全球Argo海洋观测十五年（译文）

Stephen C. Riser¹, Howard J. Freeland^2*,Dean Roemmich³, Susan Wijffels⁴, Ariel Troisi⁵, Mathieu Belbeoch⁶, Denis Gilbert⁷, Jianping Xu⁸, Sylvie Pouliquen⁹, Ann Thresher⁴, Pierre-Yves Le Traon¹⁰, Guillaume Maze⁹, Birgit Klein¹¹, M. Ravichandran¹², Fiona Grant¹³, Pierre-Marie Poulain¹⁴, Toshio Suga¹⁵, Byunghwan Lim¹⁶, Andreas Sterl¹⁷, Phillip Sutton¹⁸, Kjell-Arne Mork¹⁹, Pedro Joaquín Vélez-Belchí²⁰, Isabelle Ansorge²¹, Brian King²², Jon Turton²³, Molly Baringer²⁴and Steve R. Jayne²⁵

1.华盛顿大学海洋学院，Seattle, Washington 98195, USA（美国）；2.加拿大渔业与海洋部海洋科学研究所，North Saanich, British Columbia V8L 4B2, Canada（加拿大）；3.斯克里普斯海洋研究所，9500 Gilman Drive, 0230, La Jolla, California 92093-0230, USA（美国）；4.澳大利亚联邦科学与工业研究组织天气和气候研究中心，Hobart, Tasmania 7004, Australia（澳大利亚）；5.阿根廷海军航道测量局，A. Montes de Oca 2124, Buenos Aires C1270 ABV, Argentina（阿根廷）；6.海洋学及大洋气象学联合委员会，BP 70, Plouzané 29280, France（法国）；7.加拿大渔业与海洋部Maurice-Lamontagne研究所，Mont-Joli, Quebec G5H 3Z4, Canada（加拿大）；8.国家海洋局第二海洋研究所，No. 36 Baochubei Road, Hangzhou, Zhejiang 310012, China（中国）；9.法国海洋开发研究院，BP70, Plouzané, 29280 France（法国）；10.法国海洋开发研究院和Mercator Océan，8-10 rue Hermes Parc Technologique du Canal，Ramonville St. Agne 31520，France（法国）；11.德国海洋水文局，Bernhard-Nocht-str., 78, Hamburg 20359, Germany（德国）；12.印度海洋信息服务中心，Hyderabad, Andhra Pradesh 500090, India（印度）；13.海洋研究所国际项目部，Wilton Park House, Wilton Place, Dublin 2, Ireland（爱尔兰）；14.意大利海洋与地球物理学研究所，Borgo Grotta Gigante, 42/c, Sgonico, Trieste 20359, Italy（意大利）；15.日本海洋科技厅和日本东北大学，Aramaki-Aza-Aoba 6-3, Aoba-Ku, Sendai, Miyagi 980-8578, Japan（日本）；16.韩国气象厅国家气象研究所，33 Seohobuk-ro, Seogwipo-si, Jeju-do, 63568, Korea（韩国）；17.荷兰皇家气象研究所，PO Box 201, 3730 AE de Bilt, The Netherlands（荷兰）；18.新西兰国家水与大气研究所，301 Evans Bay Parade, Greta Point, Wellington 6021, New Zealand（新西兰）；19.海洋研究所，PO Box 1870 Nordnes, 5817 Bergen, Norway（挪威）；20.西班牙海洋学研究所，Vía Espaldón, Dársena Pesquera, Parcela 8, 38180 Santa Cruz de Tenerife, España（西班牙）；21.开普敦大学海洋研究所海洋学系，7701 Rondebosch, South Africa（南非）；22.南安普顿国家海洋中心，Empress Dock, Southampton, Hampshire S014 3ZH, UK（英国）；23.英国气象局，FitzRoy Road, Exeter, Devon EX1 3PB, UK（英国）；24.美国海洋大气局大西洋海洋与气象实验室，4301 Rickenbacker Causeway, Miami, Florida 33149, USA（美国）；25.伍兹霍尔海洋研究所，Woods Hole, Massachusetts 02543, USA（美国）  *e-mail: Howard.Freeland@dfo-mpo.gc.ca）

摘要：1971年至今，气候系统中积聚的热量有90%以上贮存在海洋中。因此，海洋在地球气候中扮演着重要角色。即使在最有利的条件下，观测海洋也并不容易。历史上，利用船只开展的海洋调查，在广袤的海洋上依然留下了大量空白区域，特别是南大洋，在很长一段时间里都没有调查。在过去的15年中，随着由Argo剖面浮标组成的全球Argo海洋观测网的问世，才使得统一对全球2000米上层海洋进行时空同步观测成为现实。初期Argo计划的主要目标是建立一个系统的全球剖面浮标观测网，使其能与全球海洋观测系统（GOOS）中的其他观测平台形成一个整体。该观测网免费提供全球海洋2000米水深以上海水的温度和盐度资料。这些资料在收集后的24小时内向公众免费提供，被广泛应用于季节至十年甚至数十年尺度相关的气候变化研究中，以便改进海气耦合气候模式的初始场和海洋分析预报系统的边界条件等。

      20世纪90年代末，由于没有系统的全球观测，在地球气候变化监测方面进展甚微，这是大家所公认的。于是，有一些海洋学家提出，利用现有的技术，并通过国际间的紧密合作，可以建立一个实时监测全球海洋的浮标观测网。Argo计划也就应运而生。本文回顾了Argo计划过去15年所取得的进展，并对未来10年内可能发生的变化进行了展望。

1. Argo观测网历史与现状

      Argo计划是全球海洋观测系统的重要组成部分，致力于监测全球海洋上层温、盐度的演变。观测网使用的剖面浮标长2米，通过改变自身浮力来调节深度并随海流自由漂移。在Argo计划中，大部分浮标被设置在1000米深度漂移（称为漂移深度）。Argo浮标典型的工作循环过程如图1所示。浮标被布放在海面并下潜到漂移深度，漂移约9天后，会自动下潜至2000米深度，随后上浮到海面，约需6个小时，并在上浮过程中测量海水温、盐度等要素。在海面，浮标通过卫星向地面接收站发送观测数据；数据发送完毕后，浮标又会自动下潜至漂移深度，准备下一个剖面的测量，如此往复循环。通常，每个浮标能在5年（或5年以上）期间重复200次以上每隔10天的循环观测。自Argo计划实施以来，各成员国已经布放了超过10000个浮标，目前仍有约3900个浮标在海上正常工作。Argo计划明确规定，所有数据准实时地发送给各国的天气预报中心及两个全球Argo资料中心（GDAC，位于美国和法国），并通过它们无条件免费向广大用户提供。

图1  Argo浮标典型的工作循环过程

（注：浮标在海面开始下潜至1000米（漂移深度），并在该深度停留9-10天。通常9天后，浮标会自动下潜至2000米深度，启动自身携带的采样传感器，并在其上浮至海面过程中测量海水的温、盐度等海洋环境要素。当浮标到达海面后，会在海面漂浮足够长的时间，以便向Argos或铱卫星系统传输采集的数据。随后，浮标再次下潜到漂移深度，开始下一个循环。整个循环周期通常为10天。该图由美国斯克里普斯海洋研究所Megan Scanderbeg女士提供。）

      Argo浮标的布放始于1999年，开始的计划是在2007年年底之前建成由3000个浮标组成的全球海洋观测网，2007年11月该目标已经实现。现在，由Argo观测的资料比上世纪获取的观测资料总和还要多（图2）。历史上，海洋观测的偏差多存在于那些更容易观测的海域，所以北半球和近海海域更具代表性。虽然Argo浮标无法在近海观测，但该计划已帮助我们有效消除了在空间上存在的偏差。Argo还极大地改善了海洋（特别是极地海洋）调查中的季节性观测偏差。目前，Argo每年在南大洋获得的冬季观测剖面已经超出过去100年获得的剖面数量总和。全球海洋数据库中在南大洋（30ºS以南）的温、盐度剖面大部分来自于Argo。

图2  Argo浮标剖面采样密度

（a.从1999年1月至2015年10月期间收集到了大约150万条剖面。b.收集到的几乎所有历史观测数据（过去上百年由船载仪器设备观测的50万条剖面数据），来源于世界海洋数据库2009（WODB2009）。采样密度是根据每个1°×1°经纬度网格中收集的剖面总量统计得到的，并用色板表示相应的剖面数量。该统计分析仅包含不小于1000米深度、且同时具有温、盐度值的剖面。）

      政府间气候变化专门委员会（IPCC）第Ⅰ工作组提供的2014年第5次评估报告，在第3章中包含了一个有关“评估海洋变化的可用数据”附件，其中显示了1950-1955年至2005-2010年期间每五年温、盐度剖面的分布，可见2000年以前（Argo观测系统之前）的资料（包括北半球）相当缺乏。尽管该报告没有提到季节性观测偏差问题，但Argo之前的观测系统通常很少能获取冬季的观测资料。从该报告可以清楚地看到，由于近些年海洋观测系统的扩展，使得第5次评估报告明显与以前的报告有所不同，而这种改变应归咎于Argo观测网的出现。当然仍有一些问题需要得到解决。由于Argo浮标必须在海面传输观测数据，使原先的浮标无法在高纬度海域的部分冰覆盖区域工作。新的浮标已经能在南极季节性冰区正常工作。虽然Argo在海洋中的覆盖并不均匀，但我们正努力提高那些低覆盖率海域的浮标数量，如西边界流区。

      尽管Argo数据量已经轻而易举地超过通过传统方式获取的，但只有保证资料的高质量才能体现其最大的价值。Argo计划当初提出的目标是温度、盐度和压力的测量精度分别为0.005°C、0.01和2.5 dbar（相当于2.5 m）。已有的结果表明，约80%的原始剖面数据在经过很小的校正或不用校正，就能达到该精度标准，剩余20%的数据使用过去十多年间开发的延时模式质量控制方法校正后，同样也能满足该精度要求。开发业务化预报系统的机构需要及时获取数据，目前约90%的Argo数据能在浮标观测后的24小时内进行发布。   

2.最新成果与发现

      Argo计划的最大价值体现在其数据集的广泛应用：从20世纪90年代末Argo计划开始实施起，已经有近2100篇相关科学论文使用了Argo数据，彰显了Argo观测网对有关海洋与气候基础科学的促进作用。早在Argo观测网实施前一个世纪，人类便开始了对这些全球海洋重要状态参数的观测（而流速通常采用推断方法获得）。上个世纪八、九十年代期间开展的世界大洋环流实验（WOCE），沿着一系列横穿世界大洋的断面获得了8000多条高质量的船载CTD剖面资料，这对认识和估算当时海洋状态提供了重要的数据源。然而，由于断面数量有限，使得WOCE对全球海洋的观测留下了大量空白区域，尤其在南大洋海域。为此，全球Argo观测网的高时、空分辨率的采样及其高质量的观测数据，为人类进一步认识海洋环流提供了新的视角。

      尽管科学家利用从二十世纪八十年代开始收集的成千上万条船载海洋温盐度资料，经过平均之后得到了全球海洋图集，但正如前面提到的，这些图集受到观测密度和频次的影响，误差较大。随着Argo海洋观测网在全球绝大多数海域内获取的观测数据，无论是在表层还是次表层，在全球海洋还是局地海域，均可以得到前所未有的海洋温、盐度详细结构，并可为估算一些气候指标（例如海洋热含量和海平面变化等）提供可靠的依据。利用Argo浮标漂移轨迹估算得到的全球海洋流场数据集，已经开始应用到海洋内部流场验证的系统研究中。Argo资料也被用来改进对海洋复杂空间变化（尺度小于气候尺度）的研究。虽然，Argo计划启动之初并没有涉及到这些方面，但许多有关中尺度涡和重力内波的研究工作，也都开始使用Argo剖面资料。

      Argo观测网为全球海洋观测系统中的其他组成部分提供了极大地补充，特别是卫星高度计。Argo浮标的现场观测资料与卫星高度计反演的海表高度异常数据相结合，可以构建出时间序列的海洋环流动力学状态（如北大西洋的经向翻转流和高分辨率的三维温度场）。目前在一些海域，已有将卫星高度计资料和浮标轨迹资料结合计算得出相对于1000dbar的绝对地转流的方法。Argo资料和高度计资料已经在海洋分析与预测等领域开始系统应用。许多气候模式也都同化了Argo次表层温度资料，大大提高了模式对大气的季节内波动、季风活动以及海气相互作用（如ENSO）等问题的预报能力。

      由于Argo观测资料可以全面反映海洋状态，从而为研究海洋年代际或更长时间尺度的变化提供了可靠依据。Argo观测与十九世纪下半叶开展的“挑战者号”考察对比，提供了一个极好的案例。该项研究揭示了过去135年中，海洋温度的增加值从表层的0.6℃逐渐减小到1000米处的0℃（图3）。另外，在135年中900米以上海洋温度平均增加了0.3℃。由气候模式获得的相似结果进一步证实了这种变化。由于过去半个世纪对全球海洋仅有稀疏的观测数据，故当前揭示的海洋温度变化可能早就发生了。这也进一步强调了海洋在气候变化中的作用，以及长期维持全球观测系统的必要性。

      通过将2004-2008年期间的Argo数据与2001年以前的船载CTD数据进行对比，揭示了近数十年海洋0-1000米范围内温、盐度全球尺度的变化。对比结果表明，近10年大部分海洋近表层温度的升高都要比过去几十年大，一些海域甚至超过了1℃。部分海域也存在下降的趋势（如从智利到阿拉斯加的东太平洋海域温度降低了1℃）。从20世纪中叶开始，全球上层海洋平均温度升高0.2℃。近期的研究表明，截止2013年，这种上升趋势并没有改变。

图3  2004-2010年期间全球海洋平均温度分布

（a.海表温度；b.366米水深处温度；c.914米水深处温度。带色的圆点代表Argo与“挑战者”号观测间的温度差，对应差值可参考色彩比例尺。）

      Argo计划启动以前，海洋盐度资料比温度要少很多，20世纪80至90年代的WOCE计划期间，只在一些重复断面上收集到了部分高质量盐度观测资料。随着Argo计划的启动，了解0-2000米范围内的盐度变化才成为可能。与温度一样，将Argo观测的盐度与早期收集的盐度资料进行对比后发现，盐度也存在年代际变化。相关研究通过将Argo与历史资料对比，发现在每一个海盆中都存在一个上层海洋盐度变化的模式，这一变化与表层海水增暖一致，导致冬季密度“露头”现象（密度锋）向极地迁移。由于在赤道与两极之间的海表面存在温、盐度水平梯度，导致在任意纬度上的海表水均下沉，并向赤道方向输运，随之在高纬度海域会产生一个低盐区。在中纬度海区，表层升温导致海水蒸发量增加，从而使得近表层盐度增加。盐度在表层和海盆尺度的变化存在正反馈机制。也就是说，在盐度高的海区会持续升高，而在盐度低的海区则会持续降低。这与通过大气进行输送的水汽净增量一致。这种现象同样呈现在使用近似克劳修斯-克拉贝隆（Clausius–Clapeyron）热力学方程的气候模式结果中。

      在较区域尺度更大的范围内，Argo资料被用来研究海洋深层通风的自然变化，这对热量和气体进入次表层海洋起关键作用。这一过程主要发生在部分北大西洋与南极海域的高纬度地区，而由此产生的深海环流对世纪尺度的全球气候变化有着重要影响。过去十年大量的观测资料（包括Argo资料、船载CTD资料和大气热通量等）表明，北大西洋高纬度地区的拉布拉多/伊尔明厄海域（Labrador/Irminger Sea）深层对流强度的年际变化与冬季大气状态之间存在很密切的联系。该研究结果极大地体现了Argo对了解拉布拉多海（Labrador Sea）深层对流变化的观测能力，并呈现了自2008年以来，深层对流强度在2014年达到最大（图4）。

      一些文献也涉及了近表层温、盐度变化的影响等更为具体的科学问题。例如利用Argo资料和历史CTD资料的对比发现，在北太平洋中央的热带与亚热带海域，上层海洋的盐度正在普遍下降，这可能与这一区域的源头海水（高纬度海域冬季混合层内的海水）的盐度正在降低有关。而高纬度海域混合层内海水的淡化又与区域降水增加，以及区域增温导致的源头海水北移等两方面因素的共同影响有关。该区域的可用数据（包括Argo资料以及其他观测资料）已足够使研究者构建其真实的区域热量收支模型，结果表明，表层密度与盐度随时间的变化主要依赖于区域降水和冬季次表层水向混合层的输运。而从目前的数据来看，这些影响因子正随着气候的变化而变化。在北太平洋的其他海域也有相关研究，如源于温哥华岛的一条调查断面，从20世纪50年代开始就一直保持利用调查船进行定期考察，近年来Argo观测资料也覆盖了该断面。通过历史资料与Argo资料的对比发现，亚极地表层水正在变暖变淡，从而导致表层水密度降低且层化加强，进而降低了大气对海洋次表层的影响。

图4  拉布拉多海（Labrador Sea）对流

（注：2002-2014年期间拉布拉多海（Labrador Sea）2000米上层位温（a）和盐度（b）两周一次到年际的变化。数据来自质量控制后的Argo资料和船测剖面资料。该图由加拿大贝得福德海洋研究所Igor Yashayaev先生提供。）

      如上所述，基于大量观测资料的众多研究表明，近几十年（时间可能更长）来全球范围内的上层海洋正在普遍变暖。而海洋储存热量（即温度的垂直积分）的变化可能与地球辐射的不平衡有直接关系。目前，从过去40年的观测（包括历史资料与Argo资料）来看，全球海洋热量增加主要体现在0-700米上层海洋的热含量增加，而地球气候系统中90%的余热被存储在海洋中。如果没有Argo观测资料，得到这一结论是不太可能的。Argo数据也使得研究海洋热含量的时空变化成为可能，研究表明，海洋热含量过去十年的增加主要发生在南大洋（Argo计划以前观测资料较少）；再者，发生在赤道太平洋的ENSO变化也部分掩盖了全球表层海洋的变暖。通过对2006年至今3个纬度带上Argo资料的分析，并研究了0-2000米范围内海洋热含量的变化，结果也证实了上述结论（图5）。另外，Argo计划启动以来，上层海洋的确是在变暖，特别是在20ºS以南海域。图5展示了1955-2010年期间0-2000m水深范围内的热含量异常以及2006-2014年期间只用Argo资料计算的热含量异常，两者具有相同的变化趋势。而在Argo计划启动之前，要想研究海洋在气候变化过程中所起到的作用问题几乎无法做到。事实上，经过对海洋热含量详细而又系统的分析之后发现，在Argo计划启动之前，科学家低估了上层海洋热含量变化，这主要是由于南半球观测资料的匮乏所致；随着2004年Argo资料的大量增加，并成为常态以来，这种估计得到了极大改善，并且和气候模式一致程度也有了大幅提高。

图5  基于Argo资料估计的全球热含量

（注：估算的热含量异常，黑色曲线为60°S-20°S区域的，红色曲线为20°S-20°N，蓝色曲线为20°N-60°N，紫色曲线则为全球区域的。）

3.未来展望

      当20世纪90年代末Argo出现时，由于所需的技术还处于萌芽阶段，加上需要的国际合作程度是海洋领域前所未有的，因此对该计划是否可在全球海洋上成功布放和维持一个由3000个剖面浮标组成的观测网还是个未知数。如今，在21世纪的第二个十年，浮标技术已经取得了很大进展，并且已有超过30个国家参与该计划，是时候考虑Argo计划的进一步使命了。国际Argo指导组描绘了一张未来10年该计划发展和扩张的蓝图，其中的一些发展计划已经通过试验布放或区域试点等方式在实施中。如在全球海洋的相关特殊区域，包括海水特别湍流区域（这对浮标信号分辨能力是个挑战）、海气相互作用特别强烈区域和气候影响剧烈区域，增加空间采样频度。同时，技术的改进也允许我们可以将Argo扩展到之前未布放浮标的区域，如边缘海和季节性冰区等，这与原先的计划相比体现了真正意义上的全球观测覆盖。

      强西边界流（如墨西哥湾流和黑潮）是海洋环流中最显著的特征之一，通过携带热带和亚热带温暖的海水到高纬度地区，实现热量向极输送。在流路上会有相当一部分热量与大气进行交换，尤其是一些海流会从边界分离进入海洋内部或近岸海域，从而改变风暴的路径或会改善大陆性气候。当利用Argo资料分析这些区域尺度海洋结构的逐月和季节性变化时，由于剧烈的海洋湍流、加上边界流的复杂环境，以及Argo观测网空间分辨率的不足，相比其他区域会产生相对大的分析误差。这限制了Argo的其中一个主要目标，也就是观测这些重要区域的大尺度海洋结构演化的过程。所以，Argo指导组决定将更多的浮标布放在这些海域，且一些Argo成员国也已经在响应这一呼吁。如在毗邻西北太平洋的中国、韩国和日本等国已经对该海域的空间采样密度提高到Argo规定标准的近三倍。在西北大西洋哈特拉斯角（Cape Hatteras）和大西洋中脊之间，采样密度也同样提高到相似水平。通过这些项目的实施，是否有能力提高所有西边界流区域的采样密度还尚不清楚，但这些试点活动将有助于揭示所取得的成果，从而指导未来的采样标准。

      同样，Argo指导组也呼吁在近赤道海域增加采样密度，该区域剧烈的海气耦合效应会产生全球范围内的大气异常。例如在热带太平洋海域，也是ENSO现象的孕育地，其不规则的海洋变暖和变冷的“跷跷板”现象，通过强烈的耦合放大效应，会驱动全球气候变化，从而影响那些远离太平洋低纬度地区的经济发展。印度洋偶极子（IOD）就是这样一个影响印度洋周边国家的类似现象。与这些现象相关的表层温度和盐度可以通过卫星监测得到，但次表层和深层信息只能依赖Argo。Argo数据连同现有的热带锚碇浮标阵资料，可以用于构建模型预测ENSO和IOD等现象，能很好地提高和改善对这些科学界感兴趣、且具有社会破坏性事件的发生及其强度的预测水平。

      此外，国际Argo指导组也鼓励在边缘海，以及区域环境对自然资源和贸易重要的海区布放浮标。在Argo实施早期，由于存在浮标过早失效以及潜在的政治纷争等原因，会避开这些区域布放浮标。十多年后，虽然其中一些问题依然存在，但鉴于Argo计划在科学领域的成功，一些研究团体在几个大洋边缘海区域实施了多个类似于Argo的项目。欧洲Argo计划是欧洲研究基础设施联合体为了支持Argo而倡议的一个区域观测项目，并成立了区域Argo中心；与此同时，地中海Argo区域中心则是自2008年以来在这些海域维持了一个由50多个剖面浮标组成的观测网，并计划进一步拓展。这项工作将有助于理清地中海水团形成的原因，并通过将剖面资料同化到环流数值模式中，从而可提高海盆尺度环流的预测水平。在东亚边缘海类似的Argo组织努力下，已经对该地区海洋和区域气候相互作用以及长期变化的原因等有了新的认识。除此以外，投放在墨西哥湾的浮标，获得的数据会提高对飓风的预测水平。

      最初，因浮标在冰下无法发送数据，为了避开季节性冰覆盖海域，国际Argo计划仅覆盖了赤道至南北纬60°范围以内的大洋海域；即使部分浮标在冰区可以上升到海面，但被浮冰毁坏的危险性也极高。在过去十年，国际Argo计划开发出了冬季可以显著提高浮标在冰区存活率的方法，即基于近表层温度结构推测表层是否存在海冰。简单地说，如果浮标通过现场层结分析判断出其上方存在海冰，则其不会再尝试穿透海面（从而起到避冰效果），而是保存观测数据、继续下沉，以便执行下一个循环观测剖面。当春季来临海冰消退，浮标可以达到海面时，所有的冬季观测数据就可以通过卫星一次性传送给浮标用户，但没有轨迹信息。该方法起到了很好的作用，使得浮标在季节性冰区的存活率与低纬度海区相当。鉴于全球海洋有不少位于南半球高纬度的区域，以及围绕南极的冰覆盖海域在经向翻转环流中的决定性作用，随着上述方法的试验成功，国际Argo指导组建议，可以在这些海域系统增加布放浮标的数量。好几个团队正着手在这些海域尝试投放浮标。

      除了在新的海域布放浮标，以及更新浮标软件外，技术开发也已经展现出剖面浮标的新能力，这将使得大量科学问题得到验证。正如起初所设想的，Argo是一个用来观测全球海洋温度、盐度和热含量，以及获取这些参数变化所体现出来的气候信号的计划。过去十年中，新传感器的问世，使得诸如溶解氧、硝酸盐、叶绿素和pH等生物地球化学要素同样可以通过Argo浮标获得观测。这些传感器的尺寸和能耗都比较小，且几乎不会降低浮标基本使命所需要的持续时间。因此，配备类似传感器的浮标可以提供一种展望，即可以从物理角度监测海洋环流对气候态关键生物地球化学过程的影响，比如生物地球化学中的碳循环、海洋缺氧和海水酸化等。这些浮标观测结果还将有助于提高生物地球化学模式的模拟能力，还可以将依靠海洋水色卫星观测到的海面生物地球化学特性扩展到水体的深层。Argo指导组赞同将这些新技术服务于国际Argo计划，同时也在谨慎地推动Argo数据系统在接纳和发布这些新的浮标数据方面取得更多的经验。预期未来几年生物地球化学Argo浮标的投放数量会急剧上升，几个与碳吸收有关的在关键海区投放Argo浮标的项目，会在设计全球尺度生物地球化学浮标项目方案之前先行实施。欧洲正在北大西洋海域进行类似项目的实施。同样，同时具备避冰能力和生物地球化学要素观测的浮标，造就了南大洋碳和气候观测及模拟（SOCCOM）项目的诞生，其目标是要研究承担全球海洋40%碳吸收的南大洋中的碳循环机理。

      近些年，一系列研究都提到2000米以下的深海大洋，在整个海洋热含量和热比容导致的海平面上升方面具有举足轻重的地位，尤其在南半球高纬度地区（当然不止是在这些区域）。许多研究表明，3000米以下各层都在增暖，而此结论是基于1980年开始的稀疏、重复的高质量船舶温盐观测资料的分析得出的。然而，数十年的船舶观测所耗费的人力物力财力却是巨大的，一般为35000美元/天。因此，对于全球海洋观测而言，尽管Argo目前仅能观测2000米以浅的水层，但Argo仍不失为一个经济有效的观测计划。投放浮标所用的策略将决定是否需要额外增加支出，如果是利用机会船投放浮标，那就没有额外支出；但如果是在指定海区布放浮标，这就需要利用专门的调查船只，就得支付租用船只的额外费用。为了向深海大洋拓展，并能优化对深海域增暖的估计，国际Argo指导组自2012年就开始致力于开发用以观测2000米以深（可达6000米）海域的浮标，且在2015年及其之后的数年里，加大深海浮标的投放力度。这是Argo计划自上世纪90年代末投放第一批Argo浮标以来的一个远大抱负，也是Argo计划的一项重要技术开发和挑战。目前，使用新技术的几个不同类型的浮标工程样机已经通过了海上测试，如欧洲和日本正在开发采用碳-环氧纤维缠绕材料壳体、且可以观测0-4000米水深的浮标，美国开发的2个由玻璃组成的壳体、且可观测0-6000米水深的浮标等。另一个需要关注的问题是，既然深海大洋的变化被认为比2000米以浅水层来得小，那么这些浮标上携带的温度、电导率和压力传感器必须比标准Argo浮标的更加准确。一种4000米深水型浮标的工程样机已经成功投放于北大西洋和北太平洋海域，另一种6000米深水型浮标工程样机已经于2014年年中在西南太平洋海域完成测试，以校正和确认新型超精度温度/电导率/压力传感器的测量性能。测试结果表明，无论是浮标本身，还是传感器，其性能都得到了优化和提升。尽管深海型浮标的成本要明显高于常规的Argo浮标，但仍希望到2020年能实现系统观测，使之在Argo观测网中占到约30%的份额。未来，国际Argo计划对来自水文调查船的高质量深海数据仍有持续的需求，即使所有的深海浮标均布放到位，基于船舶的海上调查将与Argo一起，为深海大洋提供完备的全球观测数据，何况，船测资料还是Argo数据质量控制中必不可少的重要依据。

      早有人预料，从现在开始的十年或者二十年后，可能才会有科学团体逐渐意识到当时所制订的布放浮标策略、投放浮标或者执行Argo计划是何等的成功。为此，Argo指导组建议，在未来数年持续实施该计划，并逐渐成为一个长期计划至关重要；同时，应通过改进在新的特殊海区投放浮标和增加新传感器，以及设计和测试深海浮标工作能力，使之朝着新的方向发展。其目标应是既能维持当前这个观测全球海洋的系统，又能进一步提高人们认知海洋在气候变化中的重要角色。

      实施深海Argo是该计划发展的关键一步。过去十几年，当前的观测网在提供对全球海洋2000米上层热含量的估算中起到了至关重要的作用，但观测数据的显著增加，对基于全球热收支模式的预测还是不够的。一些研究还指出，全球海洋的更深层（在当前Argo观测的底层之下）可能是一个储存增加热量的水域，故将全球热平衡边界封闭起来非常必要。开展深海Argo观测，以及能在其他新的发展方向上取得进步（如利用浮标观测海洋碳循环，帮助提高对ENSO和IOD的预报能力和探测边缘海的深度等），以便进一步提高人们对海洋环流的了解及其在气候方面的作用，这是对未来Argo领导者推动该计划发展和革新能力的一场挑战。

      总之，重要的是要牢记我们的目的就是要了解在自然变化和人类活动共同作用下海洋是如何变化的。也就是说，Argo计划的确获得了重大成就，但它并不能独立于其他的观测系统。最近，海洋学与海洋气象学联合委员会（JCOMMOPS）办公室同时启动了5个调查项目，除Argo计划外，另外4个项目是：赤道锚碇浮标观测阵调查项目，OceanSites计划中的单个锚碇浮标调查项目，以及XBT调查项目和GO-SHIP资助的调查船水文重复断面调查项目。这些项目的大部分数据会与Argo计划一样实时提供。现在所有这些提供海洋数据下运行的创新活动，正在经历一场深刻的转型。

致谢：本文利用的Argo数据由国际Argo计划和各国Argo计划收集并免费提供。Argo计划是全球海洋观测系统（GOOS）的一部分。同时，要感谢Igor Yashayaev先生提供的图4，以及他对加拿大渔业与海洋部牵头的大西洋离岸监测项目和国际Argo计划所做出的贡献。

参考文献（略）

译自《自然气候变化》杂志于2016年1月27日在线发布的“Fifteen years of ocean observations with the global Argo array”（DOI:10.1038/NCLIMATE2872）一文，网址为http://www.nature.com/nclimate/journal/v6/n2/full/nclimate2872.html）

翻译：刘增宏、孙朝辉、吴晓芬、曹敏杰、卢少磊        校对：许建平