我国Argo大洋观测网亟须纳入业务化运行体系
我国自2001年9月经国务院批准正式加入国际Argo计划以来,得到了科技部和国家海洋局等部门的高度重视和大力支持,在太平洋和印度洋海域累计布放了近200个Argo剖面浮标,建成我国Argo大洋观测网,并成为全球Argo实时海洋观测网中的重要组成部分。但到目前为止,我国Argo计划的组织实施和Argo大洋观测网建设主要依赖国家科研项目的资助,而依据相关经费管理规定,一旦项目结题验收,就无法再支付仍在海上正常工作浮标的卫星传输(或通讯)费用,以及观测资料的接收和处理等费用。显然,这不利于我国Argo大洋观测网的长期维护和运行,亟须改变目前由科研项目资助的尴尬局面,尽早将Argo大洋观测网纳入海洋观测业务体系建设中,以便获得业务经费的长期、稳定支持。
一、Argo大洋观测网运行现状
中国Argo计划自2002年组织实施以来,利用20个航次(以搭载为主)在太平洋和印度洋海域布放了196个浮标,目前(止2014年5月底)仍在海上正常工作的浮标有111个,基本建成我国Argo大洋观测网。累计接收和处理了近14000条由我国布放的Argo浮标观测的温、盐度剖面及部分溶解氧剖面,所有资料经中国Argo实时资料中心质量控制后在24小时内提交到位于法国和美国的两个全球Argo资料中心,与其他国际Argo计划成员国和参与国共享。
然而,Argo大洋观测网的建设运行并不是只在海上布放浮标、建个数据接收站、再转送给用户使用那么简单,而要涉及到浮标检测、故障排除、优化布放、采样参数调整、数据接收和解码、误差校正、质量控制,以及数据库建设、资料交换和数据产品研发等方方面面,尤其是数据误差校正及其质量控制,是一件既费时费力又十分繁锁、枯燥的基础性工作,往往被忽视而影响到观测资料的质量,甚至还会影响到参与国的声誉,故而受到各Argo计划成员国的高度重视。
(一)Argo剖面浮标及性能
目前,建设中的全球Argo实时海洋观测网采用的剖面浮标主要有两种,即由美国Webb公司研制的APEX型剖面浮标和法国Martec公司生产的PROVOR型剖面浮标。这也是国际Argo指导组推荐各国际Argo计划成员国采用的标准型浮标。这两种浮标的最大观测深度为2000米,观测周期10天,漂移深度为1000米或1500米,观测寿命在3–4年内,且都安装了美国海鸟公司生产的SBE41或SBE41CP型CTD传感器(温度、盐度和压力的观测精度分别为0.002℃、0.005psu和2.4dbar)。
Argo计划的观测目标是要获取精确度分别达0.005℃、0.01psu和5dbar的海水温度、盐度和压力数据。然而,由于目前海水盐度还无法从海洋中直接测量获得,是采用海水电导率间接导出的。当测量海水电导率的传感器受到轻微的物理变形或油污等污染物的影响,其测量值就可能产生误差。因此,要长期(3–4年)保持电导率传感器的高精度似乎非常困难。所以,人们正在致力于寻找一种合适的盐度校正及其质量控制方法,来尽可能提高Argo剖面浮标观测资料的质量。
(二)Argo资料接收、处理与共享
我国从2002年10月在西北太平洋布放第一个Argo剖面浮标起,为了使布放的浮标资料能及时提供给国内Argo资料用户使用,在国家科技部基础研究司启动的实施中国Argo计划的首个项目“我国Argo大洋观测网试验"中,创建了中国Argo实时资料中心,并建成Argo资料接收、处理和分发系统,担负起了接收由我国布放的Argo浮标观测数据和收集由国际Argo计划成员国布放在全球海洋中浮标资料的任务。
1、Argo资料接收与处理
(1)我国布放的浮标观测资料
为了及时接收和处理由我国布放的Argo浮标资料,与美国大西洋海洋与大气实验室合作开发的“Argo资料自动接收、处理、产品制作及在线发布系统",于2004年1月成功移植至中国Argo实时资料中心,并投入业务化运行。中心人员会每天检查与法国地面卫星服务中心(CLS)服务器的连接状况,若无异常,则每天会生成新的日志文件;查看文件内容,如有新的浮标资料接收,则会记录下该浮标编号。然后,再根据编号找到该浮标新产生的剖面文件,查看其传输数据是否完整。目前,中国Argo实时资料中心对APEX型浮标观测的资料,从数据接收、格式转换到资料处理,均由计算机自动完成。
(2) 国际Argo计划成员国布放的浮标观测资料
在中国Argo实时资料中心,对全球Argo资料的接收和处理同样由一套自动系统完成,这包括下载数据、格式转换、绘图、对剖面号和时间不匹配的浮标进行重新排列,以及对经度、纬度有问题的剖面位置进行线性插值等。
国际Argo计划组织已分别在法国的海洋开发研究院(IFREMER)及美国全球海洋数据同化试验(US GODAE)数据中心建立了两个全球Argo资料中心(GDACs),我们可以直接通过这两个中心设置的ftp站点下载由国际Argo计划成员国布放的全部浮标资料。
2、Argo资料共享
在国际Argo计划实施之初,政府间海洋委员会(IOC)大会第XX-6号决议就针对该计划特别提到,“Argo浮标获得的资料及资料产品将通过IOC和WMO(世界气象组织)的资料交换系统及其他适当的国际机制,以实时或延时模式免费向国际社会提供,支持业务海洋学和海洋气象学";国际Argo指导组同时也要求各国Argo计划都能遵照该决议操作。所以,按照国际Argo计划的指导原则,世界上任何一个想要使用Argo资料的用户都能够无条件地在第一时间获得所需海域的资料和相关信息等。
中国Argo实时资料中心遵循国际Argo计划组织和我国科技部基础研究司制订的数据共享原则,对国内外用户免费提供由该中心接收的全球海洋中的Argo浮标资料。除了在中国Argo实时资料中心网站上及时发布外,还将收集的历史剖面浮标资料刻录成数据光盘,免费向项目组成员和国内用户分发。自2003年10月向国内用户发放第一张经实时质量控制的全球Argo资料光盘起,10多年间光盘版本不断更新,累计发放资料光盘500余张。这些资料还被及时发布在中国Argo实时资料中心网站(http://www.argo.org.cn)上,并做到24小时更新一次,国内Argo资料用户完全可以与世界各国科学家同步获得在全球海洋上的Argo剖面浮标观测资料。
(三)Argo资料质量控制
为了使全球Argo浮标资料具有统一的质量控制标准,便于Argo资料的交流与共享,根据国际Argo指导组和国际Argo资料管理小组的推荐,中国Argo实时资料中心及时引进了Argo资料实时和延时质量控制模式,并对我国布放的Argo浮标资料进行了检验、校正和处理。
按常规调查方法,在采用调查船观测时,船载CTD仪传感器在调查航次的前后都要接受权威部门的标定,以保证得到高精度的观测数据。此外,用CTD仪测量的海水电导率计算的盐度,还需要利用现场实测资料(采集海水的水样,再用实验室盐度计直接测出盐度)来订正。然而,对于Argo浮标,一旦投放后要对浮标上装载的传感器进行维护几乎是不可能的事,而要监控传感器的工作状态更是困难。因此,人们很难确定在海洋中长期漂流后的电子传感器产生误差的原因。即使传感器的测量误差已经十分明显,也无法采用传统的误差订正方法对Argo浮标观测资料进行校正,因为人们难以得到与Argo浮标观测相符合的现场实测资料。Argo浮标可以自由漂移的性质,也意味着只有极少量的浮标可能被侥幸回收到实验室,使得技术人员有能力对电导率传感器进行标定。在过去的十年中,一些从事Argo剖面浮标资料分析和处理的科学家已经做了许多尝试,提出利用历史观测资料或在时间、空间上相邻的观测资料来校正并提高Argo浮标观测的盐度精度。
目前,根据不同的Argo资料用户,已经建立了两个资料质量控制模式,一个称为“实时(24-72h以内)质量控制模式",其特点是处理快速、时间短,资料精度一般,但已无明显错误,适用于海洋和天气业务预报部门或在海上从事捕捞作业的渔民等;另一个称为“延时质量(90天以内)控制模式",经过该模式处理的资料,其精确度可以达到Argo计划要求的技术指标,资料质量可以得到可靠保证,适用于科学研究和海-气耦合模式,以及对长期气候的预测模式中。
为了充分了解和掌握目前国际Argo科学组推荐的上述两种资料质量控制方法,中国Argo实时资料中心引进并使用它们对我国布放的Argo浮标资料进行了质量控制。且在布放浮标的同时,我们还尽可能采用常规观测仪器设备(如:CTD仪和实验室盐度计等)进行准同步观测,以了解和掌握浮标布放海区的海水温、盐度分布特性,以及浮标所携带的温度、电导率(盐度)和压力传感器的工作性能,以便对Argo浮标资料进行全面的质量控制,从而提高浮标资料的观测精度和可靠性。
1、实时质量控制
实时质量控制是对Argo剖面浮标观测的资料进行快速校正处理的一种方法,以满足特殊用户的需求。针对Argos卫星提供的剖面浮标信息可能存在的问题,研制的这个Argo剖面浮标资料实时质量控制模式,由计算机自动执行完成,从而可以确保用户在24小时内获得浮标观测的有效数据。该过程主要包括平台识别码、观测日期、浮标位置等的判别,以及温、盐度和浮标漂移速度检测等程序。根据国际Argo资料管理小组的要求,经这些判别和测试步骤所发现的浮标观测错误信息,一般不会在GTS上发布。Argo资料的实时质量控制要求严格按这些步骤进行。
为了对全球Argo实时资料有一全面、系统的了解,加深对实时资料再处理必要性和重要性的认识,更好地发现和处理Argo实时资料中存在的问题和错误,中国Argo实时资料中心曾对每月在海上工作的全部剖面浮标(由国际Argo计划各成员国布放)的观测资料(已经过推荐的实时质量控制模式处理),绘制每个浮标在其观测期间的温度-压力垂直分布曲线、盐度-压力垂直分布曲线、温度-盐度曲线和浮标漂移轨迹等,对资料的质量进行了再分析,并对实时质量控制模式进行了改进,主要针对采用上述测试方法处理Argo实时资料中还可能存在“000"号剖面、剖面编号、无剖面位置、漂移速度不合理等11个质量问题,通过分析产生这些问题的原因,寻求适合的判断这些问题的准则,并提出了处理这些问题的方法,作为对目前各国使用的Argo资料实时质量控制模式的改进和补充。
值得指出的是,上述辅助测试和校核过程同样可以用计算机自动、快速完成,所以在提高Argo实时资料质量的同时,还可保持其实时性,是对目前各国使用的Argo资料实时质量控制模式的补充。
2、延时质量控制
对Argo资料进行延时质量控制,其目的是处理和校正由电导率传感器遇到偏移或漂移问题所产生的盐度观测误差,确保向Argo资料用户提供可以用于科学研究的高质量浮标资料。该过程主要包括直观检测、浮标稳定性统计检测、与周边WOA2001数据库(不断更新)中的盐度数据比较、浮标观测盐度偏差检测和与局地气候学盐度偏差的长期趋势比较等。
然而,对Argo资料进行延时质量控制是一个十分复杂的过程,不能仅凭计算机的自动判别和处理,更需要具备丰富海洋学知识和资料处理经验的海洋工作者进行直观检测和客观分析,故需要较长一段时间才能完成,这也是国际Argo指导组为何提出三个月以后提供经延时质量控制的Argo资料的原因。虽然,中国Argo实时资料中心目前可以做到在15天内向国内用户提供经延时质量控制的Argo资料,但事实上,对一些有复杂错误信息的浮标资料(如观测资料存在无规律的偏移或随机的漂移等),进行了暂时删除处理,未向Argo资料用户提供。然而对于这些宝贵的现场观测资料,我们仍希望能挽救并做合理的处理后提供给广大Argo资料用户,但这需要一段较长的时间,也许确实需要三个月。
毫无疑问,对Argo数据进行校正和质量控制的最理想方法是,利用海洋调查船在Argo浮标观测的剖面附近水域所做的现场测量数据作为标准。显而易见,这样的方法不可能应用于所有的Argo浮标,所以必须找到其他的替代方法。一般认为,海洋深层的温度和盐度相对稳定。因此,对Argo数据进行校正和质量控制的最现实方法,就是与Argo浮标观测海域深层水中的气候学资料进行比较。
为了对Argo数据进行有效的质量控制和校正,要求用作标准的气候态数据集的容量要尽可能大、质量要尽可能高。因此,采用了世界海洋数据图集(WOD)、全球水文数据中心等提供的数据集,以及世界海洋环流实验(WOCE)计划等所提供的船载CTD仪观测资料作为参考数据集。
(四)Argo资料数据库
目前,Argo资料除了在互联网(www或FTP)和世界气象组织(WMO)的全球通信系统(GTS)上发布外,也有被制作成数据光盘的形式,提供给无法用上述途径获得Argo资料的用户,以及对数据归档保存的用户。随着Argo资料应用领域的不断拓宽,一些用户希望能及时了解其感兴趣海域Argo浮标的活动信息、资料状况,以及海水的温、盐度结构和运动轨迹等,于是,Argo网络数据库可视化平台和Argo GIS系统技术应运而生,使得Argo信息或数据,无论是专业技术人员,还是资料管理人员,甚至行政管理人员,都能方便地获取并应用到各个领域中。但随着全球海洋上Argo浮标数量的不断增加,以及观测持续时间的不断延长,Argo数据量与日俱增,数据存储和管理的难度也愈来愈大,特别是以数据光盘形式提供的Argo资料数据库,由于光盘本身的容量有限,所以增加存储量和提高访问速度是亟需解决的两大难题。
中国Argo实时资料中心针对Argo数据信息管理的要求,基于GIS技术和大型网络数据库技术,研制了基于GIS的浮标测量数据在线可视化查询、下载和绘图等,以及基于数据库技术构建Argo光盘数据集,方便用户对Argo资料归档、查询、导出、打印和绘图等,以提高Argo资料共享和应用水平。
(五)Argo网格资料及其衍生数据产品
相对于早期的常规观测手段,Argo浮标获取温、盐度剖面的速度非常惊人。2012年11月4日,Argo观测网已经在全球海洋中收集到了100万条观测剖面。自从19世纪末深海海洋学诞生以来,海洋调查船在过去一百多年时间里从全球深海大洋中只得到了约50万条0-1000m水深范围和20万条0-2000m水深范围内的温盐度剖面。据目前的速度估算,Argo观测网仅仅需要8年时间就可以再收集到另100万条温、盐度剖面,这是常规观测手段无法比拟的。然而,无论是常规观测仪器设备还是Argo剖面浮标获取的温、盐度等海洋要素,都存在着观测深度不一致,以及观测时间上的不连续和空间上的离散性等问题,使得应用范围受到一定的限制。早在上世纪80年代,美国的Levitus就针对这一问题做过世界海洋范围内水文和气象资料的客观分析,将历史上全球海洋通过常规观测手段获得的散点资料构建成为网格资料。Levitus的工作使得WOA(World Ocean Altas)系列资料集(WOA01、WOA05及WOA09等)不断推出,这是将历史散点观测资料构建成为时空范围内规则一致的网格资料,并得到成功应用的范例。
目前,Argo浮标提供的剖面资料已经远远超过长时期收集的历史资料数量,仅对Argo资料进行客观分析,也完全可以揭示全球海洋重要的物理海洋现象。许多Argo成员国都已在对Argo资料进行客观分析,开发针对Argo数据的网格化产品,作为研究全球海洋现象的基础资料补充,这极大方便了人们的应用。但是,不难发现,国际上构建这些Argo网格资料,大多采用最优插值法,也有一些学者采用更为复杂的数据同化技术,并融合大型的海洋数值模式,构建时空更为一致的再分析产品等。这些方法虽然效果明显,但计算量大,并且观测资料及数值模式的各种误差统计信息难以获取,操作起来相对复杂。为此,中国Argo实时资料中心利用一种简单有效的客观分析方法,构建了一套全球海洋Argo温盐度网格资料集。
该网格资料集可作为研究物理海洋基本现象的基础资料,也可以作为海洋数值模式的开边界条件与初始场。数据集可从中国Argo实时资料中心网站(www.argo.org.cn数据产品)免费下载使用。此外,中国Argo实时资料中心还通过各种插值和数据重构方法,分别制作了多种不同分辨率的网格化Argo温、盐数据产品,这些产品也都已在中国Argo实时资料中心网站上发布,并被应用于科学研究中。
二、Argo业务化与应用研究
(一)业务化应用
通过组织实施中国Argo计划,基本实现了《中国Argo实时海洋观测系统建设规划纲要》(2002年由国家海洋局组织编写)中提出的总体目标和阶段目标要求。就Argo大洋观测网而言,其成果类型主要分硬件和软件两大类。
硬件部分主要有3个业务化平台组成:
1、Argo大洋观测网(目前在海上正常工作剖面浮标有111个,达到了中国Argo计划最初提出的建设并维持一个由100-150个浮标组成的中国Argo大洋观测网的最低目标)
2、Argo实时资料中心(主要由Guildline 8400B实验室盐度计、浮标配重设备、抽真空器、9台服务器【曙光2*Intel Xeon E5540四核处理器,16GB DDR内存】、1个工作站【DELL PRECISION T5400 2*Intel(R) Xeon(R) CPU E5430 @ 2.66GHz】、6台PC机和1个磁盘阵列【4.8T】等组成)
3、Argo实时资料中心网站(1台服务器)
软件部分主要有3个业务化系统、一批科技论文(报告)和Argo网格资料集及其衍生数据产品组成:
1)Argo资料接收、处理和分发共享系统
2)Argo资料实时/延时模式质量控制系统
3)Argo资料数据库管理系统
4)Argo剖面浮标(针对10多种类型的常规剖面浮标)解码软件
5)Argo大洋观测网建设有关的著作、论文和报告(约80篇/本)
6)Argo资料与衍生数据产品(约15个版本的数据光盘)
其中,可以业务化提供的资料和数据产品有:
每日:全球海洋不规则点上5-2000m深度内的压力、温度、盐度、溶解氧等;
每月:0-2000m深度内标准层上的压力、温度、盐度、密度、位温、位密、声速和热含量等;
空间分辨率为:1º×1º(随着观测剖面数量的不断增加,分辨率可逐步提高到1/2º×1/2º,甚至1/4º×1/4º);
覆盖区域为:北太平洋或全球海洋。
Argo资料及其衍生数据产品也已在我国海洋、天气和气候业务化预测预报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";研发的另一个三维变分海洋资料同化系统(简称OVALS,即“Ocean Variational Analysis System"),能够同化Argo浮标、XBT和船舶报资料,以及由卫星高度计反演的海面高度异常资料等,是一个具有较广泛适应性的实用、先进的海洋三维变分资料同化系统,也已在国家海洋环境预报中心的业务化厄尔尼诺实时监测分析系统中得到应用。为了促进Argo资料的应用,中科院大气物理所等单位还率先在国内建立了一个能同化多种海洋观测资料的四维变分同化系统(NCC-GODAS),通过引入Argo资料大大改善了同化结果,揭示的三大洋海面温度不仅在数值大小,而且在分布形式上都与实际观测有较好的一致性;利用Argo观测的盐度资料,还研发出了基于NCC-GODAS的盐度同化产品,其结果同样与实际观测具有较好的一致性。目前,NCC-GODAS资料同化系统已在国家级业务中心(国家气候中心)得到应用;利用国家气候中心(NCC)全球海气耦合模式,通过在海洋资料同化系统(NCC-GODAS)中引入Argo资料,明显改进了中国夏季(6-8月)降水的预测效果,提高了NCC全球海气耦合模式对我国夏季降水的业务季节预报能力,在短期气候预测业务中发挥了重要作用。这也是中国气象局目前唯一一个业务化的全球海洋资料同化系统(简称NCC-GODAS),早在2005年12月通过中国气象局审批正式进入业务化运行。
(二)基础研究应用
中国Argo计划的组织实施,有力地支持了我国正在开展的许多重大基础研究项目,而且这些项目或课题也已经把全球Argo实时海洋观测网当作收集深海大洋物理海洋环境要素的主要渠道,而Argo数据更已成为广大研究者利用的必备基础资料。据不完全统计,从2001年以来,Argo资料在5个领域(海洋科学、气象科学、大气科学、水产科学、军事科学等)、4个系统(教育、科研、管理、海洋/气象业务化等)的近40个单位(部门)得到应用,其中有约400余人在直接利用Argo资料开展相关研究。
2004年11月、2006年6月和2013年11月先后举办了首次全国Argo资料应用研讨会,以及中国第一、二届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中的应用研究进程。由国际Argo信息中心提供的一份统计资料表明,从1998年以来,我国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200余篇,其中大陆科学家发表180余篇,台湾科学家发表近20篇。Argo资料不仅在海洋和大气科学领域的基础研究中得到广泛应用,而且在我国经济社会建设中也将发挥愈来愈大的作用。自从2007年以来,由国家海洋局、中国气象局和中国科学院等下属单位科研人员共同完成的多项科研成果,已经获得了多项国家级和省部级奖励,为促进我国海洋和大气科学的发展,以及提高海洋和天气业务化预测预报水平做出了积极贡献。
三、取得的经济和社会效益
通过中国Argo计划的组织实施,确保了我国Argo大洋观测网在国际Argo计划中的地位和作用,并有权力共享全球海洋上由其它国际Argo计划成员国布放的10000多个浮标的观测资料;利用业已建立的Argo资料接收、处理和分发系统,为国内用户提供了一大批高质量的浮标观测资料,并已经应用到我国业务化海洋预报系统,以及海气相互作用过程的研究中;每年获得的不少于10万条剖面的大洋温、盐度数据和浮标漂移轨迹数据,在我国海洋调查史上绝无仅有,它所提供的海量观测资料也是前所未有的,而由这些资料获取的应用研究成果无疑是原创性的。且随着Argo数据量的不断增加,海洋预测预报的精度还将不断提高,人们对海洋和海气相互作用的认知水平也在不断得到提高。
到目前为止,我国布放的近200个Argo剖面浮标,就算平均寿命为3年,累计也可获得22000多条温、盐度剖面。若利用常规的船载CTD仪观测,至少需投入18亿元人民币,而目前我国投入Argo大洋网建设和用于基础研究的经费还不足8000万元。可见,投入与产出比十分悬殊,经济效益非常明显。这还没有计算计划实施期间,我国还有权利共享到其他Argo成员国布放在全球海洋中的10000多个浮标的观测资料,已累计获得110多万条温、盐度剖面(利用常规的船载CTD仪观测,至少需投入800多亿元人民币),这比起我国历史上在深海大洋中累计观测或收集的剖面总数都要多得多,极大地丰富了我国的大洋环境数据库;况且,随着我国Argo大洋观测网建设的不断完善和国际Argo计划实施的不断深入,这些源源不断的、覆盖全球海洋的实时、高质量Argo资料,不仅可直接用于业务化海洋预报,而且也可广泛应用于业务化天气/气候预测预报,并可望大幅度提高我国海洋和天气/气候预测预报的精度,以及人们对全球气候变化的认知水平,因而有着不可估量的经济和社会效益。
四、存在问题与建议
中国Argo计划虽然是在国务院正式批复“我国可加入Argo全球海洋观测计划"以后,由科技部基础研究司、国际合作司和国家海洋局科技司等部门共同管理实施的一项国家计划,但没有如其他国家专项那样分配相应的专项资金,而是由科技部和国家海洋局负责实施的已有研究专项或计划(如“国家重点基础研究发展规划前期研究专项"、“国际科技合作重点项目计划"、“海洋公益性行业科研专项"和“科技基础性工作专项"等)中调剂部分经费给予一次性资助,缺乏固定的支持渠道和经费保障。
目前,我国的Argo资料处理和质量控制工作与发达国家相比还存在一定差距,需要加强重视并投入更多的人力和物力来做好这项工作,才能使我国在Argo资料管理方面不被其他国家拉大距离。此外,我国Argo大洋观测网建设目前还面临着十分严峻的生存问题,主要体现在如下几个方面:
1、浮标网长期维护
目前我国Argo大洋观测网的维护和浮标补充布放主要依赖科研项目的支持,缺少长期稳定的经费资助,导致每年布放的浮标数量十分不稳定,甚至有些年份无标可放(如2005和2007年)。我国当初加入国际Argo计划时曾承诺在太平洋和印度洋海域建设和维持一个由100-150个Argo浮标组成的局域观测网,并成为全球Argo实时海洋观测网的重要组成部分。通过十多年的努力,虽然我国已经在上述海域累计布放了近200个浮标,但实际能长期在海上正常工作的浮标数量还刚刚达到最低目标的100个,每年至少需要补充布放30-50个浮标,才能确保该观测网的正常运行。
2、浮标通讯费
由于目前Argo实时资料中心的日常运行主要依靠承担国家科技部和国家海洋局的科研项目经费维持,在每个项目的经费预算中,虽均明细列出了每个Argo浮标3-5年的通讯费支出,但根据国家对科研项目管理的有关规定(公益性行业科研专项经费管理试行办法(财教[2006] 219),以及《国家重点基础研究发展计划专项经费管理办法》财教[2006]159号文件),一旦研究项目实施期满(即通过项目结题验收),剩余经费(连同Argo浮标的后期通讯费)将会随即冻结并上交国库,导致项目后期陷入无钱支付浮标卫星通讯费的困境。目前,由多个已经(或即将)结题项目布放的浮标,还有约60多个仍在海上正常工作,每月需支付法国Argos和美国铱卫星服务中心的数据传输费约4万元(每个浮标约600元人民币)。现在正面临不能按时(每月一次)支付,或需承担高额滞纳金,甚至被停止提供浮标观测资料接收传输服务的风险。
3、技术队伍与日常工作
目前,中国Argo实时资料中心拥有5名科研人员,负责日常Argo资料接收、处理与交换,以及资料处理方法改进、资料接收与处理系统完善、资料衍生产品开发和承担相关科研工作等。随着Argo计划的持续实施、Argo观测网的不断拓展和观测要素的不断增加,浮标资料接收和处理的工作量大幅提升,为满足国际Argo指导组和Argo资料管理组每年提出的各种任务和要求,已经力不从心,也难以跟上其他Argo成员国的前进步伐,急需培养和补充新生科研力量,壮大队伍。但矛盾的是,目前这支队伍还只能依赖有限的科研项目经费来维持和生存,而按照相关规定,科研项目的劳务费又只能支付研究生和临时聘用人员的津贴。所以,如何保证这支队伍能安心地从事这项具有挑战和创新性的、却又是十分基础性的工作,已显得十分迫切。同样,该中心的日常运行也只能依赖科研项目经费的支持,一些工作无法正常开展。
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。目前,国际上许多Argo成员国(如美国、澳大利亚、日本、印度、法国和德国等国)均已把本国Argo计划的组织实施纳入了财政年度预算中,有较充足和稳定的经费来确保浮标观测网的正常维护,以及观测资料的接收、处理和交换等日常工作。
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计划的发展需要业务经费的长期支持。
1、鉴于目前中国Argo实时资料中心面临无力支付仍在海上运行的Argo浮标卫星通讯和资料传输费的困境,迫切需要提供每年约50万元的业务经费用于支付这些浮标的卫星通讯费,以便观测网内的浮标观测数据能正常传输。
2、我国Argo大洋观测网建设运行应尽早纳入业务化运行体系,以确保每年能布放一定数量的剖面浮标,维持技术队伍的稳定与发展,以及日常工作的正常开展。
3、随着大量Argo剖面资料的积累,如何处理这些资料以及制作高质量的相关数据产品对推动我国海洋与大气科学研究显得十分重要;同时,为确保业务化预测预报和基础研究能获得高质量的Argo资料和丰富多样的数据产品,对Argo资料的处理及数据产品的开发工作亟须引起高度重视。
为此,只有将中国Argo大洋观测网纳入我国海洋观测预报体系建设,才有希望解决无钱支付目前仍在海上正常工作的浮标卫星通讯和观测资料传输费用的燃眉之急,并可以形成沿岸、近海、远海、大洋区域的高密度综合观测系统,更好地发挥Argo资料在提高业务化海洋环境观测预报保障能力,以及应对气候变化、资源开发、国防安全、维护海洋权益和建设海洋强国中的重要作用。
(国际Argo指导组成员、中国Argo计划首席科学家、国家海洋局第二海洋研究所研究员许建平)