§2.2 全球海洋观测系统

海洋观测由4个方面组成：志愿观测船（VOS），海洋高空探测（ASAP），漂浮浮标和系留浮标。1985—1994年实施了热带海洋-全球大气（TOGA）研究计划。这一计划对海洋的观测主要集中在太平洋，目的是对热带太平洋，特别是与El Niño事件相关的海温异常事件进行全面的观测。TOGA计划执行的10年不但从海洋观测中得到了大量丰富的资料，对年际气候预测水平也得到了很大的提高。在这一期间，模式成功地预报了1986—1987年的El Niño事件，短期气候预测也在世界很多国家普遍开展。整个TOGA观测是由潮汐站、锚定浮标、漂移浮标、自愿观测船和卫星资料转发等5个方面构成的。图2.2.1给出的是TOGA计划开始（1985）、中期（1990）和结束（1995）时参与的观测组成。它们基本覆盖了热带太平洋地区。船舶观测的航线在3个时段上没有变化，但其他的观测都是随时间增加的。

海洋上的志愿观测船（VOS）成员现在有52个。投入观测的从1996年的6747船次增加到1999年的6921船次，4年增加了174船次。在1996—1999年间，MTN中心接收到的船舶报告数量增加了10%，平均每天超过5500份。1999年9个国家实施了22个海洋高空探测和相应的探空设施，基本分布在大西洋。科学家们正在实施一个环球的海洋探空航线计划，并考虑提供更多的南半球水域的高空资料。2000年5月与1996年5月比较，漂浮浮标增加了370%。807个漂浮浮标在全球工作并向GTS报告资料。系留浮标数增加了25%，平均有78个系留浮标在向GTS报告资料。

在很大范围内的温盐廓线浮标全球布阵称为Argo计划，该布阵已成为海洋观测系统的主要部分。Argo计划是从2000年开始实施的。它是针对上层海洋的热量要素建立观测网，拓展了海洋观测的时空范围，提高了观测的准确性，并增加了盐份和速度的观测。取名“Argo”是强调增强的全球浮标阵，是Jason高度计测量计划的补充，它首次能够对上层海洋的物理状态做系统的测量与同化。

Argo计划的目的包括下列几类：提供上层海洋演变状态的定量描述及气候变化的模态，包括热与淡水储存与输送的描述；通过测量次海表面温度和盐分垂直结构（T（z）, S（z））及参考速度，来提高海面高度变化的分辨率；Argo资料将可以应用到海洋和海-气耦合预报模式，资料同化和动力学模式试验等的初始化。可以预期，高质量的全球海洋分析将依赖于广泛的Argo资料。

Argo观测网的最初设计是基于当前观测系统的经验，更新对TOPEX/Poseidon高度计变化的信息，也是估计气候和高分辨海洋模式的要求。在全球海洋以3度空间3000个浮标的分布， Argo每年将提供100000份温度和盐分（T/S）廓线及参考速度的测量数据。浮标将每10天循环下潜到2000 m深，获得全程的观测资料。其仪器的生命期大约在4～5年。所有的Argo资料将通过GTS实时公布并在几个月后形成经质量控制的资料。全球范围的资料将会在全球海洋资料同化试验期间得到。设计强调，Argo是全球海洋观测系统框架下的一个部分。

参与Argo计划的国家包括澳大利亚、加拿大、法国、日本、英国和美国及欧盟。在2002年浮标数超过了700个。所有国家都鼓励参与Argo计划有关的资料获取、分析和同化等工作。有一个计划称，在全球各国共同投放3000个浮标位置。3000个浮标基本覆盖了全球海洋，但仍然存在一些海域上浮标少的状况。对海洋观测资料搜集来说，这是一个前所未有的工程。与20世纪80年代末、90年代初的热带海洋-全球大气（TOGA）计划相比，热带固定浮标阵布网计划得到加强，并向太平洋的高纬度地区以及大西洋、印度洋延伸。

Argo计划标志着海洋观测进入了一个崭新的时代，即Argo时代。目前全球Argo浮标的数量已经超过3000个，总数达到3071个，如图2.2.2所示。每个月获得的海洋剖面数据超过了7000个，现在总的Argo剖面数量已经大大超过了Argo时代之前人们所获得的海洋剖面总数。

2004—2005年期间，热带印度洋Argo浮标观测剖面的逐月数量也已经从约500个增长到1200个（图2.2.3）。这些产品将对季节内尺度到年际尺度的热带印度洋海洋-大气相互作用研究提供有价值的资料数据。Argo资料可以从法国海洋开发研究院（IFREMER）下属的全球Argo数据中心（下载地址：ftp://ftp.ifremer.fr/ifremer/argo）获取。

图2.2.4（左）给出了PALACE浮标的测量过程示意图。浮标在下潜前可以通过卫星得到它的位置。然后下潜到2000 m深，经过50天的深海随海流漂移后逐步浮出海面。这一路上探测到的海温、盐分等资料，会在浮出海面后发送到卫星上。卫星再将这些信息传送到地面站。这里给出了2004年5月15日报告的副热带太平洋位置（N20.25°, W121.4°）上的一次Argo温盐深度廓线。表层海温达到23℃以上，压力400 db 的次表层海洋内，温度随深度下降最快，1000 db 以下温度下降缓慢，2000 db 深处海温在2℃左右。在400 db 的次表层海洋中盐度存在多次折叠式的变化，表明次表层海洋中温盐环流存在巨大的变异。

地面站将接收到的海洋信息传送到计算机中心。通过内插或同化的方法可以得到不同深度的海洋信息，比如海温的分布。彩图2.2.5（彩图见文后插页，下同）是2001年4月100、200和400 m深海洋层的海温分布。100 m深处，25℃以上的暖海温区域出现在低纬西太平洋，低于15℃的海域出现在赤道东太平洋，低于5℃的冷海域出现在中高纬度西北太平洋。200 m深处，在赤道东太平洋有一条冷水带，沿N8°～10°向西延伸到赤道西太平洋。在西北太平洋和西南太平洋的副热带地区各有一个相对暖的水域。到400 m 深处，这两个暖水区域更偏离赤道向副热带地区延伸。从西太平洋可以看出，暖海温是随深度从赤道向副热带地区倾斜的。这种海温随深度的分布和走势，也反映了太平洋地区洋流的基本分布。在赤道存在向西的洋流，在西北太平洋存在由低纬向中高纬度的沿岸流。

海洋上除了浮标观测获得资料外，很多资料来源于各种船舶的观测。有一个船舶观测计划叫“SOOP”。它可以获得上层海洋资料，又称为XBT（the expendable bathythermograph）资料。这套资料也可以用于同化模式和其他的分析方案。图2.2.6是2001年1—6月期间的船舶航线。这些航线大致能够说明大西洋和太平洋上的船舶观测比较多，相对较少的是印度洋的航线观测。科学家们已经用XBT资料对太平洋和印度洋的表层和次表层海温信号及其海温异常现象做了很多的研究。

在未来的几年内，印度洋的海洋观测将在集成的印度洋观测系统框架下得到进一步的发展。图2.2.7是印度洋观测系统的组成。印度洋的海洋观测网已经达到了太平洋TOGA计划后期的观测网分布水平。通过我国国家科学研究计划的实施，近年内我国也将在东印度洋的Java岛附近海域实施浮标点的观测试验。

海洋观测还包括全球海平面观测系统（GLOSS）。这是一个在政府间海洋委员会（IOC）下的协同国际观测计划。目的是建立高质量的全球和区域海平面观测网络，为气候、海洋和海岸海平面研究服务。这一网络由全球287个潮位站组成监测长期的气候海平面变化。图2.2.8是这一网络的全球分布。