孫朝輝

Argo（全球海洋實時觀測網(wǎng)），將被廣泛應(yīng)用于臺風(fēng)預(yù)測預(yù)報、遠洋漁業(yè)生產(chǎn)、海上軍事活動和海洋資源開發(fā)利用等領(lǐng)域。它將成為“海絲”的護航者，快來一睹其真容吧！

何謂Argo？

Argo是英文“Array for Real-time Geostrophic Oceanography”的縮寫，其中文含義為“地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實時觀測陣”。如同陸地上的氣象站組成的天氣預(yù)報觀測網(wǎng)一樣，該觀測網(wǎng)由許多在海上工作的自動剖面浮標組成，單個浮標相當于一個探空氣球，而世界大洋上分布廣泛的Argo浮標就組成了覆蓋全球的實時海洋觀測系統(tǒng)。Argo計劃設(shè)想在全球大洋中每隔300千米布放一個衛(wèi)星跟蹤浮標，總計為3000個，組成一個龐大的Argo全球海洋觀測網(wǎng)（圖1）。

一種稱為自律式的拉格朗日環(huán)流剖面觀測浮標（簡稱“Argo浮標”，圖2）是Argo觀測網(wǎng)的主角。它在海洋中隨海流自由漂移，自動測量海面到2000米水深之間的海水溫度、鹽度和深度，并可跟蹤它的漂移軌跡，獲取海水的移動速度和方向。它的設(shè)計壽命為3～5年，會每隔10天自動發(fā)送一組剖面實時觀測數(shù)據(jù)，該觀測網(wǎng)每年可提供多達10萬個剖面（0～2000米水深內(nèi)）的海水溫度和鹽度資料。

現(xiàn)在，全世界使用的Argo浮標有十幾種，其中我國成功研制了使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行通訊和定位的Argo浮標（圖2）。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋中國全部地域及周邊地區(qū)（圖3），在覆蓋區(qū)域內(nèi)的浮標可以通過北斗衛(wèi)星完成數(shù)據(jù)通信和定位等。該區(qū)域范圍之外的浮標目前只能依靠ARGOS衛(wèi)星或銥衛(wèi)星和GPS實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和定位。

眾所周知，任何物體在水中實現(xiàn)沉、浮運動通常有三種途徑，一是改變物體的體積而重量保持不變;二是改變物體的重量而體積不變;三是增加或減少對物體所施加的外力。Argo浮標的設(shè)計采用了第一種途徑，即浮標在水中沉浮依靠改變其體積來實現(xiàn)。浮標的沉浮功能主要依靠液壓驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)（圖4）。

當泵體內(nèi)的油注入皮囊后會使皮囊體積增大，致使浮標的浮力逐漸增大而上升。反之，柱塞泵將皮囊里的油抽回，皮囊體積縮小，浮標浮力隨之減小，直至重力大于浮力，浮標體逐漸下沉。若在浮標的控制微機中輸入按預(yù)定動作要求編寫的程序，則微機會根據(jù)壓力傳感器測量的深度參數(shù)控制下潛深度、水下停留時間、上浮、剖面參數(shù)測量、水面停留和數(shù)據(jù)傳輸，以及再次下潛等工作環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)浮標的自動沉浮、測量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

當浮標被海洋科學(xué)工作者投放在海洋中的某個區(qū)域后，根據(jù)上述工作原理，它會自動潛入2000米深處，隨深層海流漂浮，到達預(yù)定時間（約10天）后，它又會自動上浮，并在上升過程中利用自身攜帶的各種傳感器進行連續(xù)溫鹽度測量。當浮標到達海面后，通過定位與數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星系統(tǒng)（例如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）自動將測量數(shù)據(jù)傳送到衛(wèi)星地面接收站，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送給浮標擁有者。待全部測量數(shù)據(jù)傳輸完畢后，浮標會再次自動下沉到預(yù)定深度，重新開始下一個循環(huán)過程。

2000年啟動的國際Argo計劃，在美國、日本、法國、英國、德國、澳大利亞和中國等30多個國家和團體的共同努力下，已經(jīng)于2007年10月在全球無冰覆蓋的開闊大洋中建成一個由3000多個Argo剖面浮標組成的實時海洋觀測網(wǎng)（簡稱“核心Argo”），用來監(jiān)測上層海洋內(nèi)的海水溫度、鹽度和海流，以幫助人類應(yīng)對全球氣候變化，提高防災(zāi)抗災(zāi)能力，以及準確預(yù)測諸如發(fā)生在太平洋的臺風(fēng)和厄爾尼諾等極端天氣/海洋事件等。這是人類歷史上建成的首個全球海洋立體觀測系統(tǒng)。

15年來，各國在全球海洋布放的Argo浮標數(shù)量超過12000個，已累計獲得了約150萬條溫度和鹽度剖面，比過去100年收集的總量還要多，且觀測資料免費共享，被譽為“海洋觀測技術(shù)的一場革命”。

目前，國際Argo計劃正從“核心Argo”向“全球Argo”（即向季節(jié)性冰覆蓋區(qū)、赤道、邊緣海、西邊界流域和2000 米以下的深海域，以及生物地球化學(xué)等領(lǐng)域）拓展，最終會建成一個至少由4000個Argo剖面浮標組成的覆蓋水域更深厚、涉及領(lǐng)域更寬廣、觀測時域更長遠的真正意義上的全球Argo實時海洋觀測網(wǎng)。海量觀測資料已經(jīng)應(yīng)用到世界眾多國家的業(yè)務(wù)化預(yù)測預(yù)報和基礎(chǔ)研究中，并在應(yīng)對全球氣候變化及防御自然災(zāi)害中得到廣泛應(yīng)用，取得了大批調(diào)查研究成果。

“海絲”Argo區(qū)域海洋觀測網(wǎng)構(gòu)想

我們在國際Argo計劃的框架下，通過構(gòu)建南海Argo區(qū)域海洋觀測網(wǎng)，積累管理和運行經(jīng)驗，逐步向西北太平洋的臺風(fēng)源地海域、印度洋的孟加拉灣和阿拉伯海擴展，并適時邀請“21世紀海上絲綢之路”沿線國家參與布放浮標和國際Argo事務(wù)，最終建成由400多個Argo剖面浮標（主要以北斗剖面浮標為主）組成的覆蓋“海上絲綢之路”（或稱“兩洋一海”，太平洋、印度洋和南海）的Argo區(qū)域海洋觀測網(wǎng)。使之成為“全球Argo”的重要組成部分，以及增進與“海上絲綢之路”沿線國家交流與合作的紐帶，進一步促進Argo資料在我國乃至沿線國家業(yè)務(wù)化預(yù)測預(yù)報和基礎(chǔ)研究中的推廣應(yīng)用。

這不僅“將南海建設(shè)為造福地區(qū)各國人民的和平、合作、友誼之海”，還為沿線各國海洋資源開發(fā)、海事安全、海洋運輸、海洋漁業(yè)管理和近海工業(yè)，以及應(yīng)對全球氣候變化及防御自然災(zāi)害等肩負起一個海洋大國的責(zé)任和擔當，讓沿線國家和民眾能夠真切體驗和享受到更多海上絲路建設(shè)帶來的福祉。

Argo資料如何服務(wù)于“海絲”

近年來，在全球發(fā)生的許多自然災(zāi)害（如臺風(fēng)、龍卷風(fēng)、暴雨、洪水、干旱和暖冬現(xiàn)象等），使人們深深體會到了短期氣候劇變給人類所帶來的巨大危害。

你可知道，為了預(yù)報一次臺風(fēng)、天氣變暖或其他僅持續(xù)幾天時間的天氣現(xiàn)象，氣象學(xué)家使用了一個大范圍的天氣觀測系統(tǒng)，這包括對陸地和海洋表層要素的觀測，以及至少一天一次的探空氣球（收集大氣溫度、濕度和風(fēng)力等的剖面觀測資料）觀測，從而可以精確預(yù)報3～5天的天氣情況。但如果要預(yù)報更大范圍、更長時間尺度（如季節(jié)或年際）的氣候變化，僅有海洋表層的觀測數(shù)據(jù)還不夠，需要有海洋上層（2000米水深以上）海水溫度、鹽度和海流的觀測資料。

海洋變化與異常天氣狀況有著密切的聯(lián)系。由于海洋覆蓋了地球表面70%的面積，蘊藏著巨大的熱容量，所以海洋對全球氣候變化有著重要作用。于是，人們意識到監(jiān)測全球海洋中上層的變化對長期天氣預(yù)報和氣候預(yù)測有著重大意義。所以，迫切需要建設(shè)一個高分辨率的全球海洋監(jiān)測系統(tǒng)。

在1990年到1998年間，世界海洋環(huán)流試驗（WOCE）對全球海洋進行了一次全面調(diào)查，收集了20000條溫、鹽度剖面。而Argo全球海洋觀測網(wǎng)建成后，它每10天就可以提供3000條深度為2000米的剖面數(shù)據(jù)，一年則可得到多達10萬條剖面的記錄?？梢姡珹rgo計劃最顯著的貢獻莫過于提供了海量的、實時的、高分辯率的海洋次表層觀測數(shù)據(jù)。

海量Argo資料不僅為揭示海洋立體結(jié)構(gòu)和各種時空尺度的變化特征，以及完善并建立海洋環(huán)流新理論提供了有利條件，而且也促進了海氣相互作用過程的研究，有望大幅度提高海洋與氣候變化的預(yù)測水平。

近年來，海洋災(zāi)害等非傳統(tǒng)安全問題日益凸顯，沿線國家在應(yīng)對這些問題時具有廣泛的共同利益訴求。我國作為負責(zé)任的大國，為沿線國家提供海上公共服務(wù)和產(chǎn)品，共同應(yīng)對非傳統(tǒng)安全挑戰(zhàn)，同樣應(yīng)是21世紀海上絲綢之路建設(shè)的重要目標。我國海軍亞丁灣護航、也門撤僑、地中海聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)演習(xí)和潛艇突遇大洋“掉深”險情，以及中國巨大的能源進口和交通運輸?shù)绕惹行枨蟮暮Ｑ蟓h(huán)境安全保障，也都離不開對深海大洋環(huán)境的了解和掌握。

中國的Argo可謂“海上絲綢之路”的基石，對維護我國海洋權(quán)益、實現(xiàn)海洋強國夢意義重大。

（責(zé)任編輯/李銀慧）