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  • 国际Argo计划收获来自深海大洋的第200万幅海洋环境图像
  • 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:2018-12-28 09:00:39   点击:
  •       一个由近30个沿海国家(包括中国)科学家组成的国际合作团队,正在执行的一项海洋学史上称为“观测技术革命”的计划——国际Argo计划。近日,在美国圣地亚哥结束的第十九次国际Argo资料管理组年会上传来消息,由国际Argo计划在上个世纪末倡议建设的全球Argo实时海洋观测网中活跃浮标总数已经接近4000个,默默地为国际社会提供了200万幅来自深海大洋的海洋环境图像。


    图1  全球海洋活跃浮标数量及分布(止2018年11月3日)

          自1999年开始布放第一个自动剖面浮标起,至今已经陆续投放了15000个左右,在全球海洋上获得了累计200万幅反映海水物理海洋(如温度和盐度等)和生物地球化学(如溶解氧、pH和硝酸盐等)性质的图像(或称“剖面”),这无疑是一个具有里程碑意义的重大成就。这也是自19世纪末深海海洋学诞生以来,海洋调查船在过去一百年里收集的剖面总量(约53万条)的4倍。


    图2  过去一百年里由海洋调查船收集的剖面(深度超过1000米)位置及密度分布(统计至2018年1月)


    图3  近20年里由Argo计划收集的剖面数量及分布(统计至2018年11月)

          自动剖面浮标是一种圆柱体状的自沉浮装置,长约1.5米、重45公斤左右。一旦投放入海,浮标会自动下潜至1000米水深,随着洋流漂移数天(一般为10天),再次下潜1000米,抵达2000米深度后慢慢上升,回到海洋表面,并在上升过程中利用自身携带的电子传感器,逐层测量海水的温度和盐度等海洋环境数据。在海面到2000米水深范围内,每个浮标可以收集到至少70层、最多250层的垂向观测数据,科学家将此称作为一条“剖面”。当浮标到达海面后,会自动将这条剖面的数据发送给卫星,并由卫星给这条剖面确定位置,再通过卫星地面接收站将观测的剖面数据和定位信息转送给浮标用户;之后,浮标又会再次下潜,进入下一个观测循环,如此周而复始,在茫茫大海上自动运行4~5年,直到浮标自带的电池容量耗尽为止。通常,一个浮标在其生存期内可以获得140-180条剖面。


    图4  自动剖面浮标及其循环测量过程


    图5 自动剖面浮标观测到的海洋温盐剖面


          海洋覆盖了地球表面71%的面积,调节着全球气候的变化,并通过台风、暴雨(洪水)和干旱等天气事件对人类产生巨大影响。Argo观测网使得过去调查船和锚系浮标难以涉足的遥远海域(如南半球的广阔海洋),也有了大量观测剖面,正在帮助科学家更好地了解海洋和天气状况及其长期变化趋势。积累的近20年Argo盐度数据已经揭示了,世界上多雨地区正变得越来越湿润,而干旱地区则越来越干燥;海洋次表层增温导致的海水膨胀量,几乎占了全球海平面上升的三分之一。Argo数据也正在帮助科学家描述厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)现象(虽出现在赤道太平洋区域,但对全球都有显著影响)的年际变化特征,以及包括北大西洋和太平洋年代际振荡在内的年代际变化;同时,还可以使得科学家有能力追踪发生在长时、空尺度内的海洋变化,提高业务化天气预报和气候预测的精度,从而使得海洋学发生了一场革命性改变。
          美国伍兹霍尔海洋研究所资深科学家、国际Argo指导组联合主席W.苏珊博士表示:“Argo观测已经持续了近20年,这些浮标默默地探索着海水温、盐度的变化模式,是保卫我们的‘沉默哨兵’,使得科学家可以窥探影响人类日常生活的深海奥秘”。
          Argo计划更是国际合作的典范,其规模之大在科学界也是罕见的,每年约26个国家投放在全球海洋上的剖面浮标超过了800个,其他一些国家则以提供后勤保障和布放船只等方式支持该计划。美国加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所R.德安教授认为:“强大的国际合作是Argo成功的标志,没有一个国家能够单独建成覆盖全球海洋的Argo观测网,而且那些最小的国家同样对该计划做出了重要贡献”。自然资源部第二海洋研究所研究员、中国Argo计划首席科学家、国际Argo指导组成员许建平表示,“Argo对我国的重要影响主要发生在业务化预测预报领域,如预测台风路径、指导海洋捕捞(大洋渔业生产),以及给商船和调查船提供航线预报等;在基础研究中,加深了科学家对全球海洋热含量分布和输送过程的认知”。
          Argo数据在全球范围内都是免费共享的,已被广泛应用于沿海国家的海水养殖、污染监测、海洋教育和国防事业等。近些年由政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供的海洋和气候评估报告,也都离不开Argo数据。而且,几乎每天都会有一篇使用Argo数据的科学论文在国际主要学术刊物上公开发表。Argo已经成为科学家用来追踪地球气候系统变暖速率,特别是海洋热量波动和耗散过程的重要科学依据。
          尽管Argo计划已经获得了200万条观测剖面,但它仍处于向全球海洋扩张的崭新阶段。Argo正在测试能够下潜至6000米的深海剖面浮标,同时增加了可以测量海水溶解氧、pH和硝酸盐等生物地球化学(BGC)要素的电子传感器,并进一步向季节性冰覆盖的两极海区拓展。深海剖面浮标可以追踪水深2000米至海底间的海洋环境变化,帮助科学家揭示深海环流对气候变化的影响;而海洋酸化、缺氧及其生态系统健康问题,则可以通过BGC剖面浮标的观测来增进认知并提出应对或者适应的措施;游弋在季节性海冰覆盖区域的避冰剖面浮标,将有助于科学家了解快速变化的北极以及南极周围的海洋变化。Argo作为一个服务于科学、教育和社会的全球多学科海洋观测系统,无疑有着广阔无限的应用前景。(若需了解更多信息,可登录Argo官方网站“http://www.argo.ucsd.edu/About_Argo.html”查阅)。
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