Jump to content

Арго (океанография)

Распределение активных поплавков в массиве Argo с цветовой кодировкой в ​​зависимости от страны, владеющей поплавком, по состоянию на февраль 2018 года.

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] Особый исследовательский интерес представляет количественная оценка теплосодержания океана (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 до 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» . Как стандартные поплавки «Арго», так и четыре спутника, запущенные на данный момент для мониторинга изменения уровня моря, работают в 10-дневном рабочем цикле.

Международное сотрудничество

[ редактировать ]

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 (GOOS). [3] и координируется Руководящей группой Арго, международной организацией ученых и технических экспертов, которая 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). .

Распределение активных буев в массиве Арго с цветовой кодировкой по странам, оснащенных биогеохимическими датчиками по состоянию на февраль 2018 года.

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, в рамках которой к 2007 году будет создан глобальный массив из примерно 3000 плавучих объектов. [4] Массив из 3000 плавающих точек был создан в ноябре 2007 года и стал 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 получил предложения о том, как можно улучшить массив. 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]

Конструкция и работа поплавка

[ редактировать ]
Схематическая диаграмма, показывающая общую структуру профилирующего поплавка, используемого в Argo.

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 Sea-Bird Scientific ( https://www.seabird.com/ )., который также создает 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 слабо сжимаема) 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, то ему необходимо изменить свой объем на 0,0109×16600=181 см. 3 провести эту экскурсию; 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 число 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, когда оно будет реализовано, добавит биологический и химический компонент к этому методу отбора проб океанов. [10]

Антенна для сбора спутниковых данных установлена ​​в верхней части поплавка, который выступает над поверхностью моря после завершения всплытия. 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 г. [11] новые типы поплавков тестировались для сбора измерений на гораздо большей глубине, чем это возможно с помощью стандартных поплавков Арго. Эти поплавки «Deep Argo» предназначены для погружения на глубину 4000 или 6000 метров по сравнению с 2000 метров 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]

Проектирование массива

[ редактировать ]
Количество профилей, собранных Арго, находится к югу от 30 ° ю.ш. (верхняя кривая) до 2012 года по сравнению с доступными профилями, собранными другими способами (нижними) в этот период. Это свидетельствует о почти полном устранении сезонной предвзятости.

Первоначальный план, рекламируемый в проспекте Арго, предусматривал расстояние до ближайшего соседа между поплавками 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 считалось необходимым из-за уменьшения радиуса деформации Россби , который определяет масштаб океанографических особенностей, 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.

Доступ к данным

[ редактировать ]
Разрез солености вдоль линии перемены дат, рассчитанный по данным Арго с использованием Глобального морского атласа.

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 (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 года, 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 не обладает навыками программирования, может загрузить Глобальный морской атлас Арго. [14] Это простая в использовании утилита, которая позволяет создавать продукты на основе данных Арго, таких как раздел солености, показанный выше, а также горизонтальные карты свойств океана, временные ряды в любом месте и т. д. Этот Атлас также содержит «обновление». кнопка, позволяющая 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.

Результаты данных

[ редактировать ]
Количество статей по годам, опубликованных в рецензируемых журналах и которые в значительной степени или полностью зависят от доступности данных Арго по состоянию на 26 марта 2018 года.

Арго в настоящее время 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. в мировом Арго теперь также позволяет проводить прямые расчеты содержания тепла 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 составлении 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]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Арго начинает систематическое глобальное исследование верхних слоев океанов Тони Федер, Phys. Сегодня 53, 50 (2000 г.) , Архивировано 11 июля 2007 г. в Wayback Machine. дои : 10.1063/1.1292477
  2. ^ Ричард Стенджер (19 сентября 2000 г.). «Флотилия датчиков для мониторинга Мирового океана» . CNN . Архивировано из оригинала 6 ноября 2007 года.
  3. ^ «Об Арго» . Арго: часть интегрированной глобальной стратегии наблюдения . Калифорнийский университет, Сан-Диего . Проверено 15 февраля 2015 г.
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Рёммих, Дин ; и др. «О проектировании и внедрении Арго» (PDF) . UCSD. Архивировано из оригинала (PDF) 20 июня 2013 года . Проверено 8 октября 2014 г.
  5. ^ «АРГО – ДЕСЯТИЛЕТИЕ ПРОГРЕССА» (PDF) .
  6. ^ «Миллион профилей Арго» . Британский центр океанографических данных. 2 ноября 2012 года. Архивировано из оригинала 17 октября 2013 года . Проверено 8 октября 2014 г.
  7. ^ «Арго собирает свое миллионное наблюдение» . ЮНЕСКО. 21 января 2013 года . Проверено 8 октября 2014 г.
  8. ^ Дэвидсон, Хелен (30 января 2014 г.). «Ученые запустят биороботов в Индийский океан для изучения его «внутренней биологии» » . Хранитель . Проверено 8 октября 2014 г.
  9. ^ «Как работают поплавки Арго» . UCSD. Архивировано из оригинала 29 сентября 2013 года . Проверено 8 октября 2014 г.
  10. ^ [1] Архивировано 17 октября 2013 г. в Wayback Machine.
  11. ^ Министерство торговли США, Национальное управление океанических и атмосферных исследований. «Глубокий Арго» . Oceantoday.noaa.gov . Проверено 16 января 2018 г.
  12. ^ «Глубокий Арго: Погружение в поисках ответов в бездну океана» . www.climate.gov . 2015 . Проверено 6 февраля 2016 г.
  13. ^ «Раскрытие данных о самом глубоком океане с помощью Deep Argo» . www.paulallen.com . 7 сентября 2017 года. Архивировано из оригинала 9 декабря 2018 года . Проверено 6 февраля 2016 г.
  14. ^ Скандербег, Меган (сентябрь 2014 г.). «Глобальный морской атлас Арго» . UCSD. Архивировано из оригинала 8 мая 2013 года . Проверено 8 октября 2014 г.
  15. ^ «ГОДАЭ ОушенВью» . Архивировано из оригинала 4 мая 2020 года . Проверено 8 октября 2014 г.
  16. ^ Моррисон, Дэвид (2018). «Океаны данных: новые способы измерения глобального потепления». Скептический исследователь . 42 (1): 6.
  17. ^ Леб, Норман Г.; Джонсон, Грегори К.; Торсен, Тайлер Дж.; Лайман, Джон М.; и др. (15 июня 2021 г.). «Спутниковые и океанические данные показывают заметное увеличение скорости нагрева Земли» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (13). Бибкод : 2021GeoRL..4893047L . дои : 10.1029/2021GL093047 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f403c873d6ad5090f3313316bcf5579e__1720654800
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f4/9e/f403c873d6ad5090f3313316bcf5579e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Argo (oceanography) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)