南海Argo区域海洋观测网设计与构建

国际 Argo 计划由“核心 Argo”向“全球 Argo”的拓展和国产北斗剖面浮标的成功研制,为西北太平洋重要边缘海———南海 Argo 区域海洋观测网的建立提供了契机。 介绍了南海 Argo 区域海洋观测网的总体设计,以及利用相关调查航次在南海布放了首批北斗剖面浮标,初步建立了由我国主导建设的“南海 Argo 区域海洋观测网”。 此外,利用调查航次获得的船载 CTD 和实验室盐度计分析结果以及周边海域历史资料验证了国产北斗剖面浮标观测数据的可靠性。     

COPEX和HM2000与APEX型剖面浮标比测试验及资料质量评价

利用船载CTD仪、国外剖面浮标(APEX)和实验室盐度计等标准仪器设备,在西北太平洋海域对2种型号国产剖面浮标(COPEX和HM2000)进行了现场比测试验,并对观测资料质量进行了定性和定量分析与评价.结果表明:(1) COPEX和HM2000型剖面浮标观测的盐度资料均能达到国际Argo计划提出的±0.01的精度要求;(2)HM2000的最小观测深度离海面1 m以内,最大观测深度基本稳定在2 000 m左右,并能保持在1000 m深度附近漂移,而COPEX的最小观测深度在8～9 m之间,最大观测深度则在1 800～1 900 m之间波动,且漂移深度都在600～800 m之间;(3)COPEX和HM2000都获得了70条以上有效观测剖面.总体而言,两种国产剖面浮标观测的温、盐度资料都是可信、可靠的.但试验中暴露的一些问题和不足仍有待不断改进和完善.     

基于准实时传输潜标的国产温盐深仪对比分析

高精度的温盐深测量仪（Conductivity-Temperature-Depth,CTD）是实现海洋动力环境背景要素长期连续观测的最重要的海洋观测设备之一。尽管国产CTD的研制已经取得了一系列应用成果,但是基于深海潜标平台的多深度的CTD比测工作仍然较少。本文基于“十三五”期间国家重点研发项目研发的准实时传输潜标平台所搭载的三组国产CTD与进口的CTD所获取的数据进行了详细的比对分析。在潜标系统较为稳定的时刻,两者的平均温度差最小为0.001℃,平均盐度差最小为0.001 psu。比测结果表明：国产CTD在复杂的深海海洋环境下所测得的温盐深数据具有较高的稳定性与可靠性。国产高精度CTD的研制与应用对提高我国海洋现场连续和长期的观测能力,促进海洋基础科学研究的发展具有重要作用。     

参考数据集对Argo剖面浮标盐度观测资料校正的影响

国际Argo计划采用新颖的Argo剖面浮标来监测全球大洋中上层的变化,对浮标盐度观测资料进行质量控制是非常重要的。本文采用历史水文观测资料集得到的温-盐度(-S)关系,并利用Wong等人开发的WJO延时模式盐度校正方法,对电导率传感器出现漂移、偏移等故障的Argo剖面浮标盐度资料进行校正。对影响校正结果的历史水文资料集(或参考数据集)的选取进行了初步研究,并在不同的海区进行试验。结果表明,选取合适的参考数据集可以提高盐度校正的精度。     

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化，但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统，基于此，中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统，其浮标体为柱台型结构，采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器，实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深（最大深度可达1 000 m）、方位及浮标位置等要素进行实时观测，从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测，并支持铱星和北斗等卫星通信方式，将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来，深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用，每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料，促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品（美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标）的先进水平，并且在水下感应耦合传输等方面进行了创新，形成了自有特色。     

Argo、GTSPP与WOD数据集及其应用中需注意的若干问题

数据集整体的时空覆盖率制约了海洋科学研究的时空尺度,而海洋仪器的性能和观测方式直接决定了海洋数据的可靠性。以观测仪器作为主要衡量指标,结合数据集的时空覆盖率,对以温度和盐度为数据集主体的自持式拉格朗日环流剖面观测(Argo)数据集、全球温盐剖面数据集(GTSPP)、世界海洋数据集(WOD)进行分析和比对,确定了三者关系:Argo和GTSPP都是WOD的数据源,而GTSPP中包含了Argo实时数据的80%。在此基础上研究确定了目前温盐数据的主要观测仪器为Argo浮标、XBT和CTD,并对这三种仪器的误差来源和量级进行详细分析:由于全球自动观测与传输需求,Argo数据存在电子信号不稳定导致的随机误差,而且在高纬度强温跃层地带出现较强的虚假盐度尖峰,再是自由漂移的特性导致1%~2%盐度剖面漂移超过0.02 PSS-78;由于下降方程的不断演变,全球半数XBT数据提供者并未提供仪器型号,导致数据整体的可靠性下降;由于CTD基本采用船载观测,因此成本高、共享数据少且多集中近海。因此在对全球温盐数据进行应用时,应综合考虑观测仪器的可靠性和时空覆盖率,有效实现对资料本身误差和真实海洋现象的甄别。     

深海地形调查中声速剖面质量控制方法

通过对深海多波束地形调查中实测声速剖面数据质量的研究,探讨声速剖面仪检定以及实际应用中的质量控制措施。利用抛弃式温盐深仪和同海区国际剖面浮标的剖面数据,对声速剖面仪实测数据进行比对,分析声速剖面数据的固定偏差或线性偏差,完成声速剖面数据修正,提高了实测声速剖面数据的应用水平,为大洋专项调查中声速剖面数据的质量控制,提供了一种有效参考方法。     

我国深海Argo区域观测网成功完成“深海玄武”浮标首次批量布放

<正>2023年12月,由中国海洋大学牵头,崂山实验室、自然资源部第二海洋研究所、中国科学院海洋研究所共同参与的“深海Argo区域观测网建设”在西太平洋菲律宾海盆顺利完成首批6 000 m级国产“深海玄武”浮标的布放。自12月9日起,经质量控制的深海温度和盐度剖面观测数据实时提交至全球Argo资料中心(GDAC),参与国际共享与交换。这是我国首次批量布放国产深海Argo浮标,标志着我国在深海Argo区域观测网建设上迈出了重要的一步。     

AUTOSAL 8400B实验室盐度计的检测方法

盐度是海洋水文监测中一个重要被测参量,高质量盐度数据的重要性已经在远海调查和近海调查中被认知。大部分的盐度监测数据是通过现场多参数监测仪器(如CTD)获取的,而实验室盐度测量依然是获得高精度盐度数据的有效方法。AUTOSAL 8400B实验室盐度计是加拿大Guildline仪器公司研制开发的一种高精度的测量海水电导率比值的仪器,其测盐最大允许误差可达到±0.002 psu,经常被用于标准海水的定值和CTD仪器的校准。我国国内引进了不少该型仪器,为了把好其质量关,国家海洋标准计量中心研发了一套对该仪器进行科学的检测的方法。     

西太平洋深海科学观测网的建设和运行

西太平洋科学观测网是由中国科学院海洋研究所自主建成的大洋观测网络。深海数据的连续获取和实时传输对海洋与气候预报和海洋环境安全保障意义重大,世界海洋大国纷纷致力于其关键技术和系统集成的攻关。在中科院战略性先导科技专项的资助下,中科院海洋所经过统筹安排和周密部署,3年多来先后组织西太平洋综合考察航次3次,成功布放和回收深海潜标73套次,建成了由16套深海潜标组成的我国西太平洋科学观测网并实现稳定运行,获取西太平洋代表性海域连续3年的温度、盐度和洋流等数据。在2016年航次中,中国科学院又攻克了潜标数据长周期稳定实时传输的海洋观测难题,实现了深海数据的"现场直播",截至2017年9月,深海数据已成功连续实时回传260余天。以此为标志,我国的大洋科学观测网建设实现了批量化、标准化和常态化。深海观测数据的长时间连续积累和实时化传输,将提升我国深海科学研究能力,加速我国海洋与气候预报业务系统建设步伐,满足海洋强国建设、"一带一路"倡议对海洋环境安全保障的重大需求。"十三五"时期,我国正全面推进深海进入、深海探测和深海开发的深海战略,深海科学观测网建设技术和潜标数据实时传输技术对我国深海探测能力的提升意义重大。     

海水温盐深剖面测量技术综述

温盐深是反应海洋物理学特性的重要参数,是海洋水文观测的基本要素。CTD剖面仪(Conductivity-Temperature-Depth profiler)是进行海水温盐剖面观测的主要仪器,利用CTD剖面仪可精确测得水下不同深度上海水的温度和电导率参数,进而能够推算出海水盐度、密度、声速等相关信息,对于海洋经济开发、海上国防建设、海洋环境保护等都具有非常重要的意义。本文介绍了温盐深剖面测量技术的基本原理与发展现状,对几种典型的温盐深测量设备及各种海洋观测平台中搭载的CTD传感器进行了介绍,论述了CTD传感器的标定和测试技术,并对其发展趋势进行了分析。     

Twenty years of ocean observations with China Argo

The international Argo program, a global observational array of nearly 4 000 autonomous profiling floats initiated in the late 1990s, which measures the water temperature and salinity of the upper 2 000 m of the global ocean, has revolutionized oceanography. It has been recognized one of the most successful ocean observation systems in the world. Today, the proposed decade action “OneArgo” for building an integrated global, full-depth, and multidisciplinary ocean observing array for beyond 2020 ...     

Reconstructing the upper ocean thermal profiles using one-dimensional numerical model

The observation data for 5 d at a station in the South China Sea is presented.After brief analysis of the wind speed,air temperature from the ship-borne meteorological instruments and temperature and salinity profiles from the CTD (conductivity,temperature,depth recorder) data,the authors find that the CTD casts are too sparse for us to understand the diurnal evolution of the thermal structure in the upper ocean.A one-dimensional (1D) numerical code based on Mellor-Yamada turbulence closure model is used to reconstruct the upper ocean thermal structure,utilizing the atmospheric forcing data from ship-borne weather station.The simulation results show good agreement with the observational data;the significance of breaking waves is also briefly discussed.The evolution of turbulence kinetic energy (TKE) and the contribution from shear production and buoyancy production are discussed respectively.Finally,several possible factors which might influence the numerical results are briefly analyzed.     

Importance of Reference Dataset Improvements for Argo Delayed-Mode Quality Control

For the Argo Project, monitoring the global upper ocean by a large number of profiling floats, maintaining the quality of salinity data is critical; the goal for measurement accuracy is ±0.01. Experiments using the method of Wong et al. (2003), the standard delayed-mode quality control (dQC) for the Project, show that its performance depends critically on the reference datasets used. This study concludes that the method is useful for Argo and has sufficient potential to achieve the goal for salinity measurement in the North Pacific, when suitable reference datasets are prepared. Considering the Wong et al. (2003) algorithms, we suggest that reference datasets with the following characteristics will be most suitable for Argo dQC: They should be basically derived from the most extensive datasets, such as the latest World Ocean Database; in regions with denser observations, datasets with carefully quality controls should be used; in the regions with subsurface temperature inversions, such as the subarctic North Pacific, the profiles used for the reference must extend below the deepest temperature maximum to prepare proper salinities for the deep layer reference.     

Argo-type profiling float observations under the Arctic multiyear ice

To monitor and better understand temperature and salinity conditions in the Arctic Ocean interior, we developed a new Argo-type ocean profiling system for the polar oceans. This Polar Ocean Profiling System (POPS) consists mainly of an ice platform and an Argo-type subsurface CTD profiler. The ice platform includes a system controller that manages all data acquisition, processing, formatting, and messaging. Iridium satellite communication technology sends the observation data and also allows remote commands to be sent from the laboratory to the buoy. The profiler is mounted on an oceanographic cable interfaced to the platform; the profiler moves along the cable between depths of 10 and 1000 m. The inductive modem system provides data transfer between the ice platform and the profiler. In April 2005, field tests of the POPS were conducted in the Arctic Ocean near the North Pole. Later on, commands were sent via Iridium from the laboratory to the buoy to change the data sampling acquisition frequency, allowing us to obtain 14 temperature and salinity profiles during the first 22 days. We confirmed that POPS could measure temperature and salinity with conservative accuracies better than 0.01 °C for temperature and 0.01 for salinity. Following this test, we initiated the observation of the Arctic Ocean from 10 m down to 1000 m depths in April 2006 using POPS, and we also started sending the data to the global telecommunication system (GTS) in real time. These data are the first Argo data sent from the Arctic Ocean. Not only Arctic oceanographers but also everyone who is interested in Arctic oceanographic conditions can easily access these data from the Argo data server.     

基于气候性温盐关系模型对Argo数据进行质量控制的研究

通过全球Argo计划的实施,我们获得了大量的温盐剖面数据。如果对浮标所在洋区的状况不是很了解,很难判断Argo浮标电导率传感器的工作状态及盐度数据的可靠性。为了避免错误的数据,必须对Argo进行有效的质量控制。国家海洋信息中心根据西北太平洋海区的南森站和CTD温盐数据,建立了高质量的气候学温盐数据集,对投放在西北太平洋海区的Argo浮标数据进行了相应的质量控制。结果表明,利用Argo浮标所在海区的气候学数据对Argo数据进行质控是比较有效的方法之一。     

HM2000型剖面浮标的主要特征及其应用

HM2000 型剖面浮标是一种新颖的国产海洋观测仪器,可以长期在海上自由漂移并连续测量 0~2 000 m 水深内的海水温、盐度剖面数据,已被国际 Argo 组织用于全球 Argo 实时海洋观测网建设和维护。 详细介绍了该型浮标的工作原理、结构、功能和主要技术指标等,并与 APEX 型浮标进行了比较分析, 表明了 HM2000 型剖面浮标具有明显的功能优势,且测量的温、盐度质量是有足够保证的,完全可以替代国外浮标用来主导建设我国的 Argo 区域海洋观测网。     

CTD传感器在ROV系统中的扩展及其应用

CTD可以获取海洋物理学环境参数,为海洋物理学的研究提供重要的基础性数据,而ROV作为重要的海洋探测工具和科学研究平台已经在世界各国主要的海洋研究机构中得到广泛应用。根据＂海狮号＂ROV系统的体系结构特点,对其通讯、控制和电源等接口进行扩展,实现了CTD传感器在ROV上的应用,并在海洋区域地质调查的ROV测站作业时进行了CTD数据的采集,数据质量满足了海洋区域地质调查的要求。