Войти
Argo - международная программа, в которой используются поплавки для профилирования для наблюдения температуры, солености, течений и, в последнее время, биооптических свойств в океанах Земли; он работает с начала 2000-х годов. Предоставляемые в режиме реального времени данные используются в климатических и океанографических исследованиях. Особый исследовательский интерес представляет количественная оценка теплосодержания океана (OHC).
Распределение активных буев в массиве Арго, цветовая кодировка по стране, владеющей буями, по состоянию на февраль 2018 года. Флот Арго состоит из почти 4000 дрейфующих «буев Арго» (в качестве профилирующих буев, используемых на Арго программы часто называют) развернуты по всему миру. Каждый поплавок весит 20–30 кг. В большинстве случаев зонды дрейфуют на глубине 1000 метров (так называемая глубина стоянки) и каждые 10 дней, изменяя свою плавучесть, погружаются на глубину 2000 метров, а затем перемещаются на <50.>поверхность моря, измерение проводимости и профилей температуры, а также давления. По ним можно рассчитать соленость и плотность. Плотность морской воды важна для определения крупномасштабных движений в океане. Средняя скорость течения на 1000 метров напрямую измеряется расстоянием и направлением, в котором поплавок дрейфует, когда он припаркован на этой глубине, что определяется позициями GPS или системы Argos на поверхности. Данные передаются на берег через спутник и доступны всем без ограничений.
Программа Арго названа в честь греческого мифического корабля Арго, чтобы подчеркнуть взаимодополняющие отношения Арго со спутниковыми высотомерами Джейсон. И стандартные поплавки Арго, и 4 запущенных на данный момент спутника для отслеживания изменения уровня моря работают с 10-дневным рабочим циклом.
Программа Argo - это совместное партнерство более 30 стран со всех континентов (большинство из которых показано на графической карте в этой статье), которое поддерживает глобальный массив и предоставляет набор данных, который каждый может использовать для изучения окружающей среды океана. Арго является компонентом Глобальной системы наблюдений за океаном (ГСНО). и координируется Руководящей группой Argo, международным сообществом ученых и технических экспертов, которое встречается один раз в год. Поток данных Арго управляется группой управления данными Арго. Арго также поддерживается Группой по наблюдениям за Землей и с самого начала поддерживается проектом КЛИВАР Всемирной программы исследований климата (Изменчивость и предсказуемость системы океан-атмосфера) и Глобальными данными по океану. Эксперимент по ассимиляции (GODAE OceanView).
Распределение активных поплавков в массиве Argo с цветовой кодировкой в зависимости от страны, на которых установлены биогеохимические датчики, по состоянию на февраль 2018 г. Программа под названием Argo была впервые предложена на OceanObs 1999, которая конференция, организованная международными агентствами с целью выработки скоординированного подхода к наблюдениям за океаном. Первоначальный проспект Арго был создан небольшой группой ученых под председательством Дина Реммиха, которые описали программу, которая к 2007 году будет иметь глобальный массив из примерно 3000 плавающих объектов. была достигнута в ноябре 2007 года и стала глобальной. Руководящая группа Арго впервые встретилась в 1999 году в Мэриленде (США) и изложила принципы глобального обмена данными.
Руководящая группа Арго сделала 10-летний отчет для OceanObs-2009 и получила предложения о том, как можно улучшить массив. Эти предложения включали в себя расширение массива в высоких широтах, в окраинных морях (таких как Мексиканский залив и Средиземное море) и вдоль экватора, улучшенное наблюдение за сильными пограничными течениями (такими как Гольфстрим и Куросио ), расширение наблюдений на глубоководье и добавление датчиков для мониторинга биологических и химических изменений в океанах. В ноябре 2012 года индийский поплавок в массиве Арго собрал миллионный профиль (вдвое больше, чем было получено исследовательскими судами за весь 20 век) - событие, о котором сообщалось в нескольких пресс-релизах. Как видно на графике напротив, к началу 2018 года программа Bio-Argo быстро расширяется.
.
Схематическая диаграмма, показывающая общую структуру профилирующего поплавка, используемого в Argo Критическая способность поплавка Арго - его способность подниматься и опускаться в океане по запрограммированному графику. Поплавки делают это, изменяя свою эффективную плотность. Плотность любого объекта определяется его массой, деленной на его объем. Поплавок Argo сохраняет постоянную массу, но, изменяя свой объем, он меняет свою плотность. Чтобы сделать это, минеральное масло выдавливается из корпуса давления поплавка и расширяет резиновую камеру в нижней части поплавка. По мере расширения пузыря поплавок становится менее плотным, чем морская вода, и поднимается на поверхность. Завершив свою работу на поверхности, поплавок забирает нефть и снова опускается.
Несколько компаний и организаций производят профилирующие поплавки, используемые в программе Арго. Поплавки APEX, разработанные Teledyne Webb Research, являются наиболее распространенным элементом текущего массива. Поплавки SOLO и SOLO-II (последние используют возвратно-поступательный насос для изменения плавучести, в отличие от винтовых поршней в других поплавках) были разработаны в Институте океанографии Скриппса. К другим типам относятся поплавки NINJA, произведенные японской компанией Tsurumi Seiki, и поплавки ARVOR PROVOR, разработанные IFREMER во Франции. В большинстве поплавков используются датчики производства Sea-Bird Scientific (https://www.seabird.com/ ), которые также производят профилирующие поплавки под названием Navis. Типичный поплавок Argo представляет собой цилиндр длиной чуть более 1 метра и диаметром 14 см с полусферической крышкой. Таким образом, его минимальный объем составляет около 16 600 кубических сантиметров (см). На океанской станции «Папа» в заливе Аляски температура и соленость на поверхности могут составлять около 6 ° C и 32,55 частей на тысячу, что дает плотность морской воды 1,0256 г / см. На глубине 2000 метров (давление 2000 децибаров) температура может быть 2 ° C, а соленость - 34,58 частей на тысячу. Таким образом, с учетом влияния давления (вода слегка сжимается) плотность морской воды составляет около 1,0369 г / см. Изменение плотности, деленное на глубинную плотность, составляет 0,0109.
Поплавок должен соответствовать этой плотности, если он должен достичь глубины 2000 метров и затем подняться на поверхность. Поскольку плотность поплавка - это его масса, разделенная на объем, ему необходимо изменить свой объем на 0,0109 × 16 600 = 181 см, чтобы совершить эту экскурсию; небольшое изменение объема обеспечивается сжимаемостью самого поплавка, и требуется избыточная плавучесть на поверхности, чтобы антенна удерживалась над водой. Все поплавки Argo оснащены датчиками для измерения температуры и солености океана по мере их изменения с глубиной, но все большее количество поплавков также несут другие датчики, например, для измерения растворенного кислорода и, в конечном итоге, других переменных, представляющих биологический и химический интерес, таких как хлорофилл, питательные вещества и pH. Расширение проекта Argo под названием BioArgo находится в стадии разработки и, когда будет реализовано, добавит биологический и химический компонент к этому методу отбора проб океанов.
Антенна для сбора спутниковых данных установлен в верхней части поплавка, который выходит за пределы поверхности моря после завершения всплытия. Океан соленый, следовательно, является проводником электричества, поэтому радиосвязь из-под поверхности моря невозможна. В начале программы поплавки Арго использовали исключительно медленную однонаправленную спутниковую связь, но большинство буев, развернутых в середине 2013 года, используют быструю двунаправленную связь. В результате буи Argo теперь передают гораздо больше данных, чем было возможно раньше, и проводят на поверхности моря всего около 20 минут, а не 8–12 часов, что значительно снижает такие проблемы, как посадки на мель и биообрастание.
Средний срок службы буев Argo значительно увеличился с момента начала программы, впервые превысив 4-летний средний срок службы буев, развернутых в 2005 году. Текущие улучшения должны привести к дальнейшему продлению до 6 лет и более.
По состоянию на июнь 2014 года новые типы поплавков проходили испытания для получения измерений гораздо более глубоких, чем могут быть достигнуты с помощью стандартных буев Argo. Эти поплавки «Deep Argo» предназначены для работы на глубине 4000 или 6000 метров по сравнению с 2000 метров для стандартных поплавков. Это позволит отобрать пробы из гораздо большего объема океана. Такие измерения важны для развития всестороннего понимания состояния океана, например тенденций содержания тепла.
Количество профилей, собранных буями Арго к югу от 30 ° ю.ш. (верхняя кривая) до 2012 г., по сравнению с доступными профилями, собранными другими способами (ниже) за этот период. Это показывает почти полное устранение сезонной погрешности. Первоначальный план, рекламируемый в проспекте Арго, предусматривал расстояние до ближайшего соседа между поплавками, в среднем, 3 ° широты на 3 ° долготы. Это позволило обеспечить более высокое разрешение (в километрах) на высоких широтах, как на севере, так и на юге, и было сочтено необходимым из-за уменьшения радиуса деформации Россби, который определяет масштаб океанографических объектов, таких как водовороты. К 2007 году это было в основном достигнуто, но целевое разрешение еще никогда полностью не достигалось в глубоководных районах южного океана.
Предпринимаются усилия, чтобы завершить первоначальный план во всех частях мирового океана, но это сложно сделать в глубинах Южного океана, поскольку возможности развертывания появляются очень редко.
Как упоминалось в разделе истории, улучшения теперь планируются в экваториальных регионах океанов, в пограничных течениях и окраинных морях. Для этого требуется, чтобы общее количество чисел с плавающей запятой было увеличено с первоначального плана в 3000 поплавков до массива из 4000.
Одним из последствий использования профилирующих буев для отбора проб океана является возможность устранения сезонной погрешности. На диаграмме напротив показано количество всех профилей поплавков, получаемых Арго каждый месяц к югу от 30 ° ю.ш. (верхняя кривая) с начала программы до ноября 2012 г., по сравнению с той же диаграммой для всех других доступных данных. Нижняя кривая показывает сильное годовое смещение: летом в южной части страны собирается в четыре раза больше профилей, чем зимой. Для верхнего графика (Арго) смещения нет.
Участок солености вдоль линии дат, рассчитанный на основе данных Арго с использованием Глобального морского атласа. Одной из важнейших особенностей модели Арго является глобальный и неограниченный доступ к данным почти в реальном времени. Когда поплавок передает профиль, он быстро преобразуется в формат, который можно вставить в Глобальную телекоммуникационную систему (GTS). ГСТ эксплуатируется Всемирной метеорологической организацией или ВМО, в частности, с целью обмена данными, необходимыми для прогнозирования погоды. Таким образом, все страны, являющиеся членами ВМО, получают все профили Арго в течение нескольких часов после получения профиля. Данные также доступны через ftp и WWW через два глобальных центра данных Argo (или GDAC), один во Франции и один в США.
Около 90% всех полученных профилей становятся доступными для глобального доступа в течение 24 часов, а остальные профили становятся доступными вскоре после этого.
Для того, чтобы исследователь мог использовать данные, полученные через GTS или из глобальных центров данных Argo (GDAC), действительно требует навыков программирования. GDAC предоставляют файлы с несколькими профилями, которые являются собственным форматом файлов для Ocean DataView. В любой день есть файлы с именами типа 20121106_prof.nc, которые называются многопрофильными. Этот пример представляет собой файл, относящийся к 6 ноября 2012 года, и содержит все профили в одном файле NetCDF для одного океанского бассейна. GDAC идентифицируют три океанских бассейна: Атлантический, Индийский и Тихий. Таким образом, три многопрофильных файла будут содержать каждый профиль Argo, полученный в этот конкретный день.
Пользователь, который хочет исследовать данные Арго, но не имеет навыков программирования, может захотеть загрузить Глобальный морской атлас Арго, который представляет собой простую в использовании утилиту, которая позволяет создавать продукты на основе данных Арго, таких как соленость раздел, показанный выше, но также и горизонтальные карты свойств океана, временные ряды в любом месте и т. д. Этот Атлас также содержит кнопку «обновить», которая позволяет периодически обновлять данные. Глобальный морской атлас Арго хранится в Океанографическом институте Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния.
Данные Арго также могут отображаться в Google Планета Земля со слоем, разработанным техническим координатором Арго.
Количество статей по годам, опубликованных в реферируемых журналах, которые во многом или полностью зависят от доступности данных Арго по состоянию на 26 марта 2018 года. Арго в настоящее время доминирует источник информации о климатическом состоянии океанов, который широко используется во многих публикациях, как показано на диаграмме напротив. Рассматриваемые темы включают взаимодействие воздуха и моря, океанские течения, межгодовую изменчивость, Эль-Ниньо, мезомасштабные водовороты, свойства водных масс и трансформацию. Арго теперь также позволяет проводить прямые вычисления содержания тепла в глобальном океане.
Примечательная недавняя статья была опубликована Дюраком и Вейффельсом, в которой проанализированы глобальные изменения в структуре поверхностной солености.
Они определили, что районы мира с высокой поверхностной соленостью становятся более солеными, а районы мира с относительно низкой поверхностной соленостью становятся свежее. Это было описано как «богатые становятся богаче, а бедные - беднее». С научной точки зрения распределение соли определяется разницей между осаждением и испарением. Более свежие, чем в среднем, области, такие как северный север Тихий океан, где осадки преобладают над испарением. Смысл их результата заключается в том, что на Земле наблюдается интенсификация глобального гидрологического цикла. Данные Арго также используются для создания компьютерных моделей климатической системы, что ведет к улучшению способности стран прогнозировать сезонные изменения климата.
Данные Арго сыграли решающую роль в составлении главы 3 (Рабочая группа 1) документа Пятый оценочный отчет МГЭИК (выпущен в сентябре 2013 г.) и приложение было добавлено к этой главе, чтобы подчеркнуть глубокие изменения, произошедшие в качестве и объеме океанических данных с момента выхода Четвертого оценочного отчета МГЭИК и, как следствие, повышение уверенности в описании изменений солености поверхности и содержания тепла в верхних слоях океана.
Данные Арго использовались вместе с данными об изменении уровня моря, полученными со спутниковой альтиметрии, в новом подходе к анализу глобального потепления, о котором сообщалось в Eos в 2017 году. Дэвид Моррисон сообщает, что «[большая] часть этих наборов данных демонстрирует явные признаки отложения тепла в океане, вызванные изменениями температуры в верхних 2 км воды и расширением океанской воды из-за нагрева. Эти два измерения менее шумны, чем температура земли и атмосферы. "
Портал океанов  | Викискладе есть материалы, связанные с Арго (океанография). |
