基于Argo浮标观测数据的海洋温、盐度特征分析
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作者:赵相彬 陈雪
摘要：海洋在调节全球气候变化中起着重要的作用，人们对海洋的研究也日益重视。随着国际Argo计划的实施，其不仅提供了大量准实时、准同步的海洋观测数据，还能够获取海深超过1000m处的海洋物理参数，有助于全面、准确地了解海洋状态，对分析全球气候变化，充分利用海洋资源具有重大意义。该文采用中国Argo资料中心提供的海洋观测数据，以其中一个浮标所采集的观测数据为研究对象，采用Matlab工具与相关性分析等技术，对海水温度、盐度特征进行了分析。根据绘制的海洋温度-深度图和海洋盐度-深度图，文对海水温度和盐度值随海水深度变化的特征进行了分析，并根据相关系数公式对海水温度-盐度相关性进行了计算。通过对海水温度、盐度的特征进行分析，可以为人们了解海水温度、盐度的分布状况提供基础。
关键词：海洋观测;温度;盐度;特征分析
中图分类号：TP302.1 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）36-0040-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
1 引言
深入认识和了解海洋状态及其运动规律对人们的生产、生活具有非常重要的意义，海洋温度和盐度是物理海洋研究领域中极为重要的两个基本物理参数，与许多的物理海洋学问题有着密切的关系[1]。在广阔的海洋中使用有限的锚系浮标、观测站点等设备进行海洋观测时，受动态、复杂海洋环境的影响和观测设备不能长期、连续观测的限制，获取的观测数据往往只针对某个具体的海域，对海洋空间尺度范围的温盐度研究仍需进一步深入。
随着科学技术的发展，海洋观测手段与技术不断发展，获得更多的海洋观测数据的方式有了显著提升，这就使得科研工作者更加深入研究海洋状态的动态变化过程变成可能[2]。21 世纪初开始实施的国际 Argo 计划，是一种新型观测方式。Argo浮标可以同步、连续、大范围获取全球海洋环境资料，为研究海洋温盐度时空变化提供了大量的数据基础[3-4]。
中国于2001年正式加入全球海洋观测网，成为全球Argo的成员国之一。 2002年初，随着我国在印度洋布放了第一个Argo浮标，中国Argo计划的试验项目――大洋观测网试验正式实施。目前，我国已经在太平洋和印度洋等海域布放了近500个浮标[5]。图1为中国在Argo计划中布放的浮标位置图。
Argo观测数据在物理海洋学领域的研究中，已经得到了比较广泛的应用[6-8]。由于Argo浮标在观测过程中随波浪的漂移特性会导致观测剖面存在空间离散、观测周期随机、测量海深不确定等特点，使得Argo观测数据的应用受到了一定的限制。
本文主要基于Argo浮标获取的观测数据对海洋温盐度在不同剖面的分布特征进行分析。通过对比不同剖面海洋温度、盐度的分布图，对海洋温盐度特征进行客观分析和描述，为探索海洋、认知海洋提供一定的参考。
2 Argo数据介绍
2.1 Argo观测过程分析
海洋温盐度变化对气候变化具有重要影响，充分了解海洋温盐度特征并掌握海洋温盐度变化规律可有助于改进当前的气候预报模型。Argo计划投放的浮标可覆盖全球大部分的海域，获取的大量海洋观测数据可有效地提高海洋观测数据在时间和空间上的覆盖范围，改善对海洋数据匮乏的现状。
Argo浮标投放进海洋中后，工作过程按照周期为单位。通常，浮标的观测过程分为以下几步[9]：（1）布放阶段。Argo计划参与方在海洋的某个位置将记录浮标号的浮标投放入大海中。（2）浮标下沉与漂移。浮标布放完毕后，在自身重力和海水浮力、海浪的共同作用下，浮标会下降至一定海洋深度，并进行漂移，此过程大概需要十天。（3）浮标上浮工作。浮标下沉到一定深度后，在自身动力装置作用下，开始上浮并进行海水相关物理参数的采集，采集的物理参数主要包括对应的海水压强值、温度值、盐度值等。（4）海面漂浮。浮标上浮到海面之后，会通过定位装置和通信装置将对应的位置信息与采集的海水物理参数值传送给卫星，并接收新的任务指令，开始进入下一个工作周期。
2.2 观测数据格式分析
中国在Argo计划中布放的浮标所采集的海洋观测数据可以通过中国 Argo 资料中心（https：//www.argo-cndc.org）网站上获取。中国Argo资料中心网站上提供给用户使用的数据主要有三种数据格式：（1）以Netcdf格式进行存储的数据。该类数据主要包括按数据资料所在洋区和时间存放的数据和按采集数据资料的浮标号进行存放的数据，数据是与全球Argo资料中心同步的，在原始稻荩ㄑ笄）中，每个洋区每年每月一条记录，在原始数据（浮标）中，每个浮标一条记录。（2）以ASCII码格式进行存储的数据。该类数据主要是按数据资料所在洋区和时间存放的温盐标准数据集，数据从全球Argo资料中心获取，经过国家海洋信息中心处理质控的数据，数据集中只包含海洋温度盐度信息。（3）以csv格式进行存储的数据。该类数据主要是按采集数据资料的浮标号进行存放的全要素标准数据集，数据从全球Argo资料中心获取，国家海洋信息中心将其从Netcdf转为csv格式存放，数据集中包含Netcdf所有要素信息。
3 结果与分析
针对海洋温度、盐度特征分析，以中国Argo资料中心网站上获取的数据资料为基础，以图形的方式实现海洋温盐度特征分析、温盐相关性计算等。首先，从中国Argo资料中心下载选定浮标号所对应的数据文件，下载的数据文件主要是nc文件（以Netcdf格式进行存储的数据）。其次，借助于Matlab对数据进行处理与分析，将下载的数据文件导入Matlab，并实现对nc文件做处理，以图形的形式对海洋温度、盐度曲线图进行直观展示与保存。图2为所选择浮标在单一剖面中观测的海水温度变化曲线图，受浮标观测数据影响，本文分析的海洋数据主要为海深300m以内的数据。从图2中可以看出，随着海水深度的逐渐增加，海水温度逐渐下降，海水温度变化范围从海水表面约30℃到海深300m处的8℃左右，变化范围较大。在海深50m和海深220m处，分别出现了海水温度的跃变，该变化与海水温跃层关联较大。
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