ARGO全球海洋观测网的发展历程和介绍

简介及历史

ARGO计划是由美国等国家大气、海洋科学家于1998年推出的一个全球海洋观测试验项目，构想用3年至4年时间在全球大洋中每隔300公里布放一个卫星跟踪浮标，总计为3000个，组成一个庞大的ARGO全球海洋观测网。

1998年，美国和日本等国家的大气、海洋科学家推出了一个全球性的海洋观测计划，目的是要借助最新开发的一系列高新海洋技术（如ARGO剖面浮标、卫星通讯系统和数据处理技术等），建立一个实时、高分辨率的全球海洋中、上层监测系统，以便能快速、准确、大范围地收集全球海洋上层的海水温度和盐度剖面资料，有助于了解大尺度实时海洋的变化，提高气候预报的精度，有效防御全球日益严重的气候灾害。应运而生的想法是利用足够的剖面浮标，虽然它们是漂流的，但其观测对全球海洋能有足够的覆盖面。

ARGO计划将为数据同化建立一个前所未有的数据库，从而可以帮助人们揭示海洋的物理状态，以及对预报模式进行初始化；实时的全球海洋业务预报亦将变为现实。ARGO全球海洋观测网的建成，也正如天气观测中用了大量的无线电探空仪资料，可以准确地预报3～5d内的天气情况一样，ARGO资料将为人们更准确地进行短期气候预报作出贡献。

现状

ARGO计划于2000年开始,截至2012年11月，共收集了0-2000m水深的温、盐、流剖面资料100万条，截至2018 年11月，共收集了200万条剖面资料。ARGO浮标ARGO资料的接受、处理和分发系统日趋完善，资料质量不断提高，正在海洋与大气领域的科学研究和业务活动中发挥着越来越重要的作用。自2012年以来，ARGO浮标每年收集10万多条剖面资料。今天，全球海洋中有近 4000 个ARGO浮标，大约每3°的经纬网格中有1个ARGO浮标。

根据2021年11月的数据，正在工作的浮标中，有2131个由美国投放，306个由澳大利亚投放，中国投放75个。

其中，APEX浮标（美国生产）数量最多，达1054个；其次为ARVOR浮标（法国生产），692个；中国自主研发的HM2000型浮标仅23个。

, i) H) P+ t  D" D

工作原理

ARGO浮标的设计采用了浮标在水中沉浮依靠改变其内部体积来实现上升和下沉。根据这一原理设计的浮标主要由可变体积的水密耐压壳体、机芯、液压驱动装置、传感器、控制/数据采集/存储电路板、数据传输终端（PTT）和电源等部分组成，其外形与内部结构如图所示。

浮标的沉浮功能主要依靠液压驱动系统来实现。液压系统则由单冲程泵、皮囊、压力传感器和高压管路等部件组成，皮囊装在浮标体的外部，有管路与液压系统相连。当泵体内的油注入皮囊后会使皮囊体积增大，致使浮标的浮力逐渐增大而上升。

未来发展

$ M4 P! g5 l7 y" V7 F

ARGO虽被广泛应用，性能、参数方面也具有很强的适用性，但仍存在很多不足。比如统计特性检查的不足（抽象理解为阈值问题）、梯度检查的不足、仪器特性检查的不足。在这些问题的基础上，对ARGO进行了改进、完善的展望。

（1）改进质量控制子模块检查顺序以评估什么样的排列组合可以使质控结果最优、运算最快，从而进一步优化质控系统的思路。

（2）提升统计特征检查的性能。构建精确的气候态背景场以提升统计特征检查, 尤其是局地气候态检查。

（3）运用机器学习方法辅助质量控制，通过使用机器学习等方法来解决专家质量控制的人力资源负担。

（4）推进海洋生物、海洋化学要素的质量控制研发工作。

（5）基于海洋物理过程改进质量控制。在考虑海洋物理过程的基础上, 质量控制可以通过使用其他独立的数据对质控算法进行改进。

（6）发展平台端数据质量控制技术，如果能在平台端发展更高质量、更快速的质量控制技术并开展数据处理, 同时借助现场观测人员的经验、对现场和元数据情况的全面了解和快速判断, 将极大提高数据的准确性和可利用价值。

0 d% I$ e' D+ N  B0 ]  [* g

综上，ARGO浮标的海洋观测数据的质量提升还有很大的发展空间，我们同时也需要加强国际间的合作, 在一定框架下分享开源的质量控制程序, 提供良好的人才资源和经费支持, 服务于应用性能更优的海洋(实时)数据库管理, 这是“数据驱动科学”最好的体现之一。