(轉貼) 海洋物理 - 地球科學討論

3、阿爾戈（Argo）與伊阿宗（Jason）

剖面浮標觀測網和衛星高度計之間有著特殊的關係。選擇“Argo”這個名稱就是為了強調由美國國家航空與航天局（NASA）和法國國家空間中心（CNES）將要發射的新一代衛星高度計的聯繫。正如在希臘神話中伊阿宗（Jason）縮。右邊第二項可根據浮率領其他英雄尋找金羊毛乘坐的船名為“阿爾戈（Argo）”所完成的史詩般的海上航行一樣，Jason高度計也需要現代的Argo來配合才能成功地完成它的歷史使命。

剖面浮標和高度計的結合可以幫助人們全面動態描述海平面高度及其次表層的成因。海面高度的變化可以表述為：



式中h'是海面高度，ρ是海水密度（溫度、鹽度和壓力的函數），p是壓力，g是重力加速度，符號‘′’表示由時間平均的距平。方程式左邊的值是由高度計測得，右邊的第一項（即動力高度）可直接根據浮標剖面資料計算獲得，這一項主要測量由於海水特性（如水柱熱膨脹）改變而導致的水柱膨脹或收標在剖面間的相應參考深度處漂移期間的參考速度獲得。大尺度的漂移可用地轉平衡式表示:



式中f是寇里奧利力參數,u是漂移速度。因此漂移速度可以通過計算參考深度處（相應於參考壓力pref ）的水平壓力梯度獲得。式（1）中的壓力項用來測量參考深度以上海水質量的變化，這與海洋環流中的風生分量有關。因此，對在大尺度空間範圍內的浮標和高度計數據，其綜合測量就能瞭解與密度和質量場有關的變化量，正是這種變化構成了整個海平面的變化。

僅靠同化測高高度模式還不能將海平面變化精確地劃分為密度和參考壓力的變化，也不能精確地估計密度隨深度的分佈，而海洋的動力過程及其演變完全取決於次表層結構。因此，次表層觀測網是整個觀測系統中必不可少的組成部分。先進的資料同化技術是一個十分有用的工具，但是它受到精確類比和預報初始化資料的嚴格限制。

4、實施Argo計畫的目標

Argo將提供全球海洋2000米深度以上的次表層溫、鹽度資料。WOCE計畫也曾進行過全球海洋觀測，但其花了7年時間、動用了大量船隻，才得以完成全球的觀測任務。而Argo計畫實際上是一個即時的、海洋上層的WOCE計畫，它將每隔10天提供一組全球海洋狀態的資料。

Argo計畫的預期目標分三個方面。（1）明顯增進人們對海洋基本知識（如海洋的結構、環流、質量和熱、鹽平衡等）的認識和瞭解。 眾所周知，全球次表層溫、鹽度氣候學說存在誤差和統計變化。熱量和淡水儲量的時間序列可以從全球範圍的基礎上獲得，同時也可知道全球溫躍層和中層水團的結構和體積。Argo將觀測海洋中從年際到十年間變化的主要現象（如ENSO的海洋反應、太平洋的十年濤動和北大西洋濤動等），使之能對大尺度大洋環流，也包括海洋內部的質量、熱量和淡水輸送平均狀況和變化過程進行全球性描述。（2）與模擬和同化有關。Argo
將為資料同化建立一個前所未有的資料庫，從而可以幫助人們揭示當今海洋的物理狀態，以及對預報模式進行初始化。即時的全球海洋業務預報亦將變為現實。這個資料庫還將經受新一代全球海洋和耦合模式的連續性測試。因此，沒有它就不可能對已有的模式進行改進。通過觀測變化的耦合模式的海洋分量，有助於提高相應的預測大氣變化的能力。（3）與上面提到的Argo和Jason高度計之間的協同作用有關。高度計和浮標這兩種測量系統間的互補性和配合使用，要比利用單一的觀測系統評估海洋狀態更精確。

5、Argo浮標觀測網設計

Argo觀測網的設計要在全球觀測網的需求和實際條件的限制之間進行平衡。在許多海區，用於統計海洋變化的資料十分稀少，因此在設計次表層觀測網時需要考慮到多種因素的變化。最終，Argo觀測網選擇了每隔3個經緯度放置一個浮標。考慮的因素主要有：

（1）早期和現有浮標的研究。在WOCE計畫實施期間，曾在熱帶太平樣和南太平洋上放置了300個浮標。這個巨大的水域幾乎占了全球海洋的一半面積。Davis(1998)發現，這些稀疏的資料集足以繪出五年期間平均的中層海洋環流圖，但卻無法獲得中層海洋環流的時間演變圖。然而，Argo觀測網在此海域將施放比WOCE計畫多5倍的浮標，這將足以精確地反映出該海域溫、鹽度和環流的季變化和年際變化圖。最近在大西洋中開展的大密度剖面浮標實驗進一步強調，在強雜訊的中尺度渦流場區域，需要大量的浮標覆蓋，以便觀測大尺度的變化。

（2）現有的上層海洋熱量觀測網。為了應用XBT資料集估算必要的統計場，人們已經進行了大量的觀測網設計研究工作。利用間隔數百公里佈設的觀測網足以測定海洋表層的熱儲量，對以季為時間尺度、邊長為1000km的水域來說，其觀測精度可達10w负m2。這使得溫度波動年際變化的觀測精度可達到3w负m2左右。如果結合使用溫度剖面資料和高度計資料，則其精度會更高。在觀測海洋狀態從季節到年際間的變化過程中，這些誤差範圍的變動會產生很強的信噪比。熱儲量的測量除了其固有的意義外，還能對大氣及耦合模式中的海-氣熱交換提供更為有效的限制條件



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