【代號(hào)名稱】“阿爾戈”計(jì)劃

【規(guī)范稱呼】全球性海洋觀測(cè)計(jì)劃

【英文名稱】Argo Plan

【發(fā)起者】美國(guó)

【行動(dòng)時(shí)間】1998年

【目的】是一個(gè)海洋觀測(cè)系統(tǒng)的名稱，可為氣候、天氣、海洋學(xué)及漁業(yè)研究提供實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)

大氣、海洋科學(xué)家推出了一個(gè)全球性的海洋觀測(cè)計(jì)劃，目的是要借助最新開(kāi)發(fā)的一系列高新海洋技術(shù)（如”阿爾戈”剖面浮標(biāo)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等），建立一個(gè)實(shí)時(shí)、高分辨率的全球海洋中、上層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便能快速、準(zhǔn)確、大范圍地收集全球海洋上層的海水溫度和鹽度剖面資料，有助于了解大尺度實(shí)時(shí)海洋的變化，提高氣候預(yù)報(bào)的精度，有效防御全球日益嚴(yán)重的氣候?yàn)?zāi)害（如颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、冰暴、洪水和干旱等）給人類造成的威脅

海洋太神秘了，以至于連海神都無(wú)足重輕

【背景】

該計(jì)劃設(shè)想用3—5年的時(shí)間（2000—2004年），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“阿爾戈”全球海洋觀測(cè)網(wǎng)。一種稱為自律式的“拉格朗日”環(huán)流剖面觀測(cè)浮標(biāo)（簡(jiǎn)稱“阿爾戈浮標(biāo)”）將擔(dān)當(dāng)此重任。

它的設(shè)計(jì)壽命為3—5年，最大測(cè)量深度為2000m，會(huì)每隔10—14天自動(dòng)發(fā)送一組剖面實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，每年可提供多達(dá)10萬(wàn)個(gè)剖面（0—2000m水深內(nèi)）的海水溫度和鹽度資料。

【行動(dòng)經(jīng)過(guò)】

該觀測(cè)系統(tǒng)由大量布放在全球海洋中小型、自由漂移的自動(dòng)探測(cè)設(shè)備（“阿爾戈”剖面浮標(biāo)）組成。大部分浮標(biāo)在1000米漂移（被稱為停留深度），每隔10天下潛到2000米深度并上浮至海面，在這過(guò)程中進(jìn)行海水溫度和電導(dǎo)率等要素的測(cè)量，由此可計(jì)算獲得海水鹽度和密度。觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)衛(wèi)星傳送到地面科研人員，并向所有人免費(fèi)、無(wú)限制提供。

“阿爾戈”計(jì)劃通過(guò)全球30多個(gè)國(guó)家的合作來(lái)維持一個(gè)全球海洋觀測(cè)網(wǎng)，使任何國(guó)家可以探測(cè)海洋環(huán)境要素?！鞍柛辍笔侨蚝Ｑ笥^測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分?！鞍柛辍蓖ㄟ^(guò)“阿爾戈”指導(dǎo)工作組進(jìn)行協(xié)調(diào)——一個(gè)由科學(xué)家和技術(shù)專家組成的國(guó)際團(tuán)體，每年召開(kāi)一次會(huì)議?！鞍柛辍睌?shù)據(jù)流由“阿爾戈”數(shù)據(jù)管理組管理。所有的協(xié)調(diào)工作通過(guò)“阿爾戈”信息中心協(xié)助完成，該中心隸屬于政府間海洋委員會(huì)及世界氣象組織。

“阿爾戈”還受GEO—地球觀測(cè)小組的支持，早期就已獲得世界氣候研究計(jì)劃的“海洋—大氣系統(tǒng)的變異性及可預(yù)測(cè)性”項(xiàng)目（CLIVAR）以及全球海洋數(shù)據(jù)同化試驗(yàn)的批準(zhǔn)。“阿爾戈”計(jì)劃首先在1999年召開(kāi)的海洋觀測(cè)大會(huì)上提出，該會(huì)議是由國(guó)際機(jī)構(gòu)組織的，旨在創(chuàng)建可協(xié)調(diào)的海洋觀測(cè)方式。

原始的“阿爾戈”計(jì)劃書由一個(gè)科學(xué)家組成的小組編寫，該計(jì)劃書描述了一個(gè)由3000個(gè)浮標(biāo)組成的全球海洋觀測(cè)網(wǎng)計(jì)劃，并將在2007年的某時(shí)完成。2007年11月，由3000個(gè)浮標(biāo)組成的全球海洋觀測(cè)網(wǎng)全面建成。

“阿爾戈”指導(dǎo)工作組于1999年在美國(guó)馬里蘭召開(kāi)了第一次會(huì)議，并在會(huì)上概述了全球數(shù)據(jù)共享原則。“阿爾戈”指導(dǎo)工作組于2009年向海洋觀測(cè)大會(huì)提交了十年進(jìn)展報(bào)告 ，并收到了有關(guān)如何完善觀測(cè)網(wǎng)的建議。這些建議包括在高緯度海區(qū)、邊緣海（如墨西哥灣和地中海）和沿赤道海區(qū)加強(qiáng)觀測(cè)，在西邊界強(qiáng)流區(qū)（如灣流Gulf Stream和黑潮Kuroshio）強(qiáng)化觀測(cè)，向深海擴(kuò)展觀測(cè)以及利用新型傳感器監(jiān)測(cè)海洋生物和化學(xué)變化等。

2012年11月，“阿爾戈”觀測(cè)網(wǎng)已收集了100萬(wàn)條剖面（是20世紀(jì)所有調(diào)查船觀測(cè)資料的兩倍），并在多家組織的網(wǎng)站上進(jìn)行了報(bào)道。通過(guò)改變浮標(biāo)自身的有效密度，按照預(yù)定的時(shí)間表在海中上浮和下沉是“阿爾戈”浮標(biāo)的重要特點(diǎn)。任何物體的密度由物體的質(zhì)量除以體積獲得。“阿爾戈”浮標(biāo)在自身質(zhì)量不變的情況下，通過(guò)改變體積的方式改變密度。浮標(biāo)通過(guò)液壓活塞把油注入位于浮標(biāo)底部的外部皮囊來(lái)改變其體積。隨著皮囊的膨脹，浮標(biāo)的密度變得小于海水密度，從而向海面上浮。當(dāng)任務(wù)結(jié)束時(shí)，浮標(biāo)收縮活塞再次下潛。

典型的“阿爾戈”浮標(biāo)標(biāo)體長(zhǎng)1米，頂部半球型的帽子約14厘米。所以浮標(biāo)體積最小約16600立方厘米。在阿拉斯加灣的Papa海洋站，海表的溫度和鹽度約6°C和32.55‰，所以海水密度為1.0256克/立方厘米。而2000米深度處的溫度約2°C，鹽度為34.58‰，如果包含壓力效應(yīng)（海水可輕微壓縮），海水密度為1.0369克/立方厘米，密度的變化除以深層密度的值為0.0109。

浮標(biāo)到達(dá)2000米和上浮至海表時(shí)必須匹配這些密度。因?yàn)楦?biāo)的密度為其質(zhì)量除以體積，所以需要改變0.0109x16，600=181立方厘米的體積來(lái)實(shí)現(xiàn)該過(guò)程。所有浮標(biāo)裝載傳感器來(lái)測(cè)量海水溫度和鹽度，但越來(lái)越多的浮標(biāo)還裝載其他傳感器，如溶解氧及葉綠素、營(yíng)養(yǎng)物和pH等生物化學(xué)傳感器。

正在開(kāi)發(fā)的被稱為生物“阿爾戈”的擴(kuò)展計(jì)劃，將在浮標(biāo)上加裝生物和化學(xué)傳感器來(lái)觀測(cè)海洋。用于衛(wèi)星通訊的天線被安裝在浮標(biāo)頂部，將在浮標(biāo)完成上浮后伸至海面以上。由于海水含鹽分，可導(dǎo)電，所以在海面以下進(jìn)行無(wú)線通訊是不可能的。

早期的“阿爾戈”浮標(biāo)使用慢速的單向衛(wèi)星通訊，但2013年中期投放的浮標(biāo)主要使用快速的雙向衛(wèi)星通訊。使用雙向通訊系統(tǒng)的浮標(biāo)可以傳輸更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，在海面只需要停留約20分鐘，而不是過(guò)去的8—12小時(shí)，大大降低了擱淺和生物污染的風(fēng)險(xiǎn)。

自“阿爾戈”計(jì)劃開(kāi)始以來(lái)，“阿爾戈”浮標(biāo)的平均壽命已經(jīng)大大增加，2005年布放的浮標(biāo)其平均壽命已經(jīng)第一次超過(guò)4年。目前正在進(jìn)行得技術(shù)改進(jìn)有望使浮標(biāo)的壽命增加到6年或更長(zhǎng)。30°S以南海區(qū)由“阿爾戈”浮標(biāo)觀測(cè)的剖面數(shù)量（上面的曲線）與其他方式觀測(cè)數(shù)量（下面曲線）的對(duì)比。

觀測(cè)網(wǎng)最初提出的分布密度為浮標(biāo)間的平均距離為3°x3°“阿爾戈”計(jì)劃書。這可以使高緯度海區(qū)有較高的浮標(biāo)分布密度（數(shù)公里），因?yàn)榭刂坪Ｑ筇卣鞒叨龋ㄈ鐪u旋）的羅斯貝變形半徑隨緯度的增加而變小。

【后續(xù)】

至2007年，該觀測(cè)網(wǎng)基本建成，但南大洋深海的分布密度仍未實(shí)現(xiàn)。正在努力完成在世界各大洋布放浮標(biāo)的最初計(jì)劃，但由于南大洋布放機(jī)會(huì)很少，所以還面臨困難。正如“歷史”部分提到的那樣，目前正計(jì)劃在赤道海區(qū)、西邊界流及邊緣海區(qū)進(jìn)行強(qiáng)化觀測(cè)，這需要將原來(lái)計(jì)劃的3000個(gè)浮標(biāo)增至4000個(gè)。利用剖面浮標(biāo)觀測(cè)海洋的一個(gè)成果是可以消除季節(jié)性偏差。”阿爾戈”模式的一個(gè)重要特征是可以準(zhǔn)實(shí)時(shí)地、無(wú)限制地獲取全球資料。當(dāng)一個(gè)浮標(biāo)傳送一條剖面后，能被快速轉(zhuǎn)換成可上傳至全球通信系統(tǒng)（GTS）的格式。

GTS由世界氣象組織運(yùn)行，其目的是為天氣預(yù)報(bào)共享數(shù)據(jù)。所以所有WMO成員國(guó)能在幾小時(shí)內(nèi)接收到所有“阿爾戈”剖面數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)還可通過(guò)兩個(gè)全球“阿爾戈”資料中心法國(guó)和美國(guó)的FTP及WWW入口獲取。約90%的剖面資料能在24小時(shí)內(nèi)提供給用戶，剩余的剖面也能在稍后提供。用戶在使用從GTS或GDAC獲取的“阿爾戈”數(shù)據(jù)是需要編程技巧。

GDAC提供的多剖面文件用“海洋數(shù)據(jù)視圖”軟件可以讀取。類似于20121106_prof.nc名稱的文件即多剖面文件，為2012年11月6日在某個(gè)洋區(qū)獲取的所有剖面并包含到一個(gè)NetCDF格式的文件中。

GDAC確定了3個(gè)洋區(qū)，分別為大西洋、印度洋和太平洋。所以某一天將有3個(gè)多剖面文件來(lái)裝載所有剖面數(shù)據(jù)。使用“阿爾戈”資料計(jì)算得到的全球海洋圖集中沿日期變更線的鹽度斷面。那些缺乏編程技巧，但想使用“阿爾戈”資料的用戶，可以下載“阿爾戈”全球海洋圖集，它使用方便，不僅能制作像右圖顯示的“阿爾戈”鹽度斷面圖，還能制作海洋要素的水平分布圖及任何地點(diǎn)的時(shí)間序列圖等。該圖集裝載了一個(gè)“更新”按鈕，可定期對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行更新。該數(shù)據(jù)集由美國(guó)斯克里普斯海洋研究所維護(hù)。

對(duì)“阿爾戈”數(shù)據(jù)制作的網(wǎng)格化資料感興趣的用戶，可訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)，上面列出了一些可用的網(wǎng)格資料?！鞍柛辍辟Y料還能通過(guò)谷歌地球顯示由“阿爾戈”技術(shù)協(xié)調(diào)員開(kāi)發(fā)的層。有關(guān)如何使用該層的指南可訪問(wèn)這里。不考慮獲取和研究“阿爾戈”數(shù)據(jù)的方式，重要的是用戶能熟悉“阿爾戈”數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)、“阿爾戈”浮標(biāo)的特性及質(zhì)量控制標(biāo)記的含義。用戶可以參考一個(gè)有用的“阿爾戈”用戶手冊(cè)?！鞍柛辍敝笇?dǎo)工作組也通過(guò)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布了一些有關(guān)的貼士。每年使用“阿爾戈”資料在專業(yè)性期刊上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量。

“阿爾戈”是目前獲取海洋的氣候狀態(tài)信息的主要來(lái)源，已被廣泛應(yīng)用到許多研究論文中，內(nèi)容涉及?！?dú)庀嗷プ饔?、海洋環(huán)流、年際變化、厄爾尼諾、中尺度渦、水團(tuán)性質(zhì)及變化，“阿爾戈”資料已經(jīng)應(yīng)用到物理海洋學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。

“阿爾戈”還能用于直接計(jì)算全球海洋熱含量。杜拉克和Wijffels最近發(fā)表的一篇具代表性論文中，分析了全球海表鹽度模式的變化。他們認(rèn)為全球海洋中高表層鹽度的海水正變得更咸，而表層鹽度相對(duì)較低的海域其海水正變得更淡，也可描述為“富人變得更富，而窮人變得更窮”。

從科學(xué)上來(lái)講，鹽度的分布受降水和蒸發(fā)間差異的控制。如在北太平洋北部，降水強(qiáng)于蒸發(fā)，使海水鹽度低于平均值。他們的研究結(jié)果表明地球正在尋找一個(gè)全球水文循環(huán)的強(qiáng)化。

“阿爾戈”數(shù)據(jù)還被用于驅(qū)動(dòng)氣候系統(tǒng)模式，使人們有能力改進(jìn)氣候季節(jié)性變化的預(yù)報(bào)。

【關(guān)聯(lián)性】

“阿爾戈”計(jì)劃屬于地球物理科學(xué)研究計(jì)劃，這種計(jì)劃在二戰(zhàn)后以聯(lián)合國(guó)為核心，出現(xiàn)了大量的類似計(jì)劃。此類計(jì)劃“歷史脈動(dòng)”曾經(jīng)在“地球望遠(yuǎn)鏡”計(jì)劃、“法摩斯”計(jì)劃等有比較詳細(xì)的梳理。

但“阿爾戈”計(jì)劃實(shí)際上在各國(guó)操作時(shí)，基本都有自己的子行動(dòng)計(jì)劃，包括中國(guó)也有自己的行動(dòng)計(jì)劃。

【影響】

“阿爾戈”計(jì)劃的推出，迅速得到了包括澳大利亞、加拿大、法國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)等10余個(gè)國(guó)家的響應(yīng)和支持，并已成為全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)、全球大洋觀測(cè)系統(tǒng)、全球氣候變異與觀測(cè)試驗(yàn)和全球海洋資料同化試驗(yàn)等大型國(guó)際觀測(cè)和研究計(jì)劃的重要組成部分。

第四屆世界氣候變化綱領(lǐng)大會(huì)、第20屆聯(lián)合國(guó)政府間海洋學(xué)委員會(huì)大會(huì)和第13屆世界氣象大會(huì)都認(rèn)為，“阿爾戈”計(jì)劃是一個(gè)十分重要的項(xiàng)目。為此，聯(lián)合國(guó)政府間海洋學(xué)委員會(huì)還專門通過(guò)了一項(xiàng)決議，支持“阿爾戈”計(jì)劃在全球的實(shí)施。

【評(píng)論】

“阿爾戈”計(jì)劃是世界主要大國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)主動(dòng)的惠及世界的大型、全球性科學(xué)研究行動(dòng)。

它非常難得的是，跨信仰、跨文明、跨社會(huì)發(fā)展形態(tài)，這種純粹的科學(xué)合作，是人類的福音。

【相關(guān)資料】

目前有包括美國(guó)、俄羅斯、日本、印度、澳大利亞、英國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)、西班牙、新西蘭、加拿大、德國(guó)、中國(guó)13個(gè)國(guó)家參加該項(xiàng)計(jì)劃。

【代號(hào)說(shuō)明】

由于其與杰森衛(wèi)星高度計(jì)之間的密切聯(lián)系，故將其以“阿爾戈”計(jì)劃相稱。

“阿爾戈”計(jì)劃的名字起源于希臘神話中勇士伊阿宋和阿爾戈英雄尋找金色羊毛時(shí)所乘的船。之所以選用該名字，意在強(qiáng)調(diào)“阿爾戈”計(jì)劃與杰森衛(wèi)星高度計(jì)的相互補(bǔ)充。