平台按语：这是一篇刚发表在Frontiers for Young Minds/《少年科学前沿》杂志上的有趣文章，它向我们所有人的孩子们解释了“Argo/阿尔戈”。感谢Blair Greenan, Annie Wong, Tammy Morris, Emily Smith和Marine Bollard等科学家帮助所有年龄段的人，了解Argo浮标是如何工作的。他们说了些什么？为什么会如此重要？耐心阅读全文，即可一探究竟。
值得说明的，Frontiers/前沿是全球第六大出版社，也是全球领先的开放获取（Open Access）出版商，致力于使科学在全球范围内更加开放。Frontiers for Young Minds创刊于2013年，是Frontiers专门为孩子们创办的科学期刊，也是Frontiers花费多年心血培育的纯公益项目。Frontiers for Young Minds刊登的文章均来自一流科学家最前沿的研究，但在投稿时作者需要用孩子的语言对文章进行改写，随后杂志编辑部会组织少年评审团（8-15岁）对文章进行评审，通过后才可正式发表。
Frontiers for Young Minds出版主题领域广泛，涵盖整个STEM（Science/科学，Technology/技术，Engineering/工程和Mathematics/数学），目前上线的版块包括：天文与物理、生物多样性、化学与材料、地球科学、人体健康、数学与经济、神经科学与心理学和工程与技术等。
Frontiers for Young Minds作为Frontiers最具特色的一份杂志，其运作模式与科技杂志完全相同，旨在从青少年时代即培养孩子们的科学思维，并为他们提供与世界一流科学家交流的机会；其使命是要通过出版全球都可以免费获取的、生动有趣的科普文章，让青少年、未来的科学家和科学爱好者们参与科学，并让更多的人获得灵感和启发。
由本平台组织科技人员翻译整理的“Argo是一群自由漫游的海洋冒险家”一文，原标题为“利用Argo机器人关注地球上的海洋”，其原始素材就来自于“1999-2019年Argo资料：来自全球海洋剖面浮标观测网的200万条温-盐度剖面及次表层流速”，即由包括中国在内的13个沿海国家、102名作者联合署名发表在国际学术刊物“海洋科学前沿”（2020年9月15日）上的那篇重要文章。读者可参考：Wong, A. P. S., Wijffels, S. E., Riser, S. C., Pouliquen, S., Hosoda, S., Roemmich, D. et al. 2020. Argo data 1999–2019: two million temperature-salinity profiles and subsurface velocity observations from a global array of profiling Floats. Front. Mar. Sci. 7:700. doi: 10.3389/fmars.2020.00700，详细了解过去20年（1999-2019），国际Argo计划酝酿、启动、发展和壮大的全过程。
利用Argo机器人关注地球上的海洋
01、你想过没有，科学家是如何知道海洋深处发生了什么?
有几种类型的机器人可以潜入水下带回数据。其中一种名为“阿尔戈/Argo”的机器人，会随着洋流在海洋深处漂移，且每隔10天浮出水面一次，告诉科学家它收集到的信息。目前，每天约有4000个这样的Argo机器人正在监视着地球上的海洋。
这些机器人可以测量海水温度和盐度，有些还可以监测更复杂的海洋化学和海洋生物参数。Argo机器人为海洋学家观测海洋环境提供了另一种工具，以帮助科学家了解海洋是如何运动的，以及它是如何影响海洋生物，乃至整个地球的。
海洋对人类的福祉非常重要，因为它为我们提供了食物、药品、交通和娱乐。海洋也是许多海洋物种的家园，例如小型浮游生物、漂流植物、藻类和一些可以进行光合作用的细菌，使得地球对人类十分友好。海洋，产生了我们呼吸的50%以上的氧气；海洋，占地球表面积的70%以上，在地球环境中起着重要作用。由于所有这些原因，科学家们早已认识到，观察海洋、更好地了解海洋并预测可能发生的变化，是一件至关重要的大事。
研究大气的科学家对海洋的观测也很感兴趣，因为我们每天经历的天气都受到海洋的影响。例如，你见过水从滚热的马路上蒸发吗?同样的事情也发生在海洋中，当温暖的海洋表面温度引起蒸发，将水从海洋转移到大气中。一旦进入大气层，水就会形成云、雪和雨。因此，更好地监测海洋状况会带来更准确的天气预报。
有些科学家是研究地球气候的专家，即对某一特定地区长期气候模式的描述，通常需要收集并积累至少二十年的观测数据(例如，温度)。“热带气候”地区每年都有大量的阳光，使得海面变暖，产生云和雨，所以这些地区的气候通常是炎热潮湿的。
但气候会随着时间而变化，例如，一些人类活动，如开车或给家里供暖，会增加温室气体。因为温室气体会将热量滞留在大气中，包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和氟化气体，并进入大气层。温室气体就像一条毯子，吸收热量，使地球表面变暖。
海洋观测对于了解温室气体如何导致气候变化非常重要，因为海洋可以从地球大气中吸收二氧化碳和热量，并通过洋流使得它们移动。
图1、Argo机器人的主要组成部分(A)；一群高中生与Argo机器人合影(B)这些Argo机器人被称为“漂浮物”，它们携带传感器设备，可以检测并响应来自物理环境的某种类型的输入，并收集海洋数据。尽管我们称这些机器人为“漂浮物”，但它们实际上是在海洋中上下浮动的。
传感器能够感受到被测量的信息，并能将这些信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。所以，传感器就是一种检测装置。
科学家将Argo机器人从船上放入海洋。一旦进入海洋，它们就会下沉到1000米深处，并在该深度附近随洋流自由漂移9天；到了第10天，它们会下潜至2000米深处，然后上浮，并在上升过程中测量海洋。当它们到达海面时，会将收集到的数据和位置信息通过卫星传送给科学家，从而使科学家能够建立一个关于这部分海洋的信息数据库。
之后，这些Argo机器人又会自动潜回1000米深处、并执行下一个循环(图2A)。科学家使用计算机程序自动检查测量的数据质量、并将信息传输到数据库(图2B)。在机器人上浮至海面后的24小时内，地球上的每个人都可以免费获得这些测量结果(图2C)。
图2、一个Argo剖面浮标在海面下1000米深处随洋流漂移(A)；信息存储在数据库中供每个人使用，有助于改善当地的天气预报(B)；Argo数据的许多应用改善了我们的日常生活(C)Argo机器人会自动记录海水压力、温度和盐度，其中盐度是衡量海洋中盐浓度的一个指标。测量海洋中海水的含盐量浓度，也可以称为咸味测量（目前，海水盐度还无法从海洋中直接测量获得,是采用海水电导率间接导出的。海水的导电性是一种重要的物理化学性质，与海水中的电解质组成及含量有关。海水的电导率大体上与海水的盐度呈正相关。所以，只要测定了海水的电导比，也就能精准地确定海水的盐度。---平台注）。
海水盐度和温度共同决定了海水密度，指单位体积海水所含有的质量。而海水压力可以告诉科学家测量温度和盐度的深度。在海洋中，1米(m)深大约相当于1分贝(dbar)压力。在大气中，高压和低压形成了我们的天气系统；而在海洋中，高密度和低密度的区域会产生洋流，使得大量海水在全球范围内流动。了解海水如何在海洋中流动的，这对气候研究以及保护生活在海洋中的动植物都很重要。
当科学家们在20世纪90年代末，首次设计Argo机器人海洋观测网时，他们希望这些数据能够补充由一颗名为Jason/杰森卫星所收集的海面高度测量数据。在希腊神话中，杰森乘坐一艘名为阿尔戈的船去寻找金羊毛。因此，海洋科学家称这些机器人为“Argo浮标”。来自卫星的海面高度数据可以与Argo数据相结合，让科学家了解洋流的变化。
在过去20年里，Argo机器人一直在海洋中漫游，并在全球收集了超过200万条剖面测量数据。如今，在全球海洋上有近4000个Argo机器人在测量并收集海洋环境要素数据。
Argo机器人使用电池供电，可以一年到头全天候在海上工作。因为有了这些机器人，科学家们现在可以前所未有地关注地球上的海洋。Argo机器人装备的电池，通常可以使用5年以上。当电池用完后，这些机器人将失去活动能力、并沉入海底。虽然，这看起来像是在海洋里乱扔垃圾，但与其他污染物相比，浮标对海洋环境的影响微乎其微；而且，它们收集的海洋数据对于人类了解地球，却是意义重大，价值非凡。
自1970年以来，海洋吸收了人类活动产生的温室气体中90%以上的热量。而且，许多地区的海洋温度都在上升。科学家通过测量的海水温度和盐度，可以计算出海洋的某一层增加了多少热量，称为海洋热含量，即储存在海洋中的以热量形式表示的能量。
通过使用Argo机器人收集的数据(图3)，科学家们发现，1993年至2019年期间，部分地区(深红色)的海洋热含量每平方米增加了6瓦；而另外一些区域，则失去了热量(蓝色)。但总体而言，海洋获得的热量多于失去的热量。他们还发现，像热浪这样的极端事件在海洋中发生的频率越来越高，就像在大气中一样。这些海洋热浪导致海洋动物迁移到其他地区，以寻找更凉爽的水体。然而，无法移动的动植物，将会受到这些海洋热浪的严重影响。
图3、1993-2020年海洋700米上层的热含量变化(A)；一个位于东太平洋夏威夷岛附近海域的Argo机器人测量的温度(B)和盐度(C)剖面（2013年12月26日）全球海平面上升是气候变化的另一个重大后果。随着海水变暖，它也会膨胀，这是海平面上升的主要原因之一。海平面上升会对我们的日常生活产生巨大影响，因为它会引起洪水，也会侵蚀海岸，并且咸水入侵还会使淡水无法饮用。Argo机器人是监测全球海平面上升的关键工具，因为它们可以密切关注地球海洋的变化。
对海洋的跟踪也导致了天气预报的改进。利用Argo机器人发回的温度和盐度数据，科学家们在他们的天气预报计算中加入了海洋的计算机模块，即一个能够在计算机上运行的程序，以模拟地球大气或海洋的现实世界系统。在这些模型中有真实的海洋数据，可以提高科学家对大气和海洋如何相互作用的理解。这对于预测飓风、旋风和台风等强烈风暴非常重要，这些风暴的大部分强度来自温暖的洋面。
过去，Argo机器人被限制在海洋2000米上层，其活动范围约占全球海洋体积的50%。因此，设计一种能够下潜到海底的机器人，是一项非常具有挑战性的探索。最近，科学家和工程师们已经成功地研制出了一些可以下潜到6000米水深的机器人。
实现从海表到海底的测量，可以让科学家更好地了解海水热含量和淡水含量的变化，这将提供有关全球海平面上升的更多信息。
现在，我们正处于一个新时代的开端，Argo机器人可以进行与海洋化学和海洋生物学相关的测量。例如，这将提供有关海洋中氧气和二氧化碳含量变化的信息。全球海洋目前正在失去氧气，并从地球大气中吸收更多的二氧化碳。这些变化正在对海洋生态系统产生影响，也包括为我们许多人提供食物的渔业。
Argo机器人是海洋学家观测海洋环境的一个工具。它们是全球海洋观测系统(GOOS)的一部分。与GOOS的其他合作伙伴一起，Argo机器人的进步将帮助我们建立海洋健康的全球图景，以及了解海洋健康是如何随时间变化的。
你可以通过收养一个浮标，加入到这支海洋观察员队伍中来；你还可以选择一个Argo机器人，给它起个名字，然后跟随它环游世界。你不觉得这非常有趣吗？图1B中的这些学生，就参与了加拿大发起的一个名为“领养一个浮标”项目的活动。
当然，你还可以从Argo在线学校和海洋观察员网站上，了解更多关于Argo的信息。
一场海洋冒险正在等待着你的参与!
注：该文源自国际Argo计划官方网站（www.52ocean.cn）推荐的“Argo robots are free roaming ocean adventurers/Argo是一群自由漫游的海洋冒险家”一文。读者可据如下信息查阅原文：Greenan B, Wong A, Morris T, Smith E and Bollard M (2023) Keeping an Eye on Earth’s Oceans With Argo Robots. Front. Young Minds. 11:943491. doi: 10.3389/frym.2023.943491。
