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  • 第二届深海Argo研讨会在澳大利亚霍巴特顺利召开
  • 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:2019-08-03 14:42:36   点击:
  •       第二届国际深海Argo研讨会于2019年5月13-15日在澳大利亚霍巴特举行,会议由澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)及中澳南半球海洋研究中心(CSHOR)联合承办。应会议组织方邀请,经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,中国Argo实时资料中心吴晓芬助理研究员和李兆钦研究实习员出席了本次会议。应邀出席会议的中国代表还有青岛海洋科学与技术试点国家实验室(简称“海洋国家实验室”)海洋动力过程与气候功能实验室副主任陈朝晖教授、海洋国家实验室海洋高端仪器设备研发平台唐军武首席工程师。
          一、 会议概况
          本次会议主要由来自美国Scripps海洋研究所的Nathalie Zilerman博士、Sarah Purkey博士以及来自美国海洋与大气管理局/太平洋海洋环境实验室(NOAA/PMEL)的Greg Johnson博士联合主持(其中Greg Johnson博士为网上连线主持会议)。来自世界上9个国家(美国、法国、英国、日本、中国、加拿大、澳大利亚、新西兰、印度等)的30多名专家学者参加了本次会议。

    出席第二次深海Argo研讨会的部分代表合影

          开幕式上,CSIRO首席科学家、同时也是CSHOR建设的主要参与人蔡文炬教授代表承办单位欢迎了各国代表的到来,接着向与会专家学者简要介绍了CSIRO和CSHOR的基本情况和主要研究特色。接下来,为期三天的会议围绕深海Argo计划的实施进展情况、深海型剖面浮标及其CTD标准、深海Argo剖面数据质量控制策略、深海Argo向全球进行部署的战略措施等议题展开了广泛而又深入的交流与探讨。

          二、 会议主要内容
          简短的开幕式之后,为期三天的会议以3个学术报告开始了正式交流。这三个报告从不同层面讲述了实施Deep Argo计划的必要性和重要性。其中,Sarah博士作了题为“基于监测全深度海洋热含量、淡水量及环流的全球剖面浮标观测网”的报告,通过深海海水增暖、淡化、海平面上升等一系列观测比较结果,指出了监测深海海洋的重要性;Nathalie博士的报告题目为“西南太平洋内部深海环流:基于深海Argo数据的中层流估计及其变异”,讲述了深海环流估计存在着很大的不确定性,进而导致经向翻转环流估计及其对气候影响的不确定,为深海Argo计划从海盆实施向全球部署提供了参考;Greg Johnson博士则以网络在线的方式作了题为“深海Argo量化了西南太平洋底层水团的增暖速率”的报告,他在报告中指出,依据现有的投放在西南太平洋海域(目前深海Argo浮标大部分投放在此)的深海Argo浮标观测资料,2000米以深范围海水对热含量异常的贡献大概居第二位(2000米以浅海水的影响居第一位),其中,西南太平洋海域2100-4300米海水呈变冷趋势(大约为0.008℃/年),而5000-6000米范围海水则在增暖,增暖速率约为0.003℃/年,这些数据进一步显示了构建深海观测网的迫切性。
          学术报告之后会议讨论的焦点主要集中在浮标技术、CTD标准、数据质量控制及未来实施计划等4个方面:
          1、深海Argo浮标技术
          此次深海Argo研讨会的一大亮点是,除了深海浮标的使用者(PI)出席会议,各种不同类型浮标的开发商(或商业合作伙伴)也列席了会议。
                    
    构建当前深海Argo观测网的4种代表性剖面浮标
    (从左至右分别为Scripps海洋研究所研发的SOLO型、美国Webb公司研发的APEX 型、法国NKE公司生产的ARVOR型和日本JAMSTEC研发NINJA型)
          来自法国的Virginie Thierry博士首先介绍了Arvor型深海剖面浮标的发展历程,她指出,Arvor型深海浮标由Ifremer于2011年开始设计,2012年8月NKE公司研制出了第一个浮标,之后于2015年开始商业化生产。此次浮标性能测试是投放在北大西洋副极地海域的一批Arvor型浮标,浮标均配备有避冰算法和触底探测功能,且垂向分辨率设置较高(0-400米为1dbar, 400-1400米为5dbar,1400-4000米为7dbar),对浮标的存储功能及电池性能要求比较高,仅有2个浮标达到140个循环,且浮标存活率较低。试验的结果表明,浮标的避冰算法尚需要改进(浮标记忆功能障碍导致冰下观测数据缺失),部分浮标还存在较大的盐度漂移(有些甚至达0.25PSU)。随后,Jerome Sagot先生代表NKE公司,针对上述问题进行了一定的技术说明和解答,并展示了NKE公司目前正在进行的2个比测试验,一个是在Arvor浮标上加载3个不同型号的CTD(SBE41CP、SBE61、RBR),另一个是在浮标上加载ADCP仪器。试验的结果是,由于出厂时错误的参数设置,SBE41CP、SBE61型CTD需要返厂处理。
          来自Scripps海洋研究所的Dean Roemmich教授则介绍了SOLO型深海浮标的试验结果,以及在采用以色列生产的Tradiran锂电池后观测剖面数量明显增加的情况等。目前,美国Scripps海洋研究所和伍兹霍尔海洋研究所已决定不再使用Electrochem公司生产的锂电池,而转向使用Tradiran锂电池,以延长剖面浮标的海上工作寿命。此外,Dean Roemmich教授还在会上建议大家积极研发浮标的回收系统,以诊断平台和传感器出现问题的原因,并且可以对浮标进行回收以避免造成海洋污染。目前,SOLO型浮标已经具备一定的回收能力,并且可观测到6000米,具备长达6年的工作寿命。SOLO型浮标的目前的商业合作伙伴MRV公司将代理该型浮标,如果用户需要购买SOLO浮标,需要提前9个月预订,其中7个月用于准备SBE61 CTD ,2个月用于各项测试。
          来自英国国家海洋中心(NOC)的Brian King博士介绍了深海APEX型浮标的技术性能。NOC共投放了12个深海浮标(4个回收成功),其中2个投放不久即失效,3个出现漏油情况,3个只工作了很短时间,另外4个分别获取了171、92、60和59条剖面;来自日本JAMSTEC的Shigeki Hosoda博士介绍了日本投放的一批APEX型深海浮标情况。这批浮标问题更为严重,其中盐度和溶解氧出现很大误差,溶解氧剖面未能观测到4000米深,部分浮标浮力系统出现问题等。目前,JAMSTEC暂停了剩余浮标的投放,计划与浮标生产商沟通之后再作处理。APEX浮标生产商代表Dan Ryan博士随后回应了浮力系统出现问题的原因,主要是浮标底部的皮囊质量欠佳,公司已经更换皮囊供应商,有望解决这方面的问题,此外,针对6000米深海浮标,后期将主要针对浮力控制系统和浮标硬件两个方面进行改进和提升。
          来自JAMSTEC的TaiyoKo bayashi博士介绍了深海NINJA型浮标的工作性能。该类型浮标装载的是SBE41CP型CTD,可以观测0-4000米海水物理要素,配备锂电池的浮标可以观测50-70个全深度剖面,具备避冰和触底探测功能。随后,他以一个在南极冰下工作的NINJA型深海浮标作为例子进行了详细介绍,指出该浮标工作性能比较稳定,只不过其观测资料与参考数据相比,盐度偏低。
          2、CTD传感器性能
          目前深海剖面浮标使用的CTD主要有三种类型,即美国海鸟公司生产的SBE41CP型、SBE61型和加拿大RBR公司生产的CTD。
          Scripps海洋研究所的Nathalie博士介绍了海鸟公司生产的SBE61型CTD的使用情况。之前发现的涉及压力校正的硬件问题目前已经得到了解决。同其它类型的传感器一样,SBE61同样面临盐度漂移问题。Nathalie指出,该类型CTD仅34%的观测数据盐度稳定在±0.002(PSS-78)以内,并提出了三种不同的盐度漂移情况,即线性(linear)的可校正盐度漂移、混合型(hybrid)半校正盐度漂移以及灾难性(catastrophic)无法校正盐度漂移。经过讨论,大家认为该类型CTD可能需要更新部分原材料,以解决目前面临的问题。来自Ifremer的Virginie Thierry博士介绍了SBE41CP型CTD(安装在一批Arvor型深海剖面浮标上)的观测结果。大部分浮标观测数据的盐度均偏低(与船载CTD观测数据比较),范围在-0.003~-0.017之间,其中有2个浮标的观测数据盐度漂移甚至达到-0.25。中国Argo计划则在西太平洋和南大洋投放了3个Arvor型深海剖面浮标,其装载的也是SBE41CP型CTD传感器,其中有2个浮标的盐度观测值与WOA18历史数据和GO-SHIP观测数据比较,同样偏低,另外一个浮标不仅出现严重的盐度漂移,连温度值也都出现较大误差(与参考数据相比)。
          随后海鸟公司技术代表Dave Murphy博士介绍了SBE41CP和SBE61型CTD的区别,并指出SBE41CP型CTD在低温环境下压力校正出现倾斜,导致盐度观测值偏低,该问题在2018年已经解决,新的CTD 不会再出现类似问题;而SBE61型CTD电导率偏移主要有3类,包括内部材料容易生物附着而导致盐度值偏低、盐度漂移缓慢增加(线性的可校正偏移,具体原因仍在研究中)及指数型盐度漂移(具体原因需要对回收浮标进行检测才能进一步确定)。
          法国Ifremer及NKE公司采购了一批RBR CTD并安装在Arvor型深海浮标上进行测试,该测试分两次(RREX17航段和OVIDE18航段)进行,并将观测资料与现场获取的船载CTD观测数据进行比较,其中OVIDE18航段没有出现技术性问题,而RREX17航段则出现未曾预料的困难,即盐度观测数据出现系统性偏差。加拿大RBR公司技术代表Greg Johnson博士针对上述问题进行了说明,认为RREX17航段中使用的CTD传导单元可能严重受损,极有可能是运输途中造成的,并指出,未来将继续与CSIRO和NOC及Ifremer合作,测试其CTD的性能。 
       中国Argo投放的3个Arvor型深海剖面浮标的布放概位和观测数据比测
    (其中,a为三个浮标的投放概位,b为2902738号浮标与WOA18的盐度偏差,c为2902741号浮标与WOA18的盐度偏差,d、e为2902738号浮标与GO-SHIP及附近Argo数据的盐度、温度比较,f为2902738号浮标的T-S点聚)
          3、深海Argo数据质量控制
          第三天上午,与会代表讨论了深海剖面浮标观测数据的质量控制策略。Virginie Thierry博士介绍了Arvor深海浮标数据的延时模式质量控制策略,主要采取两种方法,一种是与船载CTD观测数据进行比较,在浮标投放的同时,在浮标投放点采集全深度CTD数据,另一种是采用核心Argo计划延时模式质量控制所使用的OW方法,在其基础上修改一些参数,该方法主要用于随时间变化的电导率校正。不过两种方法对参考数据的要求都比较高,因为深海盐度的准确度标准是0.002,而且很多海域缺乏深层观测数据。这也是深海Argo数据质量控制面临的一大挑战。随后,来自日本的Katsuro Katsumata博士则介绍了如何借助GO-SHIP以及日本正在实施的断面观测项目来构建高质量的参考数据库,该高质量参考数据主要来自船载CTD仪观测,以及采集全水深海水样品并使用高精度实验室盐度计对水样进行测量而获得。
          Greg Johnson (NOAA/PMEL)博士则介绍了基于SBE61型传感器自带的Cpcorr参数开发的一套深海剖面浮标数据质量控制方法。通过与船载SBE911plus型CTD观测数据进行比较后,Greg Johnson博士认为海鸟公司提供的Cpcorr参数偏低,并重新定义了Cpcorr的数值;Sarah博士则报告了不同海区Cpcorr参数可以采用不同的值,并且发现这样的处理方法效果不错;海鸟公司代表Dave Murphy博士则报告了海鸟公司提出的处理方法,认为浮标的玻璃体受到深海海水的压迫,其内部空间缩小,进而导致盐度测量值偏低,而修改Cpcorr参数并不实际,并提出了修改玻璃伸缩力参数以达到校正目的的处理方法。来自JAMSTEC的Taiyo Kobayashi博士也提到了SBE41CP型传感器同样面临的深海压力的问题,外部的高压导致仪器变形,进而导致观测误差。与会代表就继续使用Cpcorr参数的理论值还是依据不同需要对其数值进行修改展开了讨论,并决定设置一个“Cpcorr参数设定”任务小组,负责给SBE61型传感器的Cpcorr参数设定一个统一值。
          4、各国深海Argo实施前景
          会议最后一天下午,各国与会代表汇报了本国在Deep Argo观测网建设上的投入力度。美国Scripps海洋研究所Dean Roemmich教授首先回顾了Deep Argo起初的设计框架,即在全球公共大洋上每5°布放一个深海Argo浮标,共需布放1228个浮标,截止目前,美国有52个浮标处于正常工作状态,库存46个,预备寻找合适的航次进行布放,这些浮标将主要投放在西南太平洋和大西洋巴西海盆,少量投放在印度洋海域,其浮标的主要类型是SOLO和APEX型。Scripps正联合海鸟公司申请一个为期3年合作项目,主要目标是促进深海Argo计划的实施。此外,Greg Johnson博士指出得益于Paul G. Allen先生家族慈善基金的投资,2019-2020年,有28个深海浮标将投放在巴西海盆,2019年10月之后也将投放一批深海浮标在夏威夷附近海域。此外,他还指出,深海Argo计划在NOAA一直备受关注且是其优先考虑资助的项目。

          日本Argo新的7年(2019-2025)计划已经启动,该计划包含了核心Argo、Deep Argo、生物地球化学 Argo(BGC Argo)观测网的建设。 2019年,日本Argo将在西北太平洋、印度洋和南大洋投放16个深海Argo剖面浮标(15个APEX型,1个NINJA型),其中有6个将沿着165°E断面布放,在投放的同时,进行全水深船载CTD仪观测,以获取参考数据,用于检验浮标和传感器的工作性能。

    亿万富翁Paul G.Allen家族慈善基金投资构建巴西海盆深海Argo观测网

          法国Argo自2012年开始投放了20个深海剖面浮标,目前7个仍在海上正常工作。2019-2020年,法国Argo将投放33个深海剖面浮标,此外,另一个3年(2019-2021)项目有望每年资助15个深海剖面浮标。这些浮标将主要布放在大西洋海域,主要用来检测浮标和传感器性能,以及测试海水密度、不同漂移深度带来的影响等。此外,2019年意大利将在西地中海投放2个深海浮标,未来有望1年布放一个;2019年,西班牙计划投放2个,2019-2023年,挪威计划投放9个浮标。

          英国、澳大利亚未来的资助还有待进一步落实。新西兰对于深海Argo观测网建设的贡献主要是提供布放船只,新西兰NIWA所属的R/V Kaharoa调查船已经帮助国际Argo计划投放了1700多个浮标,目前的船时也已经排到了2022年,其中部分计划航次可以帮助到各国深海Argo浮标的布放。
          海洋国家实验室陈朝辉教授代表中国作了题为“中国深海Argo计划的设想”的报告。他首先汇报了海洋国家实验室“问海计划”的实施进展,即2016年四家单位参与并开始研发0-4000米深海浮标,2018年3月第一个国产深海剖面浮标问世,2019年3月在西太平洋海域进行了样机的压力测试。未来5-10年,中国致力于打造“透明海洋”(智慧海洋)系统,计划2020年在南大洋和西太平洋投放20个深海浮标,2021年投放约60个浮标,同时开展0-6000米深海浮标的研发,并联合中国Argo实时资料中心对深海剖面浮标观测数据进行质量控制。
          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,并派生出了“BGC Argo”和“Deep Argo”两个子计划。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,各国Argo也需要投入更多的人力和物力,才能肩负起国际Argo计划赋予的各成员国的责任和义务。
          短短三天的深海Argo研讨会,我国与会代表深深感受到了深海Argo计划在过去4年(第一届深海Argo研讨会于2015年5月5-7日召开)里取得的显著进展,尽管前进道路上依然面临许多问题和困难,但深海Argo观测网的建设乃是国际Argo发展的必然趋势。为此,提出几点建议,供主管部门决策参考:
          1、深度参与深海Argo计划,参与相关标准制定
          近年来国际上深海Argo计划发展迅速,这从研讨会上展示的各种不同类型深海剖面浮标和深海型CTD可以明显看出,甚至这些浮标的某些技术性能要优于0-2000米“核心Argo”观测网中所使用的浮标,如SOLO型深海浮标已经具备回收能力等,此外,深海Argo计划也是美国NOAA、法国Ifremer及日本JAMSTEC等优先考虑资助的项目,这将助推国际深海Argo观测网的建设,有望在2023年左右从区域性试验向全球推进;然而,国际上对于深海Argo浮标观测数据的质量控制方法、数据管理标准目前还处于探索阶段,各个国家甚至浮标生产商都在开发制定相关的方法,以便提出的方法能够得到国际Argo计划的认可,并成为国际标准而努力。相对来说,我国科学家在该前沿领域并没有多少话语权,虽然国家已经投入了大量的人力物力在深海剖面浮标的研制上,然而由于起步比较晚,发展速度也较为缓慢,到目前为止,仍处于试验样机的海试阶段,浮标的稳定性及观测数据的质量还有待进一步验证,尚未得到国际Argo计划----深海Argo小组的认可,数据质量控制方法的开发以及深海型CTD的研制更是尚未涉及(目前所有国产深海Argo浮标试验样机均使用的是国外进口的CTD),这需要在国家层面上给予该项国际重大科技基础性工作滚动支持,以提升和优化国产剖面浮标的性能,扩大其在全球Argo实时海洋观测网中的占有率和影响力,提升我国在该大型国际合作计划中的显示度及海洋科学的发展。
          2、重视科技支撑平台建设,积极培养剖面浮标数据处理技术人才
          对于海洋科学领域的基础研究和业务化预测预报来说,浮标布放入海只是第一步,之后的资料处理与管理显得更为重要,其直接关系着基础研究的正确与否和预测预报的准确度。中国Argo实时资料中心一直以来负责我国布放的绝大多数浮标的资料接收、处理和分发共享工作,成为卫星海洋环境动力学国家重点实验室(SOED)的重要科技支撑平台。但近年来由于管理浮标数量的增加以及人力资源的限制等原因,日常Argo资料管理工作已捉襟见肘,延时数据的提交甚至已停滞了2年多时间;而随着国际Argo计划向“Argo2020愿景”迈进,不仅浮标类型在逐步多样化,观测参数与技术参数也在逐渐增加,这些都使得Argo数据文件越来越复杂,也给该中心资料管理带来了巨大的挑战。为此,希望能加大对中国Argo实时资料中心开展科技基础性工作业务经费的支持力度,以便能够保证有全职人员负责资料的实时/延时质量控制,以及衍生数据产品的研制等,从而能让我国科学家方便、及时地获得全球范围、高分辨率、高质量的Argo资料。
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