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海底总动员pptv:第十九次國際Argo資料管理組會議在美國圣地亞哥順利召開

nimo海底总动员图片 www.rtxiy.icu     第十九次國際Argo資料管理組會議(ADMT-19)于2018年12月2-7日在美國圣地亞哥舉行,會議由美國斯克里普斯(Scripps)海洋研究所承辦。應會議組織方邀請,經原國家海洋局國際合作司及自然資源部第二海洋研究所和衛星海洋環境動力學國家重點實驗室的批準,劉增宏高工、邢小罡副研究員和吳曉芬助理研究員出席了本次會議。應邀出席會議的中國代表還有自然資源部國家海洋信息中心海洋數據管理中心的楊錦坤主任和董明媚副研究員,以及廈門大學王海黎教授。


一、會議概況
     按照會議議程,本次會議分為三個部分,即由兩個專題研討會和一個年會,分別為“第6次Argo資料延時模式質量控制(DMQC)研討會”(12月2-3日)、“第7次生物Argo (BGC-Argo)研討會”(12月4-5日)和“第19次國際Argo資料管理組(ADMT-19)會議”(12月6-7日)。DMQC研討會由Scripps海洋研究所John Gilson博士、英國國家海洋中心Brian King博士和澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)Annie Wong女士聯合主持;BGC-Argo會議則由來自法國濱海自由城海洋學實驗室的Hervé Claustre教授主持;ADMT-19會議由國際Argo資料管理組兩位聯合主席—Scripps海洋研究所Megan Scanderbeg女士和法國海洋開發研究院(IFREMER)Sylvie Pouliquen女士共同主持。來自世界上14個國家(澳大利亞、加拿大、美國、中國、法國、德國、日本、韓國、印度、意大利、西班牙等)的75名專家學者參加了本次會議,其中12個國際Argo主要成員國在本次會議前按要求書面提交了2018年度Argo資料管理國家報告?;岷?,各專門工作組還將編寫會議紀要,其中ADMT年會還將形成多項決議,以便各國在新年度(2019)Argo資料管理中參照執行,并能貫徹落實。


圖1   出席ADMT-19次會議的全體代表合影


二、會議主要內容
     (一)第6次Argo資料延時模式質量控制研討會
     為期兩天的Argo資料延時模式質量控制研討會,圍繞延時模式質量控制技術、存在鹽度漂移浮標的檢測、軌跡資料的延時質控、鹽度漂移的正確識別、延時模式數據的質量再控制及提交流程、歐洲Argo資料延時模式質量控制活動和難以判斷、質控的特別浮標等7個議題進行了逐一、充分的探討與交流。最終討論的焦點主要集中在如下兩個方面:
     1、延時模式質量控制標準方法的不斷更新及其輔助工具的開發
     國際Argo計劃實施以來,一直非常關注剖面浮標觀測的鹽度數據質量,且目前針對鹽度數據的延時模式質量控制的標準方法稱為OW方法。來自Scripps海洋研究所的John Gilson博士等概要闡述并總結了利用OW方法對Argo鹽度數據進行延時模式質量控制的整個過程;法國IFREMER的Cecile Cabanes博士介紹了基于OW方法改進的浮標電導率傳感器誤差檢測方法及其在大西洋海域的應用等。目前,OW方法已經更新至2.0版本,并且發布在全球最大的代碼托管平臺Github上。此外,與會者還探討了個別雖使用了OW標準方法,但經質量控制后效果仍不理想浮標(只占極低的比例)的處置。經分析發現,個別浮標可能與質控技術人員業務能力或考慮不周所致,建議強化質控人員的技術培訓,并進一步改進完善質控程序;而有些浮標觀測數據確實比較復雜,如地中海Argo區域中心G. Notarstefano博士給出的一個WMO編號為3901852的浮標,雖然地中海的鹽度閾值在Argo資料質量控制手冊中是單獨列出的,但該閾值的精度(只是小數點后一位)并不高,導致質控過程中出現無效數字(NaN值)。為此,Notarstefano博士建議提高地中海鹽度閾值的精確度(至少保留到小數點后兩位),避免即使浮標觀測的數據是好的,卻被標記為不好的誤判。
     無論是WJO、BS方法,還是OW方法,對于歷史數據的數量、準確度和時空相關屬性都有嚴重依賴性,質控技術人員對溫鹽時空相關尺度和電導率傳感器變化的拐點的設定等,對鹽度訂正結果也有重要影響。為此,來自各國Argo資料中心的質控技術人員還開發了多個基于不同理論的輔助工具,以提高質控的有效性。如印度質控技術人員基于類神經網絡開發的Argo鹽度數據延時模式質量控制方法,在一定程度上彌補了印度洋海域CTD參考數據較少的劣勢;國際Argo聯合主席、伍茲霍爾(Woods Hole)海洋研究所Susan Wijffel教授開發了一種基于浮力頻率參數快速發現壞數據的方法,可以幫助各國Argo資料中心方便識別浮標測量的鹽度異常,究竟是海水的自然變化還是由傳感器漂移引起的。澳大利亞聯邦科學與工業研究院(CSIRO)基于OW方法,建立了一套更加完善的、結合計算機自動識別與人工檢視方式于一體的Argo資料延時模式質量控制程序(圖2)。該系統的用戶界面與OW質控程序完全可以兼容,且具有自動記錄質控流程和隨時手動輸入自由格式文本等功能。


圖2   CSIRO建立的延時模式質量控制圖形用戶界面系統


     2、傳感器技術及參考數據集更新
      Scripps海洋研究所John Gilson博士報告了海鳥公司SBE 41和SBE 41CP兩種型號CTD傳感器產生的鹽度漂移問題(圖3),隨著觀測剖面的增加,發現序列號在6000-7000之間的電導率(鹽度)傳感器漂移最嚴重,而且漂移速度也最快。在測量40個剖面后,出現鹽度誤差大于0.01的CTD傳感器占了總數的40%左右;測量100個剖面后,出現鹽度漂移的CTD傳感器占到了總數的80%以上。John Gilson博士指出,更多浮標出現的鹽度漂移問題意味著更加繁重的延時模式質量控制工作即將來臨。為此,他呼吁各國科學家在投放浮標的同時,一定要記錄好其攜帶的CTD型號、序列號以及其它各項參數,這對后期觀測數據的質量控制至關重要。


圖3   海鳥公司生產的不同系列號CTD傳感器存在的鹽度漂移情況


圖4   海鳥公司電導率傳感器的質量評估


     導致電導率傳感器發生漂移的原因主要有傳導單元受污染、生物附著、電子元器件故障和海水滲透等。針對SBE  CTD電導率傳感器漂移所帶來的鹽度誤差問題,海鳥公司David Murphy先生早先(2018年3月)給國際Argo計劃組織的解釋是,由于玻璃電導率單元與聚氨酯封裝劑之間的海水滲透,導致信號線與地線之間形成平行電阻,使得測量的海水電導率發生漂移,從而影響到據此計算的鹽度值?;嶸俠醋愿蒙笠檔拇斫徊澆檣芰撕D馛TD傳感器的質量評估及其針對問題傳感器的后期校正所面臨的挑戰(圖4)。報告指出,海鳥公司生產的電導率傳感器所觀測的剖面,60%以上可以滿足國際Argo計劃提出的鹽度精度要求,而針對問題浮標的校正,則提出需要與物理海洋學家緊密合作,通過不同的模型及閾值設定等,首先判別哪些觀測剖面的鹽度數據是不準確的。
     正因為鹽度漂移等問題的存在,Argo數據的延時模式質量控制顯得尤為重要,其中高質量的歷史參考數據集又顯得格外重要。目前,國際Argo資料質量控制小組提供的兩個歷史參考數據集,一個是由法國IFREMER利用歷史CTD參考數據制作的,另一個則是由Scripps海洋研究所利用高質量的Argo參考數據制作的,且這兩個參考數據集都在不定期更新。來自IFREMER的Christine Coatanoan女士介紹了新版(2018年3月)CTD歷史參考數據庫的更新情況,主要吸納了海洋氣候實驗室(Ocean Climate Library,OCL)在2002-2016年期間獲得的CTD數據,以及在地中海和北大西洋海域中多個航次觀測的CTD剖面數據,且北極和亞北極海域的CTD數據也有了不同程度的增加。 Coatanoan女士鼓勵各國Argo資料中心能夠通過不同渠道廣泛收集CTD資料,并能發送給CCHDO辦公室,再由他們根據CLIVAR的要求進行質量控制,轉換成統一格式后發送至Coriolis,最后統一制作成歷史參考數據集,提供給各國Argo資料中心用于Argo資料延時模式質量控制。Scripps海洋研究所John Gilson博士則報告了Argo參考數據庫的制作和更新情況。除去序列號為6000-7000范圍的CTD觀測數據,僅有10%的剖面出現鹽度漂移,且漂移過程十分緩慢。對這部分剖面進行延時模式質量控制后,又實行了一系列要求更加嚴格的質控程序,最后挑選出575,940條剖面制作完成了最新版的Argo參考數據庫,作為CTD歷史參考數據庫的補充。

     (二)生物Argo研討會
     為期兩天的第7次生物Argo研討會分為各個國家的數據管理進展報告以及議題討論兩部分內容?;嵋橐豢?,來自法國濱海自由城海洋學實驗室的Hervé Claustre教授作為國際BGC-Argo計劃的主席,首先介紹了目前國際BGC-Argo計劃的發展現狀,特別提到2018年政府間海洋學委員會(IOC)執委會會議通過了“在全球布放能觀測6個生物地球化學參量Argo浮標”的決議。該決議批準國際Argo計劃可向生物地球化學領域拓展,鼓勵各IOC成員國支持國際Argo計劃,以及準許Argo指導組可自主決定在Argo平臺上進行其他海洋學觀測的嘗試。該決議不僅將國際BGC-Argo計劃的身份進一步“官方化”,且明確支持國際Argo計劃未來可進行搭載各種新型傳感器的嘗試。
     接著,印度、英國、日本、澳大利亞、德國、加拿大、法國、中國、美國等共9個BGC-Argo計劃參與國,分別針對本國BGC-Argo的數據管理與浮標布放計劃,做了扼要匯報。我所邢小罡副研究員作了“中國BGC-Argo數據管理進展”報告,總結了過去一年中國投放生物Argo浮標的情況。目前,仍有6個BGC浮標在海上正常工作,且分別位于西北太平洋(5個)和南大洋(1個);2019年中國有計劃投放20個BGC浮標,其中8個來自于自然資源部第二海洋研究所,12個來自于中國海洋大學;“中國Argo實時資料中心(杭州)”已整合了全部生物地球化學傳感器的數據處理與實時質控程序,具備了運行大規模BGC-Argo觀測網的能力。
     其他國家的主要進展包括:印度已投放了67個BGC浮標,并于2018年確定了在印度Argo計劃中增加BGC浮標的布放數量,未來將每年投放16個,以保證印度在國際BGC-Argo計劃中占有一定的比例;日本已投放了89個BGC浮標,并將在2019年首次嘗試布放深海BGC浮標(僅攜帶溶解氧傳感器);法國啟動了一個Argo數據質量管理的研究項目,將嘗試利用“深度學習”等計算機方法進行數據質控;澳大利亞啟動了一個投資200萬澳元、為期三年的BGC-Argo科學項目;德國將于2019年投放首個高光譜BGC浮標;美國已投放了378個BGC浮標,其在南大洋的SOCCOM項目已投放了132個浮標(其中113個仍在運行中),未來每年還將繼續投放30-40個BGC浮標,以確保其在南大洋的BGC-Argo觀測網可再持續4-5年。
     之后,研討會圍繞6個核心生物地球化學參量的數據質控分別展開了討論。其中,我所邢小罡副研究員做了“葉綠素熒光數據延時質控方案”以及“輻照度計暗信號的溫度效應校正”兩個報告,搭建起了葉綠素熒光數據與輻照度數據延時質控的框架,這兩個參量將在未來2年內確定其“延時質控”方法;后向散射、溶解氧、硝酸鹽、pH值的質控方法都已基本成熟,討論的重點在于一些細節的優化。總的說來,目前6個生物地球化學參數的數據管理方法發展迅速,數據處理文檔也已基本完善,但質控文檔還不夠完善,目前僅有硝酸鹽、后向散射和輻照度3個(圖5),生物Argo數據管理組計劃于下次ADMT會議前填補另外3個參數的空白。



圖5   6個生物地球化學參數的質控文檔


     (三)ADMT-19次會議
     會議圍繞Argo計劃現狀、實時數據管理、2個全球Argo資料中心的服務、延時模式數
據管理、數據格式、區域Argo資料中心運行情況等議題展開交流與討論,主要是為了檢查ADMT-18次會議上形成的各項行動計劃的完成情況、Argo數據實時和延時模式管理工作的反饋情況及其改進和提高的途徑,以及區域Argo資料中心的運行狀況等。
     1、Argo指導組會議反饋
     國際Argo計劃聯合主席Susan Wijffel教授首先介紹了在加拿大維多利亞(Victoria)召開的AST-19會議(2018年3月12-16日)的討論結果,回顧了Argo計劃向深海、邊緣海、赤道、兩極和西邊界流海域,以及生物地球化學領域拓展的情況,特別指出在邊緣海的推進相對比較緩慢,主要與EEZ和布放浮標數量等問題有關,還有新的參數進入Argo觀測體系的規范化等;接著匯報了AST-19會議上關于大規模投放配備RBR CTD傳感器浮標的問題,該項工作雖已啟動,但進展緩慢,仍需在更多的海域對該型傳感器進行測試,在評估完成之前,所有該型CTD傳感器的觀測數據質量標記應全部標為“3”(可能為壞數據);最后闡述了Argo指導組關于Argo計劃下一個20年的思考,即該如何發展與實現目標的問題,其中包括向OceanObs'19大會提交的有關Argo計劃的白皮書、在日本東京召開的第六屆Argo科學研討會上提出的Argo2020理念、技術及數據管理挑戰等方面。她在結束發言前,提議與會代表鼓掌以表達對Argo計劃取得的又一個里程碑意義的200萬條剖面,表示熱烈慶賀。
     2、DMQC研討會和BGC -Argo研討會的反饋
     CSIRO的Annie Wong女士匯報了來自DMQC研討會上形成的12項決議,包括建議各國Argo資料中心通過Github站點升級OW方法到2.0版(由Cecile Cabanes博士改進),以及在鹽度漂移分析中分別使用兩個參考數據庫(CTD, Argo);由專人負責對OW方法進行其他方面的更新后發布OW 3.0版等。接著,BGC-Argo計劃主席Hervé Claustre教授代表BGC- Argo成員匯報了第7次BGC -Argo研討會的成果,包括過去一年來9個國際BGC-Argo計劃參與國的整體進展情況以及未來的發展規劃等。
     3、Argo計劃執行現狀及其與用戶的聯系
     ADMT聯合主席Megan Scandebeg女士和與會代表共同回顧了上一次會議(ADMT-18)上形成的45項決議的完成情況。國際Argo信息中心(AIC)協調員Mathieu先生詳細介紹了過去一年國際Argo計劃的執行現狀,以及實施Argo2020計劃所面臨的諸多挑戰。Mathieu先生再一次強調了浮標投放前登記注冊(申請WMO編號)的重要性和必要性,以避免全球Argo觀測網中越來越多的“孤兒”(未登記注冊的)浮標影響到Argo計劃的數據流,并希望有志愿者來負責這些“孤兒”浮標的質量控制和日常數據管理。
     4、實時和延時模式數據管理
     加拿大Ann Tran女士按慣例回顧了2017年11月—2018年10月期間Argo實時數據上傳至GTS的情況,總體情況良好,其中97%的數據能及時上傳。在討論實時模式質量控制程序中氣候態數據的選取方面,ADMT聯合主席Sylvie Pouliquen女士匯報了使用MinMax氣候態的反響,美國Woods Hole海洋研究所Breck Owens博士則介紹了一種新的基于梯度法的氣候態選擇方案;CSIRO的Annie Wong教授則介紹了隨著Argo計劃中深海型浮標的增加,如何對深海剖面數據進行質量控制標記的思考。


圖6   RBR CTD電導率傳感器后期校正


     延時模式質量控制議題是本次會議討論的重點。除了圍繞歷史CTD 和高質量Argo兩種參考數據庫更新的討論外,還就如何制定新的衡量標準來監控那些僥幸通過了延時模式質量控制的可疑浮標等議題展開了探討。值得一提的是,除了海鳥(SBE)CTD生產商的代表出席了此次會議外,來自加拿大的RBRCTD生產商代表Jean Leconte技術總監也列席了本次會議,并做了題為“RBR CTD 電導率傳感器的后期校正”的技術報告,指出一個來自中國Argo計劃的配備了RBR CTD傳感器的浮標,其電導率傳感器發生了漂移,相比船載CTD儀觀測結果和WOA參考數據,確實出現了不小的偏差(圖6),在2000米深度上鹽度誤差可達0.050左右,技術人員對其進行后期校正后發現,該傳感器呈現的漂移是線性的,故其觀測精度可以通過后期的質控來校正。
     5、Argo區域中心現狀
     目前在運行的Argo區域中心包括太平洋、印度洋、北大西洋、南大西洋、南大洋以及地中海/黑海等6個,分別由日本(日本海洋與地球科技廳,JAMSTEC)、印度(印度國家海洋信息中心,INCOIS)、法國(法國海洋開發研究院,IFREMER)、美國(大西洋海洋與氣象實驗室,AOML)、英國(英國海洋資料中心,BODC)和意大利(意大利國家海洋與地球物理研究所,OGS)等國家負責。來自法國IFREMER的CecileCabanes女士介紹了北大西洋Argo區域中心在過去一年的工作,包括確保北大西洋所有延時模式數據的一致性、新的北大西洋溫鹽數據產品(ISAS17)的開發,以及ANDRO數據產品的更新等;來自OGS的Notarstefano博士則介紹了地中海Argo區域中心浮標運行監測、地中海和黑海參考數據庫建設、出現大的鹽度漂移浮標數據的延時模式質量控制等工作;來自日本JAMSTEC的Fumihiko Akazawa博士介紹了過去一年太平洋Argo區域中心的主要活動,重點介紹了網站的更新情況,新的網站將于2019年1月建成,可以幫助用戶更加方便獲取所需要的數據并進行反饋。印度過去一年在印度洋布放了19個浮標(包括2個BGC浮標和2個避冰浮標),累積布放的浮標數量達到了454個,且到2020年,預計每年會投放40個浮標;印度洋Argo區域中心還多渠道積極收集CTD資料,以便建立針對印度洋的歷史CTD參考數據集。來自德國BSH的Birgit Klein女士介紹了南大洋Argo區域中心的建設情況,目前正式加入該區域中心的國家及其研究機構還有英國BODC、澳大利亞CSIRO和美國AOML,且南大洋碳和氣候觀測及模擬項目(SOCCOM)于ADMT-18會議期間正式加入南大洋Argo區域中心,該項目已經在南大洋投放了132個浮標,目前活躍浮標仍有113個,其中24個為避冰浮標(圖7);未來計劃在南大洋投放并維持200個由BGC浮標組成的BGC-Argo觀測網,該區域中心還建立了Argo南極應急系統等。

圖7   加入Argo南大洋區域中心的SOCCOM項目浮標概位


三、體會與建議
     近年來,國際Argo計劃正從原先的“核心Argo”向真正的“全球Argo”邁進,即由全球無冰覆蓋公共海域向極地、邊緣海、深海和生物地球化學領域拓展,更是在2018年提出了加強版的全球Argo計劃—Argo2020??梢栽ぜ?,Argo的未來將會進入一個嶄新的全球、全水深、多學科海洋觀測時代。隨著國際Argo計劃的不斷拓展,Argo資料管理特別是延時模式質量控制任務正面臨巨大挑戰,各國Argo資料中心亟需投入更多人力和物力,才能肩負起國際Argo計劃賦予各成員國的責任和義務。
     1、 Argo資料質量越來越受到重視
     Argo計劃得以維持和發展,離不開對觀測資料質量的長期高度重視。浮標布放入海僅僅是第一步,布放之后的資料處理和質量控制,才是真正關系到科學家們利用這些資料開展基礎研究和業務化預測預報能否取得好的應用效果的主要因素。為此,國際Argo組織對于新傳感器的認證顯得相當謹慎,目的是確保進入全球Argo數據庫的資料具有高質量。即使是已經得到認可的CTD傳感器(如美國海鳥公司生產的SBE41和41CP型),國際Argo組織也會對其獲取的資料進行長期監測。如近年來發現序列號在6000-7100之間的SBE41 CTD傳感器獲取的鹽度資料,出現了比以往更為嚴重的漂移問題,引起了國際Argo計劃的高度重視,目前正采取一些必要的補救措施,如向全球用戶發布通告、將浮標列入灰名單、優先對這些浮標進行延時模式質量控制等。此外,還高度重視高質量船載CTD資料的收集并更新進入Argo參考數據集,作為Argo延時模式質量控制的重要背景??;延時模式工作組針對OW方法在實際使用過程中遇到的一系列技術問題,將對該工具進行優化。隨著Argo數據量的激增,國際Argo也十分重視數據質量快速檢驗工具的開發和共享,其目的是驗證浮標觀測到的異常值究竟是由傳感器問題導致的,還是一種真實的海洋現象。
     2、BGC-Argo質控方法研究存在差距
     BGC-Argo計劃發展迅速,預計在未來3-5年內進入“快車道”。目前全球生物Argo投放量最多的國家仍然是美國和法國,印度和澳大利亞也得到了政府的巨大支持。自然資源部第二海洋研究所下屬衛星海洋環境動力學國家重點實驗室(SOED),雖于2018年5-9月率先在西北太平洋海域構建了我國首個生物Argo觀測網,但投放浮標的總量仍無法與上述四個國家相比。生物Argo作為一種新型的海洋生態系統與生物地球化學過程的觀測手段,其觀測數據新穎、獨特,其質控方法也比較特殊。國際上對BGC浮標觀測要素的質量控制方法研究非常重視,這也是生物Argo計劃得以推進和可持續發展的保證。目前,美國和法國在生物地球化學要素的延時模式質控方面具有較大的優勢,其中美國MBARI還開發了一套主要用于溶解氧的延時模式質量控制軟件。我國雖然在生物Argo資料質控方法上也有一些研究成果,并得到國際認可,但總體上與發達國家的水平還存在不小的差距。
     3、我國Argo資料管理現狀堪憂
     我國Argo計劃已經組織實施十六年,雖然取得了一些可喜的成果,但與發達國家的差距還是十分明顯的,不僅體現在布放浮標的數量上,更體現在Argo資料的質量控制上,如Argo資料延時模式質量控制工作已經停滯3年以上,資料質量的快速檢驗工具至今沒有開發出來,生物地球化學要素的質量控制仍處于艱難跟跑階段,極大地影響了我國在該計劃中的聲譽和話語權。長期以來,資料質量控制這項基礎性工作得不到重視,缺少穩定的經費支持,導致今天落后的局面其實也不可避免。同時,我國很多由國家資助的專項和科研項目陸續布放了不少自動剖面浮標,但這些浮標的資料一直以來游離于中國Argo計劃之外,除了資料不共享之外,很多浮標獲取的資料沒有進行基本的質量控制就被用于基礎研究,而且這種狀況有愈演愈烈之勢,造成了極大地資源浪費,更是影響到我國在國際上的聲譽。
     提出幾點對策建議,供主管部門決策參考:
     (1)Argo資料管理和質量控制相關工作是一項長期而十分重要的基礎性工作,希望能引起主管部門的高度重視,建議給予中國Argo實時資料中心維持日常資料管理、質量控制和產品研制等工作穩定的經費支持,確保中國Argo大洋觀測網的正常運行。
     (2)針對國內自動剖面浮標及其觀測資料管理無序的局面,建議主管部門盡早出臺相關管理規定,確保所屬單位和業務部門布放的浮標得到有序管理,其觀測資料由國際認可的資料中心進行統一管理和質量控制。
     (3)加強我國在Argo資料管理和質量控制方法研究,特別是生物Argo資料延時質控方法研究方面與其他國家的交流與合作,這些全新的技術和方法也可為我國開展多學科的業務化觀測系統建設提供重要技術支撐。