国IFREMER的Cecile Cabanes博士介绍了基于OW方法改进的浮标电导率传感器误差检测方法及其在大西洋海域的应用等。目前,OW方法已经更新至2.0版本,并且发布在全球最大的代码托管平台Github上。此外,与会者还探讨了个别虽使用了OW标准方法,但经质量控制后效果仍不理想浮标(只占极低的比例)的处置。经分析发现,个别浮标可能与质控技术人员业务能力或考虑不周所致,建议强化质控人员的技术培训,并进一步改进完善质控程序;而有些浮标观测数据确实比较复杂,如地中海Argo区域中心G. Notarstefano博士给出的一个WMO编号为3901852的浮标,虽然地中海的盐度阈值在Argo资料质量控制手册中是单独列出的,但该阈值的精度(只是小数点后一位)并不高,导致质控过程中出现无效数字(NaN值)。为此,Notarstefano博士建议提高地中海盐度阈值的精确度(至少保留到小数点后两位),避免即使浮标观测的数据是好的,却被标记为不好的误判。
          无论是WJO、BS方法,还是OW方法,对于历史数据的数量、准确度和时空相关属性都有严重依赖性,质控技术人员对温盐时空相关尺度和电导率传感器变化的拐点的设定等,对盐度订正结果也有重要影响。为此,来自各国Argo资料中心的质控技术人员还开发了多个基于不同理论的辅助工具,以提高质控的有效性。如印度质控技术人员基于类神经网络开发的Argo盐度数据延时模式质量控制方法,在一定程度上弥补了印度洋海域CTD参考数据较少的劣势;国际Argo联合主席、伍兹霍尔(Woods Hole)海洋研究所Susan Wijffel教授开发了一种基于浮力频率参数快速发现坏数据的方法,可以帮助各国Argo资料中心方便识别浮标测量的盐度异常,究竟是海水的自然变化还是由传感器漂移引起的。澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO)基于OW方法,建立了一套更加完善的、结合计算机自动识别与人工检视方式于一体的Argo资料延时模式质量控制程序(图2)。该系统的用户界面与OW质控程序完全可以兼容,且具有自动记录质控流程和随时手动输入自由格式文本等功能。

    图2   CSIRO建立的延时模式质量控制图形用户界面系统

          2、传感器技术及参考数据集更新
           Scripps海洋研究所John Gilson博士报告了海鸟公司SBE 41和SBE 41CP两种型号CTD传感器产生的盐度漂移问题(图3),随着观测剖面的增加,发现序列号在6000-7000之间的电导率(盐度)传感器漂移最严重,而且漂移速度也最快。在测量40个剖面后,出现盐度误差大于0.01的CTD传感器占了总数的40%左右;测量100个剖面后,出现盐度漂移的CTD传感器占到了总数的80%以上。John Gilson博士指出,更多浮标出现的盐度漂移问题意味着更加繁重的延时模式质量控制工作即将来临。为此,他呼吁各国科学家在投放浮标的同时,一定要记录好其携带的CTD型号、序列号以及其它各项参数,这对后期观测数据的质量控制至关重要。

    图3   海鸟公司生产的不同系列号CTD传感器存在的盐度漂移情况

    图4   海鸟公司电导率传感器的质量评估

          导致电导率传感器发生漂移的原因主要有传导单元受污染、生物附着、电子元器件故障和海水渗透等。针对SBE  CTD电导率传感器漂移所带来的盐度误差问题,海鸟公司David Murphy先生早先(2018年3月)给国际Argo计划组织的解释是,由于玻璃电导率单元与聚氨酯封装剂之间的海水渗透,导致信号线与地线之间形成平行电阻,使得测量的海水电导率发生漂移,从而影响到据此计算的盐度值。会上来自该生产企业的代表进一步介绍了海鸟CTD传感器的质量评估及其针对问题传感器的后期校正所面临的挑战(图4)。报告指出,海鸟公司生产的电导率传感器所观测的剖面,60%以上可以满足国际Argo计划提出的盐度精度要求,而针对问题浮标的校正,则提出需要与物理海洋学家紧密合作,通过不同的模型及阈值设定等,首先判别哪些观测剖面的盐度数据是不准确的。
          正因为盐度漂移等问题的存在,Argo数据的延时模式质量控制显得尤为重要,其中高质量的历史参考数据集又显得格外重要。目前,国际Argo资料质量控制小组提供的两个历史参考数据集,一个是由法国IFREMER利用历史CTD参考数据制作的,另一个则是由Scripps海洋研究所利用高质量的Argo参考数据制作的,且这两个参考数据集都在不定期更新。来自IFREMER的Christine Coatanoan女士介绍了新版(2018年3月)CTD历史参考数据库的更新情况,主要吸纳了海洋气候实验室(Ocean Climate Library,OCL)在2002-2016年期间获得的CTD数据,以及在地中海和北大西洋海域中多个航次观测的CTD剖面数据,且北极和亚北极海域的CTD数据也有了不同程度的增加。 Coatanoan女士鼓励各国Argo资料中心能够通过不同渠道广泛收集CTD资料,并能发送给CCHDO办公室,再由他们根据CLIVAR的要求进行质量控制,转换成统一格式后发送至Coriolis,最后统一制作成历史参考数据集,提供给各国Argo资料中心用于Argo资料延时模式质量控制。Scripps海洋研究所John Gilson博士则报告了Argo参考数据库的制作和更新情况。除去序列号为6000-7000范围的CTD观测数据,仅有10%的剖面出现盐度漂移,且漂移过程十分缓慢。对这部分剖面进行延时模式质量控制后,又实行了一系列要求更加严格的质控程序,最后挑选出575,940条剖面制作完成了最新版的Argo参考数据库,作为CTD历史参考数据库的补充。

          (二)生物Argo研讨会
          为期两天的第7次生物Argo研讨会分为各个国家的数据管理进展报告以及议题讨论两部分内容。会议一开始,来自法国滨海自由城海洋学实验室的Hervé Claustre教授作为国际BGC-Argo计划的主席,首先介绍了目前国际BGC-Argo计划的发展现状,特别提到2018年政府间海洋学委员会(IOC)执委会会议通过了“在全球布放能观测6个生物地球化学参量Argo浮标”的决议。该决议批准国际Argo计划可向生物地球化学领域拓展,鼓励各IOC成员国支持国际Argo计划,以及准许Argo指导组可自主决定在Argo平台上进行其他海洋学观测的尝试。该决议不仅将国际BGC-Argo计划的身份进一步“官方化”,且明确支持国际Argo计划未来可进行搭载各种新型传感器的尝试。
          接着,印度、英国、日本、澳大利亚、德国、加拿大、法国、中国、美国等共9个BGC-Argo计划参与国,分别针对本国BGC-Argo的数据管理与浮标布放计划,做了扼要汇报。我所邢小罡副研究员作了“中国BGC-Argo数据管理进展”报告,总结了过去一年中国投放生物Argo浮标的情况。目前,仍有6个BGC浮标在海上正常工作,且分别位于西北太平洋(5个)和南大洋(1个);2019年中国有计划投放20个BGC浮标,其中8个来自于自然资源部第二海洋研究所,12个来自于中国海洋大学;“中国Argo实时资料中心(杭州)”已整合了全部生物地球化学传感器的数据处理与实时质控程序,具备了运行大规模BGC-Argo观测网的能力。
          其他国家的主要进展包括:印度已投放了67个BGC浮标,并于2018年确定了在印度Argo计划中增加BGC浮标的布放数量,未来将每年投放16个,以保证印度在国际BGC-Argo计划中占有一定的比例;日本已投放了89个BGC浮标,并将在2019年首次尝试布放深海BGC浮标(仅携带溶解氧传感器);法国启动了一个Argo数据质量管理的研究项目,将尝试利用“深度学习”等计算机方法进行数据质控;澳大利亚启动了一个投资200万澳元、为期三年的BGC-Argo科学项目;德国将于2019年投放首个高光谱BGC浮标;美国已投放了378个BGC浮标,其在南大洋的SOCCOM项目已投放了132个浮标(其中113个仍在运行中),未来每年还将继续投放30-40个BGC浮标,以确保其在南大洋的BGC-Argo观测网可再持续4-5年。
          之后,研讨会围绕6个核心生物地球化学参量的数据质控分别展开了讨论。其中,我所邢小罡副研究员做了“叶绿素荧光数据延时质控方案”以及“辐照度计暗信号的温度效应校正”两个报告,搭建起了叶绿素荧光数据与辐照度数据延时质控的框架,这两个参量将在未来2年内确定其“延时质控”方法;后向散射、溶解氧、硝酸盐、pH值的质控方法都已基本成熟,讨论的重点在于一些细节的优化。总的说来,目前6个生物地球化学参数的数据管理方法发展迅速,数据处理文档也已基本完善,但质控文档还不够完善,目前仅有硝酸盐、后向散射和辐照度3个(图5),生物Argo数据管理组计划于下次ADMT会议前填补另外3个参数的空白。

    图5   6个生物地球化学参数的质控文档


          (三)ADMT-19次会议
          会议围绕Argo计划现状、实时数据管理、2个全球Argo资料中心的服务、延时模式数
    据管理、数据格式、区域Argo资料中心运行情况等议题展开交流与讨论,主要是为了检查ADMT-18次会议上形成的各项行动计划的完成情况、Argo数据实时和延时模式管理工作的反馈情况及其改进和提高的途径,以及区域Argo资料中心的运行状况等。
          1、Argo指导组会议反馈
          国际Argo计划联合主席Susan Wijffel教授首先介绍了在加拿大维多利亚(Victoria)召开的AST-19会议(2018年3月12-16日)的讨论结果,回顾了Argo计划向深海、边缘海、赤道、两极和西边界流海域,以及生物地球化学领域拓展的情况,特别指出在边缘海的推进相对比较缓慢,主要与EEZ和布放浮标数量等问题有关,还有新的参数进入Argo观测体系的规范化等;接着汇报了AST-19会议上关于大规模投放配备RBR CTD传感器浮标的问题,该项工作虽已启动,但进展缓慢,仍需在更多的海域对该型传感器进行测试,在评估完成之前,所有该型CTD传感器的观测数据质量标记应全部标为“3”(可能为坏数据);最后阐述了Argo指导组关于Argo计划下一个20年的思考,即该如何发展与实现目标的问题,其中包括向OceanObs'19大会提交的有关Argo计划的白皮书、在日本东京召开的第六届Argo科学研讨会上提出的Argo2020理念、技术及数据管理挑战等方面。她在结束发言前,提议与会代表鼓掌以表达对Argo计划取得的又一个里程碑意义的200万条剖面,表示热烈庆贺。
          2、DMQC研讨会和BGC -Argo研讨会的反馈
          CSIRO的Annie Wong女士汇报了来自DMQC研讨会上形成的12项决议,包括建议各国Argo资料中心通过Github站点升级OW方法到2.0版(由Cecile Cabanes博士改进),以及在盐度漂移分析中分别使用两个参考数据库(CTD, Argo);由专人负责对OW方法进行其他方面的更新后发布OW 3.0版等。接着,BGC-Argo计划主席Hervé Claustre教授代表BGC- Argo成员汇报了第7次BGC -Argo研讨会的成果,包括过去一年来9个国际BGC-Argo计划参与国的整体进展情况以及未来的发展规划等。
          3、Argo计划执行现状及其与用户的联系
          ADMT联合主席Megan Scandebeg女士和与会代表共同回顾了上一次会议(ADMT-18)上形成的45项决议的完成情况。国际Argo信息中心(AIC)协调员Mathieu先生详细介绍了过去一年国际Argo计划的执行现状,以及实施Argo2020计划所面临的诸多挑战。Mathieu先生再一次强调了浮标投放前登记注册(申请WMO编号)的重要性和必要性,以避免全球Argo观测网中越来越多的“孤儿”(未登记注册的)浮标影响到Argo计划的数据流,并希望有志愿者来负责这些“孤儿”浮标的质量控制和日常数据管理。
          4、实时和延时模式数据管理
          加拿大Ann Tran女士按惯例回顾了2017年11月—2018年10月期间Argo实时数据上传至GTS的情况,总体情况良好,其中97%的数据能及时上传。在讨论实时模式质量控制程序中气候态数据的选取方面,ADMT联合主席Sylvie Pouliquen女士汇报了使用MinMax气候态的反响,美国Woods Hole海洋研究所Breck Owens博士则介绍了一种新的基于梯度法的气候态选择方案;CSIRO的Annie Wong教授则介绍了随着Argo计划中深海型浮标的增加,如何对深海剖面数据进行质量控制标记的思考。

    图6   RBR CTD电导率传感器后期校正


          延时模式质量控制议题是本次会议讨论的重点。除了围绕历史CTD 和高质量Argo两种参考数据库更新的讨论外,还就如何制定新的衡量标准来监控那些侥幸通过了延时模式质量控制的可疑浮标等议题展开了探讨。值得一提的是,除了海鸟(SBE)CTD生产商的代表出席了此次会议外,来自加拿大的RBRCTD生产商代表Jean Leconte技术总监也列席了本次会议,并做了题为“RBR CTD 电导率传感器的后期校正”的技术报告,指出一个来自中国Argo计划的配备了RBR CTD传感器的浮标,其电导率传感器发生了漂移,相比船载CTD仪观测结果和WOA参考数据,确实出现了不小的偏差(图6),在2000米深度上盐度误差可达0.050左右,技术人员对其进行后期校正后发现,该传感器呈现的漂移是线性的,故其观测精度可以通过后期的质控来校正。
          5、Argo区域中心现状
          目前在运行的Argo区域中心包括太平洋、印度洋、北大西洋、南大西洋、南大洋以及地中海/黑海等6个,分别由日本(日本海洋与地球科技厅,JAMSTEC)、印度(印度国家海洋信息中心,INCOIS)、法国(法国海洋开发研究院,IFREMER)、美国(大西洋海洋与气象实验室,AOML)、英国(英国海洋资料中心,BODC)和意大利(意大利国家海洋与地球物理研究所,OGS)等国家负责。来自法国IFREMER的CecileCabanes女士介绍了北大西洋Argo区域中心在过去一年的工作,包括确保北大西洋所有延时模式数据的一致性、新的北大西洋温盐数据产品(ISAS17)的开发,以及ANDRO数据产品的更新等;来自OGS的Notarstefano博士则介绍了地中海Argo区域中心浮标运行监测、地中海和黑海参考数据库建设、出现大的盐度漂移浮标数据的延时模式质量控制等工作;来自日本JAMSTEC的Fumihiko Akazawa博士介绍了过去一年太平洋Argo区域中心的主要活动,重点介绍了网站的更新情况,新的网站将于2019年1月建成,可以帮助用户更加方便获取所需要的数据并进行反馈。印度过去一年在印度洋布放了19个浮标(包括2个BGC浮标和2个避冰浮标),累积布放的浮标数量达到了454个,且到2020年,预计每年会投放40个浮标;印度洋Argo区域中心还多渠道积极收集CTD资料,以便建立针对印度洋的历史CTD参考数据集。来自德国BSH的Birgit Klein女士介绍了南大洋Argo区域中心的建设情况,目前正式加入该区域中心的国家及其研究机构还有英国BODC、澳大利亚CSIRO和美国AOML,且南大洋碳和气候观测及模拟项目(SOCCOM)于ADMT-18会议期间正式加入南大洋Argo区域中心,该项目已经在南大洋投放了132个浮标,目前活跃浮标仍有113个,其中24个为避冰浮标(图7);未来计划在南大洋投放并维持200个由BGC浮标组成的BGC-Argo观测网,该区域中心还建立了Argo南极应急系统等。
    图7   加入Argo南大洋区域中心的SOCCOM项目浮标概位

    三、体会与建议
          近年来,国际Argo计划正从原先的“核心Argo”向真正的“全球Argo”迈进,即由全球无冰覆盖公共海域向极地、边缘海、深海和生物地球化学领域拓展,更是在2018年提出了加强版的全球Argo计划—Argo2020。可以预计,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。随着国际Argo计划的不断拓展,Argo资料管理特别是延时模式质量控制任务正面临巨大挑战,各国Argo资料中心亟需投入更多人力和物力,才能肩负起国际Argo计划赋予各成员国的责任和义务。
          1、 Argo资料质量越来越受到重视
          Argo计划得以维持和发展,离不开对观测资料质量的长期高度重视。浮标布放入海仅仅是第一步,布放之后的资料处理和质量控制,才是真正关系到科学家们利用这些资料开展基础研究和业务化预测预报能否取得好的应用效果的主要因素。为此,国际Argo组织对于新传感器的认证显得相当谨慎,目的是确保进入全球Argo数据库的资料具有高质量。即使是已经得到认可的CTD传感器(如美国海鸟公司生产的SBE41和41CP型),国际Argo组织也会对其获取的资料进行长期监测。如近年来发现序列号在6000-7100之间的SBE41 CTD传感器获取的盐度资料,出现了比以往更为严重的漂移问题,引起了国际Argo计划的高度重视,目前正采取一些必要的补救措施,如向全球用户发布通告、将浮标列入灰名单、优先对这些浮标进行延时模式质量控制等。此外,还高度重视高质量船载CTD资料的收集并更新进入Argo参考数据集,作为Argo延时模式质量控制的重要背景场;延时模式工作组针对OW方法在实际使用过程中遇到的一系列技术问题,将对该工具进行优化。随着Argo数据量的激增,国际Argo也十分重视数据质量快速检验工具的开发和共享,其目的是验证浮标观测到的异常值究竟是由传感器问题导致的,还是一种真实的海洋现象。
          2、BGC-Argo质控方法研究存在差距
          BGC-Argo计划发展迅速,预计在未来3-5年内进入“快车道”。目前全球生物Argo投放量最多的国家仍然是美国和法国,印度和澳大利亚也得到了政府的巨大支持。自然资源部第二海洋研究所下属卫星海洋环境动力学国家重点实验室(SOED),虽于2018年5-9月率先在西北太平洋海域构建了我国首个生物Argo观测网,但投放浮标的总量仍无法与上述四个国家相比。生物Argo作为一种新型的海洋生态系统与生物地球化学过程的观测手段,其观测数据新颖、独特,其质控方法也比较特殊。国际上对BGC浮标观测要素的质量控制方法研究非常重视,这也是生物Argo计划得以推进和可持续发展的保证。目前,美国和法国在生物地球化学要素的延时模式质控方面具有较大的优势,其中美国MBARI还开发了一套主要用于溶解氧的延时模式质量控制软件。我国虽然在生物Argo资料质控方法上也有一些研究成果,并得到国际认可,但总体上与发达国家的水平还存在不小的差距。
          3、我国Argo资料管理现状堪忧
          我国Argo计划已经组织实施十六年,虽然取得了一些可喜的成果,但与发达国家的差距还是十分明显的,不仅体现在布放浮标的数量上,更体现在Argo资料的质量控制上,如Argo资料延时模式质量控制工作已经停滞3年以上,资料质量的快速检验工具至今没有开发出来,生物地球化学要素的质量控制仍处于艰难跟跑阶段,极大地影响了我国在该计划中的声誉和话语权。长期以来,资料质量控制这项基础性工作得不到重视,缺少稳定的经费支持,导致今天落后的局面其实也不可避免。同时,我国很多由国家资助的专项和科研项目陆续布放了不少自动剖面浮标,但这些浮标的资料一直以来游离于中国Argo计划之外,除了资料不共享之外,很多浮标获取的资料没有进行基本的质量控制就被用于基础研究,而且这种状况有愈演愈烈之势,造成了极大地资源浪费,更是影响到我国在国际上的声誉。
          提出几点对策建议,供主管部门决策参考:
          (1)Argo资料管理和质量控制相关工作是一项长期而十分重要的基础性工作,希望能引起主管部门的高度重视,建议给予中国Argo实时资料中心维持日常资料管理、质量控制和产品研制等工作稳定的经费支持,确保中国Argo大洋观测网的正常运行。
          (2)针对国内自动剖面浮标及其观测资料管理无序的局面,建议主管部门尽早出台相关管理规定,确保所属单位和业务部门布放的浮标得到有序管理,其观测资料由国际认可的资料中心进行统一管理和质量控制。
          (3)加强我国在Argo资料管理和质量控制方法研究,特别是生物Argo资料延时质控方法研究方面与其他国家的交流与合作,这些全新的技术和方法也可为我国开展多学科的业务化观测系统建设提供重要技术支撑。

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