Argo：海洋观测系统的“皇冠明珠”，迎来25周年

平台按语：本专题拟帮助广大热衷支持Argo事业及其长期关心、使用Argo资料的科技管理和科研工作者及时了解和掌握OneArgo计划的实施进展情况，特别是与自动剖面浮标技术发展及其观测数据质量有关的问题，进行跟踪述评，以促进OneArgo计划的顺利实施和建设的全球、全海深、多学科综合海洋观测网及其所获取的高质量物理海洋、生物地球化学环境要素数据，能够在我国海洋、气候和社会等科学领域的基础和应用研究中得到及时而又广泛的推广应用，希望能得到大家的青睐。

No. 11

全球海洋OneArgo计划实施进展热点追踪

在浩瀚的海洋中央，船员们正在商船上释放一个圆柱形的海洋观测机器人，将其放入海中以记录海水温度和盐度；另一个浮标则从飞机上被投放到飓风眼中，测量风暴期间的海洋“脉搏”；在南极水域，一个更圆的浮标被释放入海，它会下沉到比其他浮标更深，可以抵达海面以下3.7英里（约6,000米）的深处。这些机器人浮标是由4000多个组成的全球Argo海洋观测网中的一部分。

今年是Argo剖面浮标开始随洋流漂移、并采集数据的第25年。这一浮标观测网帮助科学家更好地了解海洋的变化，改进气候和天气预报，最终可以帮助全社会应对环境变化做好充分准备。

1、漂往人类去不了的地方

Argo浮标一旦投入海洋，会潜入水下1米至近6,000米深的海域收集数据，并随洋流漂移。每隔10天，浮标就会浮出水面发送“数据剖面”信息——即浮标在该期间内捕捉到的海洋状态。这些数据通过卫星传输到全球Argo数据中心，而人们可以在线免费获取由浮标收集到的信息。平均而言，浮标的电池寿命为5年，可从全球难以到达的海域，以及人类无法冒险前往的危险天气事件（如飓风/台风）暴发海域收集海洋信息。

Argo计划是以希腊神话中一艘神船的名字——“阿尔戈”（Argo）命名的，这艘船的船长是阿尔戈英雄的首领伊阿宋(Jason)；而命名Argo是为了强调Jason卫星产品和Argo浮标之间的互补关系。自1999年该项目启动以来，这些浮标收集了全球海洋温度和盐度数据。在25年的时间里，这相当于收集了300多万份数据剖面，是所有其他海洋观测工具（如船只和系泊浮标）收集的海洋信息总和的4倍。

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）太平洋海洋环境实验室（PMEL）的海洋学家格雷戈里·C·约翰逊（Gregory C. Johnson）自1999年以来一直在研究Argo，他指出，这支“船队”的效率非常高。约翰逊称Argo是开放海洋观测系统的“皇冠上的明珠”，全年提供近乎实时的测量。值得注意的是，约翰逊指出，“整个Argo海洋观测网仅消耗大约120瓦电能——大约是在玩一台索尼游戏机时消耗功率的60%。

2、25年的观测创新

最初的Argo观测网由核心浮标组成，仅测量海洋上层1.2英里（约2000米）的海水温度和盐度。近年来，科学家和工程师开发了新的功能和新型浮标，它们共同构成了一个新的全深度和多学科海洋观测网，称为“OneArgo”，这是Argo设计的一个雄心勃勃的扩展计划。除了核心浮标，OneArgo还包括生物地球化学和深海Argo浮标。

生物地球化学Argo浮标包括更多的传感器来测量海洋变量，这些变量对于了解和解决环境问题至关重要，比如海洋缺氧和海洋酸化等。

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）大西洋海洋学和气象实验室（AOML）的科学家艾米丽·奥斯本说：“当生物地球化学Argo覆盖全球时，我们将首次能够在全球范围内实时监测海洋的pH值。”监测海洋pH值对于跟踪许多海洋生物的健康状况尤为重要。

深海Argo浮标将水下机器人的深度范围扩展到海面以下3.7英里（约6000米）。自1999年以来，伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的资深科学家苏珊·维菲尔斯（Susan Wijffels）一直在从事Argo工作，她说，深海是另一个数据匮乏“令人发指”的地方。深海Argo的第一个任务是要详细绘制深层海水温度和盐度的状态图，让科学家们更好地了解是什么控制了深海的流动，然后追踪那里的变化。

为了促进这些“海上哨兵”的扩展和影响，美国Argo计划在2024年4月获得了270万美元的资金，以支持OneArgo的实施。这笔资金将增强对美国具有重要生态和经济意义的两个关键地区的观测能力：墨西哥湾和加利福尼亚海流生态系统。

维菲尔斯说：“OneArgo观测网一旦实施，将会有大量的科学发现。”

2024年10月，GOMO的北极研究计划获得了120万美元的资金，用于扩展和增强北极地区的Argo浮标观测阵列，该地区的数据在历史上收集得很少。

PMEL的科学家安德里亚·法斯宾德（Andrea Fassbender）说：“提高对海洋的了解意味着提高对如何最好地利用海洋作为食物、电力、娱乐、旅游和减缓气候变化来源的了解，以维持许多美国人所重视的这些服务和生态系统。”法斯宾德于2012年作为研究生开始接触Argo数据。

Argo适合所有人。这些数据是免费提供的，正如许多用于查看数据的开放获取工具一样，”法斯宾德说。“不要犹豫，成为一名探险家吧！”

3、关于Argo的几组重要数据

Argo数据用于近600种NOAA产品，涉及NOAA战略计划中的所有目标（与空间天气相关的目标除外）。这些数据还被用于每年500多份科学出版物中——这意味着每天有超过一篇科学论文是使用Argo数据发表的。

26个国家参与了Argo国际计划，NOAA是其中的领导者之一。通过全球海洋监测和观测计划（GOMO），NOAA为国际Argo计划提供了一半资金。

Argo计划在25年内提供了300万份温度和盐度剖面，这是所有其他海洋观测工具收集的海洋信息总和的4倍。

4、剖面浮标的未来

当我们回顾Argo四分之一个世纪的成就时，我们也展望了这个计划的潜力，它将彻底改变人类对全球海洋的认识——从极地到热带，从冰下到新的深度——在海洋变化比以往任何时候都要快的时候。

随着技术的进步和对这些海洋观测的支持，Argo计划将为海洋和气候研究增加新的维度，改进季节性到每日的天气预报，支持防灾减灾，并促进世界各地社区的气候适应能力。

5、海洋科学的革命：4位科学家分享对Argo计划25周年的看法

2024年夏季，一个称为Argo剖面浮标的水下机器人在海洋中进行了为期10天的下潜，收集了海洋温度和盐度数据。在过去的25年里，全球Argo浮标观测网已经收集了第300万份海洋数据。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）是国际Argo计划的领导者，通过全球海洋监测和观测计划，为全球半个观测网（浮标）提供资金。Argo浮标收集的数据用于海洋研究和改进天气和气候预报。

在过去25年里，Argo浮标收集的海洋信息是所有其他观测工具总和的4倍——正如我们所知，它彻底改变了海洋科学！现在，Argo计划正在发展，以帮助回答新的科学问题。在下面的采访中，从NOAA实验室和全美合作机构的4位科学家的角度了解Argo，以及这个海洋观测浮标对他们的特殊之处。总共提问了4个问题，听听这些科学家是怎么回答的？这4位科学家分别是：

1）美国国家海洋和大气管理局(NOAA)太平洋海洋环境实验室(PMEL)的Andrea Fassbender博士，自2020年以来，他一直是美国Argo联盟的首席研究员，也是PMEL Argo小组共同负责人（与Gregory C. Johnson博士合作），而且从2012年起就一直在处理Argo数据。

2）美国国家海洋和大气管理局（NOAA）太平洋海洋环境实验室（PMEL)的Gregory C. Johnson博士，他是PMEL Argo小组的首席研究员（与Andrea Fassbender博士合作），也是美国Argo联盟的联合负责人（与Scripps的Sarah Purkey博士合作），还是国际Argo指导小组的成员，自1999年以来一直从事Argo工作。

3）美国国家海洋和大气管理局（NOAA）大西洋海洋学和气象实验室（AOML）的Emily Osborne博士，她是墨西哥湾生物地球化学Argo观测网的首席研究员，自2021年起从事Argo工作。

4）伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的Susan Wijffels博士，她是国际Argo指导小组联合主席，自1999年开始在澳大利亚从事Argo工作，并从2017年以来在美国继续这项工作。

（1）是什么吸引你从事Argo研究，是什么让你每天都坚持下去？

Fassbender：Argo资料正在改变我们观察海洋内部过程的方式，它填补了海洋观测系统的一个关键空白，从海面延伸到6公里深（不到4英里），跨越了从几天到几十年的时间尺度，从公里到全球的水平尺度。Argo的生物地球化学任务已经完成了大约70%，并且还在不断增长，因此，化学、生物学、地质学和物理学是如何随着时间的推移相互作用的，从而在海洋中形成复杂的生物地球化学变化模式的，这方面的发现是有规律的。因此，我们对海洋生物地球化学循环的认识正在迅速发展。

Johnson：我被招募到Argo，是因为我在Argo浮标上的科学传感器包方面的专业知识，即所谓的CTD仪器，它可以测量电导率、温度和压力（从中可以获得海洋的盐度、密度、深度和其他物理参数）。我很快意识到，这个新的观测阵列将彻底改变大尺度观测的物理海洋学（我是一名从事大尺度观测的物理海洋学家），所以在2003年，当有机会在PMEL领导一个小组为该观测网提供浮标时，我欣然接受了这个邀请。这有助于建立一个重要的海洋观测系统，让我继续前行。这些数据是真正的遗产，将被几代科学家长期使用。

Osborne：Argo是迄今为止最全面的全球海洋立体观测系统。这些观测，特别是与船舶和卫星观测相结合，使我们能够对海洋进行深入研究，了解它是如何应对气候变化的。我对使用Argo数据集来量化和监测海洋在吸收和储存人为二氧化碳方面所起的作用特别感兴趣。

（2）Argo计划给科学和普通美国人带来了什么价值？

Fassbender：提高对海洋的了解意味着提高对如何最好地利用海洋作为食物、电力、娱乐、旅游和减缓气候变化来源的了解，以维持许多美国人所重视的这些服务和生态系统。海洋在调节地球气候方面发挥着核心作用，因此能够准确地模拟海洋动力学来预测天气和气候模式，可以为美国人如何应对极端事件和长期变化提供信息。

Johnson：Argo是开放海洋观测系统“皇冠上的明珠”，提供全年公开、近乎实时的全球温度和盐度测量数据。此外，它使科学家能够以前所未有的准确性评估，由于大气中人为温室气体增加而在气候系统中积累的热量。这些知识是评估用于预测未来变暖、海平面上升和其他气候变化影响模型的关键。Argo数据每年也被用于500多份科学出版物中，这些出版物涉及各种各样的研究主题，对科学家来说，这是它们实用性的显著证明。但更让普通美国人感兴趣的是，Argo数据可用于改进常规天气和季节性气候预测（如El Niño预测），以及热带气旋（飓风/台风）等极端天气现象的预测。

Osborne：Argo为天气预报员提供的实时海洋观测数据，是Argo计划为日常美国人带来价值的最简单例子。这些观测资料在制定日常天气预报和预测热带气旋强度方面发挥了重要作用。

Wijffels：Argo彻底改变了我们追踪海洋变化的能力。因此，出于我们应该关心海洋的所有原因，Argo使我们能够实时跟踪海洋——这是我们以前无法做到的，除了在少数几个选定的地方——我们让每个人都能获得这些信息。海洋和气候预测服务完全依赖Argo，现在一些气候预测正试图进入长期预测，这需要更深的海洋测量。在现实世界中有很多应用领域，比如耦合数值天气预报，这在一定程度上依赖于Argo来提高风暴强度预测的准确性。

我喜欢用另一种方式来描述Argo，就是它允许人们不用上船就能出海！因为有了Argo，你现在不需要一艘又大又贵的科考船来研究海洋了。它使世界各国的人们都能以一种以前不可能的方式参与到这项研究中来，因为现在，那些没有高级研究船可用的人们，可以利用Argo观测网提供的资料来研究任何海洋现象。

（3）你对Argo的未来有什么期待？

Fassbender：我很高兴看到Argo资料如何被用来发现和回答我们还没有考虑到的科学问题。

Johnson：我对一个全深度、多学科的Argo海洋观测网的前景感到兴奋，它将能够测量海洋温度、盐度的变化，以及从海面到海底的洋流，并将监测海洋氧气、营养物质和碳水平，以及提供对海洋生产力和生物学的了解。如果得到资助，这个观测阵列将是未来几十年海洋研究的关键，包括理解、预测和应对气候变化影响的巨大社会挑战。

Osborne：最令我兴奋的是，Argo生物地球化学项目将覆盖全球，这样我们就可以第一次在全球范围内实时监测海洋的pH值。海洋pH值是一个重要的海洋变量，特别是对海洋中的海洋钙化物（也就是任何能形成碳酸钙外壳的物质）和依赖它们的食物网非常重要。了解整个海洋pH值的自然动态，吸收了多少人为二氧化碳，以及它是如何在整个水柱中循环处理的，对于了解生物地球化学对海洋生态系统的影响至关重要。

Wijffels：我认为Argo的生物地球化学将给海洋科学带来另一场革命——现在发表的科学论文都指出了这一点。在全球海洋的许多地方，我们不知道从夏季到冬季的变化。即使我们现在用的生物地球化学观测网，虽然还不到一半的规模/强度，人们已经能够评估一些基于船只测量数据所无法了解的基本事实。

深海Argo也会很精彩。深海是另一个数据极度匮乏的地方——我们甚至无法描绘出深海的平均状态！现在，我们的覆盖面还有很大的漏洞。深海Argo的第一个任务就是要详细绘制深海的结构。如果我们能够维持这个深海Argo观测网，我们就能看到由漩涡和风力驱动的海浪是如何为深海提供能量的，然后随着时间的推移，我们就能追踪到深海是如何变化的。OneArgo海洋观测网一旦投入使用，将会有大量的科学发现。

（4）关于Argo你还有什么想让大家知道的？

Fassbender：Argo适合所有人。这些数据是免费提供的，许多用于查看数据的开放访问工具也是免费提供的。不要犹豫，来成为一名探险家吧！

Johnson：Argo海洋观测网大约有4000个浮标组成，其效率非常高，整个观测网消耗约120W。这大约是一台索尼游戏机在玩游戏时耗电量的60%。不过，我已经很久没有这样玩了，但我从投放Argo浮标中得到了很多乐趣。这些机会构成了我最喜欢的一些Argo回忆。当你知道把一个仪器放到水中后，它可能在五年后仍在报告数据，为科学和社会做出贡献，这该是一件多么令人兴奋的事。

Wijffels：我们最近为Argo制作了一张新的统计图，可以显示哪些国家在布放Argo浮标。大约有40个国家在帮助我们往海里投放浮标，像美国这样购买大量浮标的国家，非常依赖其他国家来帮忙投放我们的浮标。我最喜欢这个计划的一点是，这种国际合作和这个伟大的团队都朝着同一个方向努力。我们有一群出色的团队，他们做出了令人惊叹的事情，因为我们都认同我们的愿景，并努力去实现它。

平台注：本文内容编译自Argo官方网站（https://argo.ucsd.edu/25-years-of-argo-observations/）和NOAA官方网站（https://www.noaa.gov/news/argo-crown-jewel-of-ocean-observing-systems-turns-25）