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ARGO剖面浮标电导率传感器漂移问题探讨?

童明荣1，许建平1，3，马继瑞2，3，刘增宏1，3，孙朝辉1，3

（1.国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州310012；2.国家海洋信息中心，天津300171；

3.国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室，浙江杭州310012）

摘要：ARGO剖面浮标在海上长期工作，其携带的电导率传感器漂移会导致测量数据误差，从而影响观测资料的质量。本文利用误差理论和回归分析、曲线拟合等数理统计方法，检测和处理由ARGO剖面浮标电导率传感器漂移所带来的测量误差，并对太平洋、大西洋和印度洋上已经发现有电导率传感器漂移的ARGO资料进行了校正，取得了比较理想的结果。

关键词：ARGO剖面浮标；电导率传感器；漂移；校正

引言

ARGO计划是目前国际海洋研究中最活跃和规模最大的观测计划，旨在建立一个实时的、高分辨率的全球海洋监测系统，用于快速、准确、大范围地收集全球海洋上层的温度和盐度剖面资料。在未来十年内，全球海洋中将会建成一个由3000个ARGO浮标组成的大洋观测网，每年提供约10万个剖面的温、盐度资料。

目前，在国内外的海洋和大气科学领域，已经有很多利用ARGO资料开展数据同化试验、海洋和海－气耦合模式模拟以及水团分析等应用研究，并取得了一些可喜的成果，也预示着ARGO资料运用的美好前景。可以预计，ARGO资料将是以后海洋和大气科学工作者作研究的重要基础数据来源。

但剖面浮标由于其抛弃式和长期在海上漂泊的特性，传感器的不稳定性或卫星传送出现误码等因素，都会使观测结果产生较大的偏差。特别是盐度观测，其采用的电导率传感器会随着时间产生较大的漂移，而浮标的漂移特性又决定了其不可能回收，也就无法进行实验室校正。所以，对盐度观测资料进行有效的质量控制，以便给用户提供高质量的ARGO浮标资料，将是一项非常重要而又必不可少的工作。

在过去的几年中，Freeland（1997）和Bacon等（2001）已经做了许多尝试，提出利用历史观测资料或在时间、空间上相邻的观测资料来校正并提高ARGO浮标观测的盐度精确度。目前，根据不同的ARGO资料用户，建立了两个资料质量控制模式，一个称为“实时（24～72h以内）质量控制模式”，其特点是处理快速、时间短，资料精确度一般，但已无明显的错误，适用于海洋和天气业务预报部门或在海上从事捕捞作业的渔民等；另一个称为“延时（90d以内）质量控制模式”，经过该模式处理的资料，其精确度可以达到ARGO计划要求的技术指标（温度和盐度的精确度分别为0.5℃和0.01），资料质量可以得到可靠保证，适用于科学研究和海－气耦合模式，以及对长期气候的预测模式中。美国华盛顿大学的Wong等（2001），利用2001年全球海洋数据库中的剖面浮标数据，已经开发出一种校正ARGO浮标盐度数据的方法。而澳大利亚联邦科学和工业研究组织（CSIRO）的科学家们，则采用了ARGO浮标周围的WOCE－CTD数据库中的历史观测资料进行校正（CSIRO，2001）。这两种质量控制方法已经在一些国家的ARGO资料中心进行尝试应用。

?基金项目：国家科技部国际科技合作重点项目（2002CB714001）、国家基础研究重大项目前期研究专项（2001CCB00200）和国家海洋局青年基金项目。

问题的提出

遗憾的是，以上两种校正方法并非完美无缺，首先它们的校正效果的好坏很大程度上取决于历史数据库可靠与否。

TaiyoKobayashi和ShinyaMinato（日本，2003）等利用日本海洋科技中心

（JAMSTEC）提供的太平洋历史数据库，并应用Wong等提出的方法，校正太平洋ARGO浮标的盐度数据，效果就有所改善。图1（a）为用JAMSTEC提供的太平洋历史数据库对太平洋上的5900110号浮标5℃层上的盐度校正结果，而图1（b）用的是Wong等提供的历史数据库校正结果。很明显，JAMSTEC提供的气候学数据更接近于浮标观测的盐度数据，其校正效果更好。

图15900110号浮标5℃层上盐度随时间变化

（a） 用JAMSTEC提供的气候学数据库（b）用Wong等提供的气候学数据库

其次，上述两种校正方法对电导率传感器漂移误差的处理效果还有待改进。

浮标上电导率传感器的漂移主要是由生物污染或防止生物污染的生物杀伤剂腐蚀引起的。这些过程引起的物理变化会导致电子元器件改变几何形状以及有效容积，结果导致电导率观测值与真值的差异。

图229036号浮