在全球气候平均状态随时间的变化导致极端天气频发、强度持续不断的增加的背景下,怎么样应对气候平均状态随时间的变化慢慢的变成了各国政府和科技工作人员面临的重大课题。努力提高我国天气预报和气候预测能力,须重视和加强对海洋特别是深海大洋的观测和研究。Argo是“实时地转海洋学观测阵”的英文缩写。在科技部、国家海洋局和国家自然科学基金委员会等的支持下,于2002年启动的中国Argo计划实施8年来,为发展我国海洋高新技术,提高我国大洋实时观测水平和海洋、大气科学研究水平作出了重要的贡献。国际Argo科学组成员、中国Argo计划首席科学家、国家海洋局第二海洋研究所许建平研究员于近日接受了记者的采访。
海洋是地球气候系统的最重要组成部分,海洋尤其是热带海洋是驱动大气系统运动的重要能量来源;海洋还是地球大气系统总二氧化碳的最大汇源,并在大气系统能量输送和平衡中起着重要的作用。这些性质决定了海洋对大气运动和气候平均状态随时间的变化具有决定性的影响,因此无论是气候变化研究,还是长期天气预报或短期气候预测,对海洋观测资料尤其是全球海洋温、盐、流的剖面资料都有极大的依赖性。
尽管在过去20年中实施了一系列国际海洋、气候科学研究计划,一些国家已经研制出了多个可用于短期气候预测的海气耦合数值模式。但由于受海洋观测技术和资金的限制,海洋观测资料仍严重不足,使这些模式难以充分的发挥作用,气候预测的精度始终难以令人满意,每年各种天气、气候灾害给各国社会经济都造成了巨大的损失。
许建平说,要准确预测天气和气候不仅需要全球区域的、长时间的观测资料积累,更需提高对引起灾害的海洋或天气非正常现象的认知程度。而大范围、准同步和深层次海洋观测资料的缺乏,成为长期制约海洋科学发展,尤其是海洋和气候业务化预测预报技术发展的瓶颈。
Argo浮标是20世纪末出现的全自动海洋剖面观测仪器。它可以在海洋中自由漂移,自动观测从海面到2000米水深之间的海水温度、盐度和深度,并可通过其漂移轨迹,获取海水的流动速度与方向等数据。2000年启动的国际Argo计划,给海洋和大气科学家带来了一次难得的机遇,使人类进一步探索和掌握大尺度实时海洋变化,提高天气和海洋预报精度,有效防御全球日益严重的天气和海洋灾害的愿望终将有几率会成为现实。
国际Argo计划最早是由美、日等国的科学家在1998年提出来的,并得到1999年世界海洋观测大会(OceanObs99)的认可。该计划设想用5~10年时间,在全球大洋中每隔300公里布放一个Argo剖面浮标,总计为3000个,组成一个庞大的全球Argo实时海洋观测网,以便快速、准确、大范围地收集全球海洋0米~2000米上层的海水温度、盐度和浮标的漂移轨迹资料。这相当于在全球又增设了3000个类似的“气球探空观测站”,为天气和海洋预报提供大量来自海洋内部的资料。
许建平介绍说,经国务院批准,我国于2002年正式加入国际Argo计划,成为继美国、日本、加拿大、英国、法国、德国、澳大利亚和韩国后第九个加入该计划的国家。
在科技部、国家海洋局和国家自然科学基金委员会的支持下,我国于2002年启动了第一个Argo计划项目“Argo大洋观测网试验”;此后在国家“全球气候变化及其区域影响科学研究计划”、“国际科学技术合作重点项目计划”、“973”计划和“海洋公益性行业科研专项”等科技计划和专项中,相继批准了多个资助Argo大洋观测网建设和Argo资料应用研究的项目,使我国Argo计划得到了较快的发展。到2009年底,我国在西太平洋和东印度洋共布放了66个Argo剖面浮标,初步建成了我国Argo大洋观测网框架。
在国家“863”计划的资助下,我国于2002年开始研制自沉浮式中性漂流浮标,并在当年6月研制出第一台“自持式循环剖面探测漂流浮标”(简称COPEX型Argo剖面浮标)。2008年12月,在国家专项的支持下,研制出一台具有自主知识产权的C-Argo浮标。目前这两种国产Argo浮标正处于海试阶段。
中国Argo计划在法国Argos卫星地面站资料服务中心(CLS)登记注册,建立了长期的合作伙伴关系;同时还成立了“中国Argo数据中心”和“中国Argo实时资料中心”,中国Argo网()和()架起了与外界联系的快速通道。中国Argo实时资料中心不仅能快速接收和处理我国布放的Argo浮标观测资料,而且还能接收和处理全球海洋中其他几个国家布放的Argo浮标观测资料,及时提供给国内广大新老用户免费使用,成为中国海洋资料共享的实践者和先行者。2002年至今,累计获取并提供的Argo观测剖面多达65万条,且目前仍以每年10万条剖面的速度增加,这在我国海洋调查史上,甚至国际海洋调查史上都是绝无仅有的。同时,该中心还承担着把我国布放的Argo浮标观测资料上传给Argo全球资料中心的任务,递交经延时模式质量控制的剖面资料近2000条。中国Argo计划的实施显著缩小了我国与世界各国在海洋科学领域中的差距,使我国大洋实时观测水平上了一个新的台阶。
国际Argo计划的基本政策是鼓励沿海国家热情参加、观测网共建共管、全部资料免费共享,因此Argo资料很快成为各国科学家获取大洋内部数据的最大来源。10年来Argo资料的作用和价值也已经在海洋、天气等众多学科和领域中得到体现,Argo资料正被“世界气候变化预测计划”和“全球海洋资料同化实验”等应用于海洋环流模式中,并对全球海洋进行详细的分析和预报。各国的海洋业务中心和气候中心也正在应用Argo资料做海洋、气象预报和气候预测等;同时,还被用于海事安全、海上交通、渔业管理和近海工业和国防事务等所有的领域。Argo资料的应用提高了人类对全球温室效应引起的海平面上升的估算和预报精度,在改进季节性气候预报和加深对台风活动的认识中正起着关键性作用。
许建平说,Argo资料应用在我国也已初显成效,有关部门已经建立起了一套能够同化Argo和卫星高度计等资料的业务化海洋资料同化系统,其中“热带太平洋温度与盐度同化业务化系统”已经在国家海洋环境预报中心得到业务化应用,可以发布热带太平洋月平均同化再分析产品等;利用含Argo资料在内的观测资料,国家气候中心的全球海洋同化系统(NCC-GODAS)提供了合理、有效的海洋分量初始场,提高了该中心的短期气候预测业务模式系统的模拟预测能力;Argo资料在西太平洋多尺度海气相互作用过程的研究中也取得了许多可喜的成果。Argo资料正在慢慢的变多地应用到我国海洋和大气等科学研究领域。
据不完全统计,2002年以来Argo资料已经在我国5个领域(海洋科学、气象科学、大气科学、水产科学、军事科学等)的近40个单位(部门)得到应用,其中有约200余人在直接利用Argo资料开展相关研究。不久前科技部发布的“全球变化研究重大科学研究计划重要支持方向”中提出的“气候突变的机制及其可预报性研究”等课题都与海洋有关,且大都需要有长期海洋观测资料的积累和支撑。“毫无疑问,Argo资料除了在我国海洋和大气科学等领域已得到广泛应用外,也将在我们国家的经济社会建设中发挥慢慢的变大的作用。”许建平说。
近10年来,包括中国在内的30多个国家和国际组织在全球海洋中累计布放了6000多个Argo浮标,并在2007年10月底实现了在全球海洋上同时有3000个浮标在正常工作的目标。至2010年5月底,仍在海上正常工作的浮标有3149个,其中美国最多,为1781个,而我国只有29个。一个Argo浮标的正常工作寿命大约为4年,因此要维持由3000个浮标组成的全球实时海洋观测网,每年大约需要补充布放800个浮标。国际Argo计划提出至少要使该观测网再维持10年以上,并号召各成员国继续为实现这一宏伟目标作出贡献。美国已经承诺提供约二分之一的浮标,其他参与国也都在为维持该观测网的长时间运行而积极争取政府的支持。
我国同样应该有计划,持续不断、分期分批地在邻近的大洋区域布放浮标,以便长期、广泛地收集这些海域的海洋环境资料,为我国深海大洋研究和全球气候变异研究积累长时间系列的全球海洋次表层观测资料。许建平指出,我国参与全球Argo实时海洋观测网建设,不仅仅是在尽一个国际Argo成员国的义务,也是在全球自然灾害频发的今天肩负起一个海洋大国的责任,同样也有着十分迫切的国家需求。我国Argo计划的发展需要国家专项的长期支持,才能与国际Argo计划其他成员国一起,为维持这个史无前例的观测网的长期运作作出积极贡献。
回顾Argo计划实施10年来所取得的成就,各成员国齐心协力是确保全球Argo实时海洋观测网长期维持的前提。而进一步拓宽Argo资料应用研究领域,充分的发挥Argo在解决区域或全球重大海洋与大气科学问题中的作用,从根本上提高天气预报和气候预测的水平是各国科学家正在努力的方向。许建平最后指出,我国在重视Argo大洋观测网建设和Argo资料应用的同时,还应加强对Argo实时资料中心的投入力度,建立一支稳定的、长期从事Argo浮标检测、布放以及资料质量控制和数据产品研究开发、服务的技术队伍,对提高接收和处理海量Argo资料的能力,确保向用户长期提供高质量的、丰富多样的Argo资料及其衍生产品同样有着十分重要的意义。
国际Argo科学组联合主席、加拿大海洋研究所原所长Howard Freeland 教授:
要实现Argo计划的目标,尚需要国际社会逐步加强合作,并为此作出不懈的努力。
可以预见,Argo计划的组织实施与研究工作的不断深入,必将极大地提高我国物理海洋学的研究水平和对灾害性海洋与气象事件的预测预报水平。
我国气候研究对大洋资料的需求同样十分迫切,目前我国布放的Argo浮标还不多,国家相关部门应给予格外的重视和大力支持。
Argo观测系统要国家专项支持,建议科技部启动二期工程并重视资料的质量控制。
Argo 观测在我国海洋观测史上是划时代的,项目取得了很大成功。建议科技部、国家海洋局设立专项给予长期支持。
我国对Argo资料的应用研究时间不长,但在资料处理、质量控制方面都做了一些好的工作,将带动相关学科的发展。
Argo计划对促进我国大洋研究起到了很大的作用,但要自始至终地去参加了,以取得最大的利益。希望国家相关部门继续给予该项目支持,维持我国在大洋上有少数的浮标。
我国相关业务部门对2006年“珍珠”台风(风力大于14级)的预报已经用到了海温资料,提高预报的精度还要做大量的应用研究工作。
我从Argo计划看到了国内海洋资料共享的先例,希望该项目能继续得到国家的重视和支持。