深海Argo 期待中国深度参与

作者:记者 陈佳邑  来源:中国海洋报   发布时间:2019-06-13 10:53:01   [打印本页] [关闭窗口]

  近日,第二届国际深海Argo研讨会在澳大利亚霍巴特举行,会议从不同层面阐述了实施深海Argo计划的必要性和重要性。借助“核心Argo”计划,上层海洋(小于2000米)已经获得了时、空分辨率相对较高的观测,而深海(大于2000米)观测还仅限于稀疏的水文断面或空间覆盖率非常有限的锚系观测。然而,深海海水增暖、淡化等一系列观测结果表明了建设深海Argo观测网的必要性,对深海进行更密集的采样已得到科学界的广泛认可。

  围绕深海Argo浮标技术现状、深海Argo计划的实施情况,以及未来的发展等问题,本报记者采访了自然资源部第二海洋研究所助理研究员吴晓芬。

  自动剖面浮标是核心

  随着深海Argo计划不断推进,深海浮标技术也取得快速发展。当前,构建深海观测网的剖面浮标主要有4种,即美国的SOLO型和APEX型、法国的Arvor型以及日本的NINJA型深海剖面浮标。

  2012年,法国海洋开发研究院联合NKE公司研制出第一个Arvor型深海剖面浮标,可以观测0米~4000米水深范围内的海水温盐度等常规要素;最近投放于北大西洋副极地海域的一批Arvor型深海剖面浮标,均配备了避冰算法和触底探测功能,且垂向分辨率设置较高,对浮标的存储功能及电池性能的要求也进一步提高。

  美国斯克里普斯海洋研究所研制的深海SOLO型剖面浮标是当前国际上最先进的深海自动剖面浮标,其设计观测水深为6000米,拥有长达6年的工作寿命;此外,深海SOLO型浮标不仅具备避冰算法和触底探测功能,还具备了浮标投放后的回收能力。

  日本海洋地球科技厅与T.S.K.公司一起于2009年开始研制深水NINJA型剖面浮标,该浮标可以观测0米~4000米水深的海水物理要素,配备锂电池的浮标可以观测50个~70个全深度剖面,具备避冰和触底探测功能,可适用于从热带到高纬度的季节性冰覆盖区域。

  吴晓芬表示,相比深海浮标观测平台,深海温盐深仪传感器的可靠性显得尤为重要。由于深海在短时间内变化很小,如温盐度的变化量级大约为0.001/年,因此需要研制出分辨率和观测精度更高的温盐深仪传感器,实现长期稳定、可靠运行,这样才能较为精确地捕获深海内部的变化信号。为此,美国海鸟公司开发了针对深海Argo浮标的SBE61型温盐深仪传感器,目前正在紧锣密鼓地进行海上比测。

  蓬勃发展的深海Argo计划

  起初,深海Argo计划的设计框架是在全球公共大洋上布放1228个深海Argo浮标。深海Argo计划一直备受美国国家海洋和大气管理局关注,成为其优先考虑资助的项目之一。截至目前,美国斯克里普斯海洋研究所共有52个深海Argo浮标在海上正常工作,库存的46个浮标正在寻找合适航次进行布放,这些浮标将主要投放在西南太平洋和大西洋巴西海盆,少量将投放在印度洋海域。此外,得益于保罗G.艾伦慈善基金的资助,美国将于2019年~2020年在巴西海盆投放28个深海剖面浮标。

  自2012年起,法国投放了20个深海剖面浮标,目前仍有7个在海上正常工作。2019年~2020年,法国计划投放33个深海剖面浮标,另一个3年项目(2019年~2021年)有望每年资助15个深海剖面浮标。这些浮标将主要布放在大西洋海域,用以检测浮标和传感器的性能,测试海水密度、不同漂移深度带来的影响等。此外,意大利将于今年在西地中海海域投放2个深海浮标,未来有望每年布放一个深海浮标;西班牙计划投放2个深海浮标;2019年~2023年,挪威计划投放9个浮标。

  日本已于今年启动了新的7年Argo计划(2019年~2025年),该计划涵盖了核心Argo、深海Argo以及生物地球化学Argo观测网的建设。今年,日本将在西北太平洋、印度洋和南大洋投放16个深海Argo剖面浮标,其中有6个将沿着东经165°断面布放,在投放的同时,开展全水深船载温盐深仪(CTD)观测,以获取参考数据,用于检验浮标和传感器的工作性能。

  我国于2017年~2018年在南大洋和西北太平洋布放了3个Arvor型深海浮标,开展了深海浮标及其温盐深仪传感器工作性能的相关分析。在浮标研制方面,2016年“问海计划”启动,4家科研单位参与研发了0米~4000米深海剖面浮标。2018年3月,第一个国产深海浮标问世,一年后,在西太平洋海域进行了样机的压力测试。

  期待中国走向“国际舞台”中央

  吴晓芬介绍说,近年来,国际Argo计划正由“核心Argo”向“全球Argo”(即向边缘海、高纬度海域、深海、生物地球化学领域及赤道强化观测等)扩展。可以预见的是,Argo将会进入一个崭新的全球、全水深、多学科海洋观测时代。随着国际Argo计划的不断拓展,各国在Argo观测网中也将要投入更多的人力和物力。

  从2015年首届深海Argo研讨会开始,深海Argo观测网4年来取得了显著进展,尽管依然面临许多问题和困难,但仍是国际Argo计划发展的必然趋势。吴晓芬建议,我国应深度参与深海Argo计划,进一步重视科技支撑平台建设和技术人才培养。

  深海Argo计划是美国国家海洋和大气管理局、法国海洋开发研究院及日本海洋地球科技厅等优先考虑资助的项目,有效助推了国际深海Argo观测网的建设,有望在2023年从区域性试验向全球推进。然而,目前国际上对于深海Argo浮标观测数据的质量控制方法、数据管理标准还处于探索阶段,各国和浮标生产商都在开发制订相关的方法,以便能够得到国际Argo计划的认可,并成为国际标准。

  相对来说,我国科学家在该领域还缺少话语权,虽然在深海剖面浮标的研制方面已经投入了大量的人力物力,但由于起步比较晚,发展速度也偏缓。截至目前,仍处于试验样机的海试阶段,浮标的稳定性及观测数据的质量有待验证,尚未得到国际Argo计划——深海Argo小组的认可,数据质量控制方法的开发和深海型温盐深仪的研制更是尚未涉及(目前所有国产深海Argo浮标试验样机均使用国外进口的温盐深仪)。总体来讲,我国在该领域还处在“跟跑”阶段,这需要相关部门加大对该项国际重大科技基础性工作的支持,以提升和优化国产剖面浮标的性能,扩大其在全球Argo实时海洋观测网中的影响力,提升我国在国际合作中的显示度,促进海洋科学的发展。

  对于海洋科学领域的基础研究和业务化预测预报来说,浮标布放入海只是第一步,随后的资料处理与管理其实更为重要,直接关系着基础研究和预测预报的准确度。一直以来,中国Argo实时资料中心负责着我国布放的绝大多数浮标的资料接收、处理和分发共享工作。但近年来,由于管理浮标数量的增加和人力资源限制等,日常Argo资料管理工作已处于满负荷,延时数据的提交甚至出现停滞。随着国际Argo计划向“Argo2020愿景”迈进,浮标类型越来越多样化,观测参数与技术参数也逐渐增加,这些都增加了Argo数据文件的复杂性,也为资料管理带来了巨大的挑战。

  吴晓芬表示,希望能加大对基础性工作业务的支持力度,积极培养相关技术人才,以保证有足够的全职人员负责相关工作,从而更加及时高效地获取全球范围、高分辨率、高质量的Argo资料。