孫朝輝

Argo（全球海洋實(shí)時(shí)觀測(cè)網(wǎng)），將被廣泛應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、遠(yuǎn)洋漁業(yè)生產(chǎn)、海上軍事活動(dòng)和海洋資源開(kāi)發(fā)利用等領(lǐng)域。它將成為“海絲”的護(hù)航者，快來(lái)一睹其真容吧！

何謂Argo？

Argo是英文“Array for Real-time Geostrophic Oceanography”的縮寫(xiě)，其中文含義為“地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)陣”。如同陸地上的氣象站組成的天氣預(yù)報(bào)觀測(cè)網(wǎng)一樣，該觀測(cè)網(wǎng)由許多在海上工作的自動(dòng)剖面浮標(biāo)組成，單個(gè)浮標(biāo)相當(dāng)于一個(gè)探空氣球，而世界大洋上分布廣泛的Argo浮標(biāo)就組成了覆蓋全球的實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)系統(tǒng)。Argo計(jì)劃設(shè)想在全球大洋中每隔300千米布放一個(gè)衛(wèi)星跟蹤浮標(biāo)，總計(jì)為3000個(gè)，組成一個(gè)龐大的Argo全球海洋觀測(cè)網(wǎng)（圖1）。

一種稱(chēng)為自律式的拉格朗日環(huán)流剖面觀測(cè)浮標(biāo)（簡(jiǎn)稱(chēng)“Argo浮標(biāo)”，圖2）是Argo觀測(cè)網(wǎng)的主角。它在海洋中隨海流自由漂移，自動(dòng)測(cè)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(dòng)速度和方向。它的設(shè)計(jì)壽命為3～5年，會(huì)每隔10天自動(dòng)發(fā)送一組剖面實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，該觀測(cè)網(wǎng)每年可提供多達(dá)10萬(wàn)個(gè)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(biāo)有十幾種，其中我國(guó)成功研制了使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行通訊和定位的Argo浮標(biāo)（圖2）。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋中國(guó)全部地域及周邊地區(qū)（圖3），在覆蓋區(qū)域內(nèi)的浮標(biāo)可以通過(guò)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(biāo)目前只能依靠ARGOS衛(wèi)星或銥衛(wèi)星和GPS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和定位。

眾所周知，任何物體在水中實(shí)現(xiàn)沉、浮運(yùn)動(dòng)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(duì)物體所施加的外力。Argo浮標(biāo)的設(shè)計(jì)采用了第一種途徑，即浮標(biāo)在水中沉浮依靠改變其體積來(lái)實(shí)現(xiàn)。浮標(biāo)的沉浮功能主要依靠液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)（圖4）。

當(dāng)泵體內(nèi)的油注入皮囊后會(huì)使皮囊體積增大，致使浮標(biāo)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(biāo)浮力隨之減小，直至重力大于浮力，浮標(biāo)體逐漸下沉。若在浮標(biāo)的控制微機(jī)中輸入按預(yù)定動(dòng)作要求編寫(xiě)的程序，則微機(jī)會(huì)根據(jù)壓力傳感器測(cè)量的深度參數(shù)控制下潛深度、水下停留時(shí)間、上浮、剖面參數(shù)測(cè)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(shí)現(xiàn)浮標(biāo)的自動(dòng)沉浮、測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

當(dāng)浮標(biāo)被海洋科學(xué)工作者投放在海洋中的某個(gè)區(qū)域后，根據(jù)上述工作原理，它會(huì)自動(dòng)潛入2000米深處，隨深層海流漂浮，到達(dá)預(yù)定時(shí)間（約10天）后，它又會(huì)自動(dòng)上浮，并在上升過(guò)程中利用自身攜帶的各種傳感器進(jìn)行連續(xù)溫鹽度測(cè)量。當(dāng)浮標(biāo)到達(dá)海面后，通過(guò)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(dòng)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到衛(wèi)星地面接收站，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送給浮標(biāo)擁有者。待全部測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸完畢后，浮標(biāo)會(huì)再次自動(dòng)下沉到預(yù)定深度，重新開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)過(guò)程。

2000年啟動(dòng)的國(guó)際Argo計(jì)劃，在美國(guó)、日本、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、澳大利亞和中國(guó)等30多個(gè)國(guó)家和團(tuán)體的共同努力下，已經(jīng)于2007年10月在全球無(wú)冰覆蓋的開(kāi)闊大洋中建成一個(gè)由3000多個(gè)Argo剖面浮標(biāo)組成的實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“核心Argo”），用來(lái)監(jiān)測(cè)上層海洋內(nèi)的海水溫度、鹽度和海流，以幫助人類(lèi)應(yīng)對(duì)全球氣候變化，提高防災(zāi)抗災(zāi)能力，以及準(zhǔn)確預(yù)測(cè)諸如發(fā)生在太平洋的臺(tái)風(fēng)和厄爾尼諾等極端天氣/海洋事件等。這是人類(lèi)歷史上建成的首個(gè)全球海洋立體觀測(cè)系統(tǒng)。

15年來(lái)，各國(guó)在全球海洋布放的Argo浮標(biāo)數(shù)量超過(guò)12000個(gè)，已累計(jì)獲得了約150萬(wàn)條溫度和鹽度剖面，比過(guò)去100年收集的總量還要多，且觀測(cè)資料免費(fèi)共享，被譽(yù)為“海洋觀測(cè)技術(shù)的一場(chǎng)革命”。

目前，國(guó)際Argo計(jì)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(huì)建成一個(gè)至少由4000個(gè)Argo剖面浮標(biāo)組成的覆蓋水域更深厚、涉及領(lǐng)域更寬廣、觀測(cè)時(shí)域更長(zhǎng)遠(yuǎn)的真正意義上的全球Argo實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)。海量觀測(cè)資料已經(jīng)應(yīng)用到世界眾多國(guó)家的業(yè)務(wù)化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和基礎(chǔ)研究中，并在應(yīng)對(duì)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(cè)網(wǎng)構(gòu)想

我們?cè)趪?guó)際Argo計(jì)劃的框架下，通過(guò)構(gòu)建南海Argo區(qū)域海洋觀測(cè)網(wǎng)，積累管理和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，逐步向西北太平洋的臺(tái)風(fēng)源地海域、印度洋的孟加拉灣和阿拉伯海擴(kuò)展，并適時(shí)邀請(qǐng)“21世紀(jì)海上絲綢之路”沿線國(guó)家參與布放浮標(biāo)和國(guó)際Argo事務(wù)，最終建成由400多個(gè)Argo剖面浮標(biāo)（主要以北斗剖面浮標(biāo)為主）組成的覆蓋“海上絲綢之路”（或稱(chēng)“兩洋一?！?，太平洋、印度洋和南海）的Argo區(qū)域海洋觀測(cè)網(wǎng)。使之成為“全球Argo”的重要組成部分，以及增進(jìn)與“海上絲綢之路”沿線國(guó)家交流與合作的紐帶，進(jìn)一步促進(jìn)Argo資料在我國(guó)乃至沿線國(guó)家業(yè)務(wù)化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(guó)人民的和平、合作、友誼之?！?，還為沿線各國(guó)海洋資源開(kāi)發(fā)、海事安全、海洋運(yùn)輸、海洋漁業(yè)管理和近海工業(yè)，以及應(yīng)對(duì)全球氣候變化及防御自然災(zāi)害等肩負(fù)起一個(gè)海洋大國(guó)的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，讓沿線國(guó)家和民眾能夠真切體驗(yàn)和享受到更多海上絲路建設(shè)帶來(lái)的福祉。

Argo資料如何服務(wù)于“海絲”

近年來(lái)，在全球發(fā)生的許多自然災(zāi)害（如臺(tái)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(huì)到了短期氣候劇變給人類(lèi)所帶來(lái)的巨大危害。

你可知道，為了預(yù)報(bào)一次臺(tái)風(fēng)、天氣變暖或其他僅持續(xù)幾天時(shí)間的天氣現(xiàn)象，氣象學(xué)家使用了一個(gè)大范圍的天氣觀測(cè)系統(tǒng)，這包括對(duì)陸地和海洋表層要素的觀測(cè)，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(cè)資料）觀測(cè)，從而可以精確預(yù)報(bào)3～5天的天氣情況。但如果要預(yù)報(bào)更大范圍、更長(zhǎng)時(shí)間尺度（如季節(jié)或年際）的氣候變化，僅有海洋表層的觀測(cè)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(cè)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(yùn)藏著巨大的熱容量，所以海洋對(duì)全球氣候變化有著重要作用。于是，人們意識(shí)到監(jiān)測(cè)全球海洋中上層的變化對(duì)長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)有著重大意義。所以，迫切需要建設(shè)一個(gè)高分辨率的全球海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

在1990年到1998年間，世界海洋環(huán)流試驗(yàn)（WOCE）對(duì)全球海洋進(jìn)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(cè)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(dá)10萬(wàn)條剖面的記錄?？梢?jiàn)，Argo計(jì)劃最顯著的貢獻(xiàn)莫過(guò)于提供了海量的、實(shí)時(shí)的、高分辯率的海洋次表層觀測(cè)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(shí)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(jìn)了海氣相互作用過(guò)程的研究，有望大幅度提高海洋與氣候變化的預(yù)測(cè)水平。

近年來(lái)，海洋災(zāi)害等非傳統(tǒng)安全問(wèn)題日益凸顯，沿線國(guó)家在應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題時(shí)具有廣泛的共同利益訴求。我國(guó)作為負(fù)責(zé)任的大國(guó)，為沿線國(guó)家提供海上公共服務(wù)和產(chǎn)品，共同應(yīng)對(duì)非傳統(tǒng)安全挑戰(zhàn)，同樣應(yīng)是21世紀(jì)海上絲綢之路建設(shè)的重要目標(biāo)。我國(guó)海軍亞丁灣護(hù)航、也門(mén)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(xiǎn)情，以及中國(guó)巨大的能源進(jìn)口和交通運(yùn)輸?shù)绕惹行枨蟮暮Ｑ蟓h(huán)境安全保障，也都離不開(kāi)對(duì)深海大洋環(huán)境的了解和掌握。

中國(guó)的Argo可謂“海上絲綢之路”的基石，對(duì)維護(hù)我國(guó)海洋權(quán)益、實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)夢(mèng)意義重大。

（責(zé)任編輯/李銀慧）