国家重点基础研究发展规划（973计划）项目
基于全球实时海洋观测计划(Argo)的上层海洋结构、变异及预测研究
第二航次（布放Argo浮标）报告
（2009年7月）

一、任务来源

  本航次任务来源于国家科技部《国家重点基础研究发展规划》（973计划）项目—“基于全球实时海洋观测计划(Argo)的上层海洋结构、变异 及预测研究”（课题编号：2007CB816000），旨在充分利用Argo观测网大范围、立体、同步和实时的特点，结合其它观测手段和数值模式，以西北 太平洋和热带印-太海洋为立足点，探讨“上层海洋温盐结构的分布特征和形成机理”，以及“上层海洋变异的天气气候效应和可预测性”两个关键科学问题，从而 为提高我国海洋环境与天气气候的监测和预报水平提供科学依据。该项目由国家海洋局第二海洋研究所牵头，来自国家海洋局、中国气象局、中国科学院和国家教育 部等下属近10个单位共同参加。2008年10月，按项目任务书的要求已经在吕宋海峡附近海域完成了第一航次的调查任务；这次执行的是同一海域安排的第二 航次调查任务。本报告仅反映了Argo剖面浮标及其与CTD仪比测相关的情况。

二、调查船

  本航次由中国海洋大学“东方红2”号科学考察船执行。该船主要性能如下：

排水量：3235吨 经济航速：12.5节 全 长：96米 最大航速：18节 型 宽：15米      定 员：196人(包括船员45人） 吃 水：5米 建造年月：1995年12月 主机马力:1600千瓦×2 建 造 厂：上海中华造船厂

图1“东方红2”号调查船

   本航次由国家海洋局第二海洋研究所陈洪高级工程师担任首席科学家，调查队由来自国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室员的 13名科技人员组成。其中，Argo浮标布放任务由吴晓芬硕士研究生负责实施。船载CTD仪观测的室内控制指挥由海洋二所调查队负责，室外仪器设备则由中 国海洋大学船舶中心调查队负责操控。

四、调查区域与测站位置

  本航次调查区域位于（120°20′E,21°18′N）、（120°20′E,21°00′N）、（123°00′E,21°18′N）、 （123°00′E,20°00′N）等包围的吕宋海峡附近海域。除了布放5个Argo剖面浮标（表1）及进行CTD仪比较观测和采集水样外，还进行了断 面CTD站、回收和布放潜标等作业。 浮标布放工作始于2009年7月5日，结束于2009年7月8日。5个浮标基本上沿着原设计的20°N断面由西向东布放，只是经度位置与原设计方案略有不 同（图2）。在布放完每个浮标后，按计划在附近区域进行了CTD仪比较观测和采集水样，以便带回实验室进行盐度测量。

表1 2009年7月航次Argo浮标投放概位表

图2 Argo浮标投放站位（红色），青色圆圈代表正在海上工作的浮标位置

五、调查项目与内容

   按项目调查计划，本航次的调查项目主要有Argo剖面浮标观测，以及采用船载CTD仪比较观测和玫瑰型采水器采集特定层次上的水样等。观测内容 包括：水温、电导率（盐度）、压力，以及浮标漂移轨迹等。其中Argo浮标的剖面观测深度为0~2000m,漂移深度1000m，且利用Argos卫星通 讯，每隔10天发送一组温度、电导率和压力剖面数据（约71层），以及浮标在海面上的漂移位置信息等；船载CTD仪的剖面观测深度为0~2500m，采样 速率为24Hz，约每米采集32个数据；采水层次分别为100m、200m、300m、500m、800m、1000m、1500m、2000m等8层。

六、调查仪器设备

   本航次投放的剖面浮标均为美国Webb公司生产的新颖的APF9A型Argo浮标；并采用了美国海鸟公司生产的SBE-911型CTD仪，以及 加拿大Guildline公司生产的AUTOSAL 8400B型实验室高精度盐度计等。它们的主要技术指标如表2、3、4所示。

七、主要调查成果

   按预定计划，本航次顺利投放了5个Argo剖面浮标。根据这些浮标的工作寿命（约3-4年）和性能（每隔10天观测一个2000m水深到表层的 剖面），预计可获得至少500多个温、盐度和压力剖面。这些浮标的第一个剖面信息可以在布放后的24小时内从法国Argos卫星地面服务中心获取；此外， 还获得了5个0-2500m水深内的 CTD仪观测剖面，以及每个CTD站8个特定层次上的水样，每层采集2个，计72个，其中的Argo-02站上由于玫瑰型采水器发生故障，未能采到 500m层以下4个层次上的水样。

   航次结束回到实验室后，我们从法国Argos卫星地面服务中心收到了5个浮标分别在7月6日、8日及9日观测到的第一个剖面资料，其中在 Argo-05站上布放的一个浮标（WMO编号为2900179），由于尚不知原因的故障，未能正常收到盐度观测资料；使用AUTOSAL 8400B 型高精度盐度计对72个水样进行了盐度测量，获得了36个盐度值。

八、问题与建议

   为了寻找本航次调查中可能存在的问题， 利用Argo、CTD和实验室盐度计的测量结果进行了比较分析，并绘制了各个测站上的温、盐度垂直分布图和T-S曲线（图3-7），还分别计算了各个测站 上Argo和CTD观测结果与盐度计测量结果在对应层次上的盐度差值（表5），并绘制了各测站上盐度差随压力的变化曲线（图8-11），以便对比测结果有 一更清晰的认识和了解。

   图3-7中，左图呈现了各个测站上的温、盐度垂直分布，其中红色点划线表示由CTD仪观测的温度、红色实线表示由Argo浮标观测的温度，红色星 号则表示WOA历史温度资料，蓝色点划线为CTD仪观测的盐度、蓝色实线为Argo观测的盐度，蓝色星号为WOA历史盐度资料，而黑色圆圈表示由实验室盐 度计测得的盐度值；右图为各个测站上的T-S曲线，其中黑色线条表示CTD仪观测的结果、红色为Argo浮示观测的结果，星号为WOA的观测结果。因 Argo-05站上浮标未能正常获得盐度剖面数据，故图7仅给出了CTD仪观测的温度垂直分布和T-S曲线，以及由CTD与实验室盐度计的比测结果。

   从5个测站的温度比较（图3-7）可以看出，除Argo02站外，Argo和CTD观测的温度变化比较吻合，表明两者的测量结果相当接近。但盐度 变化就显得不尽人意，差异较大；相比而言，实验室盐度计与Argo观测的结果比较接近，但与CTD仪的观测结果相差甚远；再与该区域的历史观测资料 （WOA）比较发现，实验室盐度计和历史观测资料并Argo资料比较吻合，而与CTD差别较大。不难判断，本航次使用的CTD仪电导率传感器存在明显的系 统误差。其中，CTD与实验室盐度计测量的盐度差（表5）为-0.1787—0.0371（在100-800m水深间）和-0.10121— -0.0735（在1000-2000m水深间）。对照《海洋调查规范（GB/T12763.2-2007）-海洋水文要素调查》对盐度准确度 （0.02）的要求，显然无论是上层还是下层，本航次使用的CTD仪观测结果均已远远低于这一要求。

   进一步观察Argo与盐度计测定的结果，发现在各测站的上层（约800m水深以上）两者拟合程度不是很好，而在深层却几乎重叠，两者差值在 -0.0001—0.0178之间（表5）。只是在Argo-03站的1000m层上，其盐度差值达到了0.0486，超过国标（《海洋调查规范》 （GB/T12763.2-2007））允许的误差范围（±0.02），但经查明，这一结果与实验室测量时盐度计传导单元中存留气泡有关，从而造成实验室 测量盐度有较大的误差。这一比较结果表明，由于Argo观测的第一个剖面是在浮标投放后的24小时内获得的，所以，上层比测结果不尽理想也是情理之中。此 外，众所周知，大洋深处（如1000dbar水深以下）水体（温、盐特性）在相当长一段时间内基本保持不变，所以，两者差值在1000m水深以下十分接近 也是必然的。人们也正是利用了深层海水的这一特性，来校正由于Argo浮标在海上长期漂移后可能产生的系统观测误差。

   再看一下各个测站上的T-S曲线可以发现，虽其变化趋势基本一致，但两者（Argo与CTD）之间的差别还是相当明显的。

图8 Argo-01站上盐度误差随压力变化	图9 Argo-03站上盐度误差随压力变化
图10 Argo-04站上盐度误差随压力变化	图11 Argo-05站上盐度误差随压力变化

   由图8-11可以更清晰地看到，CTD仪与实验室盐度计之间的盐度差值，远大于Argo与盐度计之间的差值，且后者 1000m层以下的盐度差均落在±0.02范围内，完全满足国标《海洋调查规范》（GB/T12763.2-2007）对盐度准确度（0.02）的要求。 显然，5个Argo浮标提供的第一个剖面的观测资料是值得信赖的。

   综上所述，本航次主要存在以下几个方面的问题：

   1、布放的5个Argo剖面浮标，其中一个（设备编号为4210，WMO编号为2900179）由于不明原因故障，未能正常获取第一个剖面的盐度观测资料。这一情况已及时向浮标供应商反映，但目前还未得到有关故障原因的分析结果。

   2、 在利用CTD仪携带的玫瑰型采水器采集水样时，Argo-02站上遇到采水器故障，未能采集到500m层以下的水样。

   3、由Argo浮标、CTD仪和实验室测定的盐度值比较可以发现，本航次由CTD仪观测的盐度值存在明显的质量问题。

   4、根据《海洋调查规范（GB/T12763.2-2007）-海洋水文要素调查》之“盐度调查”的规定：“在利用CTD测盐度时，每天至少选择一 个比较均匀的水层，与利用实验室盐度计对海水样品的测量结果比对一次。深水区测量盐度时，每天还应采集水样，以便进行现场标定”。显然，本航次没有按此规 范规定执行。

   为了最大程度地降低本航次CTD观测所造成的损失，并尽可能提高CTD观测资料的质量，提出建议如下：

   1、由于本航次设计的比测站较少（仅5个），且比测层次稀疏（8层），所以仅利用这些比测结果估计难以对全部CTD资料给出客观的校正。为此，建议 中国海洋大学船舶中心尽快将该航次使用的船载CTD仪送国家权威部门（如国家海洋计量中心）检定，以便重新校正由该航次获得的CTD资料，从而确保观测资 料的质量。

   2、建议从事海洋调查的部门和科技人员，应重视CTD仪的比测工作，尤其是在执行深海大洋观测时显得特别重要。

九、致谢

   本航次Argo浮标布放任务得到了调查队首席科学家陈洪高工、首席助理廖光洪助理研究员和全体调查队员，以及中国海洋大学船舶中心和“东方红2”号调查船蒋六甲船长及全体船员的支持和帮助，在此一并表示感谢！