Argos表面漂流浮标在黑潮区的若干观测结果

利用近几年国家海洋局第二海洋研究所及国家海洋技术中心在南海和西北太平洋海域布放的部分卫星跟踪表面漂流浮标所取得的观测资料,分析了浮标流经海域的表层海流特征及浮标漂移路径上水温的变化。结果表明:2003年1月,黑潮表层水有入侵南海的趋势,夏季南海表层水经吕宋海峡流出,汇入黑潮主干;夏末冬初,黑潮主干经过东海时明显呈弯曲流动;2003年春季,日本以南海域黑潮弯曲不明显;台湾东北部海域存在一个强反气旋涡;表层海水的温度日变化和季节变化明显,在浮标漂移路径呈反气旋或气旋式转动的区域,对应出现了表层水温的高、低温区。

基于新一代Argos卫星系统的表面漂流浮标设计

介绍了改进的表面漂流浮标的功能、组成和设计过程。该浮标加装了Argos卫星收发器和GPS模块,相比目前的表面漂流浮标,该浮标具有数据传输有效性高,功耗低,采集数据量大,可双向通信等特点。浮标在布放后可通过网络申请对浮标参数进行设置,再由卫星将设置参数发送给浮标;浮标利用GPS模块对其直接定位,且定位精度显著提高。浮标测量的数据可服务于水产养殖、环境保护和生态治理、气象和海洋监测预报、军事监测等多个领域。

基于Argos漂流浮标资料的南海及邻近海域次中尺度涡识别及特征分析

次中尺度涡作为连接中尺度涡和微小湍流之间的纽带,对海洋中能量串级和物质输运具有重要的影响。为研究南海及邻近海域次中尺度涡的分布特征和变化规律,本文开发了一种基于拉格朗日漂流轨迹几何特征的次中尺度涡识别方法,并对全球浮标计划中2000年至2022年进入研究海域的1 685个Argos漂流浮标轨迹数据进行了分析,共识别得到11 988个次中尺度涡。研究海域次中尺度涡的半径和生命周期呈正相关,多在3 km和24 h以内,反气旋涡与气旋涡数量之比约为5∶1。次中尺度涡高频出现于南海北部,由吕宋海峡西北部沿陆坡向西南方向递减。在中南半岛南部,次中尺度气旋涡相对更为活跃。研究海域次中尺度涡季节变化信号明显,冬、夏季相对活跃,春、秋季较少。

Argos漂流浮标的若干观测结果

表层漂流浮标是一种利用Argos卫星系统定位与传送数据的海洋观测设备,它可以利用Lagrangian法则连续观测表层海流及表层水温。文章利用近年在南海和西太平洋投放的部分卫星跟踪表层漂流浮标所取得的观测资料,分析观测海域的表层海流特征及其漂移路径上的温度变化,得出以下结果。(1)由浮标的漂移轨迹看出,黑潮表层流路年际变异相当大。(2)2003年1月,黑潮表层水有入侵南海的趋势,似无西北太平洋表层水深入南海的迹象;夏季南海表层水由南海流出经吕宋海峡汇入黑潮主干。(3)秋季台湾东北海区存在一个强反气旋涡,空间尺度约270km。(4)黑潮主干在秋末冬初经过东海时明显呈弯曲流动,并形成许多小尺度的气旋式涡。(5)在九州西南海域,黑潮表层流并无分支北上进入对马暖流区。(6)2003年春季,黑潮在日本以南的弯曲不明显,并伴随有冷、暖涡产生,暖涡的强度和空间尺度都要比冷涡大得多。(7)由漂流浮标观测得到的的表层海水的温度分布明显呈日变化和季节变化的特征。在浮标漂移路径呈反气旋或气旋式转动的区域,表层水温对应出现高或低温区;但出现在台湾以东的低温区则与此时期的台风过境有关。

基于Argos漂流浮标的东海黑潮特征分析

基于1979—2008年的表面漂流浮标资料,在选定区域(21°～33°N,120°～132°E)内对3个东海黑潮特征断面上的表层流速结构进行分析。选取的特征断面分别是位于台湾东北东海黑潮南段的SS断面,位于黑潮所流经东海的中央地段的PN断面和位于日本九州与奄美群岛之间的TT断面。Argos漂流浮标资料的统计结果能够较好地反映东海黑潮不同流段的主要特征及其季节变化。东海黑潮中段相对于其他流段流速强、流幅宽、流量大的特征最为显著,也最为稳定。

基于Argo浮标的西太平洋SMAP卫星海表面盐度数据质量评估

以西太平洋为研究区域,利用Argo浮标表层盐度观测值(<5m)对SMAP卫星获得的2016年海表面盐度反演质量进行了评估。首先将西太平洋2016-01—12期间的每日和每月SMAP卫星SSS数据与Argo实测SSS数据进行匹配,然后利用最小二乘线性回归法对其进行相关性分析,并对误差的分布特征进行了研究。结果表明:SMAPSSS与ArgoSSS之间具有极显著的正相关关系;每日Argo浮标数据(WMOID:2901520,WMOID:2901548)和SMAPSSS的变化趋势基本一致,前者均方根误差(RMSE)、偏差(Bias)和相关系数(r)分别为0.43,0.34和0.71,后者RMSE,Bias和r分别为0.41,0.26和0.69;研究区域内全年RMSE值处于0~0.35,在西太平洋南部海域偏差较大,这可能是由于该海域小岛众多,缺少Argo实测数据,导致其网格化的盐度存在较大误差。除夏季外,研究区域的大部分海域,RMSE都小于0.25。在海表盐度较低的海域,两者的对比结果误差较大,该现象在夏秋两季尤为显著。

基于全球导航卫星系统和铱星通讯的表面漂流浮标设计及其试验性应用

本文基于可以同时接收包括北斗、GPS和GLONASS在内的全球导航卫星系统的定位模块和铱星远程通讯模块,介绍了长航时、适用于全球水域和极地冰区的表面漂流浮标设计和组成,并对其测流性能进行了理论分析。通过中国第10次北极科学考察队在北极楚科奇海和白令海的试验性应用表明,相比目前常用的Argos表面漂流浮标,该浮标具有数据传输频率和有效性高、定位精度和流速反演高、功耗低和寿命周期长、适用于高海况和海冰密集度高的恶劣海域,并可进行后期功能拓展等特点。这一浮标技术的研究对于支撑我国极地观测网和全球海洋视测网建设可以起到重要作用。

利用漂流浮标资料对黑潮及其邻近海域表层流场及其季节分布特征的分析研究

利用1987年以来WOCE项目及我国自行投放或进入黑潮及其邻近海域（15°-36°N,114°-135°E）的共计323个卫星跟踪海表面漂流浮标资料,得到全年平均及季节平均的浮标轨迹及（1/4）°×（1/4）°格点平均的表层流矢量结果。分析认为：对于全年平均的表层流场,黑潮表层流路主要表现了对大洋西边界地形的适应,并呈现出6个较大的弯曲,其中在反气旋型弯曲处都发生分支或入侵现象、气旋型弯曲处这种现象却不明显。对于季节平均的表层流场,黑潮表层不同流段分别表现出各自显著的季节差异：吕宋海峡附近海域,表层水向南海的入侵只发生在秋、冬两季,而春、夏两季却不发生;在台湾以东海域,黑潮表层流路与黑潮右侧反气旋涡的存在与否密切相关,春季没有涡旋存在时,黑潮表层流路常出现气旋式大弯曲,其他三个季节反气旋涡存在时,黑潮表层流路相对平直;在台湾东北海域,黑潮表层水向东海南部陆架区的入侵以秋、冬季最强,春季次之,而夏季几乎不发生;在赤尾屿以北的东海黑潮中段,黑潮流动比较稳定,其表层平均流径走向由偏北到偏东依次约为冬（北偏东30°）、春（北偏东33°）、秋（北偏东38°）、夏（北偏东45°）;流路宽度由宽至窄依次约为秋（90 km）、春（80 km）、冬（70 km）、夏（60 km）,而流速由大至小依次为夏、春、秋、冬,且各季节都表现出北段流速大于南段的现象;在九州西南海域,春、秋两季黑潮表层水发生明显的向北入侵,入侵的黑潮水与东海外陆架水共同成为对马暖流的一部分来源,而夏季这种现象不明显,九州西南海域黑潮表层流路北界的位置以秋季最为偏北（但最北不超过31°N）、流路也最宽;在琉球群岛外缘海域,南半部基本没有北上的表层流存在,只有在冲绳群岛-奄美群岛以东海区,秋、夏、春三季表层反气旋涡旋都比较活跃,在涡旋的西侧有顺着冲绳群岛-奄美群岛的东北向流,其中秋季最为明显。这些结果可以为黑潮及其邻近海域的深入研究提供较为客观、直接的参考。

利用南大洋漂流浮标数据评估AMSR-E SST

利用AOML(Atlantic Oceanographical and Meteorological Laboratory)SVP漂流浮标的海表面温度数据,针对30°S以南的南大洋海域,对目前主要使用的微波遥感产品(AMSR-E,Ad-vanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System)反演的SST进行了较为系统的评估。结果表明,AMSR-E SST比浮标数据偏冷,偏差为-0.01℃,标准差为0.70℃。夏季的偏差为0.004℃,标准差为0.64℃;冬季的偏差为-0.06℃,标准差为0.75℃,冬季的偏差和标准差较大。温差ΔT受流速影响,随着流速的增大而减小,且这种趋势在夏季更为显著。具备托伞结构的浮标与总体情况基本一致,而无托伞结构的浮标受流速的影响要大一些。同时,温差ΔT受水汽的影响,随着水汽的增加而减小,且这种影响在冬季更大一些。进一步对4个穿极和绕极浮标的追踪分析表明,温差ΔT受大洋海流系统的影响显著。在海流大的大西洋边界流和南极绕极流中,温差ΔT的不确定性要明显大于总体情况。

基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析

基于1996—2012年西北太平洋Argo剖面浮标盐度观测资料,利用合成分析方法研究了海表面盐度对台风的响应特征。结果表明海表面盐度对台风的响应具有明显的非对称性:台风过后其路径右侧的海表面盐度显著上升;左侧的则在R50内上升,R50外区域普遍下降。进一步分析显示台风强度、移动速度和海洋混合层深度对海表面盐度响应特征均有较大影响。强度大或移动缓慢的台风能造成大范围的海表面盐度上升;强度小或移动快速的台风只在路径右侧造成海表面盐度上升,左侧的则普遍下降。夏季(6-9月)台风过后,海表面盐度在混合层浅的区域普遍大幅上升,在混合层深的区域则在台风路径左右两侧2R50范围内小幅上升,在远离台风路径左侧区域下降。

黑潮延伸体海域漂流式海气界面浮标数据分析与评估

漂流式海气界面浮标是创新研制的“小型化、轻质化、免维护”的漂流观测系统,能够测量海面以上3 m气象、水下20 cm海表面温度和波浪参数等11个不同的物理参数,并且已经经过多次观测应用,结果均较好。为实现漂流式海气界面浮标观测数据全球范围的应用,利用2018年黑潮延伸体海域Argo观测的海表面温度(sea surface temperature,SST)、SVP(surface velocity program)浮标观测的海表温度和OISST(optimum interpolation sea surface temperature)数据,通过将其与漂流式海气界面浮标观测数据进行时空匹配以及对比验证,对漂流式海气界面浮标观测的海表面温度进行了系统评估,检验其在黑潮延伸体复杂水文环境下的观测准确性。结果表明,漂流式海气界面浮标观测SST数据与Argo观测SST数据相关系数达到0.9737,均方根误差和平均误差分别为0.5790℃和0.4539℃;与SVP浮标SST数据的相关系数弱于与Argo的相关系数,为0.9285,均方根误差为1.3230℃,平均误差约为0.9794℃;与OISST数据的相关系数为0.9823,均方根误差为0.7988℃,平均误差为0.7434℃。漂流式海气界面浮标观测SST数据与Argo、SVP和OISST海表面温度数据都具有很好的一致性,观测数据质量处于同一水平。综上,漂流式海气界面浮标作为一种新的观测手段,具备了准确观测SST的能力。

距离水下永动还有多远?我国首台自供能漂流浮标下水了

由中船重工710所为全球海洋观测计划（Argo计划）研制的我国首台“深海型海洋温差自供能漂流浮标”已成功完成样机生产，其整体技术处于国际领先水平，并理论上实现了“水下永动机器人”。

西北太平洋超强台风Tembin(2012)引起的海表面降温与强混合研究

鉴于台风等极端海洋环境下现场观测资料的匮乏,本文综合了多源卫星遥感和Argo浮标剖面观测资料分析了西北太平洋和南海上层海洋对超强台风Tembin(2012)的响应。Tembin引起了较强的海表面温度降低,降温主要集中在台风路径附近,最大降温为10.3℃,出现在朝鲜半岛南部的近岸海区;微波+红外遥感融合观测海表面温度数据可以弥补单一微波遥感观测在近岸海区缺测的不足,但观测海表面降温比单一微波遥感观测偏小;基于Argo观测的垂向高分辨率温盐剖面和混合参数化方法,发现台风后上层海洋混合明显增强,其混合率增强可达10倍以上。

我国首次在南大洋西风带海域投放浮标

11月26日，搭载着中国第32次南极科考队的“雪龙”船航行通过南纬50°海域，科考队在该海域投放了6枚剖面自动探测漂流浮标（Argo浮标）。据介绍，Argo浮标有“水下滑翔机”之称，是测量不同深度的海水温度和盐度信息的先进观测设备。

海洋表面漂流浮标的载荷分析与设计

基于表面漂流浮标测量海洋环流是跟踪海流变化的一种重要手段。本文通过研究海表面流速、风速、浮标质量、几何形状等因素对浮标随流性的影响,建立了浮标流体动力平衡方程。根据浮标的载荷分析情况,设计了基于 GPS 和北斗通讯系统的漂流浮标样机,采集了该样机在实海况的漂流数据,讨论了该浮标的随流性,为海洋表面漂流浮标的设计提供了实验依据。

北斗一号卫星导航定位系统在抛弃式海洋移动观测平台的应用

作为抛弃式海洋移动观测平台,自持式剖面探测漂流浮标和海表面漂流浮标已经为国际上大量使用,该两类平台一般采用Argos卫星系统定位和传输数据。随着我国具有全部自主知识产权的北斗系统的逐步完善和发展及通信单元的小型化和低功耗化,北斗系统取代Argos系统,成为两类平台的数据传输和定位手段成为可能。文章简要介绍了自持式剖面探测漂流浮标和海表面漂流浮标的技术发展及我国北斗系统的发展情况,重点介绍了具有全部自主知识产权的采用北斗系统的C-Argo浮标和海表面漂流浮标的研制和应用情况。

赤道太平洋近表层上升流的估计

利用1979—2006年间的卫星跟踪漂流浮标资料计算得到多年平均的赤道太平洋近表层流场,并估计赤道中东太平洋上混合层水平流场的散度和上升流流量。主要结论包括:1)赤道中东太平洋上升流区域主要集中在日界线以东以赤道为中心的±2°纬度带内,并且赤道南北约4°处各有一下沉流区域;2)赤道中东太平洋附近(165°E—85°W,2°S—2°N)散度平均约为2.0×10-7s-1,对应30m深处上升流区域整体体积输送约为43Sv,其中大约一半的上升流水体随热带流圈在赤道外4°N/S附近下沉,其余部分向两极输送;3)赤道中东太平洋辐散在春季达到最大值2.1×10-7s-1,而在秋季最弱;4)在El Nio期间辐散减弱,而在La Nia期间辐散增强,其中纬向流所致的辐合辐散也起到一定作用。

南极绕极流的表层环流结构和能量分布特征

利用历史的表面漂流浮标资料研究了南极绕极流的平均结构、变化规律和能量特征。强劲的南极绕极流沿着纬向从西向东流动,并伴随着复杂多变的海洋锋面,主导着整个南大洋的海洋环流系统。首先,标准方差椭圆表明,阿加勒斯回流和东澳大利亚暖流是南极绕极流重要的流量补充。在南半球的冬季,南极绕极流的流速随着西风的增强而增强。在南极绕极流经向摆动的影响下,流核上的经向流速比纬向流速具有更加不稳定的特征。另外,南极绕极流从非洲南部开始自西向东逐渐减弱。其次,从能量的角度讨论了南极绕极流的细节特征。平均动能、扰动动能及其均方根在流核区域都很强,扰动动能和平均动能比值的趋势恰恰相反,强(弱)能量分布区域的涡旋耗散反而比较弱(强)。除了扰动动能和平均动能的比值之外,所有的能量形式都呈现了从西向东减弱的趋势。涡动耗散对南大洋北部的平均动能影响更大。