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
第三航次（布放Argo浮标）报告
（2010年11-12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。项目组分别于2008年10月和2009年7月，按项目任务书的要求，在吕宋海峡附近海域执行完成了两个航次的调查任务， 但仍有一批浮标等待合适航次布放；2010年10月，经与中国科学院海洋研究所协商，同意在该所负责承担的国家自然科学基金委员会批准的“西太科学考察共 享航次”中协助布放这批浮标，其中包含两个由铱卫星通讯的浮标。本报告仅反映了该航次Argo剖面浮标布放及其与现场CTD仪、实验室高精度盐度计盐度测 量结果比测的相关情况。

二、调查船

   本航次由中国科学院海洋研究所 “科学一号”科学调查船（图1）执行。该船的主要性能如下：

   本航次由中国科学院海洋研究所王凡研究员担任首席科学家，调查队由来自国内10个科研机构和高校的48名科研人员组成，历时52天，搭载了11项 国家重点基金项目的调查任务。其中，Argo浮标布放任务由李元龙博士研究生负责实施。船载CTD仪观测的室内控制指挥由参与航次调查的科研人员负责，室 外仪器设备则由中国科学院海洋研究所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（125°E,0°N）、（125°E,25°N）、（132°E,0°N）、（132°E,25°N）所包围的西太平洋海 域。除了布放8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、锚碇潜标布放及大容量采水等作业。

   Argo浮标布放工作始于2010年11月24日，结束于2010年12月20日。8个浮标基本上沿着原设计的位置布放（图2），其 中，WMO编号为2901195和2901196的浮标采用了铱卫星通讯系统，这种浮标可以实现双向通讯，可在实验室通过CLS  America的服务 器设置或更改浮标的技术参数，待浮标下一次在海面与卫星通讯时实现参数的设置或更改。其中一个由铱卫星通讯的浮标（图2中WMO编号为2901196）于 11月25日投放后当天就传回第一条0-2000dbar深度范围内的温盐度剖面，观测层次多达500个，其中1000dbar以浅的测量间隔为 2dbar，而常规Argo剖面浮标的观测层次仅70个左右。12月2日，中心技术人员试验性地改变了浮标的观测周期和高分辨率采样层次，将原来的观测周 期由10天改为5天，最深采样层由1000dbar改为1500dbar，该试验已获得成功，使得将来利用Argo浮标对特殊海况（如台风）进行加密观测 成为可能。
   在布放浮标的同时，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 2010年11-12月航次Argo浮标投放概位表

图2 Argo浮标投放位置

五、调查项目与内容

   本航次的调查项目主要有布放Argo剖面浮标，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0～2000 dbar,漂移深度为1000 dbar，除2个浮标采用铱卫星通讯外，其他浮标均使用常规的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70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0～2500 dbar，采样速率为24Hz，约每米采集32个数据；采水层次分别为500dbar、800 dbar、1000 dbar、1200 dbar、1500 dbar、2000 dbar 等6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8个Argo剖面浮标（图3-4）。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2000 dbar水深到表层的剖面），预计可获得至少800多个温、盐度剖面。这些浮标的第一个剖面资料可以在布放后的24小时内从法国Argos卫星地面服务中 心获取；此外，还获得了8个0-2000 dbar水深范围内的 CTD仪观测剖面，以及每个CTD站6个特定层次上的水样。由于个别站位玫瑰型采水器发生故障，未能采集到海水样品，故最终采集到的海水样品为37个(表 6)。
   “科学一”号科学考察船于2011年1月6日圆满完成此次任务靠青岛港，中国Argo实时资料中心派专人赶赴青岛奥帆基地码头将本航次采 集的海水样品运回杭州，并立即使用实验室高精度盐度计进行了盐度测定，获得了37个盐度值；此外，从法国Argos卫星地面服务中心收到了7个浮标发送的 第一个剖面观测资料，其中在P3站上布放的一个由铱卫星通讯的浮标（WMO编号为2901195），由于故障原因，未能正常接收到观测数据。

图3  浮标准备就绪

图4  投放中的Argo浮标

八、数据质量控制

   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5-11），还分别计 算了各个测站对应层次上Argo和CTD观测的盐度差值（表6）、CTD观测与盐度计测量的盐度差值（表6）以及Argo和CTD观测的温度差值（表 7），以便对测量结果有一更清晰的认识和了解。这里需要说明的是，由于Argo浮标的第一条剖面资料是在布放后的24小时内获得的，且Argo浮标具有 “随波逐流”漂移的特性，因此其第一条剖面资料对应的经纬度与定点CTD观测的位置并非一致。
   图5-11中，上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，蓝色点划线为CTD仪观测的盐度、蓝色实线为Argo浮标观测的盐度，而黑色圆圈表示由实验室盐度计测得的盐度值；下图为各个测站上的T-S曲线，其 中黑色线条表示CTD仪观测的结果、红色为Argo浮标观测的结果。
   从7个测站的温度比较（图5-11及表7）可以看出，在1500dbar层以深，除去MN3站，Argo和CTD观测的温度差值均在 -0.052～0.039℃范围内，满足《海洋调查规范（GB/T12763.2-2007）-海洋水文要素调查》对温度准确度二级标准（±0.05）的 要求。
   从盐度变化上看， Argo 和CTD观测的结果也是比较一致的。不过，无论是温度还是盐度，底层（1000dbar层以深）的温度和盐度要比上层的差别小，这是显而易见的，因为大洋 深处水体（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1000dbar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。
   此外，各个测站上Argo和CTD观测的T-S曲线也是基本一致的，但是实验室盐度计与CTD观测的盐度值在有些层次上差异较大，其原因 可能与水样存放时间较长有关。依据各个测站海水样品的采集时间(表5)以及图5-11对比分析,可以看到，由于从海水样品采集到实验室测定之间存在时间 差，而时间差越大，盐度计测量的盐度与CTD相比差别也越大（如采水最早的N18-08站）；时间差越小，盐度计测量的盐度与CTD相比差别也越小（如采 水最迟的P7站和P5站）。并且，由图5-9和表5可以看到，海水样品存储期间，盐度的变化基本上都是呈增大趋势的。由此推测，海水样品可能在存储期间受 到了外界环境变化的影响，如采水瓶不密封导致蒸发等。此外，在进行实验室盐度测量时，发现有个别采水瓶中的海水并未按要求离瓶盖1～1.5cm,而是充满 了整个采水瓶，使得在实验室测量时无法将水样搅合均匀导致盐度偏低。

   进一步观察表6中给出的盐度差值，可以看到，7个Argo浮标投放站上，除去N165-10站上800dbar层（CTD和Argo的盐度差值 为0.029）和P7站上500dbar层（CTD和Argo的盐度差值为0.032），CTD和Argo的盐度差值均在±0.02以内，满足《海洋调查 规范（GB/T12763.2-2007）-海洋水文要素调查》对盐度准确度一级标准（±0.02）的要求。但是，在12月19日之前的Argo浮标投放 站上，CTD仪观测的盐度与实验室测量的海水样品的盐度差值在-0.106～0.026之间，最大值-0.106出现在N18-08站的1500dbar 层；而在12月19日的两个Argo浮标投放站上，除500dbar层外，在其他各层上，CTD仪观测的盐度值与实验室盐度计测量得到的盐度之间的差值均 在±0.02以内。由此可见，正确地采集和保存海水样品至关重要。
   综上所述，本航次获取的CTD仪观测资料以及第一个剖面的Argo资料均是真实、可靠的。至于1000dbar或1200dbar以上层次两者存在一些较 大的差异，也是可以理解的：一来上层水体受外界的影响本来就比深层大；二来CTD仪观测剖面与Argo浮标的第一个观测剖面并非在同一位置上。

图5  N18-08站温、盐度垂直分布（左）和T-S曲线（右）

图6  P1站温、盐度垂直分布（左）和T-S曲线（右）

图7  N165-10站温、盐度垂直分布（左）和T-S曲线（右）

图8  P11站温、盐度垂直分布（左）和T-S曲线（右）

图9  MN3站温、盐度垂直分布（左）和T-S曲线（右）

图10  P7站温、盐度垂直分布（左）和T-S曲线（右）

图11  P5站温、盐度垂直分布（左）和T-S曲线（右）

九、问题与建议

  本航次主要存在以下几个方面的问题：
  1、布放的8个Argo剖面浮标，其中一个（设备编号为4159，WMO编号为2901195）由于故障原因，未能正常获取观测资料。这一情况已及时反馈给浮标供应商，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，个别站位遇到采水器故障，未能采集到全部比较观测层的水样。
  3、由Argo浮标、CTD仪和实验室盐度计测定的盐度值比较可以发现，本航次由CTD仪观测的温、盐度数据与Argo剖面观测结果虽有 差别，但变化趋势还是一致的；同样，由水样测定的盐度值与CTD仪观测值也有一定的差异，与水样存贮时间太长及密封不严有关。
  为了提高海水样品比测的准确性，建议及时对采集到的海水样品进行实验室测定，若因航程较长，则应将实验室盐度计运上船，进行现场测定，以提高盐度比测的质量。

十、致谢

  本航次Argo浮标布放任务得到了调查队首席科学家王凡研究员、首席助理张林林助理研究员、李元龙博士研究生和全体调查队员，以及中国科学院海洋研究所船舶中心和“科学一号”调查船全体船员的大力支持和帮助，在此一并表示感谢！