图2 全球Argo实时海洋观测网中的浮标分布

   虽然，Argo资料的观测时间序列还不算长，但它已经成为海洋气候模式中的重要数据来源，用以补充地球观测卫星所无法获取的海洋次表层信息，而这些信息对于了解全球水循环变化和开展季节气候预报都具有十分重要的科学意义。获得一百万条观测剖面这一重大成就只是Argo计划的目标之一，今后还会在保证Argo计划核心任务（即对全球无冰覆盖的开阔海域进行温、盐度剖面观测）的同时，其观测区域将会不断向冰覆盖海区和边缘海区扩展，并且还会增加海洋生物地球化学要素（如pH、溶解氧、叶绿素等）的观测内容。

２、Argo资料应用研究硕果累累

   Argo计划的主要目标是观测与气候变化相关的海洋信息，包括海水温度、盐度和海流等。众所周知，温度和盐度是海洋水团的基本属性，其时空分布对了解大洋热收支起着极其重要的作用。Argo的问世，使监测海洋温、盐度的时空变化成为可能。尽管目前Argo资料的时间跨度还不足以取得全球变化的信息，但它在相关研究中的作用已经得到初步验证。

        国际Argo科学组联合主席、美国斯克里普斯海洋研究所D. Reommich教授等人曾尝试利用Argo观测网在2004-2008年间获得的45万条温、盐度剖面资料，建立了上层海洋气候场和全球Argo观测区60个月的异常场，目的是了解Argo观测网的布局对观测大范围海洋变化是否恰当，并为与历史资料和今后Argo观测资料的比较提供基础，同时也检验Argo资料与其他相关海洋观测资料的一致性。结果表明，Argo年代的海洋几乎在各个不同深度都比历史气候资料显得暖和，而且越接近海面变暖的幅度越大。由Argo观测的温、盐度年循环与2001版世界海洋图集（WOA 01）、国家海洋中心（NOC）海气通量气候学资料、国家海洋与大气管理局（NOAA）最佳内插（OI）海面温度产品，以及AVISO卫星高度计海面高度资料进行的比较表明，这些产品在全球和半球尺度上与Argo资料完全一致，但在区域尺度上仍有差异。这种差异可能来自系统误差，也有可能是物理过程的结果，需要进一步调查和研究。

   就局部海区而言，蒸发与降水的不平衡，导致海水变淡或变咸。海洋的淡水容量（某水层的盐度异常）是观测全球水文周期变化最敏感的指标。盐度的另一个应用，是诊断全球冰容量。无论是浮冰、冰山还是冰盖的融化，都会降低海洋的盐度。Argo资料以其前所未有的覆盖范围和对南、北半球无偏袒观测而不同于先前的其他研究，其丰富的观测资料提供了海洋热量与淡水储存及其大尺度输运的估算，使全面研究大洋的变化状况第一次成为可能。通过观测海洋的温、盐度信息，Argo可以记录热含量在某一区域或全球范围内的变化情况（图3）。由图可以看出，南、北半球和全球范围内海洋热含量和净淡水输入显著的年变化和全球变暖趋势。

   众所周知，业务海洋学严重依赖具有足够时、空分辨率和全球覆盖率的近实时高质量现场观测资料和卫星资料。1950-2000年间，数据同化模式只能使用历史上极其有限的海洋次表层资料，而且这些资料不具有全球规则覆盖的特性，从而造成多方面的不足。历史资料大多是根据区域目的采集的，而且受调查船或商船航线的限制。这就必然会导致资料在时间和空间分布上的稀少和不均匀，即使是在资料相对丰富的北半球也是如此。30°S以南海域的资料更少。历史资料除数量少以外，质量也参差不齐，既有仪器混杂的问题，又有系统误差带来的问题。Argo计划提供了弥补这些缺陷的独一无二的机会，其收集的海洋状态资料更连续、统一而精确。无论在质量方面还是数量方面都是无与伦比的，是目前业务海洋学唯一、也是最重要的现场观测系统。大部分全球性和区域性模拟和同化系统都在使用Argo资料。例如，Argo资料已经在全球海洋资料同化实验（GODAE）中与其他现场观测资料和遥感资料一起，被用于全球海洋模式的日常同化业务中，以提供全球海洋状态的综合描述；在法国，Argo资料已经被用于墨卡托业务海洋预报系统来约束每天的后报和现报。经过SAM滤波器同化，既降低了上层2000米温度和盐度的不吻合概率，也限制了密度场和相关的地转流，从而大大提高了高纬度区14天预报的水平。Argo资料还被用于业务化产品和预报系统误差的特征化验证。

图3    南、北半球和全球范围内海洋热含量的变化趋势

   Argo资料通过数据同化来限制各种模式，与卫星观测资料（特别是卫星高度计资料）具有很强的互补性。没有Argo资料，数据同化系统的约束就不充分，也就无法为几个关键性的应用（如天气、季节性与十年际变化、气候监测）提供服务。法国气象局报告了使用观测系统估计实验（Observing System Evaluation Experiment, OSEE）来评估Argo数据在法国气象局业务化海洋预测系统-FOAM耦合模式（Fast Ocean Atmosphere Model，FOAM）中的价值，指出“如果没有Argo数据，观测减去背景场的协方差将增大5% 左右，并且其它变量也会发生变化，说明Argo资料在FOAM耦合模式中是不可缺少的"。虽然Argo资料无法解决中尺度问题，但它提供了高分辨率模式中所需的非常重要的温盐垂直结构资料。有了Argo，使解决区域模式的缺陷和它们的时间依赖性成为可能。由Argo获得的气候学资料和大范围的温、盐度信息对模式的验证也起着非常重要的作用。没有Argo资料，很多同化系统中就会出现大尺度温度和盐度场的时间偏差。英国气象局哈德雷中心所做的理想化可预报性研究表明，目前的Argo温、盐度剖面资料，有可能为以十年尺度预报的经向反转环流（MOC）提供足够信息。同时还指出，如果有2000米以下的观测资料，预报海洋热异常的全球性形态（尤其是更长时间的超前预报）技术会得到进一步提高。

   虽然Argo观测的重点不是短暂的天气现象，但Argo资料在研究全球和区域尺度上海洋对热带气旋响应中的作用已经得到证明。由于Argo浮标不受气旋产生的恶劣环境的影响，可以跟踪热带气旋的踪迹并观测其发生前后海洋温度和盐度的变化，由此提供上层海洋温盐结构及其对热带气旋的响应而发生变化的完整图形。局地实时观测资料的缺乏是当前热带气旋预报不准确的主要障碍，而Argo资料有望填补这一空白。中国科学院大气物理研究所成里金博士尝试利用Argo资料研究了全球尺度范围内海洋热状态对热带气旋的响应，他将热带气旋分为热带风暴和台风（或称飓风）两类。其研究结果表明，在热带风暴经过的3天内，海洋向大气提供能量以维持热带风暴，其年平均总值约为9.1W/m2，其中3.2 W/m2来自热带风暴，剩余的5.9 W/m2来自台风。且在台风经过后（4-20天平均），海洋得到能量，而热带风暴经过后，海洋则损失能量，揭示了超强热带气旋和强热带气旋对于海洋热状态影响的不同。

   由此可见，Argo已经成为从海盆尺度到全球尺度物理海洋学研究的主要数据库。据国际Argo信息中心的统计，从1998年以来，31个国家和地区的科学家在国际主流学术刊物上发表的与Argo有关的研究论文数量呈逐年上升的趋势（图4）。2008年论文数量达到了100篇，2010年以来则已超过200篇，其研究内容涉及水团的性质与形成、海气相互作用、海洋环流、中尺度涡和海洋动力学以及从季节到十年际的变化等。

图4  历年全球使用Argo资料发表的研究论文数量

3、 Argo浮标技术发展迅速

   综上所述，不难看出Argo在海洋、大气和气候等领域的科学研究和业务化应用中的地位和作用。随着时间的推移，Argo的价值还将不断地体现出来。然而，Argo实时海洋观测网是十年以前规划设计的，由于受到当时人们的认识和技术条件等因素的限制，最初的设计可能会存在某些缺陷。例如，当初确定的Argo核心观测区域为大西洋、太平洋、印度洋和南大洋的无冰海区，即水深大于2000米的大洋区，因为当时的浮标技术还无法在冰覆盖海区进行观测。但冰覆盖海区的气候信息，可能比其他洋区更重要。随着浮标技术的发展，今天装备有探冰传感器的浮标可以等到在无冰海区浮出水面时再发送观测资料，也可以把资料储存起来，等夏天冰盖融化后再把资料发回地面。这种浮标与铱卫星通讯结合已经进行了试验，其失效率与无冰海区相当，说明把Argo的核心观测区域扩大到高纬度海区是完全可行的。此外，把Argo剖面观测从目前的2000米伸展到更大的深度上，在Argo观测网中的部分海区也是很需要的，如北大西洋，该洋区2000米处的温盐关系变化很快，对Argo资料的延时模式校正非常困难，需要更深的观测资料。这种资料还有可能改进全球海平面变化的研究和与气候变化相关的信息。

   目前，几种很有前途的新型浮标均已进入试验或正式批量生产阶段，且呈向小型化、双向通讯、全海区适用等方向发展的趋势(图5)。ARVOR是一种专门为解决Argo的CTD观测问题而开发的新浮标，与PROVOR浮标一样由法国NKE公司生产。为了方便投放、降低成本和能耗，ARVOR浮标的重量和体积都比PROVOR小。装备有铱卫星发射器的ARVOR浮标也已成功地布放，这种发射器用来发送大量由额外传感器（Provcarbo浮标的optode +发射计； Provbio浮标的辐射计 + 发射计 + 荧光机）采集的资料。此外，铱卫星的下行链路已经被成功地用于PROVOR浮标修改任务参数，或完成一个短期的观测后来回收浮标。PROVOR-DO是装备有Aanderaa氧传感器的ARVOR浮标，经过多次海上试验后又进行了改进，把Optode传感器从浮标的底部移到顶部，使其能够更好地工作。

   日本海洋科技中心与TSK公司一起，已经在研制深水型NINJA浮标，目标是观测3000dbar以下的深海区。该浮标由油箱、泵和50cm3气缸、三向阀、活塞和500cm3气缸、马达和制动器组成。泵的往复运动和三向阀门最大可产生500cm3的浮力。整个浮标在高压仓试验时，浮力控制系统在3000dbar深度上工作良好。500cm3气缸和活塞在高压仓试验时，可在3500dbar正常工作。浮力控制能力大约为500cm3。在大洋试验时，浮标需要用合成泡沫套管产生的额外浮力。

   美国斯克里普斯海洋研究所仪器开发组研制的SOLO-II型浮标比前一代SOLO浮标更小（短40cm）、更轻（19kg，原来的是40kg）、更高效，可在世界任何海区观测0～2000m深的剖面。浮标寿命为200个周期，还有做更多周期或增加传感器的余地。SOLO-II采用往复式水泵，使之有可能执行大于2000m水深的任务。而美国Teledyne Webb公司则提出了研制适用于更深层次（近6000m）观测的APEX-Deep剖面浮标。现有Argo浮标还有一些在十年以前没有考虑到的潜力。如只需对浮标在海面采集位置的方法稍作修改，就可以使深层漂移速度的估算大大改进；只要稍微消耗一点额外的能量，就能够用现有的CTD传感器测定海面温度。目前，带有溶解氧传感器的浮标也已施放了200多个，这使人们对化学、物理和生物学之间的相互作用有了新的认识。溶解氧传感器技术还在不断改进，今后大部分浮标都能携带溶解氧传感器。

   其他已经试验的传感器还包括叶绿素II、硝酸盐、风和降水等。虽然它们都很成功，但有可能过于昂贵，相关的能量消耗也可能严重影响浮标的寿命。Argo在鼓励这些传感器的开发的同时，对于是把它们作为Argo计划的一部分使用，还是作为独立的具有不同采样目标的辅助观测网的问题尚需考虑。与此相关的是，Argo的资料管理系统也必须进行相应的改进，以便能够处理不断增加的各种观测资料。

图5  各种类型的Argo剖面浮标

（图中从左到右分别为APEX、SOLO（SOLO-II）、PROVOR （ARVOR）和Navis型浮标）

   Dean Reommich教授指出：“剖面浮标的不断改进、海洋滑行艇和传感器能力的提高，为Argo计划的扩展提供了新的机会。更深的剖面观测、季节性冰区、边缘海和边界流的采样都可能突破Argo的局限。新传感器的使用可增加重要的地球化学和生物学信息。使用双向通信系统对Argo浮标网实施控制以改变其剖面深度、循环时间以及其他参数等，将有可能在很多用途中提高Argo的价值"。可以说，Argo的真正价值在未来。随着其覆盖范围的完善、新的观测仪器的使用，资料数量的不断增加和质量的提高，以及应用研究的不断扩大和深入，Argo资料在气候监测和气候变化预测、灾害性天气事件的预报、渔业和海洋生态系统的监测和管理，以及交通运输和军事等领域的应用成果将不断显示出来。

 ４、我国Argo大洋观测网初步建成

   我国于2001年10月正式加入国际Argo计划，成为继美国、日本、加拿大、英国、法国、德国、澳大利亚和韩国后第九个加入Argo计划的国家。

   在科技部、国家海洋局和国家自然科学基金委，以及政府间海洋学委员会中国委员会的重视和支持下，从2002年第一个Argo计划的启动项目——“Argo大洋观测网试验"开始，已经在国家“全球气候变化及其区域影响科学研究计划"、“国际科技合作重点项目计划"、“973计划"、“海洋公益性行业科研专项"和“科技基础性工作专项"等计划和专项中批准了多个资助Argo大洋观测网建设和Argo资料应用研究的项目或课题，使我国Argo计划得到了较快的发展。到2012年12底，我国在西太平洋和东印度洋共布放了153个Argo剖面浮标，目前仍在海上正常工作的浮标有84个，初步建成了我国Argo大洋观测网(图6）。

图6    中国Argo大洋观测网中的浮标分布

   自“十五"计划开始，国家海洋技术中心就已着手国产剖面浮标（称“COPEX"）关键技术的开发工作，并逐一解决了浮标壳体的密封耐压、液压驱动系统、自动潜入、上浮和定深控制、卫星通讯、浮标配重标定方法等技术难题，研制出了浅海型自持式剖面漂流浮标，采用北斗卫星导航系统对浮标定位和数据传输，并进行了海上布放试验，但至今未见批量商业化生产。中船重工第710研究所自2007年开始自筹资金研制剖面浮标，已经在卫星数据传输终端、控制模块组件、耐压壳体、沉浮调节模块等浮标主要单元的设计和研制中，取得了一批具有自主知识产权的发明专利和技术成果，同样研制出了浅海型自持式剖面漂流浮标，也能用北斗卫星导航系统对浮标定位和数据传输，并进行了海上布放试验，但至今亦未见批量商业化生产。上述两个海洋仪器设备研制单位，在国家863计划的资助下，也在研制深海型自持式剖面漂流浮标，但至今未见在海上试验成功或被用于科研项目需求并获得有效观测资料的报道。

   中国Argo计划在法国Argos卫星地面站资料服务中心（CLS）登记注册，与之建立起长期的合作关系；同时还建立了“中国Argo数据中心" （http://www.argo-cndc.org）和“中国Argo实时资料中心" （http://www.argo.org.cn） ，架起了与外界联系的快速通道。还在中国Argo实时资料中心建立了Argo资料质量控制系统，不仅能快速接收和处理我国布放的Argo浮标观测资料，而且还能接收和处理全球海洋中其他国家布放的Argo浮标观测资料，及时提供给国内广大用户使用。从2002年至今，累计获取并提供的Argo观测剖面达100多万条，且目前仍以每年约12万条剖面的速度增加。同时，该中心还承担着把我国布放的Argo浮标观测资料上传给Argo全球资料中心的任务，递交经延时模式质量控制的剖面资料近10000条。中国Argo计划的组织实施明显缩小了我国与世界各国在海洋科学领域中的差距，使我国大洋实时观测水平上了一个新的台阶。

   Argo资料及其衍生产品也已经在我国业务化和基础研究中得到较为广泛的应用。相关部门已经建立起一套能够同化Argo和卫星高度计等资料的业务化海洋资料同化系统，其中“热带太平洋温度与盐度同化业务化系统"已经在国家海洋环境预报中心得到业务化应用，可以发布热带太平洋月平均同化再分析产品；利用近海面Argo温、盐度数据与船舶报等数据进行加权平均的数据融合方法，取得了热带太平洋表层海温场，被用于国家海洋环境预报中心“海表温度旬实况分析"。利用Argo资料对西太平洋多尺度海气相互作用过程的研究也取得了可喜的成果。2004年11月和2006年6月先后举办了国内首次Argo资料应用研讨会和首次全国Argo科学研讨会，为国内海洋、气象、渔业和军事等部门的专家、技术人员和管理人员交流Argo资料应用方面的经验提供了平台，有力地推动了我国Argo资料在海洋和大气等领域的科学研究和业务工作中的应用研究进程。据国际Argo信息中心的统计，从1998年以来，海峡两岸科学家在国际主流学术刊物上发表的与Argo有关的研究论文已达150余篇（图7），其中大陆科学家发表140余篇，台湾科学家发表近10篇。毫无疑问，Argo资料除了在两岸海洋和大气科学等领域已经得到广泛应用以外，也将在两岸经济社会建设中发挥愈来愈大的作用。

图7    1998年以来30个国家和地区科学家在国际主流学术刊物上

发表与Argo有关的研究论文数量

   与此同时，我国还积极参与了国际Argo计划的活动。除每年派代表出席Argo科学组会议和Argo资料管理组会议以及其他相关的Argo国际会议外，我国还于2003年3月在杭州承办了第五次国际Argo科学组会议；2006年11月在天津承办了第七次国际Argo资料管理组会议；2009年3月在杭州承办了第十次国际Argo指导工作组会议和第三次国际Argo科学研讨会，并从2007年开始每年为国际Argo计划提供一万美元的协调经费，成为继美国、英国、法国、加拿大和澳大利亚之后第六个提供这项经费的国家，充分显示了我国对国际Argo计划以及政府间海委会/世界气象组织海洋学和大洋气象学联合技术委员会海上观测平台支援中心（JCOMMOPS）的重视和支持。通过这些举措，大大提高了我国在国际Argo计划中的地位和作用，提高了我国在该计划中的显示度，受到国际Argo计划科学组的高度评价。国际Argo计划前联合主席、加拿大海洋研究所Howard Freeland 教授于2007年初给中国Argo计划首席科学家的来信中说：“中国的第一个Argo浮标是在2002年3月21日布放的。从那以后，中国对Argo的贡献不断扩大。在西太平洋，澳大利亚、中国、日本和韩国的合作确保了该海域Argo浮标系统的建立和维持。值得指出的是，中国从布放第一个浮标起，你们的科学家就能够满足Argo资料系统非常复杂而又繁琐的要求并提供资料，说明中国Argo做得很好。"他在第三届国际Argo科学研讨会在杭州成功举行后代表国际Argo科学组发来的感谢信中说：“国际Argo计划是成功的，这是许多国家密切合作的结果，在这些国家中，中国尤为突出。我非常赞赏中国所做的贡献，也希望中国今后继续做出贡献。"

   我国是一个海洋大国，随着改革开放的不断深入，海洋在我国社会和经济发展以及国家安全中的地位越来越突出。但是，长期以来，由于受到经济和科技发展水平的限制，使我国的海洋调查研究和海洋观测手段长期处于比较落后的状态，海洋信息资源严重不足，无法满足科学研究和业务工作的需要。参与国际Argo计划，与该计划其他成员国共享全球Argo观测资料，无疑是我国海洋观测领域的一次跨越式发展，大大缩短了我国与发达国家在海洋和气候观测领域的差距，必将对我国海洋和大气等领域的科学研究以及重大海洋和气象事件的预测预报水平的提高产生深远的影响。通过Argo计划的实施，使我国在国际合作计划中发挥了实质性的重要作用，扩大了我国在国际上的影响，创造了良好的国际合作环境，带动了与周边国家的海洋科技合作，也培养了一批能够适应国际合作需要的人才队伍。

5、强化Argo大洋观测网建设势在必行

   当今，人类社会正经历着地球气候受迫于人类活动的时代，如何应对气候变化已经成为各国政府和科技工作者的重大课题。占地球表面积70%以上的海洋是地球气候系统最重要的组成部分。人类活动产生的温室气体使地球辐射失去平衡，80-90%的剩余热量被储存在海洋中。因此海洋的热储量记录了人类活动对气候的影响，这一记录对预测未来气候变化的速度和变化程度具有至关重要的作用。而海洋的盐度又是全球的蒸发量和降水量变化的记录。维持一个能够观测和记录这两种要素变化情况的观测系统，对人类应对全球气候变化问题具有极其重要的意义。2009年秋在意大利威尼斯举行的全球海洋观测大会上，与会代表一致认为，“为了满足气候研究的需要，全球海洋观测必须继续下去"，并提出“Argo是海洋观测史上的革命性成就，是未来海洋观测系统必不可少的组成部分，在维持其核心观测任务的同时还应扩大其观测范围到深海和被冰覆盖的高纬度海区，同时还应使用新的传感器来研究气候变化的生物化学和生态影响。"

   Argo观测网是一个庞大的系统工程，无论是浮标的布放和维护还是海量观测资料的处理与分发，单靠任何一个国家的力量都是难以完成的，国际合作是使Argo计划继续进行并不断发展的唯一途径。随着Argo计划的不断深入，特别是史无前例的深海大洋环境资料的不断积累，全球Argo实时海洋观测网在促进海洋和大气科学领域发展及其在业务化预测预报中的作用，并有望帮助人类应对日益严重的海洋和气象灾害，尤其是应对全球气候变化所带来的憧憬，使得愈来愈多的国家加入其中。欧盟更是在许多成员国经济日趋萧条的情况下，毅然决定启动欧洲Argo计划（Euro-Argo），且所有国家一致同意设立欧洲新的法定机构“Euro-Argo研究基础设施联合体（ERIC）"，以便进一步扩大Argo在欧洲的影响，提高欧洲在国际Argo计划中的作用，并协助全球Argo观测网的长期维持。Euro-Argo的经费预算每年约810万欧元，其中欧盟直接拨款每年约330万欧元，其余部分由欧盟及其计划成员国共同分担。欧洲Argo计划的目标是要建设、维持和运行一个由800个浮标组成的观测网，从而为全球Argo浮标观测网提供四分之一浮标，同时增加在欧洲近海（北欧海洋、地中海和黑海）的浮标数量，以满足欧洲海洋与气候科学研究和业务化应用的需要。

   我国参与全球Argo实时海洋观测网建设，不仅仅是在尽一个国际Argo计划成员国的义务，也是在全球自然灾害频发的今天肩负起一个海洋大国的责任，而更为重要的是，同样有着十分迫切的国家需求。因此，我国Argo计划的发展需要国家专项的长期支持。

   总结Argo计划实施十多年来所取得的成就，国际Argo计划各成员国齐心协力，加强Argo浮标的投放工作十分重要，这是确保全球Argo实时海洋观测网长期维持的前提。我国同样应有计划，持续不断、分期分批地在邻近的大洋区域布放浮标，但要改变目前由研究项目出资购置浮标、且时断时续布放的被动局面，以便长期、广泛地收集这些海域的海洋环境资料，提高我国在国际Argo计划中的显示度。目前我国所投放的浮标还都是从国外引进的，我国应加强国产Argo剖面浮标的联合攻关研究，以便尽早掌握这一高新海洋观测技术，为我国海洋观测提供长期技术支撑。同时，应不断完善中国Argo实时资料中心的职能，建立一支稳定的、长期从事Argo浮标检测、布放，以及资料接收、处理和数据产品开发、服务的技术队伍，增强接收和处理准实时和海量Argo资料的能力，确保Argo资料的高质量，为我国深海大洋研究和全球气候变异研究积累长时间系列的全球海洋次表层观测资料。进一步拓宽Argo资料的应用研究领域，充分发挥我国科学家在利用Argo资料和相关资源解决全球或区域重大海洋与大气科学问题中的作用，努力提高我国天气预报和气候预测水平。