Арго — международная программа исследования океана. Он использует профилирующие поплавки для наблюдения за температурой , соленостью и течениями . Недавно он наблюдал биооптические свойства океанов Земли. Работает с начала 2000-х годов. Данные в режиме реального времени, которые он предоставляет, поддерживают климатические и океанографические исследования. [1] [2] Особым исследовательским интересом является количественная оценка содержания тепла в океане (OHC). Флот Арго состоит из почти 4000 дрейфующих «поплавков Арго» (так часто называют поплавки для профилирования, используемые в программе «Арго»), развернутых по всему миру. Каждый поплавок весит 20–30 кг. В большинстве случаев зонды дрейфуют на глубине 1000 метров. Эксперты называют это глубиной парковки. Каждые 10 дней, меняя плавучесть , они ныряют на глубину до 2000 метров, а затем выходят на поверхность моря . Во время движения они измеряют профили проводимости и температуры, а также давления . На основе этих измерений ученые рассчитывают соленость и плотность . Плотность морской воды важна для определения крупномасштабных движений в океане.
Средняя скорость течения на глубине 1000 метров напрямую измеряется по расстоянию и направлению дрейфа поплавка, стоящего на этой глубине, которое определяется координатами GPS или системы Argos на поверхности. Данные передаются на берег через спутник и доступны всем желающим бесплатно и без ограничений.
Программа «Арго» названа в честь греческого мифического корабля « Арго» , чтобы подчеркнуть взаимодополняющую связь «Арго» со спутниковыми высотомерами «Джейсон» . И стандартные поплавки Арго, и четыре спутника, запущенные на данный момент для мониторинга изменения уровня моря, работают в 10-дневном рабочем цикле.
Программа Арго — 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 исследования окружающей среды океана. Арго является компонентом Глобальной системы наблюдения за океаном (ГООС) [3] и координируется Руководящей группой Арго, международным органом ученых и технических экспертов, который собирается один раз в год. Поток данных Argo управляется командой управления данными Argo. Арго также поддерживается Группой по наблюдениям за Землей и с самого начала поддерживается проектом CLIVAR Всемирной программы исследований климата (Изменчивость и предсказуемость системы океан-атмосфера) и Глобальным экспериментом по ассимиляции океанических данных (GODAE OceanView). .
Программа под названием «Арго» была впервые предложена на конференции OceanObs 1999, организованной международными агентствами с целью создания скоординированного подхода к наблюдениям за океаном. Первоначальный проспект Арго был создан небольшой группой ученых под председательством Дина Рёммиха , которые описали программу, которая будет иметь глобальный массив из примерно 3000 поплавков где-то в 2007 году. [4] Массив из 3000 поплавков был создан в Ноябрь 2007 года и был глобальным. Руководящая группа Арго впервые встретилась в 1999 году в Мэриленде (США) и изложила принципы глобального обмена данными.
Руководящая группа Арго представила отчет за 10 лет на OceanObs-2009 [5] и получила предложения о том, как можно улучшить установку. Эти предложения включали расширение массива в высоких широтах, в окраинных морях (таких как Мексиканский залив и Средиземное море) и вдоль экватора, улучшение наблюдения за сильными пограничными течениями (такими как Гольфстрим и Куросио ) , расширение наблюдений на глубокие глубины. воды и добавление датчиков для мониторинга биологических и химических изменений в океанах. В ноябре 2012 года индийский плавучий комплекс в массиве Арго собрал миллионный профиль (вдвое больше, чем собирали исследовательские суда за весь 20-й век) – событие, о котором сообщалось в нескольких пресс-релизах. [6] [7] Как видно на графике напротив, к началу 2018 года программа Био-Арго быстро расширяется. [8]
Важнейшей способностью поплавка «Арго» является его способность подниматься и опускаться в океане по запрограммированному графику. Поплавки делают это, изменяя свою эффективную плотность. Плотность любого объекта определяется делением его массы на его объем. Поплавок Арго сохраняет свою массу постоянной, но, изменяя объем, он меняет плотность. Для этого минеральное масло вытесняется из корпуса поплавка и расширяет резиновую камеру на нижнем конце поплавка. По мере расширения пузыря поплавок становится менее плотным, чем морская вода, и поднимается на поверхность. Выполнив свою работу на поверхности, поплавок забирает нефть и снова опускается. [9]
Несколько компаний и организаций производят поплавки для профилирования, используемые в программе Арго. Поплавки APEX, созданные Teledyne Webb Research , являются наиболее распространенным элементом текущего массива. Поплавки SOLO и SOLO-II (последние используют поршневой насос для изменения плавучести, в отличие от поршней с винтовым приводом в других поплавках) были разработаны в Океанографическом институте Скриппса . Другие типы включают поплавок NINJA, произведенный японской компанией Tsurumi Seiki Co., а также поплавки ARVOR, DEEP-ARVOR и PROVOR, разработанные IFREMER во Франции в промышленном партнерстве с французской компанией nke Instrumentation. В большинстве поплавков используются датчики компании Sea-Bird Scientific (https://www.seabird.com/), которая также производит поплавок для профилирования под названием Navis. Типичный поплавок Арго 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 3 ). На океанской станции «Папа» в заливе Аляска 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 3 . На глубине 2000 метров (давление 2000 децибар) температура может составлять 2°C, а соленость — 34,58 частей на тысячу. Таким образом, с учетом влияния давления (вода малосжимаема) плотность морской воды составляет около 1,0369 г/см 3 . Изменение плотности, разделенное на глубинную плотность, составляет 0,0109.
Плотность поплавка должна соответствовать этим значениям, если он хочет достичь глубины 2000 метров и затем подняться на поверхность. Поскольку плотность поплавка равна его массе, разделенной на объем, ему необходимо изменить свой объем на 0,0109 × 16600 = 181 см 3 , чтобы совершить это отклонение; небольшое изменение объема обеспечивается сжимаемостью самого поплавка, а на поверхности требуется избыточная плавучесть, чтобы антенна удерживалась над водой. Все поплавки Арго оснащены датчиками для измерения температуры и солености океана, поскольку они меняются с глубиной, но все большее количество поплавков также оснащено другими датчиками, например, для измерения растворенного кислорода и, в конечном итоге, других переменных, представляющих биологический и химический интерес, таких как хлорофилл, питательные вещества и pH. В настоящее время разрабатывается расширение проекта Арго под названием BioArgo, которое после реализации добавит биологический и химический компонент к этому методу отбора проб океанов. [10]
Антенна для сбора спутниковых данных установлена в верхней части поплавка, который после всплытия выступает над поверхностью моря. Океан соленый, следовательно, является электрическим проводником, поэтому радиосвязь из-под морской поверхности невозможна. В начале программы буи «Арго» использовали исключительно медленную однонаправленную спутниковую связь, но большинство буев, развернутых в середине 2013 года, используют быструю двунаправленную связь. В результате поплавки Арго теперь передают гораздо больше данных, чем это было возможно раньше, и проводят на поверхности моря всего около 20 минут, а не 8–12 часов, что значительно снижает такие проблемы, как посадка на мель и биологическое обрастание.
Средний срок службы поплавков Арго значительно увеличился с момента начала программы, впервые превысив 4-летний средний срок службы поплавков, введенных в эксплуатацию в 2005 году. Постоянные улучшения должны привести к дальнейшему продлению срока службы до 6 лет и более.
По состоянию на июнь 2014 года [11] тестировались новые типы поплавков, позволяющие проводить измерения на гораздо большей глубине, чем это возможно при использовании стандартных поплавков Argo. Эти поплавки «Deep Argo» рассчитаны на глубину 4000 или 6000 метров по сравнению с 2000 метрами для стандартных поплавков. Это позволит взять пробы из гораздо большего объема океана. Такие измерения важны для развития всестороннего понимания океана, например, тенденций содержания тепла. [12] [13]
Первоначальный план, рекламируемый в проспекте Арго, предусматривал, что расстояние до ближайшего соседа между поплавками должно составлять в среднем 3° широты и 3° долготы. [4] Это позволило добиться более высокого разрешения (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 вихри. К 2007 году это было в основном достигнуто, но целевое разрешение еще никогда не было полностью достигнуто в глубоком южном океане.
Предпринимаются усилия по завершению первоначального плана во всех частях мирового океана, но в глубоководных районах Южного океана это затруднительно , поскольку возможности для развертывания возникают очень редко.
Как упоминалось в разделе «История», в настоящее время улучшения планируются в экваториальных регионах океанов, в пограничных течениях и в окраинных морях. Для этого необходимо увеличить общее количество чисел с плавающей запятой с исходного плана в 3000 чисел с плавающей запятой до массива из 4000 чисел с плавающей запятой.
Одним из последствий использования буев для профилирования проб океана является то, что можно устранить сезонную погрешность. На диаграмме напротив показано количество всех профилей плавучести, получаемых Арго каждый месяц к югу от 30 ° ю.ш. (верхняя кривая) с начала программы до ноября 2012 года, по сравнению с той же диаграммой для всех других доступных данных. Нижняя кривая показывает сильную годовую погрешность: южным летом собирается в четыре раза больше профилей, чем южной зимой. Для верхнего графика (Арго) очевидной предвзятости нет.
Одной из важнейших особенностей модели Argo является глобальный и неограниченный доступ к данным практически в реальном времени. Когда поплавок передает профиль, он быстро преобразуется в формат, который можно вставить в Глобальную телекоммуникационную систему (GTS). GTS управляется Всемирной метеорологической организацией или ВМО специально для целей 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 приобретенных профилей становятся доступными для глобального доступа в течение 24 часов, а остальные профили становятся доступными вскоре после этого.
Чтобы использовать данные, полученные через ГТС или из глобальных центров данных Арго (GDAC), исследователю требуются навыки программирования. GDAC предоставляют многопрофильные файлы, которые являются собственным форматом файлов для Ocean DataView. Для любого дня существуют файлы с именами типа 20121106_prof.nc, которые называются многопрофильными файлами. Этот пример представляет собой файл, относящийся к 6 ноября 2012 г., и содержит все профили в одном файле NetCDF для одного океанского бассейна. GDAC идентифицирует три океанских бассейна: Атлантический, Индийский и Тихий океан. Таким образом, каждый профиль Арго, полученный в этот конкретный день, будет содержаться в трех многопрофильных файлах.
Пользователь, который хочет изучить данные Арго, но ему не хватает навыков программирования, может загрузить Argo Global Marine Atlas [14] , который представляет собой простую в использовании утилиту, позволяющую создавать продукты на основе данных Арго, например раздел о солености, показанный выше. , а также горизонтальные карты свойств океана, временные ряды в любом месте и т. д. В этом Атласе также есть кнопка «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 Earth с помощью слоя, разработанного техническим координатором Арго.
В настоящее время Арго является доминирующим источником информации о климатическом состоянии океанов и широко используется во многих публикациях, как видно на диаграмме напротив. Рассматриваемые темы включают взаимодействие воздуха и моря, океанские течения , межгодовую изменчивость, Эль-Ниньо , мезомасштабные вихри , свойства и трансформацию водных масс. Арго теперь также позволяет проводить прямые расчеты содержания тепла в мировом океане .
Они определили, что районы мира с высокой поверхностной соленостью становятся более солеными, а районы мира с относительно низкой поверхностной соленостью становятся более пресными. Это описывается как «богатые становятся богаче, а бедные становятся беднее». С научной точки зрения распределение соли определяется разницей между осадками и испарением. Такие районы, как северная часть Тихого океана , где осадки преобладают над испарением, более пресные, чем в среднем. Следствием их результата является то, что на Земле наблюдается интенсификация глобального гидрологического цикла . Данные Арго также используются для создания компьютерных моделей климатической системы, что приводит к улучшению способности стран прогнозировать сезонные изменения климата. [15]
Данные Арго сыграли решающую роль при разработке главы 3 (Рабочая группа 1) Пятого оценочного доклада МГЭИК (выпущенного в сентябре 2013 г.), и к этой главе было добавлено приложение, подчеркивающее глубокие изменения, произошедшие в качестве и объеме океана. данные со времени Четвертого оценочного доклада МГЭИК и, как следствие, повышение уверенности в описании изменений поверхностной солености 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 «оба из этих наборов данных демонстрируют четкие признаки выделения тепла в океане». , от изменений температуры в верхних 2 км воды и от расширения океанской воды из-за нагрева. Эти два показателя менее шумны, чем температуры суши и атмосферы». [16]
Данные Argo и CERES , собранные в период с 2005 по 2019 год, сравнивались как независимые меры глобального изменения энергетического дисбаланса Земли . Оба набора данных показали схожее поведение при годовом разрешении, а также удвоение линейного тренда скорости нагрева планеты за этот 14-летний период. [17]
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )