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科技信息快递

2016 年第

2 期(总第

76 期) 中国气象局图书馆 《气象科技进展》杂志

2016 年3月17 日―1―导读 原汁原味 本期推出2 篇均与Nature 出版集团相关文章的翻译和 介绍.

全球 Argo 海洋观测十五年 在全球海洋Argo 项目实施15 年之际,

2016 年1 月27 日,《Nature-气候变化》杂志在线发表了关于该项目的评 述文章―― 全球Argo 海洋观测十五年 .这篇由美国华 盛顿大学学者牵头,来自

18 个国家的

27 位作者共同署名 的文章,全面回顾了国际 Argo 计划实施

15 年来取得的成 果, 并展望了未来Argo 海洋观测及其资料应用的广阔前景. 中国气象局图书馆郑秋红、 田晓阳对文章全文进行了翻译. 能源前沿 Nature 出版集团

2016 年创刊了《Nature-能源》杂志,这是该集团

2016 年新创刊的

3 种Nature 子刊之一,凸显了能源在气候变化大背景下的重要性和其与多领域、学科密切联系的学术意义.中国 气象局图书馆田晓阳和吴灿共同翻译和介绍了多位作者共同为这份期刊撰写的创刊词.2 篇文章的原 文在附录2 中给出. 国际交流报告: No.3

2015 年 环境气象 主题报告 本期 国际交流报告 栏目刊载 环境气象 主题相关 的报告, 介绍2015 年中国气象局相关主题国际交流报告. 其中2015年6月中国气象局赴法国生态与环境保护专题研究报 告值得关注,该报告的概要,见本期

22 页.报告全文以及 No.3 期国际交流报告目录,参加本期附录1. 读者对本栏目有任何意见和建议,欢迎与本刊联系. 本期附录

1 和2 给出了交流报告和部分信息原文, 附录

1 文件随正刊发布,需要附录

2 的读者请与本刊联系.

2016 年第

2 期 科技信息快递

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2 ― Notes:科技信息快递 原汁原味-译文 Nature Climate Change 综述:全球 Argo 海洋观测十五年 【编者按】 《自然》杂志

1 月27 日在线发表了由

18 个国家

27 位作者共同署名的综述文章《全球 Argo 海洋观测十五年》 ,文章全面回顾了国际 Argo 计划实施

15 年来取得的成果,并展望了 未来 Argo 海洋观测及其资料应用的广阔前景. 全球 Argo 海洋观测十五年 Stephen C. Riser1 , Howard J. Freeland2 , Dean Roemmich3 , Susan Wijffels4 , Ariel Troisi5 , Mathieu Belbé och6 , Denis Gilbert7 , Jianping Xu8 , Sylvie Pouliquen9 , Ann Thresher4 , Pierre-Yves Le Traon10 , Guillaume Maze9 , Birgit Klein11 , M. Ravichandran12 , Fiona Grant13 , Pierre-Marie Poulain14 , Toshio Suga15 , Byunghwan Lim16 , Andreas Sterl17 , Philip Sutton18 , Kjell-Arne Mork19 , Pedro Joaquí n Vé lez-Belchí

20 , Isabelle Ansorge21 , Brian King22 , Jon Turton23 , Molly Baringer24 and Steven R. Jayne25 * 摘要

1971 年以来气候系统中热量积累的 90%以上都集中在海洋,因此,海洋在决定地球气 候方面起着关键作用.然而,在Argo 之前,全球海洋观测存在很多问题.历史上,船载海 洋采样留下了大片的空白区域,尤其是在南大洋.在过去的

15 年,随着 Argo 全球海洋剖面 浮标观测网的出现,使得获得全球海洋上层 2000m 内的时空分布均匀的数据成为可能. Argo 是全球海洋观测系统(GOOS)的重要组成部分,目的是观测海洋上层温度和盐度 的变化[1-2] .Argo 的首要目标是建立一个系统的剖面浮标全球观测网络,可以与 GOOS 的其 他要素整合到一起.该网络无偿提供覆盖全球海洋上层 2000m 以内的温度和盐度数据.数 据可在收集到的

24 小时内提供给用户,重点用于监测与气候相关的季节至年代际变率,数 十年尺度的气候变化,提高海-气耦合气候模式的初始化,改善海洋分析和预报系统. 历史与现状 *

1 Department of Oceanography, University of Washington, Seattle, Washington 98195, USA.

2 Fisheries and Oceans Canada, Institute of Ocean Sciences, North Saanich, British Columbia V8L 4B2, Canada.

3 Scripps Institution of Oceanography,

9500 Gilman Drive, 0230, La Jolla, California 92093-0230, USA. 4Centre for Australian Weather and Climate Research, CSIRO, Hobart, Tasmania 7004, Australia.

5 Servicio de Hidrografia Naval, A. Montes de Oca 2124, Buenos Aires C1270 ABV, Argentina.

6 Joint Commission on Oceanography and Marine Meteorology Operations (JCOMMOPS), BP 70, Plouzané 29280, France.

7 Fisheries and Oceans Canada, Institut Maurice-Lamontagne, Mont-Joli, Quebec G5H 3Z4, Canada. 8The Second Institute of Oceanography, SOA, No.

36 Baochubei Road, Hangzhou, Zhejiang 310012, China.

9 IFREMER, BP70, Plouzané ,

29280 France. 10Ifremer &

Mercator Océ an, 8-10 rue Hermes Parc Technologique du Canal, Ramonville St. Agne 31520, France. 11Bundesamt fuer Seeschifffahrt und Hydrographie, Bernhard-Nocht-str., 78, Hamburg 20359, Germany. 12Indian National Centre for Ocean Information Services, Hyderabad, Andhra Pradesh 500090, India. 13International Programmes, Marine Institute, Wilton Park House, Wilton Place, Dublin 2, Ireland. 14OGS, Borgo Grotta Gigante, 42/c, Sgonico, Trieste 20359, Italy. 15JAMSTEC and Tohoku University, Aramaki-Aza-Aoba 6-3, Aoba-Ku, Sendai, Miyagi 980-8578, Japan. 16National Institute of Meteorological Sciences/KMA,

33 Seohobuk-ro, Seogwipo-si, Jeju-do, 63568, Korea. 17KNMI, PO Box 201,

3730 AE de Bilt, The Netherlands. 18National Institute of Water and Atmospheric Reseach,

301 Evans Bay Parade, Greta Point, Wellington 6021, New Zealand. 19Institute of Marine Research, PO Box

1870 Nordnes,

5817 Bergen, Norway. 20Instituto Espa? ol de Oceanografí a, Ví a Espaldó n, Dá rsena Pesquera, Parcela 8,

38180 Santa Cruz de Tenerife, Espa? a. 21Oceanography Department, Marine Research Institute, University of Cape Town,

7701 Rondebosch, South Africa. 22National Oceanography Centre, Southampton, Empress Dock, Southampton, Hampshire S014 3ZH, UK. 23Met Office, FitzRoy Road, Exeter, Devon EX1 3PB, UK. 24AOML/NOAA,

4301 Rickenbacker Causeway, Miami, Florida 33149, USA. 25Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, Massachusetts 02543, USA. 科技信息快递

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3 ― Notes:科技信息快递 图1Argo 浮标观测的典型周期.该图由美国斯克里普斯海洋研究所 Megan Scanderbeg 女士提供. Argo 于2000 年开始投放浮标,所用的剖面浮标长 2m,由自由漂流的自动装置通过控 制浮力来调节其深度. 仪器的大部分时间设定在 1000m 深度上 (即所谓的停留深度 (parking depth) ) ,Argo 浮标的一个典型工作周期详见图 1.标由海面开始,然后潜入到停留深度. 在停留深度上停留大约

9 天后,浮标下降到大约 2000m 深处,然后经过约

6 个小时上升到 海面.在上升过程中,取样装置打开并测量海洋特征.浮标在海面上要停留足够长的时间, 以便将收集到的数据上传至Argo或Iridium卫星系统. 上述过程完成后开始进入下一个周期, Argo 浮标的一个典型工作周期大约为

10 天时间. 一个浮标在

5 年或更长时间内能够重复这 种10 天周期超过

200 次.从Agro 项目开始,各成员国已经投放了超过

10000 个浮标,大约

3900 个浮标现在正在全球的海洋上作业.Argo 的测量数据近实时地报给气象预报中心和分 别位于美国和法国的两个 Argo 全球数据中心 (GDACS) , GDACS 将数据在

24 小时内发布, 其数据可以免费的无限制条件的获取. Argo 项目初始计划到

2007 年投放

3000 个浮标,覆盖全球海洋.这个目标已经于

2007 年11 月达成.与此前的观测比较,Argo 取得的成果是令人惊奇的(图2) .历史上,海洋观 测总是倾向于那些容易取样的区域,因此北半球及沿海地区占绝对优势.尽管 Argo 浮标不 能在浅海区采样,但本项目有助于消除上述这种空间偏差.Argo 亦可以消除采样的季节偏 差,尤其是在极地海洋.Argo 在1年中采集的关于南大洋冬季的剖面数据就比此前

100 年 采集的所有冬季数据还要多,并且当前全球所用的绝大多数南大洋(30° S 以南)的温度和 盐度观测数据均来自 Argo.

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4 ― Notes:科技信息快递 图2Argo 浮标剖面采样密度.a,1999 年1月-2015 年10 月,采集了约

150 万个剖面[57] .b, 最完整 的史上记录(5000 艘观测船在过去

100 年采集观测的数据) ,数据来自

2009 年世界海洋数据库[58] .分 析数据仅限于那些在深度

1000 及以下既采集了温度又采集了盐度的剖面. 在IPCC 第五次评估(AR5)第一工作组报告第

3 章中,列出了一个关于评估海洋变化 的可获得的观测资料的附录,表明了

2000 年以前的海洋观测数据普遍缺乏的事实.近期海 洋观测资料的丰富使得 AR5 对海洋系统的评估明显地进步于 IPCC 前4次评估报告. 一些 Argo 存在的问题目前正在解决当中,例如,其浮标必须到达海面来发送数据,起 初不能够在海冰覆盖的海域执行任务,现在,Argo 浮标已在南极季节性冰区成功作业[5-6] ;

在温带海洋,Argo 的布点是不均匀的,目前正在努力增加欠采样(under-sampled)区的布 点,例如在近西边界流(western boundary currents)区域. 获得高质量的数据是 Argo 优势的保证.Argo 的目标是温度精确到为 0.005℃,盐度精 确到 0.01,压力精确到 2.5dbars(相当于约 2.5m 的深度误差) .经验表明,大约 80%来自浮 科技信息快递

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5 ― Notes:科技信息快递 图32004-2010 年全球海洋的平均温度[23] .a,海表温度;

b,366m 深处温度;

c,914m 深处温度.圆点表示的是 Argo 数据与挑战者号数据之差. 标的原始剖面数据符合这些标准,几乎不需要校正;

另外的 20%利用延迟模式质量控制程 序(delayed-mode quality control procedures)进行校正[7-9] ,校正后,几乎所有的数据都符合 精度目标.目前,大约 90%的Argo 数据电子版可在采集后的

24 小时内发布. 近期的结果与发现 度量 Argo 价值的最好体现就是其数据的广泛应用:自从 Argo 项目开展以来,已有超过

2000 篇科技论文引用了其观测数据,扩展了我们对海洋和气候的理解.温度和盐度作为关键 海洋状态变量,随着压力和速度的变化而变化.与之前的海洋观测相比,Argo 的高密度采样 和重复频率观测,及其总体数据的高质量,已经引领我们对海洋环流的特性有了重要的新认 识. 尽管自 1980s 以来对大量船载观测的海洋温盐数据的汇编已经将数据平均化,并能够以 数字化地图集的方式获取,但其存在着前述的采样偏差.随着 Argo 数据成为绝对优势的全 球海洋数据集,使得绘制详细的全球海洋温度和盐度结构分布成为可能,不论是在全球还是 在区域尺度上[11] .这也推动了气候指标的发展,例如近期的海洋热含量变化和热比容海平面 (thermosteric sea level) 变化. Argo 浮标观测的速度数据已经开始应用于系统研究 (systematic studies) ,直接量化次表层水内部流场(subsurface interior flow fields) ,这在以前是不可能的 [12-14].Argo 数据的使用亦提高了我们对较小空间尺度上(小于气候尺度)的海洋变化的复杂 结构的认识.........